斜板沉淀池在一體化氧化溝中-作用

1、斜板沉淀池在一體化氧化溝中-作用摘要：對一體化氧化溝中斜板沉淀池內(nèi)部的流態(tài)及固液分離效果進行了研究，探討了其分離機理和影響因素。試驗結(jié)果表明：沉淀池底部設(shè)有的特殊過渡區(qū)具有良好的消能作用，可使斜板沉淀區(qū)的流態(tài)快速從紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳎_到最佳沉淀效果。斜板區(qū)的分離過程是污泥沉淀與污泥懸浮層的過濾、捕獲共同作用的結(jié)果，其效率比一般二沉池高，水力停留時間30 min，出水SS值38 mg/L。 關(guān)鍵詞：一體化氧化溝 斜板沉淀池 固液分離 流態(tài) 氧化溝由于其構(gòu)造簡單和運行管理簡便已發(fā)展成為污水生物處理的主要方法之一。為了適應防止水體富營養(yǎng)化的要求，經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)整和改造，氧化溝在去除污水中有機污染物的同時

2、，還可完成生物脫氮和除磷13，因此氧化溝被各國廣泛采用。一體化氧化溝(Integrated Oxidation Ditch)是將沉淀池與氧化溝合建，無單獨的污泥回流系統(tǒng)，基建投資和運行費用均較低，并在一定程度上彌補了傳統(tǒng)氧化溝占地大的缺點。由于污泥回流及時，減少了污泥膨脹的可能。氧化溝內(nèi)多水深2 m，目前也有深達34.6 m的。為了避免污泥沉積到溝底，溝內(nèi)混合液的循環(huán)流速0.3 m/s，通常為0.30.5 m/s4。這就使得溝內(nèi)循環(huán)的混合液具有較高的動能。由于受氧化溝結(jié)構(gòu)和運行方式的限制，與氧化溝合建的沉淀池應滿足：沉淀池與氧化溝的容積比盡可能??；削減進入沉淀區(qū)混合液的能量，以保證高效沉淀。目

3、前應用較多的有BMTS式和船式5、6，斜板沉淀池由于池深淺、占地少、固液分離效果好，也已在一體化氧化溝中廣泛應用。1試驗裝置氧化溝主體和斜板沉淀池模型均用有機玻璃制作。污水由高位水箱經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計流入氧化溝中，并迅速與溝內(nèi)原有混合液混合。經(jīng)多次循環(huán)處理后，與進水等量的混合液在沉淀池內(nèi)固液分離，經(jīng)出水堰排出(見圖1)。2.1主流區(qū)主流區(qū)即位于沉淀池底部的氧化溝混合液的流動區(qū)，其主要作用是傳輸待分離的混合液進入沉淀池，沉淀后的污泥又經(jīng)此進入氧化溝中隨混合液繼續(xù)循環(huán)。為防止氧化溝內(nèi)混合液中污泥沉積，其混合液平均流速取0.35 m/s。設(shè)有沉淀池的廊道的過水斷面面積為0.03m2；在沉淀池處，由于其占據(jù)

4、一定的斷面，因此過水斷面面積減小至0.0175m2。根據(jù)物料平衡原理，沉淀池底部主流區(qū)內(nèi)混合液的平均流速為0.6 m/s。此時水流除水平流速外，還有上、下、左、右的脈動分速，且伴有小的渦流體，屬紊流狀態(tài)，在一定程度可使密度不同的水流較好地混合。為使顆粒沉淀，在進入沉淀池斜板區(qū)之前必須降低雷諾數(shù)以利于顆粒的沉降。2.2過渡區(qū)位于斜板下部的雙層穿孔板的作用是消能和調(diào)整流態(tài)，稱為過渡區(qū)。當混合液流徑過渡區(qū)時，由于穿孔板的阻力和孔徑的放大，向上的流速降低和水流本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流使混合液的能量迅速降低。斜板沉淀池作為二沉池的表面負荷一般為46 m3/(m2h)，相應的斜板區(qū)內(nèi)水流上升速度也為1.111.

5、67 mm/s。過渡區(qū)消能作用可以用主流區(qū)和斜板區(qū)的動能比值表示：E主流E斜板=0.60 m/s21.11 mm/s2=2.9105由上式可知，過渡區(qū)將混合液的能量衰減了5個數(shù)量級。若拆除過渡區(qū)雙層穿孔板，不能消除混合液進入斜板區(qū)帶有的較大動能，污泥嚴重上翻，固液分離效果極差，出水中SS高達300 mg/L。過渡區(qū)的作用還包括均勻進水和作為污泥回流的通道起著雙向傳輸?shù)淖饔?。由于進水不均勻會使部分斜板負荷高而其他斜板負荷低，造成局部積泥、出水SS升高。沉淀池底部主流區(qū)內(nèi)混合液的平均流速為0.6 m/s，是獨立設(shè)置在斜板沉淀池底部過渡區(qū)中水流速度(1025 mm/s)的2050倍，因此雙層穿孔板對

