0前言

　　 沉淀池作为去除水中悬浮物的有效设施, 在水处理中得到广泛的应用, 但由于污水处理厂现有沉淀池的处理效率不高, 不能对污水中的COD和SS等杂质进行有效去除, 没有充分发挥沉淀池的最佳处理效果^[1], 同时受土地资源的限制, 故而需对现有的沉淀池进行改进, 这样不仅可以提高COD和SS的去除率, 还可以减轻其他环节的处理负荷, 节约占地面积、污水处理成本和工程投资等。

　　 为提高水处理能力、稳定出水水质、降低运行成本和控制基建投资, 各种类型的沉淀池都有了较大的改进和革新, 随之就出现了一种新型高效的折流式沉淀池, 折流式沉淀池是一种紧凑、高效、灵活的新型污水处理工艺, 具有最大限度的利用池容、消除水流短路、较高的溢流率、最佳水力稳定性、最大的设计通用性及节约占地和土建费用等优点^[2], 可以广泛地应用于水处理行业的各领域。

　　 折流式沉淀池结构与平流式/辐流式沉淀池相似, 不同之处在于进水和出水在沉淀池的同侧, 目的在于利用进水能量将水流带到池子另一端/中部, 遇到池壁后反方向折回, 流入与进水口同侧的出水堰, 污泥排除/回流位于池底^[3]。

　　 折流式沉淀池的基本原理 (即异重流运动规律) 如图1所示。由于进水混合液悬浮物浓度远高于沉淀池中的清水, 有密度差, 存在着异重流, 但水流方向相反, 混合液经进水槽的布水孔进入导流区后, 并落至池底污泥层上, 随后沿泥层表面向池另一端/中心流动, 遇到池另一端或中心筒汇集后再朝水面上升。在池另一端/中心汇流和上升过程中, 分离出清水, 反方向折回到池边的出水槽, 水体在整个流动过程中形成了异重流。

　　 折流式沉淀池与其他沉淀池较为明显的区别在于进水和出水在沿池长方向的同一侧布置, 具备以下各工艺特征:

　　 (1) 能够较好地解决沉淀池出水堰负荷较大的问题, 且可以采用较大的表面负荷。出水堰负荷的高低决定了出水水流状态, 负荷太高就会出现齿形堰当成平堰使用, 进而影响出水水质;沉淀池表面负荷高低决定了沉淀池面积, 也决定了出水效果和工程投资, 负荷低出水效果好, 工程投资高;反之, 出水效果差, 工程投资低。出水堰负荷和沉淀池表面负荷两者之间没有必然联系, 但都可以影响出水效果;折流沉淀池由于在沿池长方向布置, 相对其他沉淀池单位堰长的负荷会明显降低, 可使出水保持一个较为均匀而稳定的流速, 从而防止污泥及浮渣的外溢;同时由于单位出水堰负荷得以降低, 因此可适当地提高表面负荷。

　　 (2) 表面负荷较大, 占地面积较小。如前所述, 由于折流沉淀池相对其他沉淀池可适当提高其表面负荷, 也即同等规模的情况下沉淀池占用的土地资源会相对较小。

　　 (3) 存在完全混合循环流流态, 进水水流分布均匀, 可有效避免普通沉淀池的急流、涡流、短流、死水及积泥等现象。普通沉淀池多采用方形, 且池内流态呈推流式, 极易造成末端局部的死水、积泥以及水流短路的现象发生, 折流沉淀池在流态上采用了循环流的流态, 可有效避免上述现象的发生, 且水头损失较小。

　　 (4) 水流流体场分布均匀, 池体容积利用率高。由于折流沉淀池采用了循环流的流态, 整体呈现更为合理的流体场分布, 池体内的水流畅通, 可使其容积利用率得以提高。

　　 (5) 沉淀效率高。由于折流沉淀池内存在着明显的环形流态和异重流, 清水层、悬浮层和污泥层等3个层次之间会有清楚的分界面, 悬浮层中会出现良好的悬浮澄清作用, 进而可获取较高的沉淀效率。

　　 (6) 可与生化处理单元共壁合建, 充分利用垂直空间, 节省占地和施工周期, 降低土建费用和运行成本。折流沉淀池较其他普通沉淀池而言, 排泥进水系统更为简单, 可与生化处理单元共壁或共底板, 大大节省了占地面积和施工周期, 同时由于构筑物工程量的减少, 也进一步降低了土建费用和运行成本。

