污水厂二沉池

污水厂二沉池（精选4篇）

污水厂二沉池 篇1

1 工程概况

四川某新建污水处理厂共有内径50m的二沉池18座, 池壁采用300m m厚C 40无粘结预应力混凝土壁板, 池壁与池底通过300m m高杯槽由橡胶垫板软连接, 池壁砼高度为5.35m。

2 预应力结构设计方案

池壁环向采用无粘结预应力技术, 无粘结预应力钢筋采用低松弛Фs15.2钢绞线, 其标准强度值为1860M Pa, 预应力筋锚固后采用后浇C 45微膨胀细石混凝土。张拉端锚具为V M 15-1单孔3夹片式锚具, 锚垫板尺寸为80×160m m, 锚垫板厚14m m, 材质为Q 235B。池壁预应力筋按环向布置, 间距300m m, 每个池子共设8个扶壁柱, 扶壁柱宽1.6m, 每座二沉池共设19圈2-Фs15.2无粘结预应力筋, 每一周由4段 (每段2根) 无粘结筋组成 (如图一) 。无粘结预应力筋为90°包角, 相邻两圈无粘结筋的张拉端交错45°布置, 分别锚固在4个扶壁柱上。

3 施工难点和重点

本工程共有四个重点:

1) 原材料 (如钢绞线、高密度聚乙烯外皮等) 质量控制和定位 (锚夹具等) 、张拉设备调校:预应力筋本身的质量对整个工程的质量至关重要, 所以需要全过程对预应力筋的保护和防腐, 设备的稳定性、准确性对张拉的质量和安全很重要;以及预应力筋的铺设 (包括定位筋焊接、预应力筋的穿束、张拉端组装) 。

2) 控制张拉:按照专门的张拉工艺张拉及确保张拉控制力和预应力筋张拉伸长值, 本工程二沉池直径大, 张拉时的同步性、应力均匀性不易把握。

3) 由于本工程的特点, 池壁上有较多洞口, 需要通过绕行和传力架的方式铺设预应力筋, 增加施工难度。

4) 成品保护:包括混凝土浇筑前钢绞线防护 (主要是防止硬物碰击变形及防止电气焊碰伤) , 预应力筋外皮的保护以及防止无粘结材料外露等。

4 施工准备

4.1 机械及工具准备

4.2 原材料准备

4.2.1 预应力钢绞线

本工程无粘结预应力筋采用低松弛Фs其标准强度值为1860M Pa, 公称直径为15.2m m, 截面面积A p=140m m2, 控制张拉应力为α=1395N/m m2, 每根筋的张拉力N=195KN。进场时需要有生产厂家出具的产品合格证/质量保证书, 并进行见证取样, 送有相应资质的检测单位进行检验。

4.2.2 预应力锚具

锚具必须采用Ⅰ类锚具, 其技术要求及检验方法应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 (G B/T14370-2007) 的有关规定。要求其锚固效率系数不小于95%。本工程采用V M 15-1型锚具, 锚具夹片为3片式。同样, 在进场时需要有生产厂家出具的产品合格证/质量保证书, 并进行见证取样, 送有相应资质的检测单位进行检验。

5 预应力施工工艺流程

池壁非预应力筋施工→点焊预应力筋定位支架→预应力筋及锚具体系检验→无粘结钢绞线下料→安装锚垫板及螺旋筋→安装无粘结钢绞线→预应力工程隐蔽验收→模板安装→浇筑砼并养护至设计强度→拆除模板→张拉设备及仪表配套校验→搭设张拉用脚手架→清除锚垫板内外杂物→割除塑料外皮→安装张拉千斤顶等设备→预应力筋张拉锚固→张拉质量检验→切除多余长度预应力筋→张拉端锚固头封锚→支模浇筑封锚砼→转入下道工序施工。

6 预应力筋下料

预应力筋下料长度应按照图纸计算确定, 计算时应综合考虑预应力筋的有效长度、锚夹具长度、千斤顶长度以及根据不同张拉方法和锚固形式预留的张拉长度等因素。预应力筋制作时, 应在平坦的场地上用砂轮或切割机切割, 严禁使用电焊和气焊切割, 且施工过程中应避免电火花和电流损伤预应力筋。切断后的预应力筋需将钢绞线端头用塑料罩套牢, 并用胶带将保护罩和钢绞线交界部位缠紧。

7 预应力筋铺放

1) 在预应力筋铺放之前, 应及时检查其规格、尺寸和数量, 对护套轻微破损处, 可采用外包防水聚乙烯胶带进行修补, 每圈胶带搭接宽度不应小于胶带宽度的1/2, 缠绕层数不应小于2层, 缠绕长度应超过破损长度30m m。经检查无误并符合有关规定后, 按施工图中无粘结预应力筋的设计位置进行抄平、放线。每一根无粘结预应力筋位置的垂直允许偏差为±10m m。

