水力循环澄清池的改造技术及应用

Ｎ－ １
# ｙｉ＝ #ｉｊｈｉ－ "ｊ
（ ３）
ｉ＝０
输出层第 ｊ 个节点的输出则定义为
Ｏｊ＝（ｙｊ－ 基于神经网络的序列加密模型 在基于上述神经网络构成的
神经网络加密模型中， 对于一个初始的随机种子 Ｉｉ（ ｉ＝０， １， ２， …Ｎ－ １） ， Ｉｉ 也是开始加密时神经网络的输入， 神经网络会产生一 个 与 明 文 相 匹 配的伪随机数 Ｏｊ， 其取值范围为［０， ２ｎ］， Ｏｊ 将是随机的密钥。
１．水力循环澄清池 １．１ 工作原理
水力循环澄清池 （ 以 下 简 称 水 力 池 ） 是 一 种 具 有 集 混 合 、絮 凝 、沉 淀于一体的泥渣循环型澄清池。原水经过水射器喷嘴， 在其周围形成 负压吸入泥渣， 使原水、泥 渣 、混 凝 剂 充 分 而 激 烈 的 快 速 混 合 ， 从 而 增 加悬浮颗粒间的碰撞， 加快接触絮凝作用［１］， 达到泥水分离的目的。其 工作原理是根据近代絮凝 理 论 中 “闪 发 式 混 合 ”、“双 电 层 作 用 ”与 “化 学架桥作用”的观点［２］， 充 分 利 用 活 性 泥 渣 的 接 触 絮 凝 活 性 ， 使 其 泥 渣 回流参与混合絮凝， 通过连续加药和间歇排泥， 使泥渣层一直处于新 陈代谢状态中， 泥渣层始终保持接触絮凝的活性。
（ Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊ ｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒ ｓｉｔｙ， ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒ ｕｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒ ｅ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３， Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｃｌｅ ｃｌａｒｉｆｉｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｉｍｅｄ ａｔ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｃｌｅ ｃｌａｒｉｆｉｅｒｓ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ， ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｓｌｕｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｔｈｅｎ ｍａｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｓ， ａｎｄ ｈａｖｉｎｇ ａ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ】Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｉｒｃａｌａｔｉｎｇ Ｃｌａｒｉｆｉｅｒ； Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ； Ｓｌｕｄｇｅ； Ｒｅｎｏｖａｔｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
