關于懸浮污泥過濾技術的設計計算

1、關于懸浮污泥過濾技術的設計計算楊志勇，文長明作者簡介：楊志勇，生于1979-02-15，男，畢業(yè)于齊齊哈爾大學機械工程系、工程師，主要從事單柱立式數控車床設計、系列主管、學科帶頭人通信聯(lián)系人：文長明，1969年1月12日出生,1991年哈爾濱工業(yè)大學畢業(yè)，工學碩士，高級工程師，近年主要從事油田采出水處理設備研究設計及機電一體化設計工作. e-mail: wenchm2006|1|楊志勇|yangzhiyong|齊重數控裝備股份有限公司|qiqihar heavy cnc equipment co., ltd.|楊志勇，生于1979-02-15，男，畢業(yè)于齊齊哈爾大學機械工程系、工程師，主要從事

2、單柱立式數控車床設計、系列主管、學科帶頭人。|黑龍江齊齊哈爾市龍沙區(qū)安順路89號齊重數控裝備股份有限公司|161000|wenchm2006|04522225499lt;cr>*|2|文長明|wenchangming|齊重數控裝備股份有限公司|qiqihar heavy cnc equipment co., ltd. qiqihar, heilongjiang.daqing weizhen electromechanical manufacturing co., ltd. daqing, heilongjiang |文長明，1969年1月12日出生,1991年哈

3、爾濱工業(yè)大學畢業(yè)，工學碩士，高級工程師，近年主要從事油田采出水處理設備研究設計及機電一體化設計工作。|黑龍江省齊齊哈爾市龍沙區(qū)誼聯(lián)名居15樓4單元401|161000|wenchm2006|04522225499于懸浮污泥過濾技術的設計計算|design and calculation of the suspending sludge filtration|（齊重數控裝備股份有限公司）摘要：懸浮污泥過濾技術是一門新穎的、新鮮的高新過濾技術，它由沉降和分離兩部分裝置組成。其原理是先向沉降裝置中加入混凝劑或助凝劑，使污水中各種膠體和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體，然后在分離

4、裝置內使絮體和水快速分離，形成懸浮污泥層。它是在十分接近正常壓力的狀態(tài)下利用逐漸增厚的、懸浮狀態(tài)的污泥層代替常規(guī)壓力過濾流程中的過濾介質實現(xiàn)污泥過濾的。為了讓更多的研究人員了解這門新穎的過濾技術，本文通過理論分析給出了其沉降裝置和分離裝置的設計計算公式。關鍵詞： 懸浮污泥過濾技術；混合流；固定床；流化床；液力輸送；沉降；藥劑；分離中圖分類號：te938design and calculation of the suspending sludge filtrationyangzhiyong1, wenchangming2(1. qiqihar heavy cnc equipment co., l

5、td.;2. qiqihar heavy cnc equipment co., ltd. qiqihar, heilongjiang.daqing weizhen electromechanical manufacturing co., ltd. daqing, heilongjiang)abstract: the suspending sludge filtration technology is an innovative, high-tech, new filtering technology. it consists of two parts in the settlement and

6、 separation device. the principle of the technology is that coagulants are added into the settlement unit, a variety of colloidal particles and suspended particles condense into large blocks of compact aggregates. then, at a height of separation device, gradually formed a suspending sludge layer. it

7、 is the suspending sludge layer, gradually thickening, instead of the conventional pressure filtration process sludge filtration media, which filtrates the sludge at a very close to atmospheric pressure. in order to make more researchers understand the innovative filter technology, this article give

8、s its design and calculation formulas of the settlement unit and separation device by theoretical analysis.key words: suspending sludge filtration technology, mixed-flow, static bed, fluidized bed, hydraulic transmission, settlement unit, coagulant, separation device0 引言懸浮污泥過濾技術又稱ssf（suspended sludg

9、e filtration）技術，其污水凈化工藝設備由沉降裝置和分離裝置兩大部分組成。其原理是投加混凝劑使污水中部分溶解狀態(tài)的污染物和膠體顆粒吸附出來，形成微小懸浮顆粒；然后采用助凝劑將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流、過濾水力學和流體力學原理，在ssf分離裝置內使絮體和水快速分離，形成懸浮污泥層。當混凝后的出水由下向上穿過此懸浮泥層時，此絮體濾層靠界面物理吸附和電化學特性及范德華力的作用，將懸浮膠體顆粒、絮體、細菌菌體等雜質全部攔截在此懸浮泥層上，污水經過罐體內自我形成的懸浮泥層過濾之后，使出水水質達到回用標準。唐紅軍等人應用懸浮污泥過濾技術設計的污水處理系統(tǒng)是一套物理

