高密度澄清池在低温低浊水处理中的应用
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度澄清池的基本工作原理和主要组成部分，通过其在宁夏长城水厂工程中的实际应用，验证高密度澄清池对低温低浊原水质良好处理
效果。
关键词： 高密度澄清池； 水处理； 低温低浊； 工程应用
中图分类号： TU991． 2
文献标识码： B
文章编号： 1004 － 6135（ 2013） 06 － 0099 － 03
在饮用水处理中，低温低浊水处理一直是给水处理工程中 的难题 之 一。低 温 低 浊 水 主 要 指 冬 季 水 温 0 ～ 4℃ ，浊 度 30NTU 以下的原水。在我国北方广大地区有长达 4 ～ 5 个月 的冰冻期，最低水温可降至 0 ～ 2℃ ，浊度降到 10 ～ 30NTU（ 有 时 10NTU 以下） ，这种低温低浊水很难处理，即使增大混凝剂 的投加量，净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准。
宁夏长城水厂水厂自投产以来已运行一年多，经测试，高 密度澄清池出水水质稳定，运行效果良好，对低温低浊原水处 理成果令人满意，其运行参数详见（ 表 1） ： （ 下转第 87 页）
长城水厂净水处理着重于黄河水预沉处理后续的固液分 离（ 降低浊度） 和消毒杀菌，因此本工程净水工艺推荐采用： “混凝 + 沉淀 + 过滤 + 消毒”。考虑到工程地点冬季气温低， 净水构筑物上部需设建筑外框架，宜尽量减小净水构筑物占地 面积以节省工程投资，同时考虑冬季其原水水质为典型的低温 低浊水，经综合比选，最终确定净水构筑物采用对低温低浊水 处理效果好的高密度澄清池 + 双层滤料翻板滤池，具体工艺流 程详见（ 图 2） ：
目前国内净水厂一级处理的沉淀工艺一般采用斜管沉淀 池、平流沉淀池或机械加速澄清池等工艺。其中斜管沉淀池池 体小、沉淀效率高，但对原水水质及水量变化的适应性差，适用 于中小水厂； 平流沉淀池构造简单、运行管理方便，对水量和水 质变化的适应能力强，但对低温低浊水处理效果不理想，且池 体巨大，在寒冷地区的池体上部建筑外框架工程投资较高，冬 季供暖费用高，故适用于南方地区的大中型水厂； 机械加速澄 清池占地面积小，处理效果好，对水量和水质变化的适应能力 强，但易发生成污泥回流不均匀且浓度较低、排泥量无法准确 控制等问题，影响出水水质，适用于用地紧张的大中型水厂，目 前已被高密度澄清池逐渐取代。
（ 2） 反应区 反应区分为两个部分： 快速反应区与推流反应区。 快速反应区： 快速反应在絮凝搅拌筒内进行，在絮凝搅拌 筒内投加高分子助凝剂（ PAM） ，同时通过污泥转子泵由沉淀 区向反应区回流活性污泥，使反应池中悬浮固体的浓度保持在 最佳状态，并采用变频调速搅拌机进行搅拌，以确保絮凝过程 所需要的能量。 推流反应区： 推流反应区是一个慢速水力絮凝池，其作用 就是连续不断地使矾花颗粒增大，获得大量高密度、均质的矾 花，然后水慢速流至沉淀区，这个过程中矾花不易破碎［3］。 （ 3） 预沉—浓缩区 预沉—浓缩区 位 于 斜 管 下 方，由 于 预 沉—浓 缩 区 面 积 较 大，使流速减小，大部分矾花在此区域中沉淀，形成活性污泥， 进入浓缩区。污泥浓缩区分为上下两层，其中部分活性污泥在 上层停留几个小时，之后被回流至快速反应区； 其余部分污泥 进入浓缩区下层，并在刮泥机的作用下持续浓缩，浓缩时间约 为 1 周，最终被排放。排放污泥含固率可达 3% 以上，不需要 设置专门的污泥浓缩池，高密度澄清池排出的污泥可直接进入 污泥脱水机房处理［3］。 （ 4） 斜管分离区 斜管分离区位于浓缩区上方，在斜管分离区中设置向上流 斜管，利用斜管沉淀机理，使剩余的矾花快速沉淀，随后澄清水 由集水槽收集后进入滤池； 沉淀污泥重力排入浓缩区。 2． 