絮凝快速分离水处理技术与应用探究

张蓬勃

摘要：絮凝分离技术是利用絮凝作用将溶液中微小胶体、颗粒及悬浮物去除并分离的技术，分为絮凝和分离两个过程。絮凝快速分离水处理技术是在絮凝分离技术的基础上发展而来，通过优化絮凝或者改善分离过程，达到快速分离目的。工程上应用较多的絮凝快速分离技术有斜管（斜板）沉淀、高密度沉淀、砂加载沉淀、磁加载沉淀和水力旋流分离技术等。尽管这些技术已得到应用，但针对技术的共性特点、具体差异、选择依据尚无系统性研究和针对性报道。本文从技术原理及特点、应用现状和发展趋势对各项技术进行综合分析，以期为工程技术选择提供依据。

关键词：絮凝分离技术；高密度沉淀；砂加载沉淀；共性特点

絮凝快速分离技术因反应速度快、占地面积小、操作方便等优点，在水处理领域得到了广泛应用。重点梳理了斜管（斜板）沉淀技术、高密度沉淀技术、砂加载沉淀技术、磁加载沉淀技术、超磁分离技术和水力旋流分离技术 6 种絮凝快速分离水处理技术，分别阐述各技术的原理、特点、应用现状和发展趋势，并对几种技术进行了综合分析，为实际工程中的技术选择提供参考。

1 斜管（斜板）沉淀技术

1）技术简介。斜板填料式沉淀池的沉淀区，由一系列平行的斜管（斜板）把水流分隔成薄层，增加沉淀池的有效沉淀面积，相应增加了过水断面的湿周，降低了雷诺系数，减少水力扰动，从而更容易形成较大的絮体颗粒，斜管（斜板）沉淀池上升流速可达 10 m / h，而普通絮凝沉淀池上升流速最高为 2. 16 m / h。但部分斜管（斜板）沉淀工程排泥不畅，和局部短流导致的絮体破碎对处理效果影响的问题仍有待解决。

2）应用现状与发展趋势。斜管（斜板）沉淀池于 1972 年在我国开始使用，被广泛应用于水处理领域，其应用于污水处理厂可代替普通二沉池，同时也作为絮凝沉淀池被广泛应用。如污水处理厂提标改造工程中应用斜管沉淀池进行深度脱磷，出水 ρ（TP）≤0. 3 mg /L。该技术在工业废水回用领域也得到了一定应用，如应用斜管沉淀池作为工业造纸回用水处理工 艺，改造后沉淀池的占地面积为改造前的50%。斜管（斜板）沉淀池的积泥现象是该技术目前需解决的首要问题。张海涛研究污水处理厂的斜管沉淀池 运行发现，污泥斗安装角度的不合理以及表面粗糙 会导致积泥。李三中等[发现，如果斜管沉淀池原水浊度较低、无稳流措施等，会使斜管上部绒状泥堆积现象严重，导致沉淀池每周至少清洗 1 次。目 前，此类问题大多通过改进斜板（斜管）沉淀池结构、强化絮凝效果和增加反冲洗频率来解决。

2 高密度沉淀技术

1）技术简介。高密度沉淀技术由法国开发，其特点是在混凝阶段将 2%～6%的化学污泥进行回流，增加絮体半径和密度，因而高密度沉淀池的上升流速高达 25 m / h，由于高密度沉淀池设置了污泥浓缩区，系统产泥的含水率可低至 85%。目前工程运行情况来看，由于待处理水体水质不尽相同，部分项目还存在污泥成分、浓度不易掌控，回流比需要调试等问题。2）应用现状與发展趋势。高密度沉淀池处理污水的 ρ（SS）浓度为 200～2 000 mg /L，被广泛用于自来水厂的给水处理。如水厂应用高密度沉淀池作为饮用水的处理工艺，沉淀池表面负荷达到 16. 2 m3 /（m2·h），处理后出水浊度≤0. 3 NTU[12]。在污水深度处理领域，该技术也得到了一定应用，如污水处理厂提标改造项目，应用高密度沉淀池对污水进行深度除磷，出水 ρ（TP）≤0. 5 mg /L。近年来关于高密度沉淀池的研究多集中在结构优化及与其他工艺的耦合上。付文博等在高密池回流的污泥中掺入生化系统的活性污泥，并在絮凝的后混合区增设曝气系统，使高密池对 COD 的去除率由原来的 3. 8% 提高至 19. 2%。鲁剑等研究采用高密度沉淀池作为超滤膜前预处理，使反冲洗频率降至无预处理的 1 /4，以降低超滤膜污染。