2) 池壁预应力筋铺设之前, 先绑扎池壁普通钢筋, 以形成基本骨架, 再点焊Ф12的预应力支架钢筋。

3) 预应力筋采用单根穿束, 绑扎固定可用铁丝与支架钢筋进行绑扎, 铁丝不宜扎得太紧, 以免塑料层有明显刻痕和压纹。预应力筋宜从最下一圈开始穿起, 由下至上一次进行, 从一张拉端穿入另一张拉端, 过程中应尽量避免塑料外皮破损。如有轻微破损, 可用防水胶带进行缠绕修补, 如破损严重应予以更换。预应力筋固定必须牢靠, 当电焊作业在无粘结筋的上部进行时, 应采取有效措施防止无粘结筋损坏。

4) 由于二沉池的池壁有排渣闸门、排渣管、进水口、出水口等洞口的设置需要, 它们在池壁上的位置阻挡了部分无粘结预应力筋的路线, 不能将经过洞口的预应力筋铺设在同一水平面内, 增加了工程的难度。根据, 洞口的大小, 本工程采用了两种方式铺设原经过洞口的预应力筋:

a.洞口较小处, 采用直接将预应力筋绕过洞口的方式 (如图三) :

b.洞口较大处, 离洞口水平中线较近的预应力筋采用传力架传递拉力, 离洞口水平中线较远被阻挡的预应力筋采用绕过洞口的方式 (如图四) 。

c.传力架的安装必须严格保证其水平度, 以保证其传力的效果, 以及其自身和洞口不受到破坏。

预应力钢筋弧线段应该沿洞口左右对称, 弧形钢筋均设U型筋。 (如图三、图四)

5) 预应力筋铺设的技术要求:

a.预应力筋支架焊接要牢固, 各层间距要准确。

b.普通钢筋应为无粘结预应力筋让路, 优先保证预应力筋平顺通过。各种管线也应为预应力筋让路。

c.每束无粘结预应力筋应保持平行走向, 防止互相扭绞。

d.铺设无粘结预应力筋时, 应尽量避免预应力筋与普通钢筋之间的摩擦, 以免预应力筋塑料外皮破损。

e.曲线无粘结预应力筋末端的切线应垂直于承压板, 曲线段起点至张拉锚点应有不小于300m m的直线段。

f.无粘结预应力筋的外露长度应根据张拉机具所需的长度确定。

无粘结预应力筋铺放、安装完毕后, 应按有关规范的规定进行检查验收, 确认合格后方可浇筑混凝土。

8 混凝土浇筑

1) 浇筑混凝土之前, 应再次检查预应力筋位置、规格数量是否正确, 各种密封情况有无破损, 如发现问题, 应及时修正。

2) 浇筑混凝土时严禁振捣棒撞击无粘结预应力筋, 严禁施工人员踏压碰撞无粘结预应力筋、支撑架及端部预埋件。端部钢筋较密处, 混凝土必须振捣密实。

3) 为减少预应力混凝土在预应力张拉前混凝土的收缩裂缝影响, 在混凝土内要求加入适量的SY-G高性能膨胀抗裂剂。并应按《混凝土结构工程施工质量验收规范》G B 50204-2002的有关规定进行养护, 养护时间不得小于14天。

9 预应力张拉

9.1 张拉前的准备工作

9.1.1 设备准备

在预应力张拉前应进行设备的标定, 千斤顶、油压表要配套标定, 压力表的精度不应低于1.6级;校验张拉设备用的试验机或测力计精度不得低于±2%;校验时千斤顶活塞的运行方向应与实际张拉工作状态一致。张拉设备的校验期限, 不应超过半年, 当张拉设备出现反常现象是或在千斤顶检修后, 应重新校验。

9.1.2 构筑物准备

根据设计要求, 预应力筒仓的混凝土抗压强度达到这几强度等级的100%后, 方可开始进行预应力张拉。

9.2 张拉工艺

9.2.1 张拉顺序及方法

1) 张拉采用8套张拉设备, 分别置于4个锚固肋上, 对同一圈4根预应力筋8端同时张拉。

2) 张拉时应做到预应力筋、锚具与千斤顶的对中, 张拉过程应缓慢、均匀。

3) 先在A#、C#、E#、G#扶壁柱上, 张拉奇数圈, 奇数圈子下而上进行张拉;奇数圈张拉完毕后, 将张拉设备转移至B#、D#、F#、H#扶壁柱上, 开始张拉偶数圈预应力筋, 偶数圈子上而下进行张拉。