3 高密度澄清池改善低温低浊水处理效果的措施 高密度澄清池主要采取选择合适的混凝剂及助凝剂、强化 混凝技术、利用泥渣的剩余活性等技术来确保对低温低浊水的 良好处理效果，主要通过以下 5 个措施实现： （ 1） 混合阶段： 高密度澄清池的混合池采用机械快速搅拌 混合，使混凝剂（ PAC） 迅速均匀分散到原水中，利于混凝剂水 解，充分发挥混凝剂高电荷对水中胶体电中和脱稳作用； （ 2） 絮凝阶段： 高密度澄清池的絮凝池采用慢速搅拌，通 过机械絮凝与水力絮凝相结合，使脱稳颗粒的有效碰撞，同时 在水中投加高分子助凝剂（ PAM） ，发挥助凝剂的吸附架桥作 用，使细小颗粒逐渐结成矾花，使矾花的浓度维持在最佳水平， 且矾花密集、结实，便于下一步固液分离，使水中的悬浮物质及 胶体得到有效去除； （ 3） 高密度澄清池通过污泥转子泵回流沉淀池部分活性 污泥，使进水中的脱稳微粒与活性泥渣充分接触，有利于使水 中的脱稳微粒形成大颗粒絮体，提高絮凝沉淀效果； （ 4） 在絮凝池设置絮凝搅拌筒，使反应池内处理水充分回流 循环（ 一般回流比为 1： 10） ，增加反应时间，保证脱稳颗粒有较充 分的碰撞机会，消除低浊度导致的碰撞机率低的不利影响； （ 5） 沉淀池根据浅层沉淀的原理，在沉淀池上部设置斜 管，使沉淀池的表面水力负荷明显提高，可达到泥水快速分离 的目的。而且由于沉淀池在整个斜管面积上均匀配水，因此水 流不会短路，保证沉淀在最佳状态下完成［3］。
1 低温低浊水特点及难处理原因
温度低、浊度低、耗氧量低、粘度大等是低温低浊水在冬季 的水质特征。低温低浊水中的杂质主要以细的胶体分散体系 溶于水中，胶体微粒的动力稳定性和凝聚稳定性较强。冬季随 着水温的降低，水的动力粘度系数提高，减弱了水中胶体的颗 粒运动，降低了它们之间相互碰撞的几率，水中胶体的溶剂化 作用 增 强，颗 粒 周 围 的 水 化 膜 加 厚，妨 碍 颗 粒 凝 聚，且 混 凝 剂 （ PAC） 水解速度减慢，影响了常规混凝效果； 原水浊度低，通过 混凝所形成的絮体较轻，较细，不易下沉，难以通过沉淀从水中 分离出去，这就影响了常规沉淀效果； 这样的水进入滤池后，很 容易穿透滤层，滤后水往往很难达到生活饮用水标准，这便严 重影响了常规过滤工艺［1］。
（ 1） 快速反应区的搅拌机可根据水量、水质及水温调整转速； （ 2） 推流式反应区至沉淀池之间的慢速传输； （ 3） 沉淀池至絮凝池的污泥循环系统； （ 4） 斜管沉淀机理； （ 5） 投加高分子助凝剂（ PAM） ［2］ 2． 2 主要组成部分 高密度澄清池主要由四个部分组成： 混合区、反应区、预 沉—浓缩区、斜管分离区，详见图 1。
作者简介： 陈寿彬（ 1978． 5 － ） ，男，工程师。 收稿日期： 2013 － 05 － 03
图 1 高密度澄清池工艺流程图
（ 1） 混合区
2013 年 06 期 总第 180 期
陈寿彬·高密度澄清池在低温低浊水处理中的应用
·100·
在该区，机 械 搅 拌 机 使 水 流 产 生 大 的 紊 流，将 混 凝 剂 （ PAC） 快速溶解并与原水均匀的混合。
Abstract： The treatment of low temperature and low turbidity water is one of the difficult problems in water supply engineering． The water quality characteristics of low temperature and low turbidity water is expanded and the causes of difficult processing are analysed in this article，and also the basic working principle of high － density clarifier and main parts are introduced． Through practical application in Ningxia Changcheng Water Works，the good removing effect of high － density sedimentation applied in the low temperature and low turbidity raw water treatment is verificated． Keywords： High － density clarifier； Water treatment； Low temperature and low turbidity； Engineering application E-mail： 69440443@ qq． com
