斜板沉淀池在一体化氧化沟中的作用

综合文札

斜板沉淀池在一体化氧化沟中的作用

王秀蘅1,　孙卫东2,　刘俊新3,　李玉华1

(1.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090; 2.中国市政工程华

北设计研究院,天津300074; 3.中国科学院生态与环境研究中心,北京100085)

摘　要:　对一体化氧化沟中斜板沉淀池内部的流态及固液分离效果进行了研究,探讨了其分离机理和影响因素。试验结果表明:沉淀池底部设有的特殊过渡区具有良好的消能作用,可使斜板沉淀区的流态快速从紊流转变为层流,达到最佳沉淀效果。斜板区的分离过程是污泥沉淀与污泥悬浮层的过滤、捕获共同作用的结果,其效率比一般二沉池高,水力停留时间>30min ,出水SS 值<38mg/L 。

关键词:　一体化氧化沟;　斜板沉淀池;　固液分离;　流态

中图分类号:X703.3 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2001)11-0066-04 氧化沟由于其构造简单和运行管理简便已发展成为污水生物处理的主要方法之一。为了适应防止水体富营养化的要求,经过适当的调整和改造,氧化沟在去除污水中有机污染物的同时,还可完成生物脱氮和除磷[1～3],因此氧化沟被各国广泛采用。一

体化氧化沟(Integrated Oxidation Ditch )是将沉淀池与氧化沟合建,无单独的污泥回流系统,基建投资和运行费用均较低,并在一定程度上弥补了传统氧化沟占地大的缺点。由于污泥回流及时,减少了污泥膨胀的可能。

氧化沟内多水深<2m ,目前也有深达3～4.6m 的。为了避免污泥沉积到沟底,沟内混合液的循环流速>0.3m/s ,通常为0.3～0.5m/s [4]。这就使得沟内循环的混合液具有较高的动能。由于受氧化沟结构和运行方式的限制,与氧化沟合建的沉淀池应满足:①沉淀池与氧化沟的容积比尽可能小;②削减

进入沉淀区混合液的能量,以保证高效沉淀。目前

应用较多的有BMTS 式和船式[5、6],斜板沉淀池由于

池深浅、占地少、固液分离效果好,也已在一体化氧化沟中广泛应用。

1　试验装置

氧化沟主体和斜板沉淀池模型均用有机玻璃制作。污水由高位水箱经转子流量计流入氧化沟中,

并迅速与沟内原有混合液混合。经多次循环处理

后,与进水等量的混合液在沉淀池内固液分离,经出水堰排出(见图1)。

图1　试验装置流程图

由于试验模型较小,没有适当规格的曝气转刷可以安装,所以在氧化沟的一端转弯处设一台搅拌

机推动混合液在沟内循环流动(转速在100～250r/min 之间调节)。搅拌桨的型式类似于曝气转碟,在

平面圆盘上固定6片桨板。鉴于搅拌机的供氧能力有限,在进水口前设置一充氧泵。氧化沟模型长为0.8m ,设有沉淀池的廊道宽为0.1m ,另一廊道宽为0.07m ,有效水深为0.3m ,有效容积为41L 。

试验中采用斜板沉淀池作为沟内合建的沉淀

中国给水排水

2001Vol.17 CHI NA W ATER &W ASTEW ATER No.11

池。其迎水面制成坡形,防止沟内混合液在沉淀池前由于截面突缩出现旋涡流。在斜板底部设置双层穿孔板作为过渡区,以消耗混合液上升时挟带的动能。沉淀池出水堰口为锯齿型,保证出水均匀和各个斜板间布水均匀、负荷相等。沉淀池底部长为0.20m ,宽为0.05m ,距沟底0.05m ,侧面廊道宽为0.05m 。沉淀池容积占氧化沟总容积的6.13%。

试验历时9个月,污水取自哈尔滨市马家沟河,

水质情况(如表1)为典型的城市污水。处理水量为

0.6～7.8L/h ,原水温度基本随季节而变(10～27℃

),污泥浓度为2～2.8g/L ,MLVSS 为1.4～1.9g/L 。水质与污泥指标采用标准方法检测。

表1　马家沟河污水水质

项　目

数　值pH 6.0～7.2SS (mg/L )60～160COD Cr (mg/L )258.9～407.5BOD 5(mg/L )100.3～144.8NH 3-N (mg/L )18.2～30.5TK N (mg/L )23.8～41.2TP (mg/L )

4.5～8.6

2　斜板沉淀池内流态与固液分离效果

斜板沉淀池内的流态如图2所示,共分为4个

区:主流区、过渡区、斜板区和清水区。

图2　斜板沉淀池内混合液流态

211　主流区

主流区即位于沉淀池底部的氧化沟混合液的流动区,其主要作用是传输待分离的混合液进入沉淀池,沉淀后的污泥又经此进入氧化沟中随混合液继续循环。为防止氧化沟内混合液中污泥沉积,其混合液平均流速取0.35m/s 。设有沉淀池的廊道的过水断面面积为0.03m 2;在沉淀池处,由于其占据一定的断面,因此过水断面面积减小至0.0175m 2。根据物料平衡原理,沉淀池底部主流区内混合液的平均流速为0.6m/s 。此时水流除水平流速外,还有

上、下、左、右的脉动分速,且伴有小的涡流体,属紊

流状态,在一定程度可使密度不同的水流较好地混合。为使颗粒沉淀,在进入沉淀池斜板区之前必须降低雷诺数以利于颗粒的沉降。

212　过渡区

位于斜板下部的双层穿孔板的作用是消能和调整流态,称为过渡区。当混合液流径过渡区时,由于穿孔板的阻力和孔径的放大,向上的流速降低和水流本身旋转产生的涡流使混合液的能量迅速降低。斜板沉淀池作为二沉池的表面负荷一般为4～6m 3/(m 2・h ),相应的斜板区内水流上升速度也为1.11～1.67mm/s 。过渡区消能作用可以用主流区和斜板

区的动能比值表示:

　E 主流E 斜板=[0.60m/s]2[1.11mm/s]

2=2.9×105由上式可知,过渡区将混合液的能量衰减了5个数量级。

若拆除过渡区双层穿孔板,不能消除混合液进入斜板区带有的较大动能,污泥严重上翻,固液分离效果极差,出水中SS 高达300mg/L 。

过渡区的作用还包括均匀进水和作为污泥回流的通道起着双向传输的作用。由于进水不均匀会使部分斜板负荷高而其他斜板负荷低,造成局部积泥、出水SS 升高。沉淀池底部主流区内混合液的平均流速为0.6m/s ,是独立设置在斜板沉淀池底部过渡区中水流速度(10～25mm/s )的20～50倍,因此双层穿孔板对保证配水均匀是必不可少的。

213　斜板区

斜板区是污泥与水分离的实际区域,即工作区。污泥絮凝体在这里形成并在重力作用下沉降到斜板

上,澄清后的污水进入清水区。在过渡区形成的污

泥颗粒絮凝体在不断上升的水流带动下进入斜板沉淀区,在斜板上与重力平衡时形成的动态污泥悬浮层相遇,使不断上涌的混合液中污泥颗粒被捕获和过滤。悬浮污泥层的厚度是变化的,当厚度达到一定程度时,重力足以抵抗摩擦力,污泥层就会下沉到氧化沟中进入主流区。此后,从斜板上下滑的污泥层又会逐渐积累,再滑落至氧化沟内周而复始。相对于过渡区对上升水流的阻力而言,悬浮污泥层的

动态变化对整个污泥沉降过程没有太大的影响,试验结果也证明了这一点。从理论上讲,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