水处理小试及其工程放大(三)

2022-05-13 13:23:27

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固体通量法应用于连续流二次沉淀池(或浓缩池)的设计,实属逻辑错误(违反“矛盾律”),即:固体通量随池深为变量、连续流运行,这是两个相互矛盾的假定。而基于固体通量为常数的数学推导,完全符合二次沉淀池的固体浓度分布规律。

活性污泥静止沉降实验,可以成为二次沉淀池设计的依据。其关键:如何从静止沉降实验推导至连续流沉降。

竖流式二次沉淀池污泥浓度分布如图1。在二次沉淀池进水口之上存在着“泥水界面”,之下存在着“压缩界面”;由此我称之为“两界面四段分布”:

清水区:泥水界面之上至溢流堰。

絮凝区:进水口之上至泥水界面。

功能分析:若进水污泥颗粒沉速大于上溢流速,则颗粒不会被上溢流量所携带,直接下沉,由此不会形成泥水界面;反之若颗粒沉速小于上溢流速,溢流量必然会携带污泥向上流,直至溢出,也不会形成泥水界面。正是由于溢流量携带小颗粒污泥,上升过程中污泥颗粒不断增大,沉速逐渐加大;当大于上溢流速时,颗粒下沉。而这种大颗粒下沉、小颗粒上升的状况,又大大强化了污泥颗粒的絮凝,由此我们称之为絮凝区,也说明:竖流式二次沉淀池有强化絮凝的功能。

成层沉降区:进水口之下至压缩界面。

二大特征:第一,该区污泥浓度均远小于进水浓度;第二,污泥浓度随池深略有递减;随后有数学式可说明。

压缩区:压缩界面之下至池底。

受池底的影响,污泥积累,若底流口达不到回流污泥浓度,则形成压缩区,即在上部污泥的重力下,污泥逐渐浓缩。 

关于进水口之下污泥沉降,定义:固体通量Gi —单位时间、单位面积通过i断面的污泥量,有: 

         Gi = ( vi   u ) Ci                  (式1)

vi — 污泥成层沉降沉速;u — 底流流速; Ci — 污泥浓度

式5说明了成层沉降区的第1个特征;随着污泥成层沉降进行,沉速vi会随池深逐渐加大,式2说明Gi是常量,则从式1得出:Ci随池深相应减小,说明了成层沉降区的第2个特征。

当然,压缩区仍然满足式(1)、式(2),只不过vi主要因素不再是Ci,而是压缩区高度。

曾有很多人对成层沉降区二大特征不理解,认为违背物料守恒。恰恰相反,两大特征正是物料守恒的结果,只不过是动态守恒,即Gi是常量。这完全不同于静止沉淀的沉淀筒(图2),它的各断面不需要“质量守恒”。关于固体通量曲线,实际上曲线上每个点,都是二次沉淀池运行的工况点。只不过单调上升区域为稳定工况点、单调下降区为非稳定工况点,不再细述。 

涉及二次沉淀池设计,它有二大功能:泥水分离(澄清)和污泥浓缩。前者涉及泥水界面,后者涉及压缩界面。

混合液的澄清能力,可以通过“静止沉淀”实验,绘制泥水界面与时间的关系曲线(如图2),取其线性部分的斜率即为成层沉降沉速v,可用于二次沉淀池表面水力负荷的取值;而下凹部分,可用于絮凝时间取值(图中约4分钟)。实验装置一般采用ø90、H1500mm带有3r/min搅拌的静止沉淀筒。放大的局限为:实际二次沉淀池进水口处混合液污泥浓度是大幅度稀释的,稀释比取决于污泥沉速vi与上溢流速ue之比(式4)。

混合液的浓缩能力,可通过测定SVI值确定,用于二次沉淀池泥斗体积的取值。结果放大的局限为:实际沉淀池泥斗很高,压缩能力远大于静止沉淀筒。经常发现:用100mL所测的SV值高达98%时,实际二次沉淀池浓缩能力依旧如常。在高SV值时,用1000mL量筒、采用稀释法测SVI值,值要小得多,更能反映混合液的浓缩能力。



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