加药： 高密度澄清池混凝剂及助凝剂分别采用聚合氯化铝 （ PAC） 及聚丙烯酰胺（ PAM） ，其中 PAC 药剂投加于混合池中， PAM 药剂投加于絮凝池的絮凝搅拌筒中，根据原水流量计及 流动电位检测仪信号自动控制药剂投加量。
污泥回流及排泥： 高密度澄清池根据原水流量计数据及沉 淀比试验结果，自动控制活性污泥回流量，一般污泥回流量为 原水流量的 2% ～ 4% ； 高密度澄清池的沉淀池内设置一套泥 位计，监测沉淀池内泥位高度，当泥位达到设定值时（ 一般为 0． 6 ～ 1． 2m） ，污泥转子泵自动开始排泥。 3． 3 实际运行效果
图 2 长城水厂水工艺流程图
宁夏长城水厂高密度澄清池设计参数： 一期工程设计 1 座 高密度澄清池，总平面尺寸为 57． 2m × 33． 35m，分成平行并联 运行的 3 组，每组处理规模 6． 7 万 m3 / d。单格混合池平面尺 寸 4． 8m × 4． 8m，有效水深 4． 8m； 单组絮凝池平面尺寸 8． 8m × 7． 0m，有效水深 6． 80m； 预沉池 / 浓缩池单组平面尺寸 15． 0m × 15． 0m，有效水深 6． 80m； 斜板分离器单组平面尺寸 15． 0m × 11． 14m，沉淀池斜管段液面负荷 21． 3m3 / m2 ·h（ 5． 9mm / s） 。
2 高密度澄清池的基本原理及主要组成部分
高密度澄清池是由法国“degremont”公司开发研制并获专 利（ 专利号： 200910136149） 的一种池型，又称为高效澄清池，是
继平流沉淀池、斜管沉淀池及机械加速澄清池后出现的一种新 型、高效的澄清池，在欧洲已经应用多年，近年来开始进入中国 市场，现已被广泛应用于水处理行业。
3 高密度澄清池在宁夏长城水厂中的应用
3． 1 工程背景 宁夏长 城 水 厂 距 银 川 市 约 40km，一 期 工 程 设 计 规 模
20 万 m3 / d，原水取自新建的水洞沟水库，水库水源来自黄河， 由设在黄河边原水泵站增压供给。由于工程建设地点冬季寒 冷，最低温度低于 － 20℃，且高浊度黄河原水经水洞沟水库调节、 预沉后出水浊度一般小于 10NTU，是典型的低温低浊原水。 3． 2 高密度澄清池的设计
2013 年第 06 期 总第 180 期
福建建筑
Fujian Architecture ＆ Construction
No06·2013 Vol·180
高密度澄清池在低温低浊水处理中的应用
陈寿彬
（ 福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001）
摘 要： 低温低浊水处理一直是给水处理工程中的难题之一。文章阐述了低温低浊水的水质特性并分析了难处理的原因，介绍了高密
高密度澄清池的主要特点是： 构造简单，占地面积更小，表 面水力负荷大，超过 20m3 / （ m2 ·h） ，出水水质稳定，自动化程 度高，对原水水量、水质变化适应能力强，对低温低浊水处理效 果好。 2． 1 工作原理
高密度澄清池将机械絮凝、斜管沉淀、污泥回流及污泥浓 缩的优点结合在一起，其工作原理基于以下五个方面：
The application of high － density clarifier in treatment of low temperature and low turbidity water