　　 折流式沉淀池相比其他普通沉淀池而言, 设计的重点在于进出水的配水均匀性和撇渣排泥。

　　 (1) 进出水配水的均匀性。为保持进水槽布水的均匀性, 需要维持进水槽内稳定的流速, 故而将进水槽沿长度方向设计成渐变 (窄) 截断面, 同时布水孔 (管) 按平均配水水头配置, 尽量保持进水槽全长污水平均排入池内, 以避免污水进入池内产生射流现象;布水孔 (管) 下端设置进水挡板, 以使污水快速及有效地分散至池内;污水通过进水挡板后为防止发生表层短流, 同时设置进水裙板 (导流板) , 将进水沿池壁方向向下顺流至泥层表面后沿另一方向推进, 形成明显的异重流, 也将更加有助于进水沿池长平均分布, 降低进水流速, 进而加强污泥絮凝作用;出水槽与进水槽平行布置, 出水堰亦沿池长均匀分布, 有利于出水的均匀性。

　　 (2) 撇渣排泥。对于池径较小的折流沉淀池排泥设施可采用泵吸式, 吸泥机底部设置多孔吸泥管作为沉积污泥的收集系统, 通过泵排入泥槽或者回流至生化处理单元;对于池径较大的折流沉淀池排泥设施可利用液压原理排泥, 同样通过多孔吸泥管将沉积污泥收集, 并设置排泥阀将其排至泥槽或者回流至生化处理单元;在吸泥机接触的液位层设置刮沫装置, 吸泥机在运行过程中带动刮沫装置对全池面进行有效地刮除浮渣/泡沫。

　　 折流式沉淀池主要由以下各个部分组成:

　　 (1) 进水槽:进水槽沿池周/长方向均匀布置, 且进水槽采用单向流有利于进水的分流, 可保证进水槽内的刮渣板随吸泥机单向运行时撇渣便利。

　　 (2) 布水孔 (管) :布水孔 (管) 沿进水槽方向均匀布置, 有利于进水的均匀分配。

　　 (3) 进水挡板/裙板:进水挡板位于布水孔 (管) 下端0.2~0.3m处, 挡水裙板延伸至水面/槽底下1~1.5m处, 以保证良好的澄清絮凝效果。

　　 (4) 除渣:进水槽内浮渣通过安装在撇渣刮沫装置的刮板, 将浮渣汇集至进水槽的末端排除;池内浮渣通过位于吸泥机液位层的刮沫板将浮渣驱赶至浮渣井排除。

　　 (5) 排泥:多孔吸泥管收集沉泥, 并泵吸或重力排至泥槽或污泥回流井, 池底周边设置底坡 (根据池径大小坡度选择范围1~60°) 一方面便于集泥, 另一方面有利于池内循环流流态的形成。

　　 折流沉淀池最重要的设计除了正常生化池所需的表面负荷和固体负荷之外, 更重要在于配水槽及布水孔 (管) 的计算, 其中配水槽计算一般采用变孔距法, 主要的设计方法如表1所示。

　　 为节约占地, 折流式沉淀池通常与其他处理单元 (如生化处理单元) 合建, 采用的池体型式主要有圆形或矩形两种:

　　 (1) 圆形折流式沉淀池:进水和出水在沉淀池的池壁一侧, 通过进水能量将水流带到池子中部, 遇到中心筒壁后反方向折回, 流入与进水口同侧的出水堰, 污泥排除/回流位于池底部。

　　 (2) 矩形折流式沉淀池:与圆形折流式沉淀池不同之处在于通过进水能量将水流带到池子另一侧 (而非池子中部) , 遇到池壁后反方向折回, 同时排泥排出/回流系统多采用泵吸式或者位于池子的外侧, 其余部分均与圆形折流式沉淀池类同。以上两种池体型式如图2所示。

　　 无论是圆形还是矩形折流沉淀池, 其配套设备基本相似, 主要包括进水槽、出水槽、出水堰、挡水裙板、进水挡板、布水孔、浮渣挡板、撇渣装置、吸 (刮) 泥机、污泥排出/回流系统。

