新型多功能旋流澄清气浮池

刘长荣，常建一
(中国市政工程西北设计研究院，甘肃兰州 730000)

　　摘　要：针对水质随季节变化大的原水，将高浊度水处理技术与气浮技术相结合设计出旋流澄清气浮池，并对其工艺设计、工作原理、工程实例、技术参数进行了介绍。该池适用于对高浊度水和低温、低浊水及轻度油污染原水的处理。?
　　关键词：给水处理；高浊度水；旋流澄清气浮?
　　中图分类号：TU991.3
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)04-0059-03

　　在给水处理工程的设计中，如果原水在夏季是高浊度水，冬季是低温、低浊水并有轻度油污染，而要求处理出水浊度达5 NTU，采用何种工艺较为合适?若根据原水水质的变化分别采用高浊度水和低温、低浊水及气浮处理工艺，这虽在技术上可行但经济上不合理，而旋流澄清气浮池可将上述几种水处理技术融为一体，不但技术上可行而且经济上合理。?

1 工艺设计及工作原理

1.1 工艺设计
　　旋流澄清气浮池如图1所示。

　　其工艺过程是，投加混凝药剂后的原水从池体上部进水管(1)通过，并经喷嘴(2)快速混合，水流旋转向下进入旋流絮凝室(3)，穿过固定网格和导流板流入悬浮澄清分离区(4)进行泥渣分离(在分离区内设置斜管(5)，使泥渣沉淀面积大幅增加，从而提高了沉淀效率，大大降低了出水浊度)，分离出来的清水向上汇集于气浮池环形稳流区(6)，再进入接触区(7)与溶气释放器放出的微气泡相遇，残留的微粒与气泡粘附并在气浮分离室(8)内进行泥水分离，浮渣定期刮(溢)入排渣槽(9)，清水由辐射集水管(10)流入环形集水槽(11)引出，经出水管(12)流入清水池；由池体上部刮泥机传动装置(13)带动池底刮泥板(14)，将悬浮澄清分离室分离出的泥渣刮入池中心集泥斗内，斗内泥渣借助于池内水具有的静压力通过池底排泥管(15)排到池外；气浮分离室分离出的泥渣由辐射式穿孔集泥支管(16)收集经环形排泥管(17)排出池外。
1?2 工作原理
　　对于夏季高浊度水，可根据其投加高分子絮凝剂后能结成大而密实的絮凝体并快速分离的特点，把快速混合、网格絮凝、泥渣分离、浮油气浮分离集中在一个池内完成；对于冬季低温、低浊水可根据其粘滞性高、胶体杂质少、絮体密度小易上浮的特点，发挥气浮分离室的优势，采用气浮方式运行既可去除微小的胶体杂质，又能去除水中的浮油。 ?
　　旋流澄清气浮池主要由旋流絮凝区、悬浮澄清分离区、气浮区三部分组成。?
　　① 旋流絮凝区
　　投加药剂后的原水经喷嘴快速喷出(流速约为2m/s)，使原水和药剂在旋转向下的过程中快速而均匀地混合，形成早期絮凝体；水流继续向下旋转，与网格产生相对和绕流运动，同时产生不同的微涡体和绕流尾迹，为细小微粒提供了良好的絮凝条件，提高了反应效率，缩短了反应时间。?
　　② 悬浮澄清分离区?
　　经混合絮凝后的水由导流室进入澄清分离区的泥渣悬浮层后，由于过水断面尺寸扩大、流速降低，尺寸较大的颗粒直接在池体下部沉淀，进行泥水第一次分离，从而减轻了斜管沉淀的泥渣负荷，有利于其沉淀效率的提高，较小的泥渣颗粒随水流进入斜管沉淀区进行泥水二次分离。?
　　③ 气浮区?
　　经两次泥水分离后的水向上汇集于气浮池环形稳流区，再进入接触区，与溶气释放器放出的大量微细气泡相混合，使在前两次泥水分离过程中未被去除的细微颗粒及油珠粘附于气泡上，造成整体密度减小并依靠浮力上浮至水面，在分离室进行第三次泥水分离，从而获得所需要的澄清水。?