１．２ 应用现状和存在问题 （ １） 应用现状 水 力 池 是 无 机 械 搅 拌 的 净 水 处 理 构 筑 物 。 因 其 造 价 低 、占 地 面 积 小、无机械搅拌设备， 运 行 管 理 方 便 、构 造 较 简 单 等 优 点 ， 自 上 个 世 纪 ６０ 年代引入我国， 在国内水处理工程中已得到较为广泛的应用， 特 别 是在中小型水厂， 它较适合于含泥砂类悬浮物的江河、湖泊水的净化， 也适合处理陶瓷等行业废水及煤矿矿井水等。如在黄岩自来水公司、 临 平 自 来 水 公 司 、山 东 即 墨 自 来 水 公 司 、上 饶 铁 路 东 门 给 水 所 、佛 山 市 力高陶瓷厂和芜湖发电厂等的应用。此外， 在污水深度处理工程中也 有所应用， 如浙江省某市污水处理厂处理印染废水， 在氧化沟处理后 的深度处理工序中就采用了水力池。 （ ２） 存在问题 在实际运行过程中， 这一传统的水力池存在着一些问题， 如反应 时 间 过 短 （ 约 ２ｍｉｎ） ， 原 水 动 能 有 效 利 用 率 较 低 ； 耗 药 量 较 大 、耗 能 大 （ 喷嘴流速高达 ９ｍ／ｓ， 水 头 损 失 达 １０ｍ） 、运 行 不 稳 定 ； 对 原 水 水 量 、水 质和水温变化适应性较差； 单池产水能力小， 泥渣回流量难以控制， 效 率低等缺点。 为了改善水力池使用性能， 拓展其适用范围， 使其能应用于大中 型水厂， 更有效地提高单 池 的 产 水 量 、抗 冲 击 能 力 、运 行 效 果 ， 节 省 投 资和降低制水成本， 对水力池进行改造优化并应用于工程成为切实需 要。 ２．水力循环澄清池改造技术 随着生活水平的提高， 对饮用水水质有了更高要求， 而提高饮用 水水质成为供水行业发展的主要方向。近年来， 很多水厂提出了对 ７０ 年代末、８０ 年代初建造的水力池进行改造的要求， 改造主要是对 水 力 池存在的一些薄弱环节进行， 从提高混凝效果、沉淀效果、容积有效利 用率和排泥等方面着手， 以提高其单池产水量、出水效果和降低药耗、 能耗等。 （ １） 提高混凝效果 水力池主要依靠活性泥渣层的接触絮凝作用达到澄清效果， 提高 絮凝效果就能提高处理率。目前应用于实际的措施有增加网格， 其原 理是采用多格面积相等或相近的方格， 进水水流顺序从一格到下一 格， 上下对角交错流动， 直到出口。在全池约三分之二的分格中， 垂直 水流方向设置网格［３］。通过网格孔隙时， 水流收缩， 过网孔后水流扩大， 形成良好絮凝条件， 因而可达到降低絮凝剂投加量并缩短絮凝时间的 效果。另一措施是投加涡流反应器（ 华东交通大学专利技术） ， 涡流反
（ ２） 神经网络每次产生输出值经过变换处理后， 作为下一次的随 机种子输入到神经网络中去。在变换处理算法中， 可以将密钥序列分 成等比特位的两部分， 将遗传算法中的终止条件确定为一个确定的进 化代数。通过变换处理算法处理后， 使密钥序列的周期性趋于无穷大， 使神经网络的输入值不重复。每次加密解密时， 初始随机种子不同， 产 生的密文也不同。
应器充分考虑到影响混凝效果的各种水力内在要素， 为混凝创造出较 优的水力条件， 达到较优的效果。其絮凝机理主要是微涡流凝聚和立 体 接 触 絮 凝 ［４］。
（ ２） 提高沉淀效果 在沉淀区增加斜管是目前常用的方法。为改良沉淀分离效果， 使 用过程中往往在沉降分离区安装斜管装置， 使浅层原理得到应用， 发 挥面积大， 分离效率高的优点［１］。加装斜管的机理［５］是将清水区分成无 数六边形的网状结构， 增加矾花颗粒的接触面积， 使清水区上升流速 减慢［６］， 颗粒受到水流干扰减小， 细小颗粒在斜管中运行时被粘附到斜 管管壁上， 而水流向上运行中增加了细小颗粒的碰撞次数， 很快在管 壁上粘附成较大颗粒， 当颗粒自重超过磨擦力时， 自动顺斜管下移并 通过回流缝进入到澄清池第一反应室， 无形之中增加了反应室与分离 区的泥渣浓度， 使浑液面不易上升， 并降低了杂质对出水水质的影响， 提高了出水能力， 同时从混凝机理来看， 活性泥渣的吸附链条也相应 增大， 使部分大颗粒泥砂在进入第一反应室时就快速下沉， 且增加了 活性泥渣颗粒的碰撞 次 数 ， 为 澄 清 池 的 快 速 反 应 、泥 渣 沉 降 创 造 了 条 件。 