周進(jìn)周出二沉池設(shè)計(jì)

1、周邊進(jìn)(出)水型二沉池的設(shè)計(jì)才振剛眾所周知，城市污水中含有大量的有毒、有害物質(zhì)，如不加以處理控制，直接排入水體和土壤中，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不僅損害人民的身體健康，還嚴(yán)重制約著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展。我國(guó)的城市污水處理率很低，長(zhǎng)年徘徊在10%以下，一些城市的水環(huán)境已經(jīng)惡化，修建大量的城市污水處理廠已迫在眉睫。在各類城市污水處理工藝中，最具代表性的就是活性污泥法，而在活性污泥法處理系統(tǒng)中，二次沉淀池是保證出水水質(zhì)的關(guān)鍵構(gòu)筑物之一。下面，我結(jié)合實(shí)際工程，就二沉池的選型、計(jì)算探討如下一、適用條件沉淀池主要是去除懸浮于水中的可以沉淀的固體懸浮物。初次沉淀池主要是對(duì)污水中以無(wú)機(jī)物為主體的比重大的固體懸浮

2、物進(jìn)行沉淀分離。而二次沉淀池是對(duì)污水中以微生物為主體的、比重小的、因水流作用易發(fā)生上浮的固體懸浮物進(jìn)行沉淀分離。一般來(lái)說(shuō)，二次沉淀池多采用豎流式和輻流式，前者比較適用處理水量不大的小型污水處理廠；后者則適用大、中型污水處理廠。二、不同類型二沉池設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)比較一般輻流式和豎流式沉淀池，原污水從池中心進(jìn)入，在池周邊出流，進(jìn)口處流速很大，程紊流現(xiàn)象，影響了沉淀池的分離效果。而周邊進(jìn)水型輻流式和豎流式沉淀池與此恰恰相反，原污水從池周邊流向池中心，澄清水則從池中心返回到池周邊流出，在一定程度上克服了上述缺點(diǎn)。原污水流入位于池周邊的進(jìn)水槽中，在進(jìn)水槽底部設(shè)有進(jìn)水孔，再?gòu)倪M(jìn)水孔均勻地進(jìn)入池內(nèi)進(jìn)行懸浮顆粒

3、的沉淀，從而提高沉淀效率。根據(jù)國(guó)外資料介紹，這種沉淀池的處理能力比一般輻流式沉淀池要高出一倍。沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般以水力負(fù)荷來(lái)計(jì)算有效面積，用固體負(fù)荷做較核，在二沉池中尤為重要。根據(jù)國(guó)外資料，國(guó)外所采用周邊進(jìn)水中心出水和周邊進(jìn)水周邊出水的二次沉淀池的水力負(fù)荷最大為2.72m3/(m2.h)，最小為1.0m3/(m2.h)，而我國(guó)較有代表性的城市污水處理廠中二沉池所采用的水力負(fù)荷值，最大為1.19m3/(m2.h)，最小為0.73m3/(m2.h)，由此可以看出，周邊進(jìn)水型二沉池的水利負(fù)荷要比普通型二沉池水力負(fù)荷平均高出1.72倍。這就顯示了周邊進(jìn)水型二沉池具有氣節(jié)省面積、減少池?cái)?shù)和投資等優(yōu)越性

4、，是可以推廣應(yīng)用的一種新型二次沉淀池。三、二沉池中的泥、水間的運(yùn)動(dòng)正常的混合液在量筒中停留10分鐘，將出現(xiàn)上下兩層，即清水面層和懸浮活性污泥層。10分鐘后懸浮的活性污泥層開(kāi)始濃縮，但完成濃縮過(guò)程至少要半小時(shí)以上，甚至好幾個(gè)小時(shí)。濃縮過(guò)程意味著層面以下的活性污泥濃度不斷的變濃，在量筒底部出現(xiàn)不高的濃集活性污泥層。這種在量筒里觀察到的現(xiàn)象，在實(shí)際的二次沉淀池中，就是明顯地存在著澄清層、懸浮沉降層、活性污泥濃密壓縮層、底流污泥層等層面一般設(shè)計(jì)計(jì)算二次沉淀池時(shí)，要考慮兩個(gè)停留時(shí)間，即污水停留時(shí)間和活性污泥停留時(shí)間。所以在設(shè)計(jì)二沉池的有效深度時(shí)，將這些層面簡(jiǎn)化為澄清層和污泥層，兩層相加成為二沉池的有效水