CHEN Shoubin （ Fuzhou City Construction Design ＆ Ｒesearch Institute Co． ，Ltd，Fuzhou 350001）
度澄清池的基本工作原理和主要组成部分，通过其在宁夏长城水厂工程中的实际应用，验证高密度澄清池对低温低浊原水质良好处理
效果。
关键词： 高密度澄清池； 水处理； 低温低浊； 工程应用
中图分类号： TU991． 2
文献标识码： B
文章编号： 1004 － 6135（ 2013） 06 － 0099 － 03
在饮用水处理中，低温低浊水处理一直是给水处理工程中 的难题 之 一。低 温 低 浊 水 主 要 指 冬 季 水 温 0 ～ 4℃ ，浊 度 30NTU 以下的原水。在我国北方广大地区有长达 4 ～ 5 个月 的冰冻期，最低水温可降至 0 ～ 2℃ ，浊度降到 10 ～ 30NTU（ 有 时 10NTU 以下） ，这种低温低浊水很难处理，即使增大混凝剂 的投加量，净化后的水质仍很难达到国家饮用水的标准。
宁夏长城水厂水厂自投产以来已运行一年多，经测试，高 密度澄清池出水水质稳定，运行效果良好，对低温低浊原水处 理成果令人满意，其运行参数详见（ 表 1） ： （ 下转第 87 页）
长城水厂净水处理着重于黄河水预沉处理后续的固液分 离（ 降低浊度） 和消毒杀菌，因此本工程净水工艺推荐采用： “混凝 + 沉淀 + 过滤 + 消毒”。考虑到工程地点冬季气温低， 净水构筑物上部需设建筑外框架，宜尽量减小净水构筑物占地 面积以节省工程投资，同时考虑冬季其原水水质为典型的低温 低浊水，经综合比选，最终确定净水构筑物采用对低温低浊水 处理效果好的高密度澄清池 + 双层滤料翻板滤池，具体工艺流 程详见（ 图 2） ：
目前国内净水厂一级处理的沉淀工艺一般采用斜管沉淀 池、平流沉淀池或机械加速澄清池等工艺。其中斜管沉淀池池 体小、沉淀效率高，但对原水水质及水量变化的适应性差，适用 于中小水厂； 平流沉淀池构造简单、运行管理方便，对水量和水 质变化的适应能力强，但对低温低浊水处理效果不理想，且池 体巨大，在寒冷地区的池体上部建筑外框架工程投资较高，冬 季供暖费用高，故适用于南方地区的大中型水厂； 机械加速澄 清池占地面积小，处理效果好，对水量和水质变化的适应能力 强，但易发生成污泥回流不均匀且浓度较低、排泥量无法准确 控制等问题，影响出水水质，适用于用地紧张的大中型水厂，目 前已被高密度澄清池逐渐取代。
（ 2） 反应区 反应区分为两个部分： 快速反应区与推流反应区。 快速反应区： 快速反应在絮凝搅拌筒内进行，在絮凝搅拌 筒内投加高分子助凝剂（ PAM） ，同时通过污泥转子泵由沉淀 区向反应区回流活性污泥，使反应池中悬浮固体的浓度保持在 最佳状态，并采用变频调速搅拌机进行搅拌，以确保絮凝过程 所需要的能量。 推流反应区： 推流反应区是一个慢速水力絮凝池，其作用 就是连续不断地使矾花颗粒增大，获得大量高密度、均质的矾 花，然后水慢速流至沉淀区，这个过程中矾花不易破碎［3］。 （ 3） 预沉—浓缩区 预沉—浓缩区 位 于 斜 管 下 方，由 于 预 沉—浓 缩 区 面 积 较 大，使流速减小，大部分矾花在此区域中沉淀，形成活性污泥， 进入浓缩区。污泥浓缩区分为上下两层，其中部分活性污泥在 上层停留几个小时，之后被回流至快速反应区； 其余部分污泥 进入浓缩区下层，并在刮泥机的作用下持续浓缩，浓缩时间约 为 1 周，最终被排放。排放污泥含固率可达 3% 以上，不需要 设置专门的污泥浓缩池，高密度澄清池排出的污泥可直接进入 污泥脱水机房处理［3］。 （ 4） 斜管分离区 斜管分离区位于浓缩区上方，在斜管分离区中设置向上流 斜管，利用斜管沉淀机理，使剩余的矾花快速沉淀，随后澄清水 由集水槽收集后进入滤池； 沉淀污泥重力排入浓缩区。 2． 