一、除氟、除硅、除硬高效沉淀池工艺介绍
       高效沉淀池由反应区和澄清区两部分组成。反应区包括混合反应区和絮凝反应区；澄清区包括入口预沉区、斜管（沉淀）区及浓缩区。原水进入混合反应区，在此投加混凝剂，通过搅拌器快速混合，发生凝聚反应，生成小颗粒矾花；后进入絮凝反应区，投加絮凝剂，在搅拌叶轮作用下与沉淀/浓缩区回流污泥接触反应生成大颗粒矾花。整个反应区可获得大量高密度均质的矾花，这种高密度的矾花使得污泥在沉淀区的沉降速度较快，而不影响出水水质。高密度沉淀池工作原理图如下： 

图1.1 高效沉淀池工作原理图

快混搅拌机

       在澄清区，矾花慢速地从预沉区进入到沉淀区使大部分矾花在预沉区沉淀，剩余矾花进入斜管、斜板沉淀区完成剩余矾花沉淀过程。矾花在沉淀区下部累积成污泥并浓缩，浓缩区分为两层，一层位于排泥斗上部，经泵提升至反应池进水端以循环利用；一层位于排泥斗下部，由泵排出进入污泥处理系统。澄清水通过集水槽收集进入后续处理构筑物。
       该工艺核心在于：
      （1）通过精确控制污泥循环率维持反应区内较高的污泥浓度，达到高效的絮凝效果。
      （2）根据不同水质不同功能运用设计模型设计池体各单元各个分区；搅拌器、刮泥机等核心设备经过精密设计及选型，保证功能。
      （3）进水与加药联动，保证去除效果。
       目前应用于我司项目上的高密包括预处理段、深度处理段、除氟除硅工艺段。深度处理出水浊度稳定在3NTU，低浓度除氟高密出水氟化物在1.0mg/L左右。
       高效沉淀池主要技术优势包括：
      （1）水力负荷大，处理效率高。与传统沉淀净水工艺相比，高密度沉淀池表面负荷、污泥浓度高，产水率高；对SS的去除率在85%左右，对COD去除率可达60%，出水水质好。同时，设有污泥循环系统，将一部分活性污泥回流至前端与原水混合进入絮凝区，降低药剂投加量。
      （2）抗冲击负荷能力强，运行稳定。高密度沉淀池对进水波动不敏感，适用范围广泛，沉淀池排泥浓度高，可直接脱水处理。
      （3）占地面积小，建设成本低。高密度沉淀池集混凝、沉淀、浓缩功能为一体的水处理构筑物，结构紧凑，降低了土建造价并节约了建设用地。
      （4）工艺设备模块化，便于运营管理。单个高密度沉淀池可处理水量5-20万m³/d，工艺启动时间短，一般小于30分钟便于模块化运营管理。

絮凝搅拌机

二、高效沉淀池的应用 
       高效淀池集混合、絮凝、沉淀、浓缩等功能于一体，采用斜管沉淀、泥渣回流、投加微砂等措施提高沉淀区表面负荷，具有占地小、水头损失小、沉淀效率高等特点。近年来在给水和污水深度处理中，尤其通过加药，在除硬、除硅、除氟等原水预处理领域得到了大量应用。
       在工业废水领域，高效池的应用主要有以下领域：
       工业废水处理中的预处理及深度处理
       中水回用及零排放工艺单元的预处理
       悬浮物及浊度去除
       重金属去除
       氟化物去除
       硬度去除
       二氧化硅去除
       低浓度氟化物的深度处理

反应搅拌机

1.1.1.除硅工艺
       水中硅以两种形态存在，活性硅(单体硅)和胶体硅(多元硅)：这两种形态在一定的条件下会相互转化；
       ●活性硅在水中大部分以未电离的单体Si(OH)₄，少部分以HSiO₃－形式存在。当水中二氧化硅达到过饱和时，将会发生正硅酸分子的聚合反应，变成交联结构的二氧化硅胶体。
       ●胶体硅没有离子的特征，但粒径相对较大，一般为5-200nm，而且在受较高外力驱动下会改变自己的形态。
       针对不同形态的二氧化硅其去除方法各不同，传统的去除二氧化硅的工艺为：
       1、胶体硅能被精细的物理过滤过程所截留，如反渗透，也可以通过凝聚技术降低水中的含量，如混凝澄清池，但是那些需要依靠离子电荷特征的分离技术，如离子交换树脂和连续电去离子过程(EDI)，对脱除胶体硅效果，十分有限。
       2、活性硅的尺寸比胶体硅小得多，这样大多数的物理过滤技术如混凝澄清、过滤和气浮等均无法去除活性硅，能够有效去除活性硅的过程是反渗透、离子交换和连续电去离子过程。