5、深。在二次沉淀池中起濃密作用的是懸浮沉降層的活性污泥顆粒不斷下沉傳遞給濃密壓縮層，而污泥層隨著時(shí)間延長(zhǎng)而不斷壓密濃縮，最后形成底流污泥層。顯然這些層面的高度是隨著進(jìn)水流量、混合液濃度、排泥濃度、回流活性污泥量的變動(dòng)而有所變動(dòng)。這些層面變動(dòng)的客觀事實(shí)在周邊進(jìn)水的二沉池表現(xiàn)為：活性污泥混合液進(jìn)入二沉池后，由于懸浮液的濃度差，就形成了密度流。而在二沉池中由于不斷進(jìn)入的混合液濃度與澄清層之間的密度總是存在的，所以密度流也總是存在的。四、周邊進(jìn)水型二沉池的若干優(yōu)越性上述密度流所形成的環(huán)流現(xiàn)象顯然給普通輻流式二沉池帶來(lái)了問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：環(huán)流在出口處上升時(shí)會(huì)帶走輕的細(xì)小污泥絮體，影響出水水質(zhì)；沿底部的密度

6、流又與日俱增刮泥方向相反，容易攪動(dòng)起輕的活性污泥顆粒，影響沉淀效果；普通輻流式的沉淀池的進(jìn)口在排泥斗的上方向，混合液進(jìn)入池后，又是先降落到池底，這樣就會(huì)造成部分混合液從排泥斗直接短路排出。這些問(wèn)題與密度流流速大小有關(guān)，流速越大越嚴(yán)重。要控制流速，往往只有限制進(jìn)水流量，也就是要控制過(guò)流率即水力負(fù)荷值。由于這一原因，一般輻流式的二次沉淀池要較大幅度地提高表面負(fù)荷是困難的。提高二沉池負(fù)荷率的關(guān)鍵是要解決好上述密度流所引起的問(wèn)題，改變普通輻流式二沉池內(nèi)的水流流態(tài)是解決問(wèn)題的主要手段。對(duì)于普遍適用于大、中、小型污水處理廠的圓形沉淀池來(lái)說(shuō)，采用周邊進(jìn)水、周邊出水的輻流式二沉池是一個(gè)較好的辦法。周邊進(jìn)水沉淀

7、池由于是周邊進(jìn)水比普通輻流式沉淀池中心進(jìn)水流速小得多，其進(jìn)水水流動(dòng)能也低得多，因而有可能比普通輻流式沉淀池提高50%-100%水力負(fù)荷。而它所形成的密度流流速仍然不會(huì)很大。同時(shí)由于周邊進(jìn)水所形成的水流方向與刮吸泥機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向又大體一致，所以攪動(dòng)起污泥和帶走較輕活性污泥絮體的可能性都比較小，從而也有可能提高沉淀效率。由以上探討可見(jiàn)，周邊進(jìn)水沉淀池是一種值得推廣的污水處理構(gòu)筑物。五、二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算二沉池是以沉淀、去除生物處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥獲得澄清的處理水為其主要目的。二沉池有別于其它沉淀池，其作用一是泥水分離（沉淀）、二是污泥濃縮，并因水量、水質(zhì)的時(shí)常變化還要暫時(shí)貯存活性污泥。通常處理系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)

8、用是和系統(tǒng)處理構(gòu)筑物的容積大小成正比的，所以二沉池的設(shè)計(jì)計(jì)算是否合理，直接影響到整個(gè)生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行處理效果和建設(shè)費(fèi)用的大小。1影響二沉池運(yùn)行設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要因素二沉池運(yùn)行過(guò)程中的影響因素很多，其中有些因素甚至是相互矛盾的。在沉淀過(guò)程中的影響因素有：（1）污水：流量、水溫；（2）沉淀池：表面積和出流量、池高度、溢流堰長(zhǎng)度地點(diǎn)和負(fù)荷、進(jìn)水形式、池型、污泥收集系統(tǒng)、水力條件、水波和自然風(fēng)影響；（3）污泥：負(fù)荷、區(qū)域沉淀速度、污泥體積指數(shù)、硝化程度；（4）生物處理情況：活性污泥模式、BOD負(fù)荷；在濃縮過(guò)程中的影響因素有：（1）污水：混合液流量；（2）池體：池表面積、池高、污泥收集系統(tǒng)；（3）污泥：沉

