1 前言
 九十年代以来,随着包钢钢铁生产工艺的发展和技术改造的不断深入,新增的生产设备大多需使用高清洁度的水做为生产用水,若直接以黄河一次沉淀新水作为工业用水,将无法满足新工艺、新设备的要求。为此,必须对其进行二次净化处理。
 澄清池是集混凝、反应、沉淀于一体的净水构筑物,它是给水处理中最常见的水处理设施之一;而机械加速澄池以其处理效率高、适应性强,对处理高浊度水有一定适应性等优点[1],成为包钢对黄河新水进行二次净化的必然选择。
 目前,包钢给水厂共有机械加速澄清池10座,池型有φ19.6ｍ和φ25ｍ两种。其任务是将浊度100～200(ＮＴＵ)的黄河一次沉淀水净化为浊度小于20(ＮＵＴ)的澄清水池,澄清水供给冶炼、轧钢、焦化、氧气等厂做生产用水或供给厂区生活水处理系统。在实际运行中,发现澄清池的出水水质并不理想,有时高达50(ＮＵＴ)。为此,对澄清池出水水质差的频率和原因进行分析,提出了按来水水质和供水负荷的变化来调整机械加速澄清池运行参数的办法,经2个月运行测试,效果良好。
2 澄清池工作原理[2]
 采用混凝沉淀法去除水中悬浮颗粒的工艺包括水和药剂的混合,反应以及絮凝体与水的分离三个阶段,澄清池是将这三个过程集于一个构筑物中完成的一种特殊形式的设施。澄清池的工作原理是:原水在澄清池中由下向上流动,澄清池中有一层呈悬浮状态的泥渣,泥渣层由于重力作用在上升水流中处于动态平衡状态;当原水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成的微小絮凝体随水流通过泥渣层时,在运动中与泥渣层相对较大的泥渣接触碰撞就被吸附在泥渣颗粒表面而迅速除去,使水获得澄清;清水经由澄清池上部的清水槽被收集排出。因此,保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣区是保证澄清池处理效果的关键,也是所有澄清池的共同特点;根据泥渣与原水的接触方式,澄清池可分为泥渣循环分离型和悬浮泥渣过滤型两种类型。
 机械加速澄清池属于泥渣循环分离型,它是借助机械抽升作用,使泥渣在垂直方向不断循环,捕捉原水中形成的絮凝体,并在分离区加以分离;其特点是充分利用已形成泥渣的活性,增加碰撞机会,强化碰撞几率,提高处理设备的功能。在机械加速澄清池中心安装有机械搅拌设备,上部为提升叶轮,下部为搅拌浆,两者安装在同一轴上;提升叶轮将混合泥水提升至第二反应室,而搅拌浆使第一混合反应室的泥渣循环流动与拟处理原水进行混合和反应。
 在实际运行中,投药后的原水经进水管、配水槽进入第一混合反应室中,与回流泥渣混合并完成药剂与水的混合和反应过程;混合泥水从池中心提升至第二反应室,继续完成混凝过程;然后经由导流筒进入分离室完成泥水分离过程。
 对于具体的澄清池而言,处理效果取决于搅拌强度、回流泥渣量及其浓度;搅拌强度以药剂与水完全混合而又不打碎絮凝体为好,回流泥渣量Ｑ′可通过调整提升叶轮的转数ｎ或叶轮的高度Ｂ来控制,一般为处理原水流量Ｑ的3～5倍,而泥渣浓度可通过调整回流量或调整排泥量来控制。因此,合理调整机械搅拌设备的运行参数可以控制机械加速澄清池的运行效果。
3 机械加速澄清池运行效果分析
3.1 出水浊度超标频率统计
 以机械加速澄清池的设计指标,出水浊度不小于20(ＮＴＵ)为标准,对包钢给水厂一车间φ25ｍ和四车间φ19.6ｍ的机械加速澄清池1999年1～5月份出水水质的超标情况分别进行统计,结果见表1。从表1可知:监测期内机械加速澄清池出水浊度超过20度的频率平均为32 08%,属于严重超标;造成出水水质超标的因素较多,因此各月的超标率无规律可循。
表1澄清池出水水质超标情况统计表
3.2 出水浊度超标范围频数分析
 为了解机械加速澄清池出水浊度超标范围的分布情况,采用频率数分布法进行综合分析。选取25ｍ机械加速澄清池4～5个月份的100个超标浊度值进行统计计算,根据频数分布情况,绘制了机械加速澄清池出水水质超标范围直方图,见图1。
 从图1可见,直方图属胖型,说明出水浊度超标范围分布较大;从频数分布可以看出,超标10(ＮＴＵ)以内的频率占63%,因此采取一定的措施,将出水水质降低10(ＮＴＵ),就可使出水超标率减少63%。
 图1 机械加速澄清池出水水质超标范围直方图
 浊度数据个数Ｎ=100,浊度平均值Ｘ=30.70,标准偏差Ｓ=9.64