3 高密度澄清池改善低温低浊水处理效果的措施 高密度澄清池主要采取选择合适的混凝剂及助凝剂、强化 混凝技术、利用泥渣的剩余活性等技术来确保对低温低浊水的 良好处理效果，主要通过以下 5 个措施实现： （ 1） 混合阶段： 高密度澄清池的混合池采用机械快速搅拌 混合，使混凝剂（ PAC） 迅速均匀分散到原水中，利于混凝剂水 解，充分发挥混凝剂高电荷对水中胶体电中和脱稳作用； （ 2） 絮凝阶段： 高密度澄清池的絮凝池采用慢速搅拌，通 过机械絮凝与水力絮凝相结合，使脱稳颗粒的有效碰撞，同时 在水中投加高分子助凝剂（ PAM） ，发挥助凝剂的吸附架桥作 用，使细小颗粒逐渐结成矾花，使矾花的浓度维持在最佳水平， 且矾花密集、结实，便于下一步固液分离，使水中的悬浮物质及 胶体得到有效去除； （ 3） 高密度澄清池通过污泥转子泵回流沉淀池部分活性 污泥，使进水中的脱稳微粒与活性泥渣充分接触，有利于使水 中的脱稳微粒形成大颗粒絮体，提高絮凝沉淀效果； （ 4） 在絮凝池设置絮凝搅拌筒，使反应池内处理水充分回流 循环（ 一般回流比为 1： 10） ，增加反应时间，保证脱稳颗粒有较充 分的碰撞机会，消除低浊度导致的碰撞机率低的不利影响； （ 5） 沉淀池根据浅层沉淀的原理，在沉淀池上部设置斜 管，使沉淀池的表面水力负荷明显提高，可达到泥水快速分离 的目的。而且由于沉淀池在整个斜管面积上均匀配水，因此水 流不会短路，保证沉淀在最佳状态下完成［3］。
1 低温低浊水特点及难处理原因
温度低、浊度低、耗氧量低、粘度大等是低温低浊水在冬季 的水质特征。低温低浊水中的杂质主要以细的胶体分散体系 溶于水中，胶体微粒的动力稳定性和凝聚稳定性较强。冬季随 着水温的降低，水的动力粘度系数提高，减弱了水中胶体的颗 粒运动，降低了它们之间相互碰撞的几率，水中胶体的溶剂化 作用 增 强，颗 粒 周 围 的 水 化 膜 加 厚，妨 碍 颗 粒 凝 聚，且 混 凝 剂 （ PAC） 水解速度减慢，影响了常规混凝效果； 原水浊度低，通过 混凝所形成的絮体较轻，较细，不易下沉，难以通过沉淀从水中 分离出去，这就影响了常规沉淀效果； 这样的水进入滤池后，很 容易穿透滤层，滤后水往往很难达到生活饮用水标准，这便严 重影响了常规过滤工艺［1］。
（ 1） 快速反应区的搅拌机可根据水量、水质及水温调整转速； （ 2） 推流式反应区至沉淀池之间的慢速传输； （ 3） 沉淀池至絮凝池的污泥循环系统； （ 4） 斜管沉淀机理； （ 5） 投加高分子助凝剂（ PAM） ［2］ 2． 2 主要组成部分 高密度澄清池主要由四个部分组成： 混合区、反应区、预 沉—浓缩区、斜管分离区，详见图 1。
作者简介： 陈寿彬（ 1978． 5 － ） ，男，工程师。 收稿日期： 2013 － 05 － 03
图 1 高密度澄清池工艺流程图
（ 1） 混合区
2013 年 06 期 总第 180 期
陈寿彬·高密度澄清池在低温低浊水处理中的应用
·100·
在该区，机 械 搅 拌 机 使 水 流 产 生 大 的 紊 流，将 混 凝 剂 （ PAC） 快速溶解并与原水均匀的混合。
Abstract： The treatment of low temperature and low turbidity water is one of the difficult problems in water supply engineering． The water quality characteristics of low temperature and low turbidity water is expanded and the causes of difficult processing are analysed in this article，and also the basic working principle of high － density clarifier and main parts are introduced． Through practical application in Ningxia Changcheng Water Works，the good removing effect of high － density sedimentation applied in the low temperature and low turbidity raw water treatment is verificated． Keywords： High － density clarifier； Water treatment； Low temperature and low turbidity； Engineering application E-mail： 69440443@ qq． com
