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摘要：在传统的絮凝工艺中，脱稳颗粒的碰撞结合完全是一种随机的过程。随着絮凝体粒径的增大，其有效密度呈负指数关系急剧下降，其综合沉降性能不可能随粒径增大而有大的提高。在小型水处理项目中，极需研发一种集混合絮凝与沉淀结合在一起的高效处理设备。造粒流化床斜板沉淀池是一种集絮凝与沉淀结合在一起的高效处理设备，采用造粒流化床技术与旋流板斜板组件技术结合，提高了絮聚效率，增大沉淀区的水力负荷，缩短停留时间，减少污泥含水率，使污泥脱水容易，提高水中可溶性COD的去除效率，最终达到达到运行条件可控、固液分离效率高，污泥含水率低且易脱水，占地少的目的。
关键词：造粒流化床斜板沉淀池；污水处理
1 前言
我公司现有生产的斜板沉淀池有两种型式，一种与孔室反应槽合建，另一种需配置机械搅拌反应槽。第一种型式的斜板沉淀池其混合絮凝的效果差，第二种型式的斜板沉淀池混合絮凝的效果较好，但还有很大的提升空间。因为在传统的絮凝工艺中，脱稳颗粒的碰撞结合完全是一种随机的过程。随着絮凝体粒径的增大，其有效密度呈负指数关系急剧下降，其综合沉降性能不可能随粒径增大而有大的提高。在小型水处理项目中，极需研发一种集混合絮凝与沉淀结合在一起的高效处理设备。根据公司技术部门的研究，开发了“造粒流化床斜板沉淀池”项目。
2 造粒流化床与传统絮凝工艺的比较
现造粒流化床固液分离技术适用于高浓度悬浊液和污水生物处理的固液分离，以及污泥浓缩。造粒流化床工艺是针对传统絮凝工艺中存在的絮体密度过低、沉泥体积过大，污泥含水率过高及沉淀池表面负荷小等问题而提出的一种新型高效水处理工艺。研究结果表明，与传统絮凝工艺相比，该工艺絮体有效密度提高20-30 倍，水处理效率提高 3-10 倍。造粒流化床与传统絮凝工艺的比较见表一。
3 设备概况
3.1 设备工作原理
我公司所开发的设备为造粒流化床斜板沉淀池，该设备为一立式园型沉淀池，上层为斜板沉淀区，下层由内筒与外筒组成，内筒带搅拌桨是造粒流化床反应器，流化床高约 1.5m，外筒是污泥槽。污水在水泵输送下加入混凝剂（PAC）经管式混合器混合，再加入絮凝剂（PAM）进入内筒。投加混凝剂是為了使污水中的悬浮颗粒进一步脱稳形成初始粒子，投加絮凝剂的目的是为了增强初始粒子与絮体的结合强度。在造粒流化床工艺中，脱稳后的低倍粒子进入高体积浓度的流化床泥渣悬浮层，并附着在既成絮体表面。在上升水流和机械搅动的联合作用下，絮体颗粒受到了水流剪切力、颗粒间的摩擦力、挤压力等外力的作用，迫使随机附着在絮体表面的低倍粒子在这些外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，大大降低了低倍絮体粒子附着的随机性，使絮体的成长过程始终处于一种被动的、有序的、规则的成长状态，形成结构密实的近似球形的絮凝体。当絮体增大到一定程度时，附加外力和内部结合力达到平衡，絮体不再增大，相对而言，其絮体的有效密度增加，这就增强了沉淀分离的效率。经造粒反应后污水向上升，进入流化床与斜板之间的缓冲区，由于设备直径的增大，上升速度减慢，造粒体（污泥）密度大于水而于污泥槽沉淀下来，直径较小的颗粒随水进入斜板沉淀区进一步固液分离。斜板长度为 1m，倾角 60°，若干块斜板围绕着中心筒外沿均匀布置，相邻两板之间间隔一定，其水平投影为旋流板型，水流从下进入斜板，在旋流斜板间隙间旋流式上升，实现所谓的“浅层沉淀”理想沉淀状态，分离出来的污泥颗粒跌落斜板面，在重力作用下沿斜板面向下滑落进入下方内筒与外筒间的污泥浓缩区。上清液经溢流堰汇集后由出水管排出。
3.2 设备基本构造
设备内部分为四个主要功能区：内筒 A 区为造粒流化床，外筒 B 区为环状存泥区，中部 C 区为缓冲区，上部 D 区为强化分离区。A 区底部为进水口，内部设有搅拌桨，通过中心轴由安装于设备顶部的减速机驱动，在稳定的操作条件下，A 区内形成高浓度的流化态造粒体悬浮层，悬浮层增长高出 A 区堰口后，造粒体在扩散和重力作用下越过 A 区堰口落入 B 区得以分离。沉速小于 A 区上升流速的细微颗粒则越过 C 区进入 D 区旋流斜板强化分离。处理水通过顶部出水堰进入集水槽经排水管排出。
3.3设备技术参数
型号：ZNC-10-0.55，设计处理水量：10m3/h，外形尺寸：Φ2550×4000mm
