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1、载体絮凝技术与高密度沉淀池,一、载体絮凝 载体絮凝是一种快速沉淀技术，其特点是在混凝阶段投加高密度的不溶介质颗粒（如细砂），利用介质的重力沉降及载体的吸附作用加快絮体的“生长”及沉淀。与传统絮凝工艺相比，该技术具有占地面积小、工程造价低、耐冲击负荷等优点。自20世纪90年代以来，西方国家已开发了多种成熟的应用技术，并成功用于全球100多个大型水厂。,二、载体絮凝的典型工艺 1、Actiflo工艺Actiflo工艺是由OTVKruger公司（威立雅水务集团的工程子公司）开发，自1991年开始在欧洲用于饮用水及污水处理。Actiflo工艺特点是以45150m的细砂为载体强化混凝，并选用斜管沉淀池加
2、快固液分离速度，表面负荷为80120m/h，最高可达200m/h，是目前应用最为广泛的载体絮凝技术。2004年上海浦东威立雅自来水有限公司临江水厂（20万m3/d）工程项目中采用了Actiflo快速沉淀工艺；北京市第九水厂针对原水低温、低浊、高藻的情况，在二期沉淀池（34万m3/d）改造工程中采用了Actiflo高效沉淀池工艺。,Actiflo工艺分为混合、熟化、高速沉淀3个阶段。（1）加入混凝剂(铁盐或铝盐)的原水进入混合池，经快速搅拌后流入投加池；（2）在投加池中加入有机助凝剂和细砂载体促进絮体的“生长”，经水力停留12 min后流入熟化池；（3）在慢速搅拌下，以细砂为核心的絮体进一步凝聚
3、生成粗大密实的絮状物，最后水体进入斜管沉淀池，在细砂絮体的重力沉淀作用下配合斜管的快速沉淀效应，达到絮体颗粒迅速沉降的目的。含有细砂的污泥回流至装置上方的水力旋流器，通过离心力使泥浆与细砂分离，细砂重新进入絮凝池循环使用。,图1 Actiflo工艺流程图,2、DENSADEG工艺DENSADEG高密度澄清池是由法国Degremont公司开发，可用于饮用水澄清、三次除磷、强化初沉处理以及合流制污水溢流和生活污水溢流处理。该工艺现已在法国、德国、瑞士得到推广应用。随着近年来国外各大水务公司进入中国市场，国内也有个别水厂利用该技术对现有工艺进行了扩建改造。乌鲁木齐石墩子山水厂的扩建改造工程（20万m
4、3/d）中采用了该项技术。上海杨树浦水厂（36万m3/d）DENSADEG高密度澄清池于2008 年建成投产，效果显著。,DENSADEG工艺结合了混凝、斜管沉淀、污泥回流等技术，从构造上主要分为反应区、预 浓缩区、斜管澄清区。DENSADEG工艺特点是絮凝污泥外部循环回流，可起到载体絮凝的效果，加快了絮凝过程并保证了生成絮体的质量。反应区主要分为快速搅拌反应池和慢速推流反应池，快速搅拌反应池使原水与混凝剂充分混合，起到预混凝的作用；慢速推流反应池则通过慢速推流使絮体得到充分的“生长”，整个反应区内可形成絮凝质量好、密度高、分离性能好的混合体系。充分混凝后的混合液进入预沉浓缩区进行快速分离。上
5、部的初沉水进入斜管澄清区以进一步去除水中的残留絮体，下部的泥浆经浓缩后被刮泥机刮入泥槽，部分污泥回流至进水中，剩余部分则排人污泥处理系统。,图2 DENSADEG高密度澄清池,Degremont公司还开发了一种专门用于处理各种污水溢流的DENSADEG 4D澄清池，基本原理与DENSADEG工艺类似，主要是通过以下功能达到净化水体的目的：去除砂砾、去除油脂、整体化的凝聚絮凝单元加斜管沉淀、污泥稠化及浓缩。其工作流程为已投加混凝剂的原水首先进入预混凝池，通过空气搅拌使无机电解质与水中颗粒充分接触反应，使水中的粗大砂砾直接沉降在池底排出；预混凝后的出水进入絮凝池后与回流污泥以及投加的高聚物絮凝剂在