2 　工程设计实例

　　某厂生产用水量为450m³/h，原水浊度为10000NTU，要求出水浊度＜5NTU。?
2.1 基础数据
　　　　Q生=450m³/h，则进水流量Q1=Q_生(1+P)=508.5m³/h(排泥耗水率P=13%)P=C/Cm×100%　　　(1)?
　　式中 ?C--设计进水含砂量，kg/m³?
?　　　　 Cm--排泥含砂量，kg/m³?
2.2 确定池体尺寸
　　① 旋流絮凝区?
　　絮凝室容积?W=Q1·T=76.5m³(絮凝时间T=9min)；?
　　　　　面积?A₀=Q₁/v1=17.5m²，水流速度v1=8mm/s)；?
　　　　　直径?D₁=(4A₀/π)1/2=4.7m；?
　　　　　池壁厚度取0.35m，则该室外径D_1外=5.4m；?
　　　　　深度?h₃=?W/A0=4.4m。?
　　② 悬浮澄清分离区?
　　进入分离区的流量?Q₂=450×1.03=463.5m³/h；?
　　分离室面积?A1=KQ₂/v₂=158m²(分离室内上升流速v2=0.9mm/s；斜管结构占用面积系数K按1.1计)；?
　　池体总面积?A=A₁+A_0外=181m²；?
　　直径?D2=(4A/π)^1/2=15.2m，取15.30m；?
　　壁厚取0.35m，故池体外径D外=16.0m。?
　　池体容积为786m³(斜管沉淀区容积为458m³，泥渣悬浮层容积为226m³，泥渣浓缩室容积为10²m³)，停留时间为93min。?
　　③ 气浮区?
　　接触室面积AC=[(Q_生+QP)/3600v3]=9.34m²(加压溶气水量QP=88.1m³/h；接触室水流上升流速v₃=16mm/s)；?
　　取稳流室面积等于接触室面积的两倍，故A稳=18.68m²；?
　　稳流室直径D_稳=［(A_稳+A_0外)×4/π］1/2=7.3m，取7.4m；?
　　接触室直径D_接=［(0.785D²_稳+A_C)×4/π］1/2=8.2m，取8.4m；?
　　气浮分离室面积AS=［（Q_生+Q_P）／3600v₄］=74.7m²(分离室的流速v4=2mm/s)；?
　　分离室直径D3=［(0.785D²_接+A_S)×4/π］^1/2=12.9m，取14. 4m；
　　分离室环形出水渠的宽度取0.45m。?
　　容积为330m³，停留时间为44min。?
　　④ 旋流澄清气浮池高度?
　　若泥渣浓缩室高度h₁=1.6m；泥渣悬浮层高度h₂=2.0m；絮凝室高度h₃=4.4m；池体水头损失h₄=0.5m；池体安全高度h₅=0.6m，则池子中心高度H=h₁+h₂+h₃+h₄+h₅=9.1m。?
　　旋流澄清气浮池总高度经测算确定为10.0m;水力停留时间为2.4h。

3 　结论

　　① 旋流澄清气浮池将混合絮凝、澄清、气浮等工艺过程综合在一个构筑物内，将高浊度水处理技术与气浮技术有机地结合在一起，既能处理高浊度水，又能处理低温、低浊及轻度油污染原水，对于中、小型工业用水的给水处理具有较强的适应性。?
　　② 旋流澄清气浮池采用机械刮泥、重力排泥方式，对高浊度水的处理能力较强，在投加聚丙烯酰胺(投量为2～5mg/L)和聚合铝(投量为10～30mg/L)的条件下，即使进水含砂量高达40kg/m³，出水浊度仍为5NTU。?
　　③ 旋流澄清气浮池的主要设计参数：?
　　a.旋流絮凝区的混合絮凝时间为8～20min，流速为8～9mm/s；?
　　b.澄清分离区的泥渣悬浮层厚度一般为2m，停留时间≥20min，水头损失为1.4～1.6kPa，泥渣浓缩时间可采用1～2h；?
　　c.气浮区接触室的水流上升流速为10～20mm/s，停留时间＞1min，气浮分离室的水流流速为1.5～2.5mm/s。?

　　电　话：(0931)8616711×4669?
　　收稿日期：2001-10-16