9、速（ZSV）、SVI、混合液濃度和負(fù)荷、回流比、污泥槽高度。欲獲得滿意的二沉池運(yùn)行效果，就必須適當(dāng)?shù)臐M足二沉池運(yùn)行的諸多的條件，就目前研究的情況，設(shè)計(jì)中主要考慮因素有如下幾點(diǎn)：（1）活性污泥的沉降性能在生物處理系統(tǒng)中，活性污泥的特性，特別是污泥的沉降性能，直接影響著二沉池的工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行。衡量活性污泥沉降性能的參數(shù)有二個(gè)：一是污泥指數(shù)SVI（mL/g）；二是污泥沉降比：SV%。SVI的物理意義是:曝氣池出口混合液經(jīng)30min靜沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容積（mL）。SV%又稱30分鐘沉降比，混合液在量筒內(nèi)靜置30分鐘后所形成的沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分率。SVI、SV%與混

10、合液污泥濃度MLSS（g/L）之間有下列關(guān)系：SVI=SV/MLSS（mL/g）（1-1）或SV=SVIXMLSS（mL/L）SVI值能反應(yīng)出活性污泥的凝聚、沉淀性能，過(guò)低說(shuō)明泥粒細(xì)小，無(wú)機(jī)物含量高，污泥缺乏活性；過(guò)高則說(shuō)明污泥沉降性能不好，并具有產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象的可能。其沉降性能一般區(qū)別如下：SVI100沉降性能好；100SVI200沉降性能不好。從式（1-1）可看出：要想獲得適當(dāng)?shù)腟VI值，則需在設(shè)計(jì)時(shí)選用適當(dāng)?shù)奈勰酀舛龋∕LSS）值，當(dāng)進(jìn)入生物反應(yīng)器中的有機(jī)物量一定時(shí)，污泥濃度愈高，則污泥負(fù)荷（F/M）愈小，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須正確選擇污泥負(fù)荷（F/M）。污泥濃度（MLSS）、污泥負(fù)荷（F/M）

11、與曝氣池體積（V）之間有下列關(guān)系：F/M=Q-SJV-MLSS式中：Q污水流量価/h）；SBOD濃度（kg/m3）；05V曝氣池體積m3。其它同前。在設(shè)計(jì)中一般根據(jù)污泥負(fù)荷（F/M）選擇確定污泥指數(shù)（SVI），此數(shù)據(jù)一般采用運(yùn)行值或試驗(yàn)值，可根據(jù)表1選取，混合液污泥濃度可根據(jù)處理工藝從表2中選取。表1污泥指數(shù)值數(shù)據(jù)污水種類SVIml/gF/M0.05kg/(kgd)F/M0.05kg/(kgd)混有少量有機(jī)工業(yè)廢水的生活污水100-15075-100混有大量有機(jī)工業(yè)廢水的生活污水150-180100-150表2曝氣池混合液污泥濃度值處理工藝MLSS(kg/m3帶初沉池?zé)o初沉池?zé)o硝化有硝化（和反

12、硝化）除磷2.5-3.53.0-3.52.7-3.03.5-4.53.5-4.5/對(duì)大多數(shù)廢水，F(xiàn)/M在下述范圍內(nèi)：0.3F/M0.6。（2）回流污泥、回流比、回流污泥濃度、濃縮時(shí)間在生物處理系統(tǒng)中必須保持足夠且恒定的生物群體，因此在二沉池中所沉淀的生物固體（污泥）一部分必須返回到曝氣池，另一部分從二沉池中排放掉。返回到曝氣池的生物量，是用來(lái)維持系統(tǒng)所要求的污泥濃度，降解進(jìn)入系統(tǒng)中的有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)物越多，需要的生物量越大，要想維持系統(tǒng)所要求的污泥濃度就必須保證回流污泥的量。在生物系統(tǒng)物料平衡中有如下關(guān)系式存在：X=XR/（1+R）r式中：R污泥回流比；X回流污泥濃度kg/m3；rX-混合液污泥

13、濃度MLSSkg/m3由此式可看出：（1）想要得到預(yù)期的X（MLSS）值，就必須保證有一定的回流污泥濃度和回流污泥量；（2）XXr?；亓魑勰嗔浚话阌没亓鞅瓤刂?。對(duì)于平流式和輻流式二沉池一般采用RW1.5;豎流式沉淀池RW2.0,因?yàn)檩^大的回流比會(huì)加大二沉池分離區(qū)紊動(dòng)程度，而影響沉淀過(guò)程?；亓魑勰酀舛仍诤艽蟪潭壬吓c活性污泥的性質(zhì)和二沉池內(nèi)污泥濃縮條件有關(guān)，活性污泥的濃縮性能不僅取決于SVI，還受到濃縮區(qū)高度、停留時(shí)間的影響。濃縮區(qū)的高度和停留時(shí)間與下列因素有關(guān)：固體負(fù)荷；二沉池進(jìn)、配水方式；刮泥機(jī)種類與性能；污泥回流量及二沉池的池型等。在我國(guó)一般認(rèn)為，混合液在量筒中沉淀30min后形成的污泥濃