4) 本工程采用应力控制方法张拉, 应从应力为零开始张拉至预应力筋的控制应力。张拉过程中, 应对张拉力及张拉速率严格控制, 并随时对预应力钢筋的伸长值进行监控, 严防预应力钢筋被拉断。同时校核无粘结筋的伸长值, 如实际伸长值大于计算伸长值的10%或小于计算伸长值的5%, 应停止张拉, 并查明原因, 采取措施予以调整后方可继续张拉, 直至张拉结束。

9.2.2 张拉要点及安全注意事项

1) 张拉操作人员在张拉操作部位时, 必须带好安全帽、安全带;施工人员接触缓粘接涂料时, 必须戴橡胶手套;

2) 用扁铲将张拉端预留长度的钢绞线的外塑料皮铲去, 外皮必须铲到锚具槽根部并清理干净, 防止在张拉过程中塑料皮进入夹片的卡牙内, 使钢绞线出现丝滑现象;

3) 在上锚具之前检查两端张拉端钢绞线预留长度是否合适, 通过对讲机保持联系, 如两头有一端长度不合适, 提前调整。在调整并检查无误后, 安装锚具;

4) 安装限位头、千斤顶、夹片, 将夹片均匀打紧, 各夹片外露长度要一致, 不能有里出外进等现象;

5) 在张拉过程中, 操作人员必须精神高度集中, 不得随便离开油泵, 密切观察张拉端变化情况, 千斤顶后工具夹片是否全部叼住钢绞线, 如有一组异常, 则通过对讲机联系, 每组张拉机械都必须停机, 排除异常后才能重新同时张拉;

6) 千斤顶后方绝对严禁站人, 以防钢绞线及夹片断裂后飞出伤人;

每个张拉小组都必须服从统一指挥, 采用对讲机相互间协调配合, 严格按照站拉操作程序施工, 以保证所有建立的预应力效果均匀准确。

7) 张拉仪表精度不低于1.6级, 并在施工前进行检定, 其余仪器均应经计量检测部门进行配套校验。

1 0 预应力钢绞线束的锚固及防腐

无粘结预应力筋张拉完毕后, 应先切除外露无粘结预应力筋的多余长度, 将池壁锚固肋或锚固槽表面凿毛, 并用混凝土粘结剂加强新旧混凝土的连接, 再用C 45膨胀砼将锚固头封牢, 并立即养护, 养护时间不少于21天。

锚固区封头混凝土中不应含有氯化物。

在锚固肋或槽浇筑混凝土之前, 必须清除所有接触面上的油污, 以免后浇混凝土与原混凝土之间出现冷缝.。封固锚头宜采用自密实混凝土, 施工中严禁机具碰撞锚具, 以免造成锚头松动。

1 1 主要安全要点

1) 张拉前每个锚固肋的张拉施工脚手架脚手板应与钢绞线出口错开20cm, 以免碰撞。

2) 张拉机具应有防雨措施。

3) 油泵与千斤顶的操作者必须紧密配合, 只有千斤顶就为妥当后方可开动油泵。张拉过程应注意油压表读数, 并在张拉到位时及时将控制手柄置于中位防止回油压力瞬间增大。

1 2 结语

经过现场精心组织施工, 污水处理厂二沉池后张无粘结环形预应力钢筋混凝土池壁完全达到了设计要求。

作者简介:傅宇, 1969年生, 男, 汉族, 四川叙永人, 单位为成都市第七建筑工程公司, 职称为高级工程师, 大学本科学历, 研究方向为建筑工程施工技术。

污水厂二沉池 篇2

2 0 0 8年7月, 大庆石化公司化工污水处理场在结束二沉池刮泥机检修投入运行后, 二沉池出现较为严重的反硝化反应现象, 本文针对该过程的现象、产生原因及处理对策做如下论述。

1 检修背景

2008年2月27日, 化工污水处理场二沉池 (T-1 0 5 B) 中心刮泥机平台向西南角方向倾斜, 倾斜角度较大需矫正。为了配合维修工作的开展;2008年7月2日, 关闭化工污水处理场曝气池B系列进水挡板, 生化系统运行A单系列, 开始检修B系列刮泥机平台。1 1日, 检修工作结束, 曝气池B系列恢复进水, 二沉池B系列刮泥机开始运行。

2 检修期间污水处理场工艺运行情况

2.1 来水构成

化工污水处理场上游来水包括大庆石化公司裂解装置产生含油废水、废碱液废水, 洗槽排放废水, 丁辛醇废水, 塑料高、低压装置排放污水等工业废水。

2.2 来水水量

2 0 0 8年7月份, 化工污水处理场平均来水量约为2 1 0 m 3/h, 因原设计处理量为1 0 0 0 m 3/h, 所以单系列运行可以保证接收污水完全处理后排放。

