二次沉淀池在功能上要同时满足澄清(固液分离)和污泥浓缩(使回流污泥的含水率降低,回流污泥的体积减少)两方面的要求。
一、
在前面已经讨论过,悬浮颗粒在水中的沉淀可分为:自由沉淀、絮凝沉淀和成层沉淀(阻碍沉淀)。通过在沉淀筒中的沉淀试验可以模拟沉淀池中的工作情况,从而获得设计计算的方法和一些基本参数。
把运行正常的曝气池中的混合液放在沉淀筒(可以用1000mL的玻璃量筒)中,观察活性污泥的沉淀过程,可以看到类似()所示的情况。开始沉淀时,筒中液体是均匀一致的。沉淀片刻后,开始出现泥、水分层现象,且泥面清晰,上层清液中虽可能仍有微细的泥花,但为数廖廖,且不易沉降。如果取样分析,则这时泥层B中固体浓度是均匀一致的。随着沉淀时间的延长,泥面逐渐下沉,量筒底部出现泥层C。泥层B与C是不同的。泥层B的固体浓度不变。整个泥层以整体的形式缓缓等速下沉,这叫成层沉淀。泥层中泥花的相对位置保持不变。在C层中,随着泥面的下降,泥花之间的距离缩小。泥层逐渐变浓,{zh1}出现D层,上层泥花挤压下层泥花,泥层浓缩,通常叫污泥浓缩。
试验还表明,当混合液的悬浮固体浓度达18mg/L以上,不论浓度大小,都会得到上述类似的现象。但泥层B的下沉速度与悬浮固体浓度有关。悬浮固体浓度愈大,沉速愈小,反之,则沉速愈大。
一般认为,混合液在沉淀筒中的试验,与自由沉淀、絮凝沉淀时的情况相类似,都可以较好地反映混合液在二次沉淀池中的起初情况。从这一点出发 Kynch、Fitch.nck等人分别提出和推导出各种设计计算二次沉淀池的方法。
他们的基本思路大致可归纳为:
(1)假定混合液在沉淀筒中的静止沉淀试验,可以反映混合液在二次沉淀池中的真实情况。因此静止沉淀试验所得的数据可以作为设计时的依据。
(2)二次沉淀池要同时考虑澄清和浓缩的要求。
(3)静止沉淀时,成层沉降速度(即泥层B的下沉速度)决定于悬浮固体的浓度。此速度决定了二次沉淀池的澄清能力。由此,即可算出二沉池所需的表面积。
(4)二沉池的浓缩能力决定于所要求的底流浓度(排出二沉池的回流活性污泥的浓度)。根据沉速是固体浓度的函数以及物料平衡原理,可以按所要求的底流浓度推算出二沉池所需的表面面积。
(5)根据以上(3)及(4)算得的两个表面面积,选择大的数值作为二沉池的设计面积。在一般情况下,浓缩是设计的控制因素。
他们的方法是否合理可靠?最关键的问题是第(1)点假定是否符合实际。
根据对污水厂中实际运行的二次沉淀池实测的结果以及在污水厂现场用连续流沉淀池模型试验的结果都表明:沉淀筒静沉试验不能够反映二次沉淀池的真实运行情况。
实际情况是这样的:
(1)二次沉淀池中普遍地存在着四个区:清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。一般存在着两个界面:泥水界面和压缩界面()。
(2)混合液进入二沉池以后,立即被池水稀释,固体浓度大大降低,并形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区,清水区与絮凝区之间有一泥水界面。
(3)絮凝区后是一个成层沉降区,在此区内,固体浓度基本不变,沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣,直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。
(4)靠近池底处形成污泥压缩区。压缩区与成层沉降区之间有一明显界面,固体浓度发生突变。运行正常的、沉降性能良好的活性污泥,在污泥压缩区的积存量是很少的。当污泥沉降性能不大理想时,才在二沉池的泥斗中积有较多污泥。排出二沉池的底流浓度主要决定于污泥性质和污泥在泥斗中的积存时间。
因此,可以认为,二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关,也与二沉池的表面面积有关。二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。对于沉降性能良好的活性污泥,二沉池的泥斗容积可以较小。
二、
二次沉淀池的构造与污水厂的初步沉淀池一样,可以采用平流式、竖流式和幅流式沉淀池。但在构造上要注意以下特点:
(1)二次沉淀池的进水部分要仔细考虑,应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件,使泥花结大。
(2)二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,因此要限制出流堰处的流速,可在池面布置较多的出水堰槽,使单位堰长的出水量不超过10m3/m·h。
(3)泥污斗的容积,要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内,活性污泥中的溶解氧只有消耗,没有补充,容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力并可能因反硝化而使污泥上浮。故浓缩时间一般不超过2h。
由于混合液的沉淀是成层沉淀和混合液沉淀池中存在异重流,活性污泥法二沉池的情况显然不同于初沉池,因此同其设计原理一样,其构造也是一个研究课题,特别是幅流沉淀池。
在国内,有时为了提高二次沉淀池的负荷,采用在澄清区内加设斜板的方法。这在理论上和实践上都是不妥当的。首先从提高二沉池的澄清能力来看,斜板池可以提高沉淀效能的原理主要适用于自由沉淀。但在二沉池中,属于成层沉淀而非自由沉淀。当然,在二沉池中设置斜板后,实践上可以适当提高池子的澄清能力,这是由于斜板的设置可以改善布水的有效性而不属于浅池理论的原理。要提高二沉池的澄清能力,更有效的方法应是合理设计进水口。加设斜板对提高浓缩能力毫无效果。这从理论分析和实际调查结果都已证实。再者加设斜板较多地增加了二沉池的基建投资,并由于容易在板上积存污泥,会造成运行管理上的麻烦。
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