三槽氧化沟内底推位置与积泥厚度的分析研究.pdf

三槽氧化沟内底推位置与积泥厚度的分析研究 * 孔凡博张耀宗 唐山城市排水有限公司， 河北 唐山 063000 摘要 氧化沟工艺由于进水中含有大量的无机颗粒， 无机颗粒的沉淀导致沟内积泥较厚。为了不影响正常生产， 依据 经验数据， 依次对 1 号、 2 号氧化沟安装底推。对沟内积泥情况及影响因素进行分析比较， 得出氧化沟的积泥主要由 进水中密度较大的无机颗粒造成， 且积泥规律与底推安装位置和运行情况相关。 关键词 三槽氧化沟; 底推; 流态; 积泥 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 002 RESEARCH ON THE POSITION OF THE UNDERFLOW PROPELLER AND THE DEPOSITION THICKNESS IN THE TRIPLE OXIDATION DITCH Kong FanboZhang Yaozong Tangshan Municipal Drainage Co． ，Ltd， Tangshan 063000，China AbstractA large quantity of inorganic matters in the influent of the tripe oxidation ditch process，and the particle settling leads to the accumulation of much sludge on the bottom of the ditch． According to the empirical data，many underflow propellers were settled in No. 1 and No. 2 oxidation ditches orderly without affecting the normal production． The accumulation condition of the sludge and the influence factors were analyzed． The conclusion was that the accumulation of sludge in the oxidation ditch was mainly caused by the high density of the inorganic matter and the law of accumulation of sludge was related to the installation position of undenflow propeller and the operation condition． Keywordstriple oxidation ditch;underflow propeller;flow pattern;accumulation of sludge * 河北省科技计划项目 12273608 。 1概述 依照 GB 500142006室外排水设计规范 中的 规定， 氧化沟中平均流速要求≥0. 3 m/s， 才能保持不 发生污泥沉积。氧化沟在处理城市生活污水时， 按照 设计有效水深的情况下， 转刷的驱动力就足以保证氧 化沟的平均流速要求。当氧化沟处理含有生活污水 和工业废污水的混合污水时， 尤其是含有大量无机颗 粒且密度较大的混合污水时， 此项规定就不尽合理， 这就需要采取另外一些措施， 如安装底推 ［1 ］以保证 污泥及无机颗粒不沉淀或少沉淀来保证氧化沟的正 常运行。因此， 在处理含有较多无机颗粒的污水时， 研究底推的布置和积泥 ［2 ］情况及影响因素在理论、 工程实践和生产运行中具有十分重要的意义［3 ］。 唐山市某污水处理厂坐落在唐山东部， 设计处理 能力 15 万 m3/d， 主要处理城区东部的生活污水和部 分工业污水。实际进水量为 10 m3/d， 设计 3 座氧化 沟， 实际只运行 2 座。污水来源主要是洗煤水、 钢厂 废水和工业园区的部分污水， 其中工业污水占 60， 生活污水占 40， 水质复杂， 颗粒物较多， 造成沟内 大量淤积污泥， 严重影响污水处理工艺的正常运行， 本文是针对 2 座氧化沟内底推安装位置及积泥情况 进行分析比较， 掌握影响积泥厚度的因素。 2实验介绍 唐山市某污水处理厂为三座平行运行的三槽氧化 沟工艺， 单沟处理能力 5 万 m3/d， 氧化沟有效水深 3.5 m， 每个沟中设计安装有21 台转刷曝气机， 刷片外径 1 000 mm， 转刷长度9 000 mm， 充氧效率1.85 kg/ kW h 。实验工作中安装的底推叶片直径 2. 5 m， 叶轮中 间距离水面 2 m， 功率 4. 3 kW。 