清水表面负荷：2.71m 3/m2·h，搅拌功率：0.55Kw，搅拌转速：5～10r/min（可调）
4 关键技术
4.1造粒流化床搅拌强度 G 值的确定
造粒流化床的 G 值计算较复杂，絮凝反应池搅拌的 G 值：第一反应池，第三反应池，第二反应池。计算时造粒体流化床的搅拌强度最小 G 值取第二反应池与第三反应池的 G 值平均值：。最大 G 值取第一反应池及第二反应池的 G 值平均值：。
4.2搅拌桨型式选择
袁宏林等《物化/生化集成的生物造粒流化床处理污水技术》一文中提到，搅拌桨的型式为螺旋叶片，该种叶片的旋转过程中水体对其产生升力，可保护下轴承端面不易磨损。
在黄廷林《结团体致密的动力条件研究》文献中，其实验所用搅拌器的全部桨板数为 48 片，即搅拌桨 6 层，每层 6 片桨板。这样做的原因是为达到一定的 G 值，而又兼顾转速不要过高，以免造成搅拌桨边缘线速度过大（三级絮凝中第一级0.5-0.6m/s，第三级 0.1-0.2m/s，最大 0.3m/s），故增加桨叶数及增大桨叶宽度是可行的选择。
根据以上文献资料，桨叶设计参考斜叶桨式搅拌器，桨叶倾角β选 60?（即桨叶与纵轴夹角θ=30°）。
5 结论
该设备从2014 年研发生产至今，已经实践 3 年有余，设备运转效果良好，废水泥水分离效果好，实践证明，可实用于物化沉淀，生化沉淀，污泥浓缩等领域。
采用造粒流化床斜板沉淀池时，产生的污泥的含水率明显比常规混凝沉淀法产生的污泥低，不需要设置污泥浓缩设备。并且，造粒流化床法与传统的处理工艺比较，具有占地面积小、设备结构简单、投资和运行费用低等优点，因此将其用于混凝沉淀工艺，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1] 袁宏林等《物化/生化集成的生物造粒流化床处理污水技术》[J]中国给水排水，2008.24（2）：16-21
[2] 李志华等《造粒流化床对不同形态污染物的强化去除》[J]中国给水排水，2009.25（5）：29-31
[3] 聂小保等《造粒流化床处理深圳梅林水厂的生产废水研究》[J]2006.22（7）：42-45
[4] 韦亮等《生物造粒流化床分散式污水处理技术的应用研究》[J]中国给水排水，2013.29（3）：17-19
[5] 黄廷林《结团造粒流化床中造粒动力条件研究》[J]给水排水，1998.24（5）：25-29
[6] 王晓昌《自我造粒型流化床中颗粒流态的试验测定》[J]西安建筑科技大学学报，1999.31（2）：115-118
关键词：造粒流化床斜板沉淀池；污水处理
1 前言
我公司现有生产的斜板沉淀池有两种型式，一种与孔室反应槽合建，另一种需配置机械搅拌反应槽。第一种型式的斜板沉淀池其混合絮凝的效果差，第二种型式的斜板沉淀池混合絮凝的效果较好，但还有很大的提升空间。因为在传统的絮凝工艺中，脱稳颗粒的碰撞结合完全是一种随机的过程。随着絮凝体粒径的增大，其有效密度呈负指数关系急剧下降，其综合沉降性能不可能随粒径增大而有大的提高。在小型水处理项目中，极需研发一种集混合絮凝与沉淀结合在一起的高效处理设备。根据公司技术部门的研究，开发了“造粒流化床斜板沉淀池”项目。
2 造粒流化床与传统絮凝工艺的比较
现造粒流化床固液分离技术适用于高浓度悬浊液和污水生物处理的固液分离，以及污泥浓缩。造粒流化床工艺是针对传统絮凝工艺中存在的絮体密度过低、沉泥体积过大，污泥含水率过高及沉淀池表面负荷小等问题而提出的一种新型高效水处理工艺。研究结果表明，与传统絮凝工艺相比，该工艺絮体有效密度提高20-30 倍，水处理效率提高 3-10 倍。造粒流化床与传统絮凝工艺的比较见表一。
3 设备概况
3.1 设备工作原理