2.3 生化系统入水水质

2.3.1 CODCr值

计算得知, 曝气池进水CODCr在2007年7月普遍偏低, 基本处于6 0 0 m g/L上下, 满足化工污水处理场原设计C O D C r≦1000mg/L的要求。

2.3.2 pH值

计算得知, 曝气池进水pH值在2007年7月保持稳定, 基本上处于7～8之间。

2.3.2 BOD5值

计算得知, 曝气池进水B O D 5值在2007年7月始终偏低, 基本在350mg/L以下, 尤其是检修期前后B O D 5甚至低于1 5 0 m g/L, 生化系统发生反硝化作用时, 较低的B O D 5使得硝酸盐的反硝化过程进行的不彻底, 某些含硫有机物在分解不彻底时, 形成硫醇, 如甲硫醇 (C H3S H) 暂时积累, 但在进一步氧化中, 仍以硫化氢为最后产物, 加剧反硝化作用的发生。

2.4 生化系统水温

由于曝气池使用盖板进行封闭, 夏季水温基本保持稳定在3 0℃～3 5℃之间。

3 检修期间曝气池运行参数

3.1 污泥浓度MLSS

计算得知, 检修前期曝气池内污泥浓度保持在4000m/L～7000m/L之间, 后期MLSS下降速度快, 每日约减少500mg/L。

3.2 溶解氧DO

计算得知, 检修前后, 曝气池A内D O始终较低, 尤其是检修后期小于0.2 m g/L, 后期曝气系统持续缺氧, 是本次化工污水处理场二沉池发生反硝化现象的直接原因。

3.3 污泥沉降比与污泥指数

计算得知, 曝气池A系列S V 3 0基本小于50, SVI值在80上下, 说明该系列污泥龄过长或有机物含量过低, 活性不好;B系列前期S V 3 0基本在7 0左右, 后期降至60以下, SVI值前期在150～200之间, 后期有所下降, 仍大于1 1 0, 说明污泥过于松散, 呈浅褐色, 沉淀性能较差。

4 单系列运行期间生化系统调整过程

5月至7日, 曝A内DO低 (小于0.2mg/L) , 提高鼓风量后, 状况未见改善, 污泥浓度下降速度快, 每日约减少5 0 0 m g/L, 7日镜检发现曝气池A内微生物数量锐减, 观察不到明显生物。据此情况, 将处理量降低至250m3/h左右, 向界外排泥3h, 加开一台鼓风机增加曝气池A系列的鼓风量, 同时恢复曝气池B系列少量进水, (试使曝气池B系列获得部分碳源) 。

11日, 检修工作结束, 水运回复, 二沉池开始进水。1 3日, 根据M L S S化验数据曝气池由A系列向B系列内导泥, 补充曝气池内活性污泥量。

5 发生污泥反硝化时的主要现象

14日起, 二沉池B系列池面有上浮泥块, 池内上层水体清澈, 可明显看见液面30cm以下泥块上浮过程。外观观察上浮泥块厚度为6cm～10cm, 直径约20cm, 颜色黄略黑。污泥上浮过程中伴有气泡, 上浮后以点圈状在水面上破碎散开后迅速下沉, 未破碎的泥块随水流流出溢流堰, 致使二级出水混浊。化验数据显示SV30均小于20 (污泥浓度低, 小于3000mg/L, 28日后小于2500mg/L) , SVI小于100。此期间, 车间根据污泥浓度、镜检随时调整。

27日, 块状污泥上浮数量开始减少。

30日, 污泥上浮现象基本消失。

6 二沉池污泥发生反硝化现象的现场发生现象分析

(1) 单系列运行, 缩短了水力停留时间, 导致各池内活性污泥浓度变化, 可能在曝气池内局部产生厌氧, 当投入正常运行后, 溢流到二沉池污泥发生反硝化现象。

(2) 单系列运行, 曝气池前端污水有机物浓度相对较高, 即污泥负荷增大, 活性污泥耗氧速率加快, 且由于曝气池内曝气头、风管不同程度堵塞, 造成池内曝气不均匀。多次调整鼓风量后DO值仍然持续偏低; (经验值显示, 在污泥颗粒直径为5 0 0 u m, 周围悬浮DO为2.0 m g/L时, 絮粒中心浓度已为0.1 m g/L以下) 溢流到二沉池污泥发生反硝化现象。

