高效澄清池缘何不高效？（上）
在污水厂中的深度处理单元，较多采用了加药沉淀过滤的方式进行深度处理，而高效澄清池在近年来较多的应用在污水厂中的深度处理，使用其进行加药澄清处理，使最终出水达到一级A的出水水质标准。但是在实际的运行中，运行人员对高效澄清池的效果认可度不高，部分污水厂甚至对其进行超越，使其丧失了应有的功能，那么高效澄清池究竟高效在哪里？为什么在污水厂的实际使用过程中，效果并不突出呢？这几期公众号将围绕高效澄清池的原理及使用和大家探讨一下高效澄清池的使用和管理。
高效澄清池在国内的名称有很多，比如高效沉淀池，高效反应沉淀池，高密度沉淀池等等，这些叫法都是指的同一种处理构筑物。为了文章内对构筑物的统一描述，我们把这个构筑物的英文High rate clarification高效澄清池作为后面的统一称呼。高效澄清池在世界各地得到了长足的发展，其中威立雅公司在高效澄清池基础上开发了ACTIFLO®技术；苏伊士公司的Densadeg XRCTM技术，大大提高了澄清池的效率，使其高效率的在污水处理中发挥着作用。
在了解高效澄清池的原理之前，我们先来了解一个理论，即浅池理论。浅池理论是20世纪初，哈真（Hazen）提出，设矩形沉淀池池长为L，池深为H，池中水平流速为v，某种固体颗粒的特定沉速为u0，在颗粒完全沉淀的理想状态下，颗粒在池内沉淀到底部与水流从入口到达池体出口的时间t相等，也就是：
t=L/ v=H /u0。
变化公式可以得到：L/H=v/u0
可见L与v值不变时，池身越浅，固体颗粒的沉淀速度可以越小，或者换个角度来说，在同等速度下，也就是可被去除的悬浮物颗粒沉淀时间越短。因此沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。根据这一理论，在沉淀池中分割成多个浅层沉淀池，可大大提高沉淀池的沉淀效率，但是平板的沉淀层无法排泥，为了便于把沉淀的污泥排走，把多层平板倾斜起来，也就是平板斜板和斜管沉淀池。随着斜板斜管沉淀池发展起来，浅池理论才得到实际应用。斜板、斜管统称为浅池沉淀池，是建立在浅池沉淀原理基础上的。而采用斜板或者斜管的沉淀池可以大大缩小沉淀池的尺寸，提高沉淀效率，这也就是高效澄清池的一个重要基础。
斜管沉淀池是斜板沉淀池发展起来的，在斜管沉淀池中，水流的方向有多种形式，根据水流和污泥沉淀的方向，可以将斜管沉淀池分为异向流，同向流和侧向流三种，它们的流动方式如下图所示。
斜管沉淀池的布局方式一般采用的是异向流的布局，同向流的布局水流会促进污泥的沉淀，但是水流要进入到沉淀池底部再返回顶部出水，使水流路线过于复杂；侧向流由于只适用于斜板沉淀池，在斜管沉淀池中无法实现侧面进水的方式，因此斜管沉淀池一般采用的是异向流。如图所示。
污泥在斜管中自由下滑的最小斜度我们称为休止角，对于异向流的斜管沉淀池，污泥休止角在55~60°，也就是说，斜管的安装角度要大于55~60°的安装角度，这样的角度可以保证在斜管上的污泥可以顺利的滑向底部而不至于淤积在管里。而制作成六边形的蜂窝状，可以得到较大的有效沉淀面积，充分利用空间，因此我们在高效沉淀池内大部分看到的都是倾角在60度以上的蜂窝状的六边形的斜管。
在高效澄清池除了利用斜管沉淀来提高沉淀效率以外，还进行了其他的方式来强化对水中的悬浮物质的去除。我们来看高效澄清池的结构图：
从结构图中可以看到，高效澄清池除了利用斜管以外，在进入斜管之前，设置了混凝，絮凝，通过斜管沉淀到底部的污泥，利用重力进行污泥浓缩，同时还设置了污泥回流，通过这一系列的整合，使高效澄清池实现了更高的处理效率。我们来一步步了解高效澄清池的各个环节的工作原理。
首先是混凝反应区，在混凝反应区主要是使投加的混凝剂溶解后的絮状物迅速扩散到水体中，这些混凝剂形成的絮状物会使原水中的胶体颗粒脱稳并凝聚起来，这里一般会采用提升式的混合搅拌机，同时具有提升和搅拌的作用。在这个过程中依靠设备的上升动力，搅拌器的搅拌混合作用，使药剂和原水中的杂质、胶体等的快速的凝聚起来，然后进入到絮凝反应区。
絮凝反应区，设置有可调速的搅拌器来控制加药后的混合液的搅拌速度，这里速度控制的很慢，主要是促进矾花进一步增大，保持矾花的迷实均匀，同时在斜管下方的污泥浓缩区的污泥回流进来，这些高浓度的悬浮泥渣，促进了矾花和水中杂质颗粒的碰撞接触机会，非常有效的吸附水中的各种污染物质，通过合理的控制搅拌速度，回流量，可以节约药剂使用量，保持反应区的混合液中悬浮固体的浓度，起到优化处理效果的作用。
斜管沉淀区域通过增加斜管，大大提高了短时间小空间内的污泥沉淀效果，同时由于水流方向是从沉淀区底部向上流动出水的，异向流更有效的利用了斜管沉淀的功能，利用浅池理论，层流原理，增加的沉淀池面积，缩短颗粒沉降的距离等方式，实现了占地面积更小，表面负荷更高的运行效果。
污泥浓缩区，在斜管的下方，设置有污泥浓缩区，通过前端的混凝区和絮凝区形成的污泥颗粒和矾花首先进入底部沉淀，剩余的矾花进入到斜管内完成沉淀过程，矾花在沉淀区下方累积成污泥，并在浓缩机的连续挂扫的作用下实现了浓缩，浓缩后的污泥通过污泥泵，一部分回到前端进行污泥回流提高絮凝效果，一部分排出系统进行污泥脱水外运。
这就是高效澄清池的基本结构，由于国内对高效澄清池引进后，各个设计院针对不同的水质进行了不同的改进和优化，因此在实际中会呈现各式各样的结构类型，但是从总体的流程和原理上基本一致的，所以将围绕这些介绍开展后续的讨论，大家可以根据自己厂内实际的结构进行分析和探讨。公众号下一篇会讨论高效澄清池的运行管理，欢迎大家持续关注和探讨。