14、度基本上可代表混合液在二沉池所形成的污泥濃度，也即為回流污泥濃度。回流污泥濃度（X）與SVI之間有下列關(guān)系：rX=r106/SVI（mg/l）r式中的r是考慮污泥在二沉池中的停留時(shí)間、池深、污泥層厚度等因素有關(guān)的系數(shù)，一般取1.2左右。德國(guó)在二沉池豎向設(shè)計(jì)中研究較多，并提出了二沉池底流污泥濃度（X）與濃縮時(shí)間（t）之間的關(guān)系BE式：X=(103/SVI)(t)1/3(kg/m3)BE式中：SVI污泥指數(shù)(L/kg)；t污泥濃縮時(shí)間(h)。E由此式看：污泥濃縮時(shí)間越長(zhǎng)，底流污泥濃度則越高，回流污泥濃度越高，回流比R則可越??；另一方面活性污泥在二沉池濃縮區(qū)和刮泥區(qū)的停留時(shí)間應(yīng)盡可能短，以免二沉池內(nèi)

15、污泥中的磷再次釋放以及因脫氮而造成的污泥上浮現(xiàn)象。但是要精確的確定最佳濃縮時(shí)間和影響系數(shù)，還要做大量的研究工作。濃縮時(shí)間的確定對(duì)二沉池的計(jì)算特別重要，設(shè)計(jì)可根據(jù)表3經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取:表3濃縮時(shí)間取值表處理工藝濃縮時(shí)間(h)傳統(tǒng)活性污泥法1.5-2.0生物脫氮活性污泥法1.0-2.0生物除磷活性污泥法1.0-1.5回流污泥濃度因受刮泥系統(tǒng)的影響,其濃度一般低于底流濃度,其減少值與所采用的刮泥系統(tǒng)有關(guān)。采用刮泥時(shí)：X竺0.7XrB采用吸泥時(shí)：X竺0.5-0.7XrB以上二式適用于機(jī)械刮吸泥式二沉池。(3)污泥體積負(fù)荷和表面負(fù)荷污泥體積負(fù)荷(q)和表面負(fù)荷q是設(shè)計(jì)計(jì)算二沉池表面積的參數(shù)。二者有如下關(guān)系：

16、vqz=q/(MLSSXSVI)v在處理水量一定時(shí)，沉淀池表面面積與表面負(fù)荷成反比,A=Q/q，為了保持較低的出水SS值和BOD值，我國(guó)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ14-87(1997)中規(guī)定活性污泥法二沉池表面水力負(fù)荷1.0-2.5m3/(m2.h)，德國(guó)對(duì)水平流態(tài)的二沉池(平流、輻流二沉池)規(guī)定：q為1.6m3/(m2.h)；q=0.45m3/(m2h)，對(duì)豎流v式沉淀池，因存在著污泥層的過(guò)濾作用和活性污泥的絮凝作用，污泥體積負(fù)荷較大q為2.0m3/(m2.h)、q三06m3/(m2h)。v2目前國(guó)內(nèi)二沉池常用計(jì)算方法(1)二沉池表面積計(jì)算方法計(jì)算二沉池沉淀部分水面常用方法有表面負(fù)荷法和固體通量

17、法，固體通量法在理論上與污泥濃縮過(guò)程更為貼切，更是用于濃縮池的計(jì)算。在許多沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算中，依據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的污泥沉降曲線給人以精確和復(fù)雜的印象，但對(duì)于大多數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有條件對(duì)處理工藝所生成的污泥進(jìn)行沉降試驗(yàn)，因此二沉池的設(shè)計(jì)一般都采用經(jīng)驗(yàn)值。一般設(shè)計(jì)中沉淀池的面積確定在我國(guó)簡(jiǎn)化為A=Q/q，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范中不僅規(guī)定了表面水力負(fù)荷值，而且規(guī)定了二沉池的徑深比。英國(guó)WRC出版的TR11和TR144(ST0M用戶手冊(cè))對(duì)于面積計(jì)算都很簡(jiǎn)單，且為工藝核查提供了圖表，使沉淀池面積計(jì)算大為簡(jiǎn)化，同時(shí)，此表格還是一種比較沉淀池運(yùn)行情況的方法，通過(guò)表格也可清楚的看到沉淀池微小變化影響著MLSS和SVI