(3) 投入正常运行后, 进行工艺指标的调整, 有可能造成曝气池内D O低, 抑制菌胶团细菌胞外多聚物的生长, 导致活性污泥解絮, 延续到二沉池发生反硝化现象。

(4) 二沉池刮泥机刮板距池底间距过大, 为8cm～14cm, 超出理论设计值5cm, 造成二沉池内污泥回流不及时, 在池底沉积厌氧, 使二沉池发生反硝化现象。

7 二沉池污泥反硝化现象出现后采取的对策

(1) 根据调节池液位增长速度, 适当降低处理量 (200m3/h～250m3/h) , 减弱水力带来的影响。

(2) 根据各池的曝气情况及溶解氧的高低, 进行风量的调整, 使整个生化系统的溶解氧处于平衡状态。

(3) 根据化验数据和对二沉池的查看, 及时排放剩余污泥, 减少在二沉池底部过多的集泥, 造成厌氧。

(4) 适当增加磷的投加量, 促进污泥快速生长或增加活性。

(5) 有条件适量投加生物解毒剂与促生剂, 可增强污泥自身活性。

8 避免二沉池污泥反硝化的对策

(1) 优化运行。

(2) 增加池深。

(3) 减少污泥停留时间。

(4) 增加进水溶解氧浓度。

9 结语

大庆石化公司化工污水处理场单系列运行期间, 入水C O D C r浓度、p H、水温等条件均基本正常, 排除外界影响因素的存在, 此次生化系统反硝化现象产生的根源在于生化系统自身管理不当。检修期间, 由于曝气池B系列内鼓风系统状况不好, 造成曝气池B系列内溶解氧低于理论控制值, 直接导致生化系统活性污泥因缺氧而造成活性下降, 之后再进入刮泥状况不好的二沉池内, 发生活性污泥的自身硝化与反硝化作用。而入水B O D 5浓度的严重偏低, 则加剧了反硝化现象的进一步恶化。

摘要：本文结合大庆石化公司化工污水处理场二沉池刮泥机检修期间发生污泥反硝化现象的实例, 分析了二沉池产生反硝化浮泥的影响因素和机理, 提出了降低二沉池进水硝酸盐浓度、增加设计池深、减少污泥停留时间、增加进水溶解氧浓度等避免措施及处理对策。

竖流式二沉池的数值模拟与分析 篇3

1数学模型

1.1紊流数学模型

沉淀池内部水体由于水力半径很大而处于紊流状态, 因而对其的研究应建立在紊流数值模拟的基础上。标准k-ε模型在紊流模拟中得到了广泛的应用, 但由于它对雷诺应力各分量采用了各相同性的假设, 不太适合浮力流、重力分层流等各项异性较强的流动, 于是出现了重整化群 (RNG) k-ε两方程模型[5]。这种改进的k-ε模型考虑了紊流漩涡, 提高了计算精度并可以正确处理近壁区域的计算。因而本文采用RNGk-ε 两方程模型进行数值模拟, 紊流动能k和紊流动能耗散率ε 是2个基本未知量, 与之相对应的输送方程[6]为:

式中:η为黏性系数;ηt为紊流黏性系数;

1.2多相流模型

本文所研究的二沉池主要是去除密度稍大于水、颗粒粒径较小的污泥。通常认为污泥颗粒在流场中对水的跟随性较好, 不会大幅干扰流场, 因此采用混合物模型 (Mixture Model) 。 Mixture模型是一种简化的多相流模型, 它假定在短空间尺度上局部平衡, 来求解混合相的动量、连续性和能量方程, 第2相的体积分率以及滑移速度和漂移速度。

连续方程为:

式中:ρm是混合相密度;vm是混合相质量平均速度;m是质量源的质量传递。

动量方程为:

式中:n是相数;F是体积力;g是重力加速度;μm是混合黏性; vdr，k是第k相的漂移速度。

第2相p的体积分数方程为:

式中:αp是第p相的体积分数。

1.3模型的离散与数值求解方法

微分方程采用有限容积法中的控制容积法进行离散, 压力速度耦合方程采用SIMPLE算法求解, 体积分数方程采用一阶迎风格式求解, 动量、紊流动能和紊流耗散率均采用二阶迎风格式求解。

2模拟对象结构及条件

2.1竖流式二沉池结构

本文研究对象为竖流式二沉池, 污水从沉淀池中心管自上而下流入池中, 中心管下设伞形反射板, 使污水在池中均匀分布, 然后沿池的整个断面缓慢上升。澄清水从池周上端的溢流堰排出, 流出槽前设置挡板隔除浮渣, 而污泥在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中, 其结构示意见图1。模拟时采用的相关设计参数是根据《室外排水规范》和《给排水设计手册》计算确定的, 具体数据见表1。