3.3 出水浊度超标原因分析及采用的措施
 根据对机械加速澄清池的运行情况以及出水水质状况的分析,得出影响机械加速澄清池澄清效果的主要因素有:原水的浊度及温度、原水的进水压力、处理负荷(水量)、混凝剂的质量及其投加量、泥渣排放量及排泥周期。
 拟处理的原水浊度一般在100～200(ＮＴＵ)之间,它取决于黄河水的浊度和一次沉淀净化效率,当原水浊度变化时,若不相应调整药剂投加量或澄清池的运行参数,则无法保证出水水质;当原水的温度小于5℃时,水中悬浮颗粒呈胶体状,现有处理工艺的效果极差,应采用改变水处理工艺、增加助凝剂等措施才能解决。
 拟处理的原水来自包钢厂区的黄河新水管网,其供水压力的波动范围为0.08～0.2ＭＰａ,由于黄河新水进澄清池之前无稳压设备,所以管网压力波动将直接影响澄清池的出水效果。
 若混凝剂质量差(有效成分偏低)以及混凝剂投加量偏小均直接影响絮凝效果,其出水水质必然超标。
 由于澄清水供冶炼、轧钢等多个用户,且各用户的用水量并不均衡,而澄清池后的清水池由于其容积小,难以起到蓄水调节作用,因此给水厂的澄清工序经常处于不均衡负荷状态,即澄清池的处理水量经常处于变化状态,这就要求及时调整机械加速澄清池的运行参数。
 澄清池的排泥影响着澄清池中泥渣层的浓度,而泥渣浓度与第二反应室的泥水沉降比有关,沉降比太小应提高回流比,减少排泥量,沉降比太大应降低回流比,增大排泥量。当澄清池的处理水量处于不均衡状态下,必须相应调整排泥量及排泥周期。
 综上所述,在诸多影响因素中,除冬季低温低浊水的处理,需采取改变水处理工艺,增投助凝剂等措施外;其他的影响因素均是由于澄清池的实际运行与设计参数(如处理水量、提升水量、叶轮提升高度等)有差异所致,应采取及时调整机械加速澄清池的运行参数的办法来解决。
 其中,回流量和搅拌强度应随进水水质和处理水量的变动而调整,相应的混凝剂投加量和排泥方式可以依据有关理论计算由澄清池岗位人工控制。这样,机械加速澄清池出水超标的状况将得到极大的改善。
4 机械加速澄清池的运行参数的调整
 机械加速澄清池是集混合、反应和分离三种工艺在一个构筑物中的水处理设备,各部分运行状况相互牵制,相互影响。一般对于具体的澄清池,其运行参数是按某个稳定的处理负荷设计的,工程建成后经调试可按一组相对固定的参数运行;而对给水厂这样处理负荷处于不断变化的状况,其运行参数必须相应调整。
4.1 运行参数调整的依据
 机械加速澄清池的运行参数:处理水量、回流比、搅拌机的转速、叶轮的提升高度等之间存在着密切的关系,可由机械加速澄清池搅拌叶轮设计实验公式[2]表示,澄清池运行参数的调整应基于该公式。
 Ｂ=60Ｑ'/Ｋｄ2ｎ=60(3～5)Ｑ/Ｋｄ2ｎ(1)
 式中:Ｂ—叶轮提升高度(ｍ)
 Ｑ'—叶轮提升流量(ｍ3/ｓ),取Ｑ'=(3～5)Ｑ
 Ｑ—处理水量(ｍ3/ｓ)Ｋ—系数,取3.0
 ｎ—叶轮转数(转ｍｉｎ)
 ｄ—叶轮直径(ｍ)
 利用公式(1),并结合机械加速澄清池实际的叶轮直径和叶轮转数的范围[3],可分别计算出在不同回流比、不同处理水量Ｑ状态下,φ25ｍ和19 6ｍ机械加速澄清池的叶轮提升高度Ｂ与叶轮转数ｎ之间的关系,并将25ｍ澄清池回流比等于3的数据结果制成曲线图,见图2,同样也可绘制等于4或5的曲线图。
  图2 不同处理水量Ｑ下叶轮提升高度Ｂ与转数ｎ之间关系图
 处理水流量(ｍ3/ｈ);—◇—900;—□—1080;—△—1330;—○—1620
4.2 机械加速澄清池运行参数调整的应用效果
 在实际运行中,以曲线图提供的参数为基础,结合岗位运行人员的经验和出水水质再进行微调,经过2000年6月、7月的调整试验,澄清池出水水质的达标率明显提高。试验期内25ｍ 19.6ｍ机械加速澄清池出水水质达标情况统计情况见表2。
  表2调整参数第一、四车间澄清出水达标情况表
 由表2可见,通过按进水水质和处理水量调整机械加速澄清池的运行参数,就使机械加速澄清池的超标率降至6 9%,出水水质明显改善。
5 结语
 通过对机械加速澄清池超标频率和原因分析,找出了影响出水水质的主要因素是澄清池的实际运行与设计参数有差异。通过按进水水质和处理水量调整机械加速澄清池的运行参数,无须其他投入就可使出水超标率从32 .08%降至6.9%,效果良好。
 对于冬季低温低浊情况下的超标问题,可采取对进水加热,或增投助凝剂等工艺改进加以解决,这需要进一步的研究。