6、机械搅拌下充分混合，形成密实的矾花；充分混凝后的水体最后进入斜管澄清池，在预沉区大部分絮体与水分离，剩余部分通过斜管沉淀池被除去。漂浮在水体表层的油脂通过刮油器收集而达到除油的目的；沉积在澄清池底的污泥部分回流，剩余部分则稠化浓缩。,三、Actiflo工艺设计特点 1、工艺特点 Actiflo系统具有如下的特点：（1）采用了高分子絮凝剂助凝，提高了絮凝效果。在Actiflo工艺中使用聚丙烯酰胺PAM作为助凝剂，通过吸附架桥作用，可使形成的絮体粗大、密实，具有较好的沉降性能，有利于在沉淀池内沉淀分离。投加量一般在0.1mg/L左右。（2）投加微砂，提高了絮凝效果。微砂在该工艺中起到了重要的作用，
7、首先微砂作为絮核，可以加速絮凝体的形成；其次微砂在絮凝搅拌过程中会在其移动路径的后方形成微小涡旋，可增加的水中颗粒的有效碰撞几率，强化了絮凝作用；另外，微砂大大增加絮凝体的有效密度和沉降速度。（3）沉淀部分采用斜管沉淀池，提高了沉淀效果。含微砂的高密度絮体和斜管的高效沉淀相结合，使得沉淀池上升流速能够达到3070m/h以上，沉淀时间短，占地面积省。（4）Actiflo系统还具有出水水质好，运行稳定，耐冲击负荷等优点。据报道，处理后出水浊度可以控制在1NTU以内，原水的水质波动对该工艺的影响不明显，仍然能够保持良好的出水水质。,2、Actiflo工艺设计参数Actiflo工艺应用于给水处理以及污
8、水处理工程中有其不同的设计参数，具体见表1，典型的池型布置见图3。,图3 典型的Actiflo 工艺池型布置,3、Actiflo工艺设备选择（1）细格栅Actiflo工艺中砂水分离器的底部微砂排放口容易被除微砂外的大颗粒污染物堵塞，必须在Actiflo的进水前通常设有自动细格栅，去除大颗粒的悬浮物。（2）搅拌器Actiflo工艺需设置混凝池、注射池及熟化池搅拌器，除了具备普通混凝絮凝反应搅拌器的参数外，Actiflo工艺的搅拌器还要着重考虑搅拌器的提升能力，即能将池中微砂与水完全混合，不发生微砂沉积的能力。这就要求Actiflo工艺的搅拌器具有更高的功率。一般来说，混凝池的搅拌器功率最大应达到
9、150 W/m3，注射池70 W/m3,熟化池40W/m3，且需变频控制。,（3）刮泥机Actiflo工艺沉淀池需设刮泥机，将沉淀于池底的微砂及污泥混合液刮至中心集泥斗，再由微砂循环泵抽出，经砂水分离器后对微砂循环利用。这必然要求刮泥机具有更高的强度。Actiflo工艺沉淀池刮泥机通常是四只刮臂或框架式结构，具有较高的机械保护扭矩。在刮刀底部需安装硬橡胶，尽可能地将池底微砂全部刮至中心集泥斗并防止磨损。图4为Actiflo工艺沉淀池刮泥机。,图4Actiflo 工艺沉淀池刮泥机,（4）微砂微砂是Actiflo工艺的核心，通常要求微砂为圆形石英砂，其硅含量 95%，均匀系数(d60/d10)1.
10、7，微砂的有效粒径d10=0.12mm。98%-99%的细砂通过水力旋流器的有效分离得到循环使用，絮体另外需要的细砂补给量仅为1-2.5g/m3，10万m3/d规模的水厂每天需要补充的细砂量为100-250kg，增加的制水成本很小。,（5）微砂循环泵由于微砂循环泵的介质为微砂，其接液部件需具备耐磨损能力，通常接液材质为碳钢衬胶。微砂的阻力较大，泵出口的压力需保证在3 105 Pa 左右，而且由于进水TSS 的变化，通常要求微砂回流泵采用变频控制。微砂回流比的确定需根据进水TSS 确定:回流比=3%+(TSS/1000)7%即如果进水TSS 为500mg/L，则回流比约为进水流量的6%，若进水T
11、SS 为3000mg/L，则回流比约为进水流量的24%，最小的回流比为3%的进水流量，最大回流比为38%进水流量，即对应进水最大TSS为 5000mg/L。,（6）水力旋流器水力旋流器的选择对于成功进行砂水的分离，回收微砂具有关键作用。水力旋流器安装于注射池顶端，为碳钢衬胶、聚氨酯或其他耐磨材质。通常根据水力旋流器供应商提供的设备曲线进行选型，达到80%左右顶流量及20%底流量的分配比例为最佳。压降1.5 105 2 105 Pa 左右。排除的污泥中含有很少量微砂，按照以往的经验，这些微砂不会对污泥的性质和处理产生特别的影响。,图5 水力旋流器工作示意图,（7）管路设计由于Actiflo工艺的