竖流式二沉池的池体属于中心轴对称结构, 理论上沉淀池内部没有沿池周方向的运动, 因此可以将其简化成二维对称面的一半进行计算。

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2.2模拟条件

竖流式二沉池中心管进流速度为0.03m/s, 进水污泥体积分数为0.003 4, 密度为1 140kg/m3, 质量浓度 (体积分数×密度) 为3.8kg/m3, 颗粒取平均粒径80μm。进口边界条件采用速度进口边界 (velocity inlet) 条件, 并且假定进水口处速度、断面的紊流动能和紊流耗散率都均匀分布。上清液出流采用压力出口边界 (Pressure Outlet) 条件, 出口压强为当地压强;固体边壁采用无滑移边界 (Wall) 条件, 粗糙影响程度由壁函数确定;自由液面的边界条件指定为对称边界 (Symmetry) 条件。使用结构化四边形网格对沉淀池进行分区网格划分, 并加密网格验证网格无关性, 结果证明116 777个网格数能够满足本次数值模拟要求。

本次模拟的竖流式二沉池设计采用定期排泥的方式, 从其运行的过程来看是一个瞬态的过程。为了更贴近于工程实际, 本文首先对沉淀池的排泥过程进行稳态计算, 并以收敛后的结果作为初始条件, 然后对其进行瞬态数值模拟。时间步长取0.2s, 收敛精度为10-3。计算时对出口处污泥的平均体积分数进行监测, 保证出水水质达标。

3模拟与分析

根据影响沉淀效果的主要因素, 本文从沉淀池流线分布、 沉淀时间、污泥质量浓度和喇叭口间隙宽度等方面进行分析。

3.1流场模拟与分析

竖流式二沉池模拟流线显示, 其内部流场情况与运行时间相关, 详见图2。沉淀池内随时间推移会出现诸多回流区, 但其中一些存在的时间很短, 因此本文针对持续时间较长的回流区进行分析。主要的回流区存在于沉淀池中部以及有效沉淀区池壁处。

进水初期, 由于混合液密度的差异, 水流沿反射板底部快速进入池内, 然后顺着池壁流出。根据埃施 (Esch, R.E.) 提出的方法计算出弗劳德数Fr=0.2, 满足临界值0.2~0.7, 因而产生异重流。而受混合液沿池壁流动的影响, 沉淀池中部产生了较大的回流区, 并在一段时间内影响范围逐步加大, 至3 200~4 800s回流区面积最大。然后随着混合液开始充满流场, 进水与池内流体密度差缩小, 混合液在喇叭口可以完成一定的有效扩散而较均匀地进入沉淀区。之后进入流态过渡时间段 (4 800~6 400s) , 此时沉淀池中部回流区逐渐减小, 至5 600s基本消失, 但是到6 400s时在池壁处又产生了较小的回流区, 这段时间回流区由池中心过渡到池壁处, 面积由大变小。此后池壁处回流区逐渐减小, 运行至12 000s时消失。至此有效沉淀区内无明显回流区, 流场的流线能够较均匀分布。

下面从流速的角度分析竖流式二沉池中的异重流发展过程。从图3中可以看出, 进水初期, 反射板表面流速很快, 靠近喇叭口处出现反向流动即回流, 这点可以从流线图中得到印证。 第2阶段, 随着池内混合液质量浓度的增加, 喇叭口处不再有回流, 进水异重流现象得到减缓, 污水主要从间隙下半部分均匀流出, 径向速度约为20mm/s。第3阶段, 进水从整个间隙扩散流出, 速度呈现中间大、两头小的特点, 而流速最大点随时间推移逐渐上移。其原因为随运行时间推移, 间隙处污泥质量浓度上升并逐渐大于进水质量浓度, 出现一定浮力流现象。

3.2沉淀时间

在喇叭口处取10个质点, 由Fluent软件可以得到各个质点从喇叭口至沉淀池出口的迹线和停留时间, 将这一组时间进行平均化计算 (其中不包括已沉入池底的颗粒) , 就得到了该时刻混合液的平均沉淀时间, 各运行时刻的平均沉淀时间见表2。

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通过分析表2发现, 各时刻的平均沉淀时间与理论沉淀时间都存在不同程度的差异。沉淀时间的变化趋势与有效沉淀区内的回流发展是一致的, 因为这个区域的存在减小了沉淀池的有效容积, 使得水流沉淀时间缩短。根据之前对流场发展过程的分析可知, 初期随着异重流影响范围的扩大, 回流区增大, 沉淀时间逐渐减小。运行至4 800s后, 回流区快速由池中逐渐过渡至池壁, 过渡过程中回流区影响变小, 因而在5 600、 6 400s平均沉淀时间增大。此后池壁的小范围回流区随着时间推移逐渐消失, 沉淀时间接近设计值, 沉淀池逐步进入稳定运行期。

