電導(dǎo)率法測(cè)定平流沉淀池停留時(shí)間的研究

周偉青，朱利平

（馬鞍山首創(chuàng)水務(wù)有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

前言

平流沉淀池是水處理工藝中使用較為廣泛的一類沉淀池，構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，水在池中沿水平方向移動(dòng)，懸浮物依靠重力作用自然沉降。平流沉淀池的停留時(shí)間是反映平流沉淀池工作狀況的一個(gè)非常重要的參數(shù)，污水在池中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于更多顆粒物發(fā)生沉降。在平流沉淀池的實(shí)際運(yùn)行中，停留時(shí)間本身也受多種因素的干擾，如水溫、水質(zhì)、入水流量、出水方式、風(fēng)速、刮泥設(shè)備及積泥狀態(tài)等的影響。因此，測(cè)定停留時(shí)間對(duì)于掌握平流沉淀池的實(shí)際工況是非常有幫助的。本研究使用食鹽（NaCl）作為示蹤劑，在濾池入口處快速投加一定量的食鹽，隨后在出口段每隔一段時(shí)間檢測(cè)水中的電導(dǎo)率，并繪制出時(shí)間和電導(dǎo)率的曲線圖，最終通過EXCEL計(jì)算出沉淀池的停留時(shí)間。

1 工作原理

1.1 沉淀池停留時(shí)間分布函數(shù)

在理想情況下，沉淀池的理論停留時(shí)間T為：

而在實(shí)際情況中，由于在沉淀池內(nèi)存在著液體不流動(dòng)或流動(dòng)極緩慢的死角，降低了反應(yīng)器沉淀池的有效容積。沉淀池中因短路流和渦流等引起的返混現(xiàn)象，均使得實(shí)際情況復(fù)雜化。通過研究沉淀池中的返混程度，可以衡量實(shí)際情況偏離理想情況的程度，而返混程度可以用停留時(shí)間分布來衡量。

根據(jù)反應(yīng)器的原理，對(duì)于停留時(shí)間分布函數(shù)E（t），則有：

其分布曲線如圖1。

圖1 停留時(shí)間分布函數(shù)E（t）-t曲線

從圖1可知，在NaCl投加前，沉淀池中Cl-濃度為C0，因此以C0為起點(diǎn)做一條與橫坐標(biāo)平行的直線，它與濃度曲線C（t）間的面積即面積A代表了投加的Cl-的數(shù)量，而面積A又是由無數(shù)個(gè)面積為a的微小矩形構(gòu)成的，因此如果用τ表示沉淀池的平均停留時(shí)間，那么

1.2 電導(dǎo)率測(cè)定法

溶液的電導(dǎo)率是反映含鹽量的一個(gè)重要指標(biāo)，在理想的純水環(huán)境里，電導(dǎo)率與含鹽量呈線性關(guān)系。在使用食鹽為示蹤劑測(cè)定沉淀池停留時(shí)間的試驗(yàn)中，傳統(tǒng)的方法是在沉淀池的入水端用最短的時(shí)間投加一定量的食鹽，隨后在出口段每隔一段時(shí)間檢測(cè)水中Cl-濃度，通過繪制時(shí)間和Cl-濃度的曲線圖，最終計(jì)算出沉淀池的停留時(shí)間。該方法的主要問題是：每次測(cè)定必須要5人以上才能完成，并且由于需要人工采集水樣及使用硝酸銀法進(jìn)行Cl-濃度的滴定，導(dǎo)致間隔時(shí)間不準(zhǔn)確，并存在較大的滴定誤差等。事實(shí)上食鹽本身是強(qiáng)電解質(zhì)，在水中是全電離的狀態(tài)，在將食鹽快速投入沉淀池后，沉淀池水電導(dǎo)率的增加量應(yīng)與Cl-濃度成正比，因此可以通過在固定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)定電導(dǎo)率的變化，從而推算出沉淀池的停留時(shí)間。采用電導(dǎo)率測(cè)定的方法只需1人使用1臺(tái)具備存儲(chǔ)功能的便攜式電導(dǎo)率儀即可，相對(duì)于傳統(tǒng)的濃度測(cè)定法而言，該法既簡(jiǎn)便易行，又能保證較高的準(zhǔn)確度。

2 應(yīng)用實(shí)例

本次的沉淀池停留時(shí)間測(cè)定選擇在馬鞍山首創(chuàng)水務(wù)公司某新投入運(yùn)行的水廠進(jìn)行，該水廠一期設(shè)計(jì)制水能力為10萬m3/d，擁有處理能力5萬m3/d的平流沉淀池兩座，平流沉淀池平面尺寸17.70×93.60（m）（設(shè)三道導(dǎo)流墻），池深4.00m，有效水深3.65m，停滯時(shí)間2.0h，水平流速13mm/s，沉淀池排泥采用虹吸式刮泥機(jī)，可自動(dòng)往復(fù)間歇排泥；組合長(zhǎng)度108.00m，寬17.70m。

2.1 測(cè)定過程

測(cè)定采用食鹽為示蹤劑，在沉淀池入口處快速投加200kg食鹽，隨后在出口處使用一臺(tái)上海雷磁產(chǎn)的DDBJ-350便攜式電導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)定水的電導(dǎo)率，自動(dòng)測(cè)定的時(shí)間間隔設(shè)為2min，測(cè)定時(shí)間5h，測(cè)定完畢后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL內(nèi)進(jìn)行曲線圖的繪制和停留時(shí)間的計(jì)算（見圖2、表1）。測(cè)定時(shí)的水溫為23.7℃，濁度為54NTU，出廠水壓力為0.371MPa。

圖2 電導(dǎo)率-時(shí)間曲線圖

表1 沉淀池出水電導(dǎo)率測(cè)定數(shù)值

2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

將電導(dǎo)率儀中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入預(yù)先置入計(jì)算公式的EXCEL表格中（見表2），當(dāng)取樣測(cè)定時(shí)間為270min時(shí)，F(xiàn)（t）=1，即經(jīng)過270min后所投入的示蹤劑食鹽已基本上都從沉淀池出口處流出。這說明采用以食鹽作為示蹤物測(cè)定平流沉淀池平均水力停留時(shí)間是可行的。表2中計(jì)算出的該沉淀池平均水力停留時(shí)間為τ=153min，這同設(shè)計(jì)停留時(shí)間120min有一定的差距，分析原因是該廠剛投入運(yùn)行，制水量約在7萬m3/d，還未達(dá)到10萬m3/d的設(shè)計(jì)能力，從而導(dǎo)致沉淀池的水力平均停留時(shí)間增加。

表2 沉淀池平均水力停留時(shí)間計(jì)算表

3 結(jié)論

采用電導(dǎo)率法測(cè)定平流沉淀池的水力平均停留時(shí)間，較傳統(tǒng)的Cl-濃度測(cè)定法更為簡(jiǎn)便，可大幅節(jié)約人力和物力，又可以保證較高的準(zhǔn)確度，由于可以精確地設(shè)定檢測(cè)時(shí)間間隔，同時(shí)還可以將電導(dǎo)率的檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入預(yù)先置有公式模型的EXCEL表格中，從而可以快速準(zhǔn)確地計(jì)算出沉淀池的平均水力停留時(shí)間。同樣，該法也可用于沉淀池前段絮凝池水力停留時(shí)間的測(cè)定。

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