斜管及斜板沉淀技術具有表面負荷高、去除率高、停留時間短、占地面積小等優點。異向流斜管(斜板)沉淀技術在鋼廠轉爐煤氣洗滌水、連鑄二冷水、熱軋濁環水、冷軋廢水、全廠綜合廢水等處理工藝中均得到了廣泛的應用。筆者在鋼廠水處理設施運營及調試工作中，發現很多采用斜管及斜板沉淀技術的沉淀設施在運行過程中都存在一些共同的問題。經過分析認為，這些問題的產生與斜管及斜板沉淀設施的構造以及鋼廠水質特點密切相關。筆者結合實際經驗，建議從技術及管理兩方面采取改進措施來避免這些問題的產生。
1 問題情況描述
斜板(斜管)沉淀池是利用“淺層理論”，在沉淀池中加設斜板或者蜂窩斜管，以提高沉淀效率的一種沉淀池。在鋼廠水處理設施實際運行過程中發現，斜板(斜管)沉淀池在不同工藝應用中可能出現下面的問題：(1)污泥在斜板或斜管內堵塞并在頂部沉積，如果不及時采取適當的措施，會導致污泥在斜板及斜管頂部大量沉積并向周圍擴散，污泥無法正常從泥斗排出;(2)沉淀池水面會有氣泡冒出并且伴隨大片的浮渣漂起，使出水夾帶大量的顆粒物，造成出水水質惡化;(3)斜板及斜管被壓縮變形，嚴重時甚至坍塌，造成設備出水水質持續惡化，甚至需要停運設備，進行斜板(斜管)的沖洗甚至更換，對生產的穩定造成影響。
2 實例介紹
2.1 熱軋濁環水系統
唐山某鋼廠熱軋型材濁環水系統設5組斜管沉淀池，原水經旋流井去除氧化鐵皮后提升進入機械反應池，投加無機和有機絮凝劑后自流進入斜管沉淀池。設備投運1 a后，斜管沉淀池出水懸浮物從投運初期的<10 mg/L，在較短的時間內逐漸增大到20 mg/L以上。通過現場調查，了解到型材的生產品種、產量都沒有發生顯著變化，而且在此期間通過調整藥劑投加量等措施也無法降低設備出水懸浮物。對斜管上部水質進行連續觀察，發現沉淀池前端出水比較渾濁，末端較前端清澈，而且前端局部斜管上部出現了明顯的高濁度水“泉涌”現象，這部分高濁度的水攜帶的懸浮物一部分向周圍擴散并沉降于斜管頂部，一部分隨出水流出造成了沉淀池出水懸浮物升高。經過分析，判斷斜管上部的高濁度水“泉涌”現象是由于斜管底部存在的污泥堆積到一定高度，導致局部水流發生流向改變及水量增大造成的。將其中1臺斜管沉淀池的水位降低到斜管頂部，發現斜管頂部已經有成片的污泥淤積，一些斜管被污泥堵塞，繼續降低水位到斜管底部，并將斜管取出沉淀池，發現第1個泥斗已經充滿污泥，并且污泥已經堆積到接近斜管底部，第2個泥斗也有大量污泥，其他泥斗內的泥量逐漸減少。這個現象恰好驗證了之前的判斷。
2.2 冷軋酸堿廢水處理系統
本溪某鋼廠冷軋廢水處理站酸堿廢水處理系統設4組斜板沉淀池，在設備運行過程中，經常發現斜板沉淀池水面上有大片絮體漂浮，盡管沉淀池斜板上部的出水整體上看起來比較清澈，但因表面漂浮的難以沉降的絮體隨著出水流出，導致出水懸浮物仍然超標。對斜板沉淀池逐一進行連續觀察發現，存在漂浮絮體的沉淀池前端的斜板局部區域，尤其是斜板和池壁間隙處有大量紅褐色污泥冒出，且向上的流速較高，由于污泥密度高，大部分向四周擴散并在斜板頂部發生二次沉降，少部分浮出水面形成漂浮物并向出水端流動。判斷上述現象是由于沉淀池前端的污泥斗內污泥積累過多造成的。沉淀池水位降低后，可以看到很多斜板之間夾雜著沒有落入泥斗的污泥;透過斜板之間的縫隙可以看到，斜板下面的污泥已經積累到接近斜板底部，影響了水流的分布和流向。
2.3 綜合廢水處理系統