　　 折流式沉淀池与常用的平流式、竖流式、辐流式、斜板 (管) 4种沉淀池在实际应用中各有优缺点, 比较如表2所示。

　　 综合上表分析, 竖流式和辐流式沉淀池一般采用圆形或正方形, 易受池深和池型的限制;平流式沉淀池一般采用方形, 且作为二沉池的表面负荷不宜大于1.5m³/ (m²·h) , 易受池体面积限制;斜板 (管) 沉淀池由于受生化处理系统的混合液悬浮固体浓度波动影响, 且当混合液悬浮固体浓度较大 (或活性污泥粘度较大) 时, 容易粘附在斜板 (管) 上, 影响沉淀效果甚至可能堵塞斜板 (管) , 进一步加深斜板 (管) 的受损程度, 因此生化处理系统的出水直接进入斜板 (管) 沉淀池较为不妥;相对而言, 折流式沉淀池利用水力流态特征提高了其表面负荷, 进而具备占地面积小等特点, 同时不受池深和池型的限制, 因此其应用选择灵活性较高, 尤其适用于厂区可用空地有限或原池挖掘改造的情况。

　　 某项目采用水解酸化池+折流沉淀池作为预处理工艺, 取得了很好的处理效果。其中, 设计规模1.5万m³/d, 表面负荷取2 m³/ (m²·h) , 折流沉淀池采用矩形池型, 共1座2组, 并联运行, 与水解酸化单元共壁合建, 污泥回流井位于折流沉淀池一侧顶部, 结构尺寸为L×B×H=13m×25m×6.3m (有效水深5.9m) , 平面布置如图3所示。

　　 某项目采用折流沉淀池作为二沉池工艺, 同样取得了很好的处理效果。其中, 设计规模2万m³/d, 表面负荷取1.0m³/ (m²·h) , 折流沉淀池采用圆形池型, 共2座, 并联运行, 与生化处理单元与污泥回流井共壁合建, 呈同心三环池型, 其中折流沉淀池位于组合池体的内环, 单组结构尺寸为×H=28m×7m (有效水深5.7 m) , 平面布置如图4a所示。另一项目同样采用折流沉淀池作为二沉池工艺, 亦取得了很好的处理效果。其中, 设计规模7 500m³/d, 表面负荷取1.2m³/ (m²·h) , 折流沉淀池采用方形池型, 共1座, 与生化处理单元共壁合建, 污泥回流井位于折流沉淀池一侧顶部, 结构尺寸为L×B×H=38m×7m×6m (有效水深4.7m) , 平面布置如图4b所示。

　　 某项目采用折流式沉淀池作为原池改造工艺首选, 原沉淀区内嵌于生化处理单元, 采用斜板式沉淀池, 实际运行一段时间后发现沉淀单元出水SS较高, 进而影响后续高效过滤单元, 由于该厂区占地面积有限, 改造方案直接将原沉淀区改造成折流沉淀池, 改造后的沉淀池表面负荷为1.7m³/ (m²·h) , 同样内嵌于生化处理单元, 设计规模为4 000m³/d, 改造区结构尺寸为L×B×H=20 m×5 m×4.3 m (有效水深3.8m) , 平面布置如图5所示。

　　 折流沉淀池在实际的工程应用过程中取得了较好的运行效果, 在节省占地面积的同时可以保持较为稳定的出水水质 (二沉池出水SS基本上在20mg/L以内, 偶尔会稍微超过20mg/L) 。但同时经过现场多次试验, 也发现其在实际使用过程有部分限制条件, 总结主要有如下两点: (1) 抗冲击负荷能力有限, 在水力负荷达到设计值的1.3倍时沉淀池会出现典型的漂泥现象, 说明此时的水力负荷已经达到沉淀池所能承受的上限; (2) 采用泵吸式排泥设施时, 配套吸泥管、排泥管及其吸口要较设计值略微放大一号, 以尽量避免吸泥泵的堵塞现象发生, 此外由于排泥系统常年浸泡于污水中, 较易腐蚀, 材质选择上宜选用玻璃钢或不锈钢 (表面重防腐涂料进行涂装) 。

　　 折流式沉淀池具有水力负荷较高、池容利用率高、消除水流短路、出水溢流率高、进水水流分布均匀及节约占地和土建费用等多重优势, 可以作为初次沉淀池和二次沉淀池使用, 在工程应用中能取得较好的处理效果。

　　 (1) 折流式沉淀池工艺处理效果稳定, 可作为初次沉淀池和二次沉淀池的实用技术。

　　 (2) 折流式沉淀池在池深和池型选择方面具有较高的灵活性, 可应用于多种新建或改扩建项目。

　　 (3) 折流式沉淀池在使用中超水力负荷不宜过多, 否则会直接影响出水水质。

　　 (4) 为保证折流式沉淀池的运行顺畅, 其排泥设施配套管路系统宜适当放大。