对解决低温低浊水处理技术提供有利条件， 其特点是， 不仅水温 低、浊度低， 而且水中耗氧量、碱度及 ｐＨ 值都低， 水的黏度大 ， 会 增 大 水 流 剪 力［７］， 不 利 于 微 粒 碰 撞 、凝 聚 和 絮 体 成 长 ， 形 成 的 絮 体 细 小 、轻 松、不密实， 不易下沉， 絮凝缓慢， 效果差。通过加装斜管后， 增加了水 中的胶体杂质微粒接触面积， 利用机械搅拌、泥渣回流， 使其互相碰撞 机会大大增多， 加快了絮凝作用， 提高絮凝反应效率， 达到净化水质的 目的。传统水力池沉淀区的上升流速为 １ｍｍ／ｓ， 通过增加斜管， 可以提 高分离区的上升流速， 提高沉淀效率［２］和提高产水量。 （ ３） 提高容积有效利用率 传统水力池反应室容积较小， 反应时间较短， 回流泥渣接触絮凝 作用的发挥受到影响， 矾花絮体松散， 比重轻， 混合反应及净化效果较 差， 从而造成耗药量较大。可通过降低回流比、加长第二絮凝区与沉淀 区 之 间 的 隔 墙 、缩 短 喉 管 、扩 大 第 一 和 第 二 絮 凝 室 的 容 积 ［８］等 方 法 提 高 容积有效利用率， 降低能耗， 节约药量。 （ ４） 排泥及其控制 水力池运行过程中， 排泥为人工控制， 因人为因素经常造成活性 泥渣不足或旧泥渣过剩， 使水力分布不均， 失去原有平衡， 形成不良的 水力循环， 既浪费了人力物力， 又增大了维护检修费用。 采取措施是取消澄清池内壁的两只泥渣浓缩斗， 设置池底泥渣浓 缩室， 安装自动排泥装置。该装置根据池内运行工况要求， 自动采集池 底泥渣，并控制浓缩室泥渣层界面浊度指数， 在确保活性泥渣能正常 发挥作用的前提下， 实行全自动排泥控制。 ３．水力循环澄清池改进技术的工程应用 在单池产水量， 抗冲击负荷能力， 出水水质及药剂耗量和运行成 本等方面都有不少成功的例子（ 如表 １） ， 如山东即墨市自来水公司采 用在第一絮凝室和第二絮凝室投加涡流反应器， 使产水量由 ７０００ｍ３／ｄ 提高到 １５０００ｍ３／ｄ， 出水能力翻了一番［９］； 芜湖发电厂采用降低回流比， 将泥渣回流比降至 ２ 左右， 使药耗量减少， 并同时确保了原水进入 泥水分离区的分离效果， 运行稳定， 出水水质得到提（ 下转第 １６ 页）
经 过 神 经 网 络 产 生 的 输 出 序 列 和 明 文 异 或 生 成 密 文 。而 输 出 的 密
钥 序 列 再 经 过 处 理 又 作 为 新 的 随 机 种 子 。基 于 神 经 网 络 的 加 解 密 模 型
如图 ３ 所示， 此模型的工作原理是：
（ １） 神经网络进入到稳定的状态后， 这时对于一个确定的输入序 列， 神经网络会按照某种非线性运算规则， 输出一个确定的输出序列。 这里的输出序列就是密钥序列 ｋｉ。
【关键词】水力循环澄清池； 絮凝； 泥渣； 改造技术 Ｒｅｎｏｖａｔｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｙｄｒ ａｕｌｉｃ Ｃｉｒ ｃａｌａｔｉｎｇ Ｃｌａｒ ｉｆｉｅｒ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＬＩ Ｃｈａｎｇ－ ｆｅｎｇ， ＨＵ Ｆｅｎｇ－ ｐｉｎｇ， ＤＡＩ Ｈｏｎｇ－ ｌｉｎｇ， ＭＡ Ｓｈｕａｎｇ－ ｑｕｎ
输出在数值上没有直接的关系； 可以用 Ｍａｔｌａｂ 训练 网 络 ， 最 后 将 权 值
和 阈 值 等 参 数 提 前 存 储 在 一 个 “保 密 ”文 件 中 ［５］。