天津某鋼廠全廠綜合廢水處理站設4組斜管沉淀池，在設備投運幾個月后，沉淀池出水逐漸變得渾濁，斜管上部水面出現浮渣和細小礬花，并發現其中有1組沉淀池斜管頂部有污泥堆積，且出水水質惡化，業主決定清理這組沉淀池斜管表面的污泥，并對堵塞的斜管進行沖洗。在對沉淀池進行排空時，隨著水位的降低，污泥堆體由于失去浮力向四周擴散并將斜管擠壓變形，整個斜管表面呈塌陷形狀。分析認為，這種問題產生的原因是由于該組沉淀池離混凝反應罐最近，而運行過程中忽略了4組沉淀池進水水量的均勻分布，導致該組沉淀池進水水量最大，且水力負荷及固體負荷均是4組沉淀池中最高的，以致在同等的排泥操作制度下，該沉淀池污泥量最大，停留時間最短，沒有及時排出的污泥逐漸積累，使一部分污泥黏附在斜管的內部造成斜管堵塞，一部分污泥則在斜管頂部二次沉淀形成堆積體。此外，選擇的斜管材料強度和厚度較低，這也是造成斜管迅速坍塌的重要原因。
3 問題分析
3.1 污水特點
鋼廠污水具有以下特點：(1)懸浮物高，懸浮固體比重大。有些原水雖然懸浮物不高，但是經過中和處理、石灰軟化處理之后易形成濃度高、比重較大的固體顆粒，這使得懸浮顆粒物易于沉淀形成比重較大的污泥;(2)含油和有機物。連鑄、熱軋、冷軋等廢水中含有油，其通常經過混凝作用與水中的懸浮顆粒物結合形成絮體在沉淀池內去除。全廠綜合廢水通常含有機物，其中一部分需通過混凝沉淀去除。含油及有機物的污水在使用斜管或斜板沉淀池進行沉淀處理時，污泥容易在斜管或斜板上黏附。此外，如果污泥存儲時間過長，油和有機物會產生厭氧反應生成氣泡，將污泥帶到沉淀池表面。
3.2 設備構造
發生問題的沉淀池橫截面均為長方形，其沿水流方向有多個泥斗。水流進入沉淀池后有2種主要的流動狀態，一種是水流沿斜管或者斜板向上流的狀態，另一種是水流呈現向沉淀池末端水平流動的狀態。而水中的污泥絮體主要在斜管或斜板上沉淀，當積累到一定程度時，便自動下滑，與斜管或斜板內的水流呈異向流動〔1〕，如圖 1所示。
圖 1 斜管(斜板)沉淀池內污泥分布示意
由圖 1并結合鋼廠污水的特點可知，在長方形沉淀池內，污水中部分大而重的絮體直接沉淀在水流流經的第1個泥斗內，由于靠近進水端的顆粒物濃度高，進水端斜管或斜板產生的污泥量也大，因此進水流經的第1個泥斗內的污泥量最大;而隨著水中顆粒物在第1個泥斗內的沉積，流經其余泥斗的水中顆粒物濃度逐漸降低，最終產生污泥量前高后低的現象。當排泥不充分時，前端污泥越積累越多，漸漸“觸及”斜管或斜板的底部，部分斜管或者斜板被污泥堵塞，改變了水流分布的均勻性，導致其余的斜管或者斜板處理負荷增大、流速提高，使得部分污泥還來不及在斜管或斜板內沉淀就被水流帶到出水區。在出水區由于斷面擴張，流速突然降低，原先未沉淀的顆粒物重新在出水區沉淀，并落入已經堵塞的斜管或斜板表面，有些甚至逐漸積累在尚在出水的斜管或斜板表面。絮體的二次沉淀加劇了斜管或者斜板的堵塞形成惡性循環，最終在斜管或斜板填料頂部形成污泥堆體。
3.3 運營管理
由于斜管或斜板沉淀池內存在污泥產生量前高后低的現象，在這種情況下，如果采用同等的時間間隔對各組沉淀池所有的泥斗進行排泥，則會出現前端排不凈、后端排清水的排泥不均勻現象，不僅影響沉淀池的正常運行，也不利于降低污泥的含水率。目前，很多鋼廠在對斜管或斜板沉淀池設定自動排泥程序時，采用不同泥斗排泥時間間隔相等、單次排泥時間也相等的設置，正是忽略了上述情況。
3.4 危害分析
斜管或斜板沉淀池一旦發生填料堵塞的問題，早期會導致斜管或斜板沉淀效果下降。因污泥堆積無法充分排出，會使沉淀池的有效容積縮小，停留時間縮短，導致沉淀池的處理效果下降，使沉淀池出水水質變差。隨后逐漸發展為大量斜管或斜板堵塞，并且污泥在斜管或斜板頂部堆積之后，向填料施加巨大的壓力，導致斜管或斜板被壓縮變形、傾斜、底部壓扁、頂部塌陷。斜管或斜板間隙受到擠壓變小、傾斜角度減小、底部支撐處壓扁、頂部凹陷變形等一系列問題出現之后，將進一步阻礙污泥滑向泥斗，加劇污泥在填料表面堆積，最終導致斜管或斜板大面積報廢，嚴重時可能影響生產的穩定運行甚至造成停產。