10、、化學的處理裝置，其核心部分是ssf污水凈化器和處理藥劑。污水處理藥劑在ssf污水凈化器內，通過化學反應使污水中溶解狀態(tài)的有機污染物、重金屬離子和有害鹽類從水中析出，形成具有固相界面的膠?；蛭⑿腋☆w粒，進而凝聚成大塊密實的絮體1。張逢玉等人應用懸浮污泥過濾技術對大慶油田石英砂過濾器結構進行改造,并采用改造后的裝置對油田污水進行了深度處理，該試驗取得了良好的處理效果。改造后的石英砂過濾器在進水懸浮物質量濃度為4063 mg/l時，出水懸浮物質量濃度小于10 mg/l，平均去除率為81.8%，比改造前提高了33.3%；在進水油質量濃度為79119 mg/l時，出水油質量濃度小于10 mg/l，平

11、均去除率為92.9%，比改造前提高了21.2%。通過懸浮污泥過濾工藝處理后，出水懸浮物質量濃度小于2 mg/l，出水油質量濃度小于3 mg/l，濾出水懸浮物去除率達到96.4%，油去除率達到97.0%，水質均達到油田回注水標準2。劉紅等人應用懸浮污泥過濾技術處理油田污水也取得了良好的社會經濟效益：具有處理效果好、投資低、運行費用低、占地面積小和適應范圍廣等優(yōu)點，它為解決油田回注污水水質超標問題提供了一條新的技術途徑3。1 懸浮污泥過濾技術的理論基礎1.1 觀點的提出懸浮污泥過濾技術是一門新穎的、新鮮的高新技術，它的出現(xiàn)必然要逐漸替代現(xiàn)有的很多落后的污水處理技術和裝備。關于懸浮污泥過濾技術的應用

12、已經有了很多的研究報告。唐紅軍、張逢玉、劉紅等人的研究結果都對懸浮污泥過濾技術的應用效果給予了十分肯定的、積極的認同。那么，懸浮污泥過濾技術到底是以什么理論作為設計計算的基礎的呢？對這方面做過分析闡述的研究單位十分稀少，本文根據作者在懸浮污泥過濾技術方面的設計研究，提出一些心得，旨在指出懸浮污泥過濾技術設計計算的理論基礎。1.2 沉降與分離是懸浮污泥過濾技術的核心沉降過程的核心內容就是要通過各種物理的、化學的方法使溶解、懸浮在介質中的顆粒析出并增大。物理的，就是說要用裝置、化學的，就是說要使用藥劑，這個裝置就是沉降罐，根據處理段數的需要，可以設計成一沉、二沉等，用多少個沉降完全由被處理的污水特

13、性和出水要求決定的。每一個沉降的內容可以相同、也可以不相同，所投加的藥劑可以相同也可以不同。后一個沉降可以是前一個沉降的繼續(xù)，也可以是專門為了沉降某種物質而設計的。各種藥劑投加到不同的沉降罐里，藥劑都是專門的，在沉降罐內，通過化學反應使污水中溶解狀態(tài)的有機污染物、重金屬離子和有害鹽類從水中析出，形成具有固相界面的膠?；蛭⑿腋☆w粒，進而凝聚成大塊密實的絮體。1.3 混合流的流態(tài)化是分離的核心技術污泥經過一沉、二沉等沉降裝置絮凝增大以后，在壓力狀態(tài)下，進入分離設備，這個設備就是我們現(xiàn)場所看到的龐大的罐體，如圖1，進入分離裝置的污泥不斷地增大增厚，并且停留在罐體的一定位置，厚厚的污泥層取代了傳統(tǒng)的

14、過濾介質，過濾著流過的混合流，混合流中的污泥被截留下來，使污泥層不斷增厚，清水則順利通過污泥層的阻截，繼續(xù)上升，從清水管流出。當污泥層的厚度超過中央污泥收集筒的高度時，超過的部分會自動地掉入污泥收集筒中，進入污泥濃縮室。在這個分離裝置內，污泥能否懸浮、停留在罐體里的某個位置，取決于夾帶著污泥的混合流工作在什么樣的流化狀態(tài)。圖1 懸浮污泥過濾設備工作示意圖1.4 分離裝置是工作在固定床階段或流化床階段初期的流化裝置如圖2，在垂直裝有固體顆粒的床層中，流體自下而上通過床層，隨著流速從小到大變化，床層將出現(xiàn)下述三種不同的階段4。氣體或液體 氣體或液體 液體 氣體 氣體或液體（a）固定流化床 （b）流