12、特殊性，需要微砂循环管路的设计具有耐磨、防堵塞及减少水头损失的特点，因此，微砂循环管路需尽量减少阀门的应用，弯头设计为135，材质为碳钢衬胶或HDPE。（8）池体材质除大规模处理项目采用混凝土池体外，小型的工业项目考虑到造价及耐腐蚀性可以采用玻璃钢材质的池体。,四、Actiflo工艺应用实例 1、国外应用实例从1992年Actiflo工艺被开发以来，该工艺已经在法国、美国、英国、加拿大和亚洲的马来西亚等国家的自来水厂得到广泛应用。法国巴黎Annet-sur-Marne水厂是全球第一家采用Actiflo工艺的水厂，水厂建于1972年，1992年扩建，扩建部分采用Actiflo工艺。扩建后水厂总处
13、理能力13万m3/d，其中Actiflo工艺部分处理能力4.7万m3/d，整个水厂的工作人员15人。目前最大的是马来西亚的Selangor供水厂，处理水量为100万m3/d。沉淀池上升流速设计值为50m/h，原水浊度波动范围很大（502000NTU），但是沉淀出水浊度 5 NTU。投加的药剂为硫酸铝（2540mg/L）和阴离子聚合物(0.10.3mg/L)。,图6 Annet-sur-Marne水厂Actiflo系统工艺流程,2、国内应用实例（1）北京水源九厂改造工程北京水源九厂是在原有二期两个系列的波纹板沉淀池内进行改造，并不改动其主体土建结构，因此最大限度地利用了原有构筑物，不仅提高了处理
14、效果，同时提高了30%的处理水量，并且对水中藻类也有很好的去除效果。处理水量：二期A系列和B 系列共计66万m3/d，8座沉淀池的上升流速为40 m/h；进水浊度 100 NTU（属于典型的低温、低浊水），出水浊度 1NTU。（2）上海临江水厂扩建工程上海市临江水厂Actiflo工艺主要设计参数如下：规模20万m3/d，分为三组；总占地面积1 600m2；絮凝时间10 min；沉淀时间20 min；设计上升流速34 m/h；混凝剂投加量为硫酸铝5080 mg/L；高分子助凝剂0.1 0.2 mg/L。进水浊度 100 NTU（一般小于50 NTU），出水浊度 1 NTU（去除率一般稳定在95%
15、以上）。,图7 上海临江水厂的Actiflo系统工艺流程,临江水厂针对黄浦江上游原水中锰含量高而现有常规处理工艺难以有效去除的特点设计了TGV滤池；该滤池采用了上层为石英砂、下层为锰砂的双层滤料，可保证滤后水中锰浓度 0.1 mg/L，达到水质标准。Filtraflo TGV滤池出水投加液氯消毒后进入清水池。,高密度沉淀池 适用于饮用水生产、污水处理、工业废水处理和污泥处理等领域。,1混凝剂投加；2絮凝剂投加；3反应池；4斜管；5澄清水槽；6栅型刮泥机；7出水渠；A原水进水；B澄清水出水；C污泥回流；D污泥排放,高密度池,至污泥脱水机,絮凝,进水,聚合物投加,污泥循环泵,斜板模板,出水,取样口
16、,适当的污泥回流可以提高富集在污泥中混凝剂“絮凝剂的利用效率，降低它们的投加量，同时可以增加水中颗粒物的浓度，便于颗粒聚集，沉降，从而改善污泥沉降效果。由此可见污泥回流比对高密度沉淀池工艺的高效稳定运行有很大的影响。确定并且使其维持在适宜的污泥回流比下运行是非常重要的!于小迪 污泥回流对高密度沉淀池运行效果的影响 环境科技 Environmental Science and Technology,为什么要设置污泥回流？,高效沉淀池设计非常紧凑，它把混凝池、絮凝池、沉淀池和污泥浓缩集合于一体。,混合过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水体中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这
17、样才能得到好的絮凝效果。该过程是靠搅拌器的提升混合作用完成泥渣、药剂、原水的快速凝聚反应，然后经叶轮提升至推流反应区进行慢速絮凝反应，以结成较大的絮凝体。,混合反应区：混凝反应,絮凝反应区也就是慢混区，由可调速搅拌机控制加药后混合水的搅拌速度，以促进矾花的增大，使矾花密实均匀。絮凝反应区中污水在助凝剂和回流污泥的作用下，形成高浓度的悬浮泥渣层来增加颗粒碰撞机会，有效吸附胶体、悬浮物、乳化油、COD及金属离子等污染物。污泥回流，不仅可以节省药剂投加量，而且可使反应区内的悬浮固体浓度维持在最佳水平，从而达到优化絮凝反应的目的。,絮凝反应区,斜管沉淀区：浅池理论,根据水流和泥流的相对方向,可将斜板斜