4 解決對策 4.1 改進設計 4.1.1 池型選擇
基于長方形斜管或斜板沉淀池存在處理負荷分配不均的缺陷，在設計選型時，應充分考慮水質特點，如果預見可能會產生沉淀池前端處理負荷過高導致填料堵塞和泥斗積泥的問題，最好避免選擇長方形的池型。
4.1.2 泥斗錐度
在現場發現，很多成套的沉淀設備泥斗錐度小，有些甚至不到45°，小于污泥的堆積角，使泥斗內的污泥沉積在泥斗壁面不容易向排泥口滑落。用其處理黏附性較強的含油及有機物污泥，將影響排泥效果。因此，在設備設計及選型過程中，可以適當增加泥斗的錐度，對于受空間限制無法提高泥斗錐度的，可以通過增加泥斗的數量來實現泥斗錐度的增大。盡管設計改進之后的工程造價會相應增加，但可以實現后期運營成本的降低。
4.1.3 斜板(斜管)的設計
在不影響出水效果的前提下，可以適當增加斜管或斜板安裝的傾斜角度，這不僅能使沉淀物順利滑落入泥斗，而且可以減少污泥在填料頂部的二次沉淀。此外，設計時盡量避免斜管或斜板與沉淀池的內壁之間存在空隙;在斜板或斜管選型時應注意材料的強度和厚度。
4.1.4 均勻進水分布
在設計斜管或斜板沉淀池時，保證進水分布的均勻性。從設備外部來講，要保證各組沉淀池進水分配均勻;從設備內部來講，要保證沉淀池內部水流分布均勻，避免局部負荷過高。
4.1.5 排泥管設置
在1組并列的沉淀池之間，往往是每臺沉淀池多個泥斗的排泥口通過一個排泥管進行串聯，由于單臺沉淀池內不同泥斗之間污泥量存在差異，這種設計容易造成單臺沉淀池內不同泥斗之間排泥不均勻。可以將設計更改為將不同并列設備之間同等位置的泥斗進行串聯，這樣更有利于排泥量的控制。
4.2 強化管理措施
4.2.1 水質管理及巡視
在設備運行過程中，通過每日對沉淀池進出水水質的監測，及時掌握水質變化規律;此外，必須加強設備的巡檢，定期觀察沉淀池斜管或斜板上部出水區的水質情況，如果發現局部斜管或斜板有大量的顆粒物或者氣泡冒出，應特別注意可能存在的故障隱患，并及時排除。
4.2.2 加強排泥管理
在設備運行過程中，要摸索出適合各個泥斗的排泥周期及時間，不同泥斗要有區別地設定排泥操作制度，并根據沉淀池的運行情況及時調整。
4.2.3 斜板(斜管)的定期清理
對于已經運行的沉淀池，如果發現斜管或斜板的堵塞以及填料頂部污泥沉積難以避免，在運行過程中就應及時對斜管或斜板進行清理。可以在斜管或斜板沉淀池頂部操作平臺設置便捷有效的輔助沖洗設施，對填料進行及時沖洗。沖洗過程中應先排空污泥，然后逐次少量排水，使水位緩慢下降，填料頂部的污泥緩慢擴散;同時，輔助以高壓水進行沖洗。不能采取快速排水放空處理措施，否則填料頂部的污泥會因失去浮力瞬間將填料壓塌，造成經濟損失。
4.2.4 其他輔助措施
由于鋼廠污水含油和有機物，有時泥斗內的污泥不能及時排出或者排不干凈，導致污泥內的油和有機物發生厭氧反應產生氣體。氣體上升的過程中，可將一部分污泥顆粒吸附并帶到水面，在沉淀池的清水區形成一層浮渣，隨出水流過出水堰，嚴重影響出水水質。這種情況下，為了避免本已處理干凈的清水產生二次污染，可以橫向設置可移動的浮渣擋板，將浮渣進行攔截，一部分浮渣在聚集變大后可沿著擋板向下沉入水中，另一部分可通過人工進行撇除。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
5 結論
鋼鐵企業的生產是連續性的，這就要求水處理設施在運行過程中保持連續穩定。一般情況下，斜管及斜板沉淀池都是所在處理工藝的核心環節，它的出水水質直接影響生產的用水水質。因此，需要對斜管及斜板沉淀設施給予足夠的重視，采取必要的措施來保證斜管及斜板沉淀設施的穩定運行及處理效果。
