平流沉淀池出水端排泥功能的优化设计

平流沉淀池出水端排泥功能的优化设计

何  成

（佛山市三水佛水供水有限公司  广东佛山  528100）

摘　要：针对现有平流沉淀池出水端排泥效果差，影响出水浊度以及增大后续清淤难度等问题，北江水厂二期扩建过程优化设计了沉淀池出水端淤泥的排泥装置，提高出水水质以及减少清淤成本。与现有一期沉淀池相比，在相同出水浊度的条件下，净水剂投加量下降1.04mg/L，并极大地减少了人力、物力和用水量，起到节能降耗作用。

关键词：平流沉淀池；排泥装置；沉淀出水；水质；节能降耗

沉淀池是水厂常规处理工艺的核心处理单元，通过沉淀可以去除原水中80%～90%的颗粒。沉淀技术在20世纪初便与混凝、过滤、消毒一起成为饮用水处理的常规净水技术，并作为主要的饮用水处理工艺沿用至今[1]。目前，水厂平流沉淀池的排泥系统主要使用虹吸式排泥机，运行过程沉淀池出水端集水槽处一小段区域内排泥机无法吸到，日积月累淤泥积得又高又实，影响沉淀池出水浊度。只有在沉淀池放空清洗时，通过利用高压水枪持续冲洗很长时间才能冲散淤泥，增加了人力、物力和用水量，造成较高的成本支出。总结北江水厂二期扩建平流沉淀池的优化设计经验，有一定的推广价值。

1 水厂概况

北江水厂工程规划总规模为60万m3/d，首期工程建设规模为30万m3/d，于2009年2月24日正式投产运行。二期工程建设规模为15万m3/d，于2021年9月6日正式投产试运行。目前总供水能力为45万m3/d。水厂原水取自于北江，水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅱ类水质标准。水厂采用常规+预留深度净水处理工艺，并设有污泥处理工艺：取水泵房—预反应后投矾—折板反应池—平流沉淀池—V型滤池—后加次氯酸钠—清水池—供水泵房—市区管网；反冲洗排水直接回流，沉淀池排泥进入厂内污泥处理系统，上清液回流至预反应。

水厂一期和二期都是折板絮凝池与平流沉淀池合建，共6座，沉淀池平面尺寸为：97.00m×24.00m，池深3.70m，有效水深3.10m；一期设计沉淀时间2h，水平流速13.3mm/s，二期设计沉淀时间2.28h，水平流速11.8mm/s。每座沉淀池均设置虹吸式桁架排泥车，沉淀池出水均安装有在线浊度计，浊度控制在3NTU以内，检测数据通过PLC采集传输至水厂中控系统。

2 平流沉淀池存在的问题

平流沉淀池与絮凝池合建，为防止絮凝体破碎并尽量减少扰动，沉淀池进水均采用八字式配水花墙，使水流均匀地分布在整个进水截面上，在沉淀池出水段设置了多根指形集水槽，集水槽长15m，以尽可能降低溢流率，解决均匀集水问题，

北江水厂一期平流沉淀池运行中出现的问题：当用水高峰期原水进水量加大时，投矾量增加，沉淀池的平流速度变大，到出水口溢流堰时有许多矾花破碎上浮并被带入滤池[2]，尤其是集水槽末端更为明显，造成沉淀池出水浊度高。

3 设计平流沉淀池底部排泥功能

国内大中型水厂广泛运用平流沉淀池，对原水浊度适应性强、处理效果稳定，使用虹吸式排泥机操作管理方便，但沉淀池出水端一般不考虑排泥。北江水厂一期原有水厂沉淀池出水末端墙体设计为斜坡，但仍然产生积泥，影响出水浊度。

水厂二期扩建设计一种具有排泥装置功能的平流沉淀池，包括设有进水端和出水端的池体以及对应出水端设置于池体的底部的排泥管，排泥管垂直于液体流向铺设，排泥管穿过池体且排泥管的出水口位于池体外部，排泥管的管壁上开设有多个用于供泥水通过的通孔。在使用时，可在池体的进水端排入已经投加凝聚剂的原水，并使得原水沿着池体的进水端向着出水端水平流动，之后絮状物会随着自身重力和水流的推动作用下蓄积在池体出水端的底部，最后絮状物会随着水流一并从各个通孔进入到排泥管中，并从排泥管的出水口处排到池体的外部。通过上述设置，能够避免淤泥累积对出水的水质和浊度造成影响，同时还能够减少后续清洗清淤的难度和降低成本。

如图1所示，根据平流沉淀池结构特点，出水端新设计的排泥装置结构主要分为3部分：第一部分是排泥坑结构，排泥坑将池底泥水通过重力作用进一步聚集和浓缩，从而便于排泥管排出底部积泥。由于排泥管排泥时抽吸影响范围很有限，为了取得较好的排泥效果，配合排泥坑共同使用。第二部分为穿孔排泥管结构，选用DN200的PE排泥管，在排泥管两侧交错布置开孔，排泥时泥水从开孔进入排泥管，最终通过重力排出水处理构筑物之外。第三部分为手动闸阀、气动角阀设备，排泥管出泥口安装手动闸阀和气动角阀，手动闸阀用于维修和应急开停，气动角阀实现远程控制开停。

图1、平流沉淀池底部排泥功能设计图

4运行效果对比

4.1出水浊度数据

北江水厂一期和二期扩建制水流程一致，二期扩建的平流沉淀池实现了出水端的底部排泥，一期未设计。2021年9月水厂二期开始投产运行，水厂一期和二期扩建的平流沉淀池出水在线浊度数据见图1和图2，二期沉淀池平均出水浊度为1.97NTU低于一期，平均相差至少0.5NTU，而且在原水进水流量大、浊度高时，差别更为明显，相差在1.0NTU左右。

图2、 水厂一期平流沉淀池出水浊度

图3、水厂二期平流沉淀池出水浊度

4.1 经济分析

净水剂的耗量，如图3和图4，水厂一期加药泵流量明显大于二期，一期的平均投加量为6.79mg/L，二期平均投加量为5.75mg/L，在出水浊度相同的条件下，二期沉淀池出水端增加排泥功能运行期间，药剂投加量下降1.04mg/L，每年可节省成本8.74万元。

水厂一期沉淀池每年需要放空清洗一次，通过利用高压水枪持续冲洗很长时间才能冲散淤泥，该种方式极大地增加了人力、物力和用水量，仅人工清淤费就需每个池3万元。二期两套沉淀池实现出水端排泥，积泥量大大减少，可延长池底清淤年限，减少成本支出。

图4、 水厂一期加药泵流量曲线图

图5、 水厂二期加药泵流量曲线图

5结论

具有排泥装置功能的平流沉淀池相比现有技术，有益效果在于能够较好的清除池体出水端的淤泥，避免淤泥累积对出水的水质和浊度造成影响，同时还能够减少后续清洗清淤的难度和降低成本，更加方便省力。

实践表明，平流沉淀池出水端排泥功能的设计达到了预期目标，在减少净水剂耗量的情况下，有效降低了沉淀池出水浊度，对净水处理和出水水质有重要意义。

参考文献：

[1] 张家銘，韩庆祥，奚影影，张云海.水厂沉淀池改造方法与应用分析[J]. 净水技术，2021，40（4）：106-115.

[2] 朱勇.平流沉淀池水质提升改造与探讨[J]. 供水技术，2017，11（5）：40-41.