18、管沉淀池分为异向流(逆向流)、同流向和测向流（横向流）三种类型，其中异向流应用的最广。异向流的特点：水流向上、泥流向下，倾角60度。,在沉降区域设置许多密集的斜管,使水中悬浮杂质在斜管中进行沉淀,水沿斜管上升流动,分离出的泥渣在重力作用下沿着斜管向下滑至池底，再集中排出。这种池体可以提高沉淀效率5060%,在同一面积上可提高处理能力35倍。斜管的的安装倾度一般和水平方向呈60，这个倾度可以保证沉淀在斜管上的污泥可以顺利地滑向底部而不至于淤积。斜管的剖面是六边型可以得到较大的有效沉淀面积。,优点：利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力；缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间；增加了沉淀池的沉淀面
19、积，处理能力比一般沉淀 池大的多，从而提高了处理效率。表面负荷高、占地面积小 这种类型沉淀池的过流率可达36m3/（m2.h）,比一般沉淀池的处理能力高出7-10倍，是一种新型高效沉淀设备。并已定型用于生产实践。,斜板沉淀池的缺点：,1.单位面积上的泥量增加,如排泥不畅,将产生反泥现象,使出水水质恶化。2.水在池中停留时间短,若水质水量变化较大,来不及调整运行,耐冲击负荷的能力差。3.斜板或斜管管径较小,若施工质量欠佳,造成变形,容易在管内或板间积泥。4.斜板或斜管在上部阳光的照射下会滋生大量的藻类。,斜管及出水槽,澄清出水区,高密度池-浓缩刮泥机,高密度池-污泥井,表面负荷,采用高密度沉淀池
20、，借助于污泥循环和投加聚合物，表面负荷可以达到15-25m/h。平流沉淀池表面负荷一般仅为1.5m/h2m/h。表面负荷的提高意味着占地面积和土建费用的减少。,表面负荷比较,污泥循环效果,-无污泥循环的絮凝-有污泥循环的絮凝,絮凝,开始沉淀,沉淀接近结束,有污泥循环:矾花的大小更为均匀矾花沉淀效率更高经过沉淀后的水更清,1,2,1,2,1,2,1,2,主要配套设备 混凝区搅拌机 絮凝区搅拌机 斜管分离区内斜管及配套集水槽 可调速电机的浓缩型刮泥机 用于污泥循环的螺杆泵 用于污泥排放的螺杆泵,工作特点(1)采用合成的有机絮凝剂PAM。混凝时添加PAM作助凝剂，使得反应可产生较大的矾花，污泥回流可
21、进一步增加矾花的密度和沉降性能，加快其沉淀速度。(2)从慢速推流反应区到斜板沉淀区矾花能保持完整，并且产生的矾花颗粒大、密度高。(3)高效的斜板沉淀可保证沉淀区较高的上升流速(可达2O40 m/h)，絮凝矾花可得到很好的沉淀。(4)能有效地完成污泥浓缩，沉淀池排泥浓度可达15，无须进行再次浓缩，可直接脱水处理。(5)处理效率高。有文献显示，高密度沉淀池对SS的去除率在85左右，对COD的去除率可达85一96，BOD的去除率高达92。(6)集混凝、沉淀和浓缩功能为一体的水处理构筑物，结构紧凑，降低了土建造价并且节约了建设用地。(7)运行费用较高，因此需对药剂的投加进行优化控制，以使完整的运行费用降至最低。,优缺点,优点:高密度沉淀池具有处理效率高、单位面积产水量大、适应性强、抗冲击负荷强、处理效果稳定等且占地面积小等优点，在城市用地日益紧张的情况下，高密度沉淀池这种带有外部泥渣回流的专利澄清技术在水处理领域必有广泛的应用前景。缺点：该处理工艺的机械设备多，能耗大，运行管理杂，施工难度也较大，投资总体较高。,定量参数,进、出水水量污泥回流比剩余污泥排放量停留时间（SRT、HRT)污泥浓度常规污染物检测（pH、COD、BOD、SS、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、SV%、MLSS、MLVSS等）,