每座氧化沟共 3 个廊道， 每个工作周期分为 6 个 模式， 每个运行周期为 8 h， 从图 1 可以看出 每个边 6 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 沟的设备在一个运行周期过程中， 分别经历了运转进 水、 运转停止进水、 静沉、 出水 4 个阶段， 在 4 h 的沉 淀过程中， 无机颗粒及活性污泥几乎全部沉淀到池 底， 压实。在后面的运行过程中， 底推不能够有效的 将池底沉积的颗粒搅拌起来， 使沟内的污泥不能够及 时排除， 随着运行时间的增长， 沉淀在池底的污泥越 来越多， 直到影响工艺的正常运行。 图 1三槽氧化沟工作模式 Fig．1The working mode of triple oxidation ditch 3设备运行情况分析 3. 1未安装底推时的运行情况 工艺进水所含无机颗粒较多， 在实际运行过程 中， 大部分无机颗粒沉积， 致使氧化沟内干污泥比重 达到5. 0 kg/L。边沟在曝气和静沉之间不断变化， 在 沉淀过程中， 无机颗粒绝大部分沉淀到池底， 而在曝 气过程中由于沉积厚度较大， 底推和转刷不能够把沉 淀的污泥完全搅动起来， 所以， 随着时间的推移， 边沟 内沉积的污泥越来越多， 堆积严重的部位积泥露出液 面， 严重影响生产正常运行。 为了解决实际生产问题， 结合厂家针对现有水质 和生产情况， 依次在 1 号和 2 号氧化沟内安装底 推 ［4 ］， 并对安装情况进行比较分析。 3. 2底推安装情况比较 3. 2. 1安装 6 个底推时积泥分析 图 2 中共安装了 21 个转刷， 转刷的安装位置如 图中竖向双实线部分， 依据沟内污泥的沉积情况标出 1 号 ～6 号底推的位置， 底推 1 号、 2 号、 5 号、 6 号位 置转刷位于长度方向上的中间， 3 号、 4 号安装在长度 方向上两个转刷的中间。由于在氧化沟中， 两个边沟 的安装位置、 进水情况完全相同， 并且在实际的测量 过程中， 两个沟的积泥情况基本相同， 而中沟一直处 于转刷和曝气连续运行状态， 在生产过程中， 并没有 发现严重的污泥沉积现象。所以， 为了简化起见， 本 文就图 2 中下方边沟的污泥沉积情况， 依据可能出现 沉积的点， 即流态出现变化的点， 选定检测点分布如 图 2 所示。测定在污泥进行 1 h 沉淀后进行。 图 2安装 6 台底推的位置及监测点分布 Fig．2The distribution map of location and monitoring points with 6 underflow propellers 从表1 可以看出 底推对底泥的沉积厚度有着较大 的影响。点1 的积泥深度低于点18 的深度， 分析原因为 水流在第一直道转变180后在第二直道内流动， 水流状 态发生变化 ［ 5 ］， 第一直道表层水与底层水在导流墙处发 生变化， 在第二直道处第一直道表面水流变成第二直道 内的底层水， 而第一直道内底部层水则变成第二直道内 的表层水， 泥水的位置交换， 使得此处存在涡流， 流态不 稳定 ［ 6- 8 ］， 密度大的物质没有来得及沉淀， 造成两个点的 积泥厚度差别较大。从点1 到点2 积泥深度变大， 主要 由于颗粒密度较大， 混合液随着流动距离的加长， 密度 大的颗粒及污泥有一定的沉积， 同时由于点2 处于渐扩 段， 且处于涡流状态、 缓流区， 所以污泥有一定的沉积， 致 使点2 的沉泥深度高于点1。从点2 到点3， 主要是固体 颗粒随着流行时间的沿长逐渐沉淀， 在点3 形成沉泥更 厚; 对于点4， 从点3 到点4 水断面的缩小， 流速变大， 致 使点4 的积泥厚度相对点3 较小。到点5 出现过水断面 放大， 同时由于在点5 存在涡流， 致使点5 的沉泥深度变 大。相比点6， 由于点6 在2 号底推前方5 m 的地方， 积 泥深度为0.5 m， 说明在底推前方氧化沟的墙边地区存 在较大的流速， 且底推和转刷停止运行 40 min 后， 在 2 号底推前方的一定距离内存在区域面积内的无沉泥区 或沉泥较少， 不至于影响生产的运行。在沿底推工作的 方向， 点7 和点8 的沉泥厚度为0 m， 说明由于底推的推 动力作用， 机械能转换成水流的动能， 沿程过水断面的 变化较小， 以及水流在流行方向上距离的延长不足以使 密度较大的无机颗粒沉淀。从点8 到点9 的过程中， 颗 粒的动能逐渐减小， 到点9 后， 部分颗粒沉淀， 造成点 9 污泥的沉积厚度为1.0 m。 遵循着对称的原则， 从表 1 的不同点位的积泥数 据可以看出， 相对应点的积泥深度由于边沟两条直道 的构造、 底推和转刷的设置、 参数完全相同。在采样 7 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 点的选取上都十分相近。 表 1不同点位的积泥深度 Table 1The thickness of accumulation of sludge at different monitoring pointsm 点位123456789 沉泥厚度0. 