从平流沉淀池到浅池蜂窝斜管沉淀池的过渡是沉淀技术上的一次重要改变,它大幅度地提高了沉淀效率,减少了沉淀池的占地面积和造价,也改善了沉淀池出水水质,因此上世纪70年代以后蜂窝斜管沉淀池在我国普遍推广,几乎所有的新建水厂或旧厂改制项目的设计都采用了蜂窝斜管沉淀池。 但通过数十年来水厂运行实践,蜂窝斜管沉淀池 在某些特定情况下 也会有比较严重的缺点,主要是运行可靠性及抗冲击能力差,在一些特殊时期特别是高浊期出水水质不能保证。正是由于这个原因,在我国南方已出现了以平流沉淀池代替斜管沉淀池的逆转趋势。 蜂窝斜管沉淀池为什么会有上述一些致命弱点呢?给水工程界对此看法不一致,比较普遍看法是由于斜管沉淀池大幅度地提高了沉淀效率,缩短了水在沉淀池中停留的时间,这样就降低了沉淀池的缓冲能力。当浊度突然变化或由于投药不正常,致使絮凝反应不完善时,沉淀池出水水质必然恶化。而平流沉淀池情况正好相反,水在沉淀池中停留时间长达两个小时以上,因而具有很好的缓冲能力。即使有一些絮凝反应不完善的加药原水进入,其出水水质也优于斜管沉淀池出水水质。 正是基于这样一种认识和实践,很多人认为在给水处理上“高效”与“安全可靠”是相互矛盾的,为了保证出水水质,在我国南方很多地区宁可选用平流沉淀池而不选用蜂窝斜管沉淀池,从沉淀技术发展来看出现了走回头路的趋势。斜管沉淀池的沉淀与排泥性能剖析用“高效”与“安全可靠”相互矛盾这一结论去认识在特殊时期斜管沉淀池出水水质不如平流沉淀池出水水质是不正确的,这只是一种表面现象。高浊时期与投药不正常时,絮凝反应不完善,矾花沉淀性能不好,这主要是由下面一些原因形成的: 1.高浊时期原水浊度高,源水中泥沙含量较大,因此药剂扩散阻力大,以目前的混合工艺,要使药剂扩散到水体每个细部基本上是不可能的,致使水体的一部分区域混凝剂过剩,矾花长的过快而且松散,遇到强的扰动立刻破碎,很难形成密实的矾花;还有一部分区域药剂不够或者根本无药剂,因此很多胶体颗粒不能及时脱稳和凝聚,故其沉淀性能很差; 2.在投药不正常时期,由于投药量远离更佳投药量范围,絮凝反应形成的矾花颗粒必然松散,导致污泥在斜管中的沉淀和排泥性能严重恶化。
上述原因是造成在特殊时期蜂窝斜管沉淀池出水水质不良的外界条件。而斜管沉淀池本身动力性能的缺陷是导致出水水质不良的内在原因。应该说斜管本身沉淀性能远优于平流式沉淀池,因斜管的特征尺度远小于平流式沉淀池的特征尺度;斜管中的流动雷诺数远小于平流式沉淀池中的雷诺数(雷诺数反应了流动过程中水流惯性力与粘性力的比值)。斜管中的水流粘性力远大于平流式沉淀池水流的粘性力,因此斜管中的水流脉动强度远低于平流式沉淀池中水流脉动强度,所以其沉淀性能是非常好的。
但在斜管本身结构上,由于斜管尺度小,污泥下滑受到侧壁束缚,下滑速度会受到较大影响;更主要的问题在于当污泥沉淀到正沉淀面之上时,很快沿斜管倾斜方向下滑被排入到沉淀池底部,而沉淀到斜沉淀面之上的污泥,则要沿两个方向下滑,一是沿斜管倾斜方向下滑距离较长,倾斜方向下滑距离很短,因此斜管沉淀面上的污泥绝大多数势必首先滑入正沉淀面和斜沉淀面的交界处,然后再由正沉淀面排入到沉淀池底部,所以斜管中的实际排泥面仅为正沉淀面,远小于斜管的沉淀面,这必然造成斜管的排泥面负荷过大。因此,在特殊时期污泥数量特别大,污泥的沉淀性能不好时,使斜管中排泥面接收的污泥量高于排出量,而造成污泥堆积现象。 一旦出现积泥,导致蜂窝斜管的过流面积减少,上升流速增加,从而增加了水流对污泥下滑的顶托作用,进一步妨碍了污泥下滑,使积泥愈加严重,造成了斜管中积泥现象的恶性循环。 斜管中积泥会产生两种结果,一是导致斜管中上升流速加大,水在斜管中停留时间变短,使一些正常时期应该能够沉淀的小颗粒不能沉淀下来;二是当污泥积存到一定数量,使斜管中上升水流达到一定速度,水流会把斜管中的一部分积泥卷带起来,造成沉淀池出水水质严重恶化。 斜管积泥是由于斜管排泥面负荷过大引起的。小间距斜板沉淀池却充分地弥补了普通斜管沉淀池在高浊度时期斜管动力性能上的种种不充分发挥浅地沉淀地优势,扭转目前从斜管沉淀地再向平流式沉淀池逆转的比较理想的更新换代设备。它可有效地实现“高效”与“安全可靠”的统一。