加药： 高密度澄清池混凝剂及助凝剂分别采用聚合氯化铝 （ PAC） 及聚丙烯酰胺（ PAM） ，其中 PAC 药剂投加于混合池中， PAM 药剂投加于絮凝池的絮凝搅拌筒中，根据原水流量计及 流动电位检测仪信号自动控制药剂投加量。
污泥回流及排泥： 高密度澄清池根据原水流量计数据及沉 淀比试验结果，自动控制活性污泥回流量，一般污泥回流量为 原水流量的 2% ～ 4% ； 高密度澄清池的沉淀池内设置一套泥 位计，监测沉淀池内泥位高度，当泥位达到设定值时（ 一般为 0． 6 ～ 1． 2m） ，污泥转子泵自动开始排泥。 3． 3 实际运行效果
图 2 长城水厂水工艺流程图
宁夏长城水厂高密度澄清池设计参数： 一期工程设计 1 座 高密度澄清池，总平面尺寸为 57． 2m × 33． 35m，分成平行并联 运行的 3 组，每组处理规模 6． 7 万 m3 / d。单格混合池平面尺 寸 4． 8m × 4． 8m，有效水深 4． 8m； 单组絮凝池平面尺寸 8． 8m × 7． 0m，有效水深 6． 80m； 预沉池 / 浓缩池单组平面尺寸 15． 0m × 15． 0m，有效水深 6． 80m； 斜板分离器单组平面尺寸 15． 0m × 11． 14m，沉淀池斜管段液面负荷 21． 3m3 / m2 ·h（ 5． 9mm / s） 。
2 高密度澄清池的基本原理及主要组成部分
高密度澄清池是由法国“degremont”公司开发研制并获专 利（ 专利号： 200910136149） 的一种池型，又称为高效澄清池，是
继平流沉淀池、斜管沉淀池及机械加速澄清池后出现的一种新 型、高效的澄清池，在欧洲已经应用多年，近年来开始进入中国 市场，现已被广泛应用于水处理行业。
3 高密度澄清池在宁夏长城水厂中的应用
3． 1 工程背景 宁夏长 城 水 厂 距 银 川 市 约 40km，一 期 工 程 设 计 规 模
20 万 m3 / d，原水取自新建的水洞沟水库，水库水源来自黄河， 由设在黄河边原水泵站增压供给。由于工程建设地点冬季寒 冷，最低温度低于 － 20℃，且高浊度黄河原水经水洞沟水库调节、 预沉后出水浊度一般小于 10NTU，是典型的低温低浊原水。 3． 2 高密度澄清池的设计
2013 年第 06 期 总第 180 期
福建建筑
Fujian Architecture ＆ Construction
No06·2013 Vol·180
高密度澄清池在低温低浊水处理中的应用
陈寿彬
（ 福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001）
摘 要： 低温低浊水处理一直是给水处理工程中的难题之一。文章阐述了低温低浊水的水质特性并分析了难处理的原因，介绍了高密
高密度澄清池的主要特点是： 构造简单，占地面积更小，表 面水力负荷大，超过 20m3 / （ m2 ·h） ，出水水质稳定，自动化程 度高，对原水水量、水质变化适应能力强，对低温低浊水处理效 果好。 2． 1 工作原理
高密度澄清池将机械絮凝、斜管沉淀、污泥回流及污泥浓 缩的优点结合在一起，其工作原理基于以下五个方面：
The application of high － density clarifier in treatment of low temperature and low turbidity water
CHEN Shoubin （ Fuzhou City Construction Design ＆ Ｒesearch Institute Co． ，Ltd，Fuzhou 350001）