81. 41. 81. 21. 80. 5001. 0 点位101112131415161718 沉泥厚度1. 11. 31. 20. 500. 61. 51. 41. 4 3. 2. 2安装 8 个底推时氧化沟的积泥分析 图 3 为 2 号氧化沟底推布置及测点分布图， 转刷 的数量和规格同 1 号氧化沟完全相同， 安装 8 台底 推， 中沟底推的位置同 1 号氧化沟， 只是在两侧边沟 的第一直道的位置多安装一台底推。图中所有底推 的规格， 运行参数相同， 增设的底推， 平均分布于两侧 转刷曝气器的中间位置。 图 3 2 号氧化沟底推布置及测点分布 Fig． 3The distribution map of location and monitoring points with 8 underflow propellers in No. 2 oxidation ditch 由表 2 可知 点 1 的积泥深度为 0 m， 而点 2 积泥 深度为0. 8 m， 依据现场运行情况并结合理论分析认为 由于1 号底推距离第一直道的左侧转弯较近， 在经过 导流墙后， 混合液中的污泥及无机颗粒仍存在较大的 动能， 同时由于在转弯处流态变化的影响使得点 1 处 的积泥厚度为 0 m; 根据监测数据可知 在点 3 处的积 泥深度最大， 达1. 3 m， 分析原因， 主要是在点2 处积泥 厚度明显增厚， 随流行距离的变长， 混合液中的污泥颗 粒逐渐下沉， 到点3 的积泥厚度最大; 点4、 点5 的积泥 厚度相同主要是由于过水断面和涡流的影响， 同时由 于点5 距离3 号底推较点 4 近， 而点 6 积泥厚度比点 4、 点 5 小， 主要是受到底推的影响， 在正常运行时， 由 于底推具有较大的推动力， 在其前方存在较大的负压， 由于负压的存在， 使得混合液以及较大的无机颗粒在 负压的推动下向着底推的方向流动， 无法沉淀， 从而使 点6 较点5 的积泥厚度小。而点 8 和点 9 由于水流的 流行距离的增长和局部涡流的变化， 产生沉积， 且随着 流行距离的延长而逐渐增厚 ［ 9 ］。 表 2 2 号氧化沟不同测点的积泥深度 Table 2The thickness of the accumulation of sludge in No. 2 oxidation ditchm 点位123456789 沉泥厚度00. 41. 30. 80. 80. 400. 91. 0 点位101112131415161718 沉泥厚度1. 00. 600. 80. 80. 31. 30. 70 在第一直道， 由于安装两个底推， 位置以直道中 间为轴成对称形式， 沟内积泥厚度除了受到两边导流 墙的影响之外， 积泥厚度具有一定的对称性。积泥最 深处出现在点 10 和点 16， 两个积泥最浅处出现在点 12 和点 18， 并不是点 11 和点 17， 分析原因可能是由 于在水流流动过程中， 突然受到过水断面的缩小， 局 部产生雍水， 密度较大的颗粒产生沉淀; 另一种原因 可能是由于底推叶轮直径为 2. 5 m， 叶轮在运行过程 中， 对水流产生推进作用， 作用断面为扇形断面， 而点 11 和点 17 刚好作用于扇形断面的边界或边界以外， 此时， 水流的动能变小， 不足以使全部无机颗粒或密 度较大的物质沉淀， 造成点 11 和点 17 离底推的距离 较近且存在的积泥厚度高于点 12 和点 18， 这也可以 从图 2 中的点 14 看出。 3. 3积泥曲线分析 从图 2 可以看出 1 号氧化沟底推的安装位置在 第一直道和第二直道中的布置方式是对称的。从图 4 看出 积泥点以点 7 和点 8 为轴， 大体上呈对称出 现。对于 2 号氧化沟， 由于底推在第一直道和第二直 道布置数量和位置不同， 所以没有呈现出对称的趋 势。第一直道内的底推两端布置， 由于受到水流及导 流墙的影响， 没有出现明显的对称趋势。但是在 1 号 和 2 号氧化沟的第二直道中， 两条氧化沟中监测点的 积泥变化规律基本相同， 每个点都低于 1 号内相对应 点的积泥厚度， 这主要是受到沟内底推数量的不同， 动能转化成机械能的大小不同而对流速造成的影响， 进而影响到沟内的积泥厚度的不同［10 ］。 4结论 1采用氧化沟处理含有密度较大的颗粒工业污 水和生活污水的混合污水时， 为防止污泥沉淀， 可采 用增设底推的方式。 2底推功率的选取与污泥中含有的无机颗粒情 况有关， 同时受到底推布置情况的影响， 需进行现场 试验确定。 下转第 12 页 8 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 图 3水解池和初沉池对出水可生化性提高效果 Fig. 3Improving effect of biodegradability of the hydrolysis tank and primary sedimentation tank 初沉池相比， VFA 浓度提高 30. 