我公司所开发的设备为造粒流化床斜板沉淀池，该设备为一立式园型沉淀池，上层为斜板沉淀区，下层由内筒与外筒组成，内筒带搅拌桨是造粒流化床反应器，流化床高约 1.5m，外筒是污泥槽。污水在水泵输送下加入混凝剂（PAC）经管式混合器混合，再加入絮凝剂（PAM）进入内筒。投加混凝剂是為了使污水中的悬浮颗粒进一步脱稳形成初始粒子，投加絮凝剂的目的是为了增强初始粒子与絮体的结合强度。在造粒流化床工艺中，脱稳后的低倍粒子进入高体积浓度的流化床泥渣悬浮层，并附着在既成絮体表面。在上升水流和机械搅动的联合作用下，絮体颗粒受到了水流剪切力、颗粒间的摩擦力、挤压力等外力的作用，迫使随机附着在絮体表面的低倍粒子在这些外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，大大降低了低倍絮体粒子附着的随机性，使絮体的成长过程始终处于一种被动的、有序的、规则的成长状态，形成结构密实的近似球形的絮凝体。当絮体增大到一定程度时，附加外力和内部结合力达到平衡，絮体不再增大，相对而言，其絮体的有效密度增加，这就增强了沉淀分离的效率。经造粒反应后污水向上升，进入流化床与斜板之间的缓冲区，由于设备直径的增大，上升速度减慢，造粒体（污泥）密度大于水而于污泥槽沉淀下来，直径较小的颗粒随水进入斜板沉淀区进一步固液分离。斜板长度为 1m，倾角 60°，若干块斜板围绕着中心筒外沿均匀布置，相邻两板之间间隔一定，其水平投影为旋流板型，水流从下进入斜板，在旋流斜板间隙间旋流式上升，实现所谓的“浅层沉淀”理想沉淀状态，分离出来的污泥颗粒跌落斜板面，在重力作用下沿斜板面向下滑落进入下方内筒与外筒间的污泥浓缩区。上清液经溢流堰汇集后由出水管排出。
3.2 设备基本构造
设备内部分为四个主要功能区：内筒 A 区为造粒流化床，外筒 B 区为环状存泥区，中部 C 区为缓冲区，上部 D 区为强化分离区。A 区底部为进水口，内部设有搅拌桨，通过中心轴由安装于设备顶部的减速机驱动，在稳定的操作条件下，A 区内形成高浓度的流化态造粒体悬浮层，悬浮层增长高出 A 区堰口后，造粒体在扩散和重力作用下越过 A 区堰口落入 B 区得以分离。沉速小于 A 区上升流速的细微颗粒则越过 C 区进入 D 区旋流斜板强化分离。处理水通过顶部出水堰进入集水槽经排水管排出。
3.3设备技术参数
型号：ZNC-10-0.55，设计处理水量：10m3/h，外形尺寸：Φ2550×4000mm
清水表面负荷：2.71m 3/m2·h，搅拌功率：0.55Kw，搅拌转速：5～10r/min（可调）
4 关键技术
4.1造粒流化床搅拌强度 G 值的确定
造粒流化床的 G 值计算较复杂，絮凝反应池搅拌的 G 值：第一反应池，第三反应池，第二反应池。计算时造粒体流化床的搅拌强度最小 G 值取第二反应池与第三反应池的 G 值平均值：。最大 G 值取第一反应池及第二反应池的 G 值平均值：。
4.2搅拌桨型式选择
袁宏林等《物化/生化集成的生物造粒流化床处理污水技术》一文中提到，搅拌桨的型式为螺旋叶片，该种叶片的旋转过程中水体对其产生升力，可保护下轴承端面不易磨损。
在黄廷林《结团体致密的动力条件研究》文献中，其实验所用搅拌器的全部桨板数为 48 片，即搅拌桨 6 层，每层 6 片桨板。这样做的原因是为达到一定的 G 值，而又兼顾转速不要过高，以免造成搅拌桨边缘线速度过大（三级絮凝中第一级0.5-0.6m/s，第三级 0.1-0.2m/s，最大 0.3m/s），故增加桨叶数及增大桨叶宽度是可行的选择。
根据以上文献资料，桨叶设计参考斜叶桨式搅拌器，桨叶倾角β选 60?（即桨叶与纵轴夹角θ=30°）。
5 结论
该设备从2014 年研发生产至今，已经实践 3 年有余，设备运转效果良好，废水泥水分离效果好，实践证明，可实用于物化沉淀，生化沉淀，污泥浓缩等领域。
采用造粒流化床斜板沉淀池时，产生的污泥的含水率明显比常规混凝沉淀法产生的污泥低，不需要设置污泥浓缩设备。并且，造粒流化床法与传统的处理工艺比较，具有占地面积小、设备结构简单、投资和运行费用低等优点，因此将其用于混凝沉淀工艺，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1] 袁宏林等《物化/生化集成的生物造粒流化床处理污水技术》[J]中国给水排水，2008.24（2）：16-21
[2] 李志华等《造粒流化床对不同形态污染物的强化去除》[J]中国给水排水，2009.25（5）：29-31
[3] 聂小保等《造粒流化床处理深圳梅林水厂的生产废水研究》[J]2006.22（7）：42-45
[4] 韦亮等《生物造粒流化床分散式污水处理技术的应用研究》[J]中国给水排水，2013.29（3）：17-19
[5] 黄廷林《结团造粒流化床中造粒动力条件研究》[J]给水排水，1998.24（5）：25-29
[6] 王晓昌《自我造粒型流化床中颗粒流态的试验测定》[J]西安建筑科技大学学报，1999.31（2）：115-118