3.3污泥质量浓度分布

图4为距沉淀池中心轴1.5m处断面的不同时刻污泥质量浓度分布曲线, 这个结果同竖流式沉淀池试验结果[8]比较吻合。从图4中可以观察到, 水深3.2 m左右存在明显的分界面, 在界面以上污泥质量浓度很小, 为清水区。清水区高度随运行时间的推移有所减小, 至9 600s时高度为3m。在此界面以下至反射板进水区附近, 污泥颗粒相互碰撞, 质量浓度迅速升高, 此为干涉沉淀区。接下来是质量浓度一致的成层沉淀区, 在7 200s之前它的高度较大, 但随着污泥颗粒在池底的不断积累, 污泥斗内逐渐压缩为浓缩区。整体来看, 越靠近浓缩区底部污泥质量浓度递增得越快, 但在接近底部时出现减小又迅速增加的现象。这是由于此断面底部为污泥斗斜壁, 运行时有一层浓缩污泥沿壁面下滑至污泥斗底部, 这层流动污泥显然质量浓度会低于周围的稳定浓缩污泥。

3.4喇叭口间隙宽度

喇叭口与反射板间隙大小影响着竖流式二沉池进水的均匀性, 调整间隙为0.3m和0.5m, 再次进行数值模拟。由模拟结果可以发现, 设计间隙0.3m的沉淀池进水初期仍是沿池壁出流, 沉淀池中心有较大回流区。然后随着污水不断进入, 回流区逐渐减小。但由于0.3 m的间隙较小, 不利于进水扩散, 因而回流区相对来说更大, 持续时间更长。而设计间隙为0.5 m的竖流式二沉池无论是回流区的发展趋势或存在时间与图2中间隙0.4m的沉淀池都很相似, 但是当运行时间较长后, 0.5 m间隙处浮力流现象更加明显, 从而影响进水的均匀性。因此间隙偏大或偏小都不利于二沉池内部的流速均匀分布。

4结论

本文利用RNGk-ε紊流模型和多相流Mixture模型, 借助流体力学软件Fluent 6.3.26, 对定期排泥的竖流式二沉池进行了瞬态数值模拟, 得到了不同运行时刻沉淀池内部的流场和污泥质量浓度分布等情况。模拟结果表明:

(1) 竖流式二沉池运行过程中流场变化较大, 其间产生的回流区会使流速分布不均匀, 导致不同程度的短流现象, 与理想沉淀池的假设相差较大。进水初期有明显的异重流现象, 并导致有效沉淀区产生较大的回流区。随着运行时间增加, 异重流现象逐渐消失, 至2h后沉淀池内流速分布较均匀, 平均沉淀时间接近设计值。

(2) 沉淀池内存在着明显的泥水界面和压缩界面, 运行2h内泥斗内主要是成层沉淀区, 之后逐渐压缩为浓缩区。

(3) 运行时间越长, 竖流式二沉池内流场发展得越均匀, 但随着池内污泥质量浓度的升高, 喇叭口进水处会出现浮力流, 压缩有效沉淀高度, 影响沉淀质量。同时排泥间隔过长会导致污泥上浮, 这种微生物反应导致的现象暂时无法在数值模拟中考虑, 因而在实际运行时应兼顾到污泥上浮情况来控制排泥间隔时间, 保证沉淀池稳定运行。

参考文献

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污水厂二沉池 篇4

1 常规二沉池的运行和设计介绍

当活性污泥系统出现以下情况时,就应当检查二沉池的运行和设计。

(1)曝气池内的污泥浓度经常出现较大波动;

(2)曝气池内的污泥浓度很难提高;

(3)水量增加时,出水SS显著增加;

(4)夏季二沉池水面上常漂浮着夹带微小气泡的污泥并造成出水SS的升高。

在生化系统运行正常的情况下,泥水分离的效果很大因素取决于二沉池的机械设计。

(1)进出水设计(沟渠的位置,均匀布水和集水,进水能量消散等);

(2)排泥设备;

(3)表面负荷;

(4)固体负荷。

在大型的制浆造纸厂里,污水处理厂的规模通常在万吨级,这就意味着二沉池的设计大多会采用辐流式,通常按照表面负荷设计池体的直径。当采用中间进水周边出水的辐流式二沉池时,见图1所示,污泥混合液由池中心进入,便形成异重流,在污泥层上向四周运动。当碰到池壁时,异重流会反射向上,此时细小的污泥絮体就很容易被出水带到上端的出水堰上,造成出水SS升高。当流量增加时,进水的动能增加,加剧短流现象,造成出水SS升高。另外,当二沉池只采用刮泥机时,池底的污泥需要被刮到池中心的泥斗后再被排除。此时沉淀污泥的运动方向和进水的流动方向相反,很容易形成湍流而影响污泥沉淀和浓缩效果。正是因为这些原因,制浆造纸厂里的辐流式沉淀池的负荷普遍较低,一般表面负荷不到0.6 m3/(m2·hr)。