89 mg/L， SCOD/COD 比值提高 19. 9， 出水生化性的提高有利于后续脱 氮除磷系统的运行。 参考文献 ［1］王佳伟， 李伟， 曹祥博， 等． 利用活性初沉池改善进水水质与强 化生物脱氮研究［J］ ． 中国给水排水， 2010， 26 23 1- 5. ［2］Smith B R． Re- thinking wastewater landscapes Combining innovative strategies to address tomorrows urbanwastewater treatment challenges ［ J］ ． Water Sci Technol， 2009， 60 6 1465- 1473. ［3］BouzasA， Ribes J， Ferrer J， et al． Fermentation and elutriation of primary sludgeEffect of SRT on process perance［J］ ． WaterRes， 2007， 47 11 2325- 2332. ［4］李圭白， 张杰． 水质工程［M］． 4 版． 北京 中国建筑工业出版 社， 2005. ［5］陈中颖， 刘爱萍， 刘永， 等， 我国城镇综合污水的可生化性调查 与分析［ J］． 中国给水排水， 2009， 35 S1 248- 251. ［6］王琨， 汤利华， 汪强林， 等． 污水可生化性对污水处理效果影响 的分析［ J］ ． 工业用水与废水， 2012， 43 1 16- 18. ［7］徐美倩． 废水可生化性评价技术探讨［J］ ． 工业水处理， 2008， 28 5 17- 20. ［8］张自杰． 排水工程下册［M］ ．4 版． 北京 中国建筑工业出版社， 2007. ［9］张杰， 李小明， 杨麒， 等． 反硝化除磷技术及其实现新途径［J］． 工业用水与废水， 2007， 38 3 1- 4. ［ 10］王凯军， 贾立敏． 城市污水生物处理新技术开发与应用［ M］． 北 京 化学工业出版社， 2001. ［ 11］梁康强， 熊娅， 戚茂荣， 等． 进水比例对水解反应器出水水质的 影响研究［ J］． 环境科学， 2012， 33 11 3068- 3072. ［ 12］梁康强， 周军， 熊娅， 等． 硝化液回流比对水解- A/O 工艺脱氮效果 的影响 ［ J］ ．华中科技大学学报． 自然科学版， 2012， 40 12 1- 4. 作者通信处林秀军100037北京市西城区北营房中街 59 号 1205 房间 E- mailcolinxj008163． com 2012 －11 －29 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 8 页 图 4测点积泥厚度 Fig. 4Thickness of accumulation of sludge at the monitoring points 参考文献 ［1］刘祖文， 宋存义． 我国节能型氧化沟处理工艺研究思路［J］． 环 境工程， 2005， 23 2 85- 88. ［2］李柏林， 张智， 刘少武， 等． A/A/O 氧化沟流态特性研究及积 泥分析［ J］． 土木建筑与环境工程， 2011， 33 1 118- 123. ［3］原建光． 氧化沟工艺缺陷的改造实例［J］ ． 水处理技术， 2009， 35 2 109- 110. ［4］魏玮， 魏建文， 王敦球， 等． 氧化沟的曝气推流［J］． 水科学与 工程技术， 2011 2 26- 29. ［5］邓荣森， 张贤斌， 潘江俊， 等． 一体化氧化沟混合液循环流动情 况试验研究［ J］ ． 给水排水， 1998， 24 2 12- 18. ［6］罗麟， 李伟民， 邓荣森， 等． 一体化氧化沟的三维流场模拟与分 析［ J］ ． 中国给水排水， 2003， 19 20 15- 18. ［7］赵星明， 王萱， 黄廷林． 减少氧化沟弯道沉泥的模拟与研究 ［J］． 环境工程， 2007， 25 6 37- 39. ［8］陈志澜， 杨人卫． 新型波纹导板流墙水利特性的数值模拟［J］． 环境工程， 2010， 28 2 36- 38. ［9］赵星明． 氧化沟的水力计算 ［ J］ ．环境工程， 2000， 18 2 14- 17. ［ 10］魏玮， 魏建文， 王敦球， 等． 氧化沟的曝气底推［ J］． 水科学与工 程技术， 2011 2 26- 29． 作者通信处张耀宗063000河北唐山路南区胜利桥东南东郊污 水处理厂院内 E- mailzyaozong163． com 2013 －01 －08 收稿 21 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期