15、化開始 （c）散式流化床 (d)聚式流化床 （e）液力、氣力輸送圖2 不同流速下床層狀態(tài)的變化1.4.1 固定床階段 圖中(a)所示，流體通過床層的流速較低，流體對顆粒的曳引力較小，顆粒之間緊密接觸，靜止不動，床層高度不變，該階段10-4<rep<1，=24/ rep，表示為stokes公式：式中：rep混合流雷諾數 曳力系數 ds顆粒的直徑，m s顆粒的密度，kg/m3 流體的密度，kg/m3 ut顆粒的自由沉降速度，m/s1.4.2 流化床階段圖中（b）、（c）、(d)所示，當流體速度增加到一定值時，流體對顆粒的曳引力增加到與顆粒的凈重力相等，流體通過床層的阻力等于單位截面床層

16、的重量時，顆粒開始浮動，床層高度有所增加，而且會隨著流速的增大繼續(xù)提高。該階段1<rep<1000， ，表示為allen公式：1.4.3 液力輸送階段當流體流速等于顆粒沉降速度ut時，顆粒被帶出容器外，床層界面消失，此時的流速稱為流化床帶出速度，流速高于帶出速度后，就是流體輸送階段。該階段1000<rep<2×105，=0.44，表示為newton公式：2 總結顯然，懸浮污泥過濾裝置中的分離裝置一定不能工作在液力輸送階段，必須使分離裝置工作在固定床階段的后期或流化床階段，床層要有明顯的分界面，通過調整進入分離裝置的混合流流速，可以改變床層的高度，但是不要讓流速

17、接近流化床的帶出速度，否則，污泥就會被帶出，影響分離效果。一沉、二沉等沉降裝置中，混合流是工作在固定床階段的，stokes公式中影響因子有：，s，ds，共四個，對于一個特定的處理工藝來說，是不可選擇的；如果藥劑確定了，則s也就定了。在沉淀的過程中，唯一可以隨時改變的就是絮體直徑ds，而且沉降速度ut和ds成平方關系，更進一步說明了在沉淀池中增加ds的必要性和重要性。從沉降裝置的生產現(xiàn)場也可以觀察到，凡是從出水堰跑出去的都是小的絮體（俗稱“跑渾”）。為了提高出水水質，提高分離效果，必須重視在沉降裝置中的混凝效果，就是說，除了必須想辦法在沉降裝置的構造設計、水流流態(tài)、沉降裝置中的填料布置等方面著手

18、分析、改造。通過一系列手段，造成沉降裝置中的混凝效果。還要控制混合流工作在固定床階段，較低的流速，容易造成沉降裝置中絮體的不斷增大，更容易使絮體接觸，絮體靠近、接觸、碰撞，才能吸附、黏附、粘結、橋連在一起。 一沉到二沉之間的管道輸送、沉降裝置到分離裝置之間的管道輸送，混合流是要工作在液力輸送階段的。通過allen公式可以計算出分離裝置的最小外徑和來水管道內徑，實際工程設計只要保證罐體的直徑大于這個最小值，就會使混合流進入分離裝置內部以后，逐漸形成污泥層，隨著過濾的繼續(xù)污泥層不斷增厚，最后落入污泥收集室。懸浮污泥過濾技術是一個物理、化學的綜合分離技術，工藝上沉降與分離之間有著密不可分的依賴關系，

19、沉降的效果決定著分離的效果，只有沉降達到指標了，分離才會達到指標。工程實踐中，在分離裝置調試正常的情況下，出水仍然不達標，多半要重新改進沉降工藝、使用新的藥劑。該技術設計理念新穎，利用污水自身形成的致密懸浮泥層進行水質的凈化、過濾，打破了傳統(tǒng)的機械過濾模式，功能上相當于目前的污水預處理系統(tǒng)和精細過濾系統(tǒng)的總和。它的特點就是：處理精度高，處理后水質可以達到a2-a3級標準，且水質穩(wěn)定；運行費用低；適用范圍廣，適用于各種工業(yè)污水及生活污水處理，對油田采油污水處理更具有明顯的效果，并且對來水水質條件要求不高；一次性投資少，設備在常壓狀態(tài)下工作運行，系統(tǒng)設備一次性投資少；沒有濾料的污染和更換問題，在保證水質的前體下，節(jié)約了濾料的更換、再生費用，操作維修簡便。占地少、凈化乳化油和懸浮物的效果特別好。懸浮污泥過濾技術是最近幾年才開始應用的新技術，這方面的技術不僅可以應用于油田，同樣可以應用于其它行業(yè)需要進行污水處理的項目。參考文獻 (references)1、唐紅軍、 張偉東、 魏喜利、蘇上海，懸浮污泥過濾技術用于油田含油污水處理的試驗，油氣田地面工程2005年第4期2、張逢玉等人，懸浮污泥過濾工藝在油田污水深度處理中的應用，現(xiàn)代化工 2007年8期3、劉紅、王大山、劉水，懸浮污泥