18、。(2)二沉池的高度設(shè)計(jì)我國(guó)目前室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，沉淀池的有效水深宜采用2-4米，設(shè)計(jì)手冊(cè)和教科書(shū)對(duì)二沉池高度設(shè)計(jì)，只作了二沉池有效水深和二沉池污泥區(qū)容積計(jì)算二項(xiàng)描述。有效水深按沉淀時(shí)間計(jì)算，一般沉淀時(shí)間取1-1.5h。而污泥區(qū)容積按2h貯泥量計(jì)算。事實(shí)上這一規(guī)定是無(wú)法進(jìn)行二沉池高度的詳細(xì)計(jì)算的，例如：污泥區(qū)與池邊高度的關(guān)系。國(guó)內(nèi)某些設(shè)計(jì)研究院對(duì)輻流式二沉池總高度計(jì)算采用：超高、有效水深、緩沖層高度、刮泥板高度、沉淀池底錐體部分高度之和。其中有效水深計(jì)算沉淀時(shí)間一般采用3小時(shí)，水力表面負(fù)荷采用我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的l-1.5m3/m2.h。緩沖層高度取0.5米。（除去池底錐體部分高度，其它均

19、為池邊深度）在生產(chǎn)運(yùn)行中取得良好效果。英國(guó)WRC設(shè)計(jì)最大的缺陷同樣是缺少沉淀池的高度數(shù)據(jù)，但在歐洲一般采用德國(guó)ATV（污水處理協(xié)會(huì)）高度分區(qū)方法加以補(bǔ)充。德國(guó)ATV制定的設(shè)計(jì)規(guī)范（A131）規(guī)定的二沉池深度計(jì)算，把二沉池深度方向按其作用分為4個(gè)區(qū)：清水區(qū)、分離區(qū)、儲(chǔ)存區(qū)、濃縮及刮泥區(qū)。清水區(qū)（h）1為安全保證區(qū)，減輕風(fēng)、密度差、溢流堰對(duì)污泥絮體的抽吸作用和不均勻界面沉降等不可避免的影響因素。h=0.5m1分離區(qū)（h）2混合液在分離區(qū)泥水分離，該區(qū)存在絮凝和沉淀二個(gè)過(guò)程，分離區(qū)的沉淀過(guò)程會(huì)受進(jìn)水的紊流影響。分離區(qū)計(jì)算停留時(shí)間0.5h。計(jì)算公式：h=0.5Q（1+R）/1-（SVIXMLSS）（m

20、）max式中：SVI污泥指數(shù)（ms/kg）；MLSS混合液懸浮固體濃度（kg/m3）R回流比（%）；Q污水設(shè)計(jì)流量（ms/h）max儲(chǔ)存區(qū)（h）3作用是在雨季儲(chǔ)存污泥，以免曝氣池中污泥濃度大幅度下降，造成處理效果下降，儲(chǔ)存區(qū)與分離區(qū)是連續(xù)一體的。儲(chǔ)泥區(qū)所儲(chǔ)存的污泥可保證雨季曝氣池中污泥濃度不低于旱季污泥濃度的70%，其差值MLSS=0.3MLSS。儲(chǔ)存區(qū)的大小，應(yīng)滿足雨季時(shí)在1.5h內(nèi)能接納從曝氣池內(nèi)多流出的污泥量，污泥體積濃度按500L/m3計(jì)（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)），在此期間，污泥在儲(chǔ)存區(qū)進(jìn)行濃縮，并分布于整個(gè)二沉池面積上，二沉池污泥量的增加量為：TOC o 1-5 h zN=AMLSSSVIQ（1+R）1.5（L）maxN的體積V=N/500（m3）3h=0.45q（l+R）/500（m）3v式中：500L/m3污泥體積濃度。MLSS污泥濃度變化值=0.3MLSS（kg/m3）SVI污泥指數(shù)（L3/kg）；q污泥體積負(fù)荷（L/m2h）；vq=qMLSSSVI。v濃縮及刮泥區(qū)（h）4濃縮區(qū)是保證污泥底流濃度的區(qū)域。h=q（1+R）t/C（m）4