2 Rim-Flo二沉池运行和设计介绍

针对污泥混合液异重流在二沉池中的运动特点,西门子公司名下的Envirex公司早在20世纪20年代就开发出了周边进水周边出水的Rim-Flo二沉池,如图2所示。这种辐流式二沉池与中间进水周边出水二沉池的最大区别是进出水渠以公共墙分隔都建在池子的四周,进水由进水槽均匀分配至全池边,污泥混合液经四周裙板的导流向下进入池底,然后向中心移动在中心汇聚上升,折返至池周的出水堰。这种大环流不仅能充分利用二沉池的容积,而且水量越大,进水动能越朝着远离出水堰的方向运动,从而有效地避免短流现象。此外,池底还配置独特设计的Tow-Bro单管吸泥机。单管吸泥机为异形渐变管,能确保均匀的排出池底沉淀的污泥。当进水水量出现波动或污泥沉淀性能发生变化时,排出的污泥量可以通过池外的一个套筒阀便捷的调节至所需的回流量。

3 Rim-Flo与常规二沉池的比较

从构造上看,Rim-Flo二沉池与中进周出二沉池相比有以下改进:

1.进水渠;2.配水孔管;3.出水渠;4.出水堰和浮渣挡板;5.撇渣器;6.排渣堰;7.进水出渠共用隔墙;8.折流板;9.挡水裙板;10.进水区;11.Tow-Bro吸泥管;12.放空孔

(1)进水分配在池体四周,大大降低进水进入澄清区的流速和动能;

(2)进水需要折返才能到达出水堰从而形成较大的环流,能避免短流;

(3)单管吸泥机只需调节一个套筒阀就能改变回流污泥量,大大方便了二沉池运行操作;

(4)布水集水和吸泥管都采用计算机流体力学模型(CFD)进行设计,确保流量的均匀分配;

(5)与刮泥机相比,单管吸泥机不仅能迅速排出二沉池底沉淀的污泥,防止污泥在池底缺氧反硝化而产生浮泥。而且不会干扰污泥沉淀,能将二沉池排泥浓度提高20%～30%;

(6)由于单管吸泥机的优良排泥性能,池底坡度可以降低至0.5%,方便土建施工。

美国环保署曾对活性污泥法中运行的各种形式的二沉池进行了实地的水力流态比较,研究结果表明,中进周出二沉池的构造存在池壁效应,容易形成短流,因而限制了中进周出池能承受的水力和固体负荷。在所有考察的二沉池构造中,只有RimFlo二沉池构造能保证在全池截面上均匀的上升流速,最接近理想的水力模型,能为泥水分离提供一个平稳的水力环境,因此,Rim-Flo能承受比常规的中进周出二沉池高出1～2倍的水力负荷。

在大量的现场测试中Rim-Flo二沉池的优势中得到了进一步的验证。例如表1就是在位于美国South Dakota的Sioux Falls污水厂中两个相同直径(24.4 m)的中进周出和Rim-Flo二沉池的平行运行对比试验结果。在5倍的水力负荷下,Rim-Flo二沉池能保持和中进周出二沉池相同的出水水质(41天平均值)。

4 Rim-Flo二沉池的应用

经过近90年的发展,Rim-Flo二沉池应用的足迹遍及全球,在超过3 000个污水厂中始终保持着良好稳定的出水水质。2 000年,西门子(天津)水处理技术工程有限公司开始进行Rim-Flo二沉池和Tow-Bro单管吸泥机的本地化生产,以适应中国市场的需求。截至目前,国内建造完成并运行中的西门子的Rim-Flo二沉池累计达170多座,池体直径从22 m到50多m。在出水SS设计值不超过20mg/L的目标下,已建的Rim-Flo二沉池的平均表面负荷为1 m3/(m2·hr),高峰负荷可达1.5 m3/(m2·d)。

除了大型的市政污水厂之外,Rim-Flo二沉池也在制浆造纸废水处理厂中有所应用。位于美国南卡罗来纳州查尔斯顿的Kapstone Paper采用常规活性物污泥法处理制浆造纸废水,其污水厂始建于1974年,历经30多年的运行,污水厂原有的2个中进周出的辐流式二沉池已不能满足废水处理的要求。造纸厂虽然在生产环节采取了许多方式来节水,有时仍然需要停产以保证废水达标排放。在西门子公司的帮助下,造纸厂将2个原有的二沉池升级为Rim-Flo设计并配备了Tow-Bro单管吸泥机。改造后的二沉池能适应造纸厂生产启动阶段的废水高峰排放量,出水SS超标现象不再出现。甚至只运行一个二沉池也能满足出水排放标准,从而能方便的进行另一个二沉池的日常检查和维护。这使得造纸厂的管理者能安心关注生产,而无需再担心出水超标问题。

5 结语