6、保證配水均勻是必不可少的。2.3斜板區(qū)斜板區(qū)是污泥與水分離的實際區(qū)域，即工作區(qū)。污泥絮凝體在這里形成并在重力作用下沉降到斜板上，澄清后的污水進入清水區(qū)。在過渡區(qū)形成的污泥顆粒絮凝體在不斷上升的水流帶動下進入斜板沉淀區(qū)，在斜板上與重力平衡時形成的動態(tài)污泥懸浮層相遇，使不斷上涌的混合液中污泥顆粒被捕獲和過濾。懸浮污泥層的厚度是變化的，當厚度達到一定程度時，重力足以抵抗摩擦力，污泥層就會下沉到氧化溝中進入主流區(qū)。此后，從斜板上下滑的污泥層又會逐漸積累，再滑落至氧化溝內(nèi)周而復始。相對于過渡區(qū)對上升水流的阻力而言，懸浮污泥層的動態(tài)變化對整個污泥沉降過程沒有太大的影響，試驗結(jié)果也證明了這一點。從理論上講，

7、沉淀池的出水效率在很大程度上由混合液的上升流速和污泥沉速決定，只有當污泥沉速大于上升流速時，沉淀才能發(fā)生。但由于動態(tài)污泥懸浮層的存在，水中的顆粒有充分的機會和活性污泥懸浮層的顆粒碰撞凝聚，其沉速遠遠大于同條件下的靜態(tài)沉速，從而可以提高上升水流速度或產(chǎn)水量。2007-05-17斜板間的污水流動狀態(tài)理論上應為層流，其雷諾數(shù)為15。從圖2可以看出，斜板之間的流動狀態(tài)并不是完全的層流，從過渡區(qū)上升的旋渦流還需要一段時間和距離才能擴散和穩(wěn)定，因此只能說斜板區(qū)的中、上部水流處于層流狀態(tài)。過渡區(qū)上升旋渦流對斜板的沖擊影響與混合液的能量及分布的均勻性有關(guān)?；旌弦和ㄟ^懸浮污泥層類似于絮凝沉淀過程，而混合液的上升

8、流速與污泥的體積濃度有關(guān)。上升流速越大，體積濃度越小，懸浮污泥層厚度相應增大。當上升流速接近于自由沉速時，體積濃度接近于零，懸浮污泥層消失。反之，當上升流速越小，懸浮層體積濃度越大。因此水量越大，上升流速越大，過渡區(qū)的上升旋渦流對斜板的沖擊影響與混合液的能量也越大，斜板底端的紊流區(qū)域增加，懸浮污泥層厚度相應增大。當達到某極限值時，出水SS猛增，斜板頂部污泥開始上翻，此極限即是斜板沉淀池的污泥穿透臨界點。混合液沖擊能量和沉淀池水力停留時間與出水SS的關(guān)系，如圖3所示。從圖4中可以看出，當1.5L/B4.0時，沉淀池的沉淀效果較好；而當L/B4.0或L/B1.0時，沉淀效果較差。最佳長寬比為1.5

9、4.0。分析其原因：當長寬比值較小時，沉淀池內(nèi)在寬度方向上和在氧化溝溝寬方向上流速的分布是不均勻的，因而出水水質(zhì)受到一定的影響。當長寬比值較大時，雖然寬度方向上影響小，但在池長方向上受到的影響增大，因而出水水質(zhì)還是受到一定的影響。3.3污泥濃度與污泥齡由于污泥的沉速隨懸浮固體濃度MLSS的增加而減小，因此在相同SVI、相同表面負荷率的條件下，MLSS越高則出水SS越高。為維持一定的出水水質(zhì)，隨著MLSS的增加應相應降低表面負荷率。污泥齡是決定污泥沉降性能的重要因素。污泥齡過短，細菌處于對數(shù)增長期，能量較高，不易沉降；而污泥齡過長，污泥容易微細化，因此應根據(jù)試驗選擇合適的污泥齡。試驗中將污泥齡控制在1030 d。4結(jié)論從以上斜板沉淀池在一體化氧化溝中的固液分離效果和內(nèi)部混合液的流態(tài)試驗，可得出以下結(jié)論：與氧化溝合建的斜板沉淀池效率比一般二沉池高，水力停留時間30 min，出水SS值38 mg/L。斜板下部設(shè)有特殊的過渡區(qū)，具有良好的消能和調(diào)整流態(tài)的作用，可使斜板沉淀區(qū)的流態(tài)快速從紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?，達到最佳沉淀效果，沉降過程不受溝內(nèi)主流的影響。斜板間的固液分離過程是自由沉淀、絮凝沉淀、污泥懸浮層的過濾和捕獲以及污泥層下滑過程的共同作用。影響沉淀效果的因素有斜板傾斜角度、沉淀池的位置與外形、污泥濃度和污泥齡。參考文獻：1J X Liu,J W van Groenesti