3 砂加载沉淀技术

1）技术简介。砂加载絮凝沉淀工艺由法国威立雅集团公司在20 世纪 90 年代初开发，主要用于去除水中悬浮物、浊度、色度、藻类、铁、锰以及颗粒态有机物，其原理是混凝过程投加高密度细砂颗粒（直径为60～140 μm），促进生成大密度矾花，提高澄清池的处理效率。砂加载沉淀池的上升流速高达 120 m /h。带有砂的浆液可机械挤破藻类细胞壁，藻类去除率高达 85%～95%。细砂化学性质稳定，经砂水分离器分离后可回收利用。相比于高密度沉淀技术，该技术在絮凝过程没有充分利用污泥的絮凝功能，故污泥量较大是需要改进的方向。2）应用现状与发展趋势。目前，砂加载沉淀技术已经在法国、美国、英国和马来西亚等国家得到广泛应用。我国也较早使用了该技术。砂加载沉淀工艺目前主要集中对不同污水处理效果研究方面。如闫静采用砂加载絮凝沉淀处理油田污水，出水达到了油田回注水标准。黄廷林等将砂加载絮凝沉淀应用于低浊度污水处理领域，出水浊度≤1. 7 NTU，对藻类去除率高于 80%。张益应用砂加载絮凝沉淀池净化海水，对海水 SS的去除率高于 99%。

4 磁加载沉淀技术

1）技术简介。磁加载沉淀技术（CoMag）由美国麻省理工学院于 20 世纪 90 年代发明的一种分离技术，该技术是在普通的混凝中加入磁性介质，使之与污染物絮凝结合成一体，磁性介质能够降低絮团的电位，促进混凝作用，磁加载沉淀技术上升流速最高为 40 m /h。磁性介质可以通过磁鼓回收循环使用。该技术在运营过程中需保证污水中磁性介质含量 > 5 g /L，故需要不断补充磁性介质。2）应用现状与发展趋势。磁加载沉淀技术被广泛用于污水应急处理、污水处理厂提标改造和工业废水深度处理领域等。磁加载沉淀技术在沉淀段工艺相对成熟，磁絮凝过程由于不同于一般絮凝过程而得到更多的研究。

5水力旋流分离技术

1）技术简介。旋流分离器开始只用于选矿过程中的固液分离和固固分离，后来发展到固气分离、气液分离等领域。应用于污水处理领域的水力旋流分离器在离心力场的作用下，密度大与密度小的相因受力不同而分离。设备水力停留时间仅为2～3 s。旋流分离器内的水流有很大的切向速度，会导致设备磨损。2）应用现状与发展趋势。水力旋流分离器最初由英国的 Hydro 公司发明，并应用于污水处理领域。水力旋流分离技术在煤炭、石油和化工等行业环保领域有较多应用。近年来，关于水力旋流器的研究多集中在运行参数和结构优化上。俞接成等研究轴向入口的旋流分离器，通过数值模拟油水分离效率高达 100%。刘鸿雁等研究水分离器的结构对颗粒物去除的影响，发现通过增加溢流管的插入深度，能够使直径50 mm的水力旋流分离器的分割直径降至 5μm。

参考文献：

[1]黄立标，陈雪娇. 斜管沉淀池的改造实例[J].广东化工，2016，40（2）：82，85.