       不同形态的二氧化硅去除方法：

刮泥机

       目前化学除硅药剂量剂的种类很多，例如是石灰除垢剂、氯化镁除硅药剂量剂、铝酸钠除硅药剂量剂、氧化镁除硅药剂量剂、Fecl₃除硅药剂量剂等等。
       （1）镁剂法除硅
       镁剂除硅的机理是含有氢氧化镁的粒子表面吸附硅酸化合物，形成难溶的硅酸镁。在某种程度上也发生了硅酸胶体的凝聚和硅酸钙的生成。镁剂与硅酸作用的一种解释是：氧化镁粒子在水中部分水化形成MgO、Mg(OH)₂的复杂分子结构，Mg(OH)₂分子部分解离进入溶液，由此形成了周围被OH-包围的带正电荷的复杂胶体粒子，水中以不同形态存在的硅酸化合物可以与氧化镁胶体粒子进行离子交换，形成了难溶的硅酸镁化合物。镁剂的这一作用使得硅化合物的浓度得以降低，通常情况下，硅含量可以降至1毫克每升以下。此外，镁剂除硅的处理过程还涉及到一个氧化还原反应，这通常在高温条件下进行，有助于提高除硅效果。镁剂除硅存在的主要问题就是产泥量较大，对污泥处理系统的容量有交大要求。
       （2）除硅剂（偏铝酸钠）除硅
       偏铝酸钠用于除硅的原理是通过其在水中发生的水解反应。具体来说，当偏铝酸钠（NaAlO₂)溶解于水中时，它会分解成氢氧化铝（Al(OH)₃）和氢氧化钠（NaOH）。在碱性环境中，氢氧化铝能够与硅酸盐发生沉淀反应，形成硅铝酸盐沉淀。这种沉淀可以通过过滤的方式从水中除去，从而达到降低水中的硅含量的目的。
       因为无论镁剂除硅法还是偏铝酸钠除硅法，生成的颗粒都极细小，可能小的粒径约在0.1um左右，甚至更小。用传统的沉淀方式普遍存在需要加大量的混凝剂和PAM药剂以得到清澈的上清液，并且会出现浮泥现象，造成后续膜系统的不可逆污堵—如硅结垢、残余PAM污堵等。而高密度沉淀池采用特有的污泥回流技术以及自动控制精准加药系统，能够确保除硅产生的絮体实现较好的沉降效果，出水澄清达标。

斜管沉淀池

1.1.2.除硬工艺
       水的硬度包括碳酸盐硬度（即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫暂时硬度）和非碳酸盐硬度（即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子，又称永久硬度）。
       碳酸盐硬度：主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。
       非碳酸盐硬度：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO₄、MgSO₄、CaCl₂、MgCl₂、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂等。
       碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度；水中Ca2+的含量称为钙硬度；水中Mg2+的含量称为镁硬度；当水的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。
       高密度沉淀池常被应用于除硬工艺中，通过投加石灰、碳酸钠、氢氧化钠、等药剂，与水中的硬度物质（主要是钙和镁的盐类）反应生成不溶性的碱金属盐和沉淀，从而去除水中的硬度。

内进流格栅

1.1.3.除氟工艺
       目前除氟工艺主要有以下几种：
       ①离子交换法
       树脂离子交换法利用阴离子交换树脂的离子交换作用来除氟。交换饱和后，利用再生液进行再生，恢复除氟性能。普通阴离子交换树脂对氟离子的选择性过低，螯合有铝离子的胺基磷酸树脂对氟离子有极好的吸附效果。
       ②吸附法
       目前我国饮用水除氟方法中，应用较多的是吸附过滤法，含氟水通过滤层，氟离子被吸附在由吸附剂组成的滤层上，利用吸附剂的吸附和离子交换作用，是比较经济有效的除氟方法。当吸附剂的吸附能力降至一定极限值，出水含氟量达不到规定时，用再生剂再生，恢复吸附剂的除氟能力，以此循环以达到除氟的目的。
       吸附法的核心为吸附剂。常见的吸附材料大体上可以分为两类:a）非金属类吸附材料，包括活性炭、硅藻土、纤维素壳聚糖、粘土矿物等。这类吸附材料往往是通过自身丰富的孔道结构或者表面含有的含氧官能团对 F-进行富集。这种传统的吸附剂来源广泛、价格低廉、环境友好，但是吸附作用具有非特异性，容易受到共存离子(SO₄²-、Nos、CI等）的干扰。
       b）金属无机氧化物，比如活性氧化铝、纳米氧化错、菱铁矿等。金属氧化物也具有多孔结构，表面含有自由羟基，可以实现配体交换的作用。实际水体中常常含有复杂的共存离子，吸附剂对目标污染的选择作用尤为关键。活性氧化铝(AA）是EPA推荐的水体除氟材料之一，得益于Al3+与F-之间的可能存在的配位作用（酸碱络合作用)对F-具有较好的吸附选择性。
       ③钙盐沉淀法
       主要是通过投加钙盐等化学药品形成氟化物沉淀或氟化物吸附于所形成的沉淀中而共同沉淀。此方法简单、处理方便、费用低。但产生的CaF₂包裹在CA（OH)₂颗粒表面使之不能充分使用，药品用量大，出水氟离子浓度一般在15mg/L左右，难达标，泥渣沉降缓慢，脱水困难。
       ④膜法
       利用半透膜分离水中氟化物，包括电渗析及反渗透两种方法。膜法处理的特点是在除氟的同时，也去除水中的其他离子，尤其适合于含氟苦咸水的淡化。
       反渗透法具有除氟干净彻底，出水水质好的优点，但只适用于原水含盐量在1-5g/L，含氟5mg/L以下的废水，通常须进行预处理，而且膜易污染或极化结构，造成运营成本高、运行不稳定、设备投资大、使用寿命短等缺点。因为运行成本高且条件要求苛刻，很少推广应用。
       ⑤深度除氟剂沉淀法
       利用高效除氟剂有效组分的强极性电子云杂化轨道，与废水中的氟元素形成多齿配体的强化学键，达到除氟效果。生成的氟化物比一般络合物更稳定，能有效地从废水中分离氟化物。出水含氟量可控制在1.5mg/L以下。此方法适用于煤化工、化工、稀土、玻璃加工、电子、线路板等行业。

一体化反应沉淀池

除氟工艺优缺点比较

       目前，市政污水厂出水中，对氟化物要求比较高的地区或流域，基本上普遍要求出水氟化物小于2mg/L，个别地区要求1.5mg/L以下，而电池行业或者化工行业的排放要求，基本上在10mg/L左右。因此对工业园区废水处理来说，就存在将氟从10甚至20mg/L处理至2mg/L甚至1.5mg/L以下的深度除氟需求。