童飞;顾萍;娄卫红;王志伟;马金星
【摘 要】On the basis of solid flux theory, the design parameters of secondary sedimentation tank was studied in this article. It is shown that sediment process includes sedimentary deposit stage, transitory stage and compression stage during the measurement. Sludge sedimentation rate is quite fit with Vesilind equation (νd=9.74e-13964c,R2=0.839 4). Critical solid flux is achieved when MLSS is 5.50 g/L. By stepwise of Matlab, it is shown apparent concentration efficiency is not affected by the flow distribution ratio, but notably affected by the influent sludge concentration and influent flow rate.%该文基于污泥同体通量法对二沉池设计参数进行研究.结果表明:沉淀过程随测定时间延长先后经历成层阶段、过渡阶段及压缩阶段,污泥沉降速率对Vesilind方程具有很好的拟合特性(vd=9.74e-1 394AC,R2＝0.839 4).当污泥浓度(MLSS)=5.50 g/L时达到临界同体通量.经Matlab逐步回归分析,流量分配比(θ)对表观浓缩效率影响不显著,进泥浓度及进泥流量对表观浓缩效率具有极显著影响.
【期刊名称】《净水技术》
【年(卷),期】2011(030)006
防砸安全鞋【总页数】6页(P23-27,48)
【关键词】二沉池;固体通量;沉降速率;逐步回归
【作 者】童飞;顾萍;娄卫红;王志伟;马金星
【作者单位】上海城投污水处理有限公司曲阳污水处理厂,上海 200083;上海城投污水处理有限公司曲阳污水处理厂,上海 200083;上海城投污水处理有限公司曲阳污水处理厂,上海 200083;同济大学环境科学与工程学院,上海 200092;同济大学环境科学与工程学院,上海 200092
沉淀池
【正文语种】中 文
【中图分类】TU992.3
1 引言
沉淀工艺是城市污水处理中去除杂质与固体悬浮物的重要环节[1]。在污水处理厂运行中，二次沉淀池（即二沉池）不仅对生化反应池出水进行固液分离，保证出水中SS达到排放标准，而且还对污泥进行浓缩回流，维持生化反应池中微生物浓度，从而保证污水处理系统的稳定运行。据资料统计表明，污水处理厂的总投资中约有25%用于沉淀池的构筑和维护[2]。因此，合理优化二次沉淀池的工艺设计参数，对于提高污水处理系统的运行效果、控制水平以及节约运行成本具有重要的意义和作用。
在典型污水生物处理二沉池中，悬浮固体（MLSS）浓度较高，沉淀过程中固体颗粒彼此相互干扰，聚合成一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉，并出现一个清晰地泥-水界面，此界面逐渐以速率vd向下移动，这种沉淀类型成为成层沉淀[3]。目前对该过程的沉淀模型研究较多，如一维模型、二维模型及三维模型。伴随着计算机辅助计算软件（如CFD-Fluent）功能增强，二维模型因其具有可计算性强、模拟效果好、参数适中等特点，逐渐成为国内外学者的研究焦点[4-8]。二维模型将沉淀池进行网格划分后，在每个网格上建立离散方程，离散初始条件和边界条件，求解离散方程，最后综合建立整个沉淀池的二维流场模型。离散方程包括三个部分[9]:
（1）流动方程
a.连续方程（质量守恒方程）
b.动量方程（稳定状态忽略，认为入流污泥密度与清水密度近似相等，忽略密度差别影响,并将源相代入动量方程）
式中:xi、ui、fi分别为坐标系坐标、沿 i方向的速度分量和质量力，i=1，2，3；ρ为清水密度；v为水的运动粘性系数；vt为涡粘性系数。
cd架（2）紊流方程
a.涡粘性系数计算
b.k—半经验运输方程（湍动能方程）
ε—半经验运输方程（湍动能耗散率方程）
式中:湍动动能生成率
式中相关系数取值:cu=0.09、c1=1.44、c2=1.92、σk=1.0、σε=1.3。
钢舌鼓
（3）悬浮物运输方程（相对于水流的垂线沉降速度,其浓度C的控制方程）
式中:Vd为沉降速率，此值常由一维模型Vesilind方程进行求解[10]。
本文基于Dick的静态浓缩试验方法，对上海市某水质净化厂活性污泥固体通量及沉降速率进行试验计算，并对影响因子进行甄别，以期为该厂二沉池运行及数学模拟提供参数支持。
2 材料与方法
测定污泥固体通量试验所用活性污泥来自上海某水质净化厂生化反应曝气池。混合液MLSS=（3.50±0.50）g／L。
厕所除臭机SV－t曲线测定采用量筒静态沉淀方法[3]。将MLSS=i g／L污泥混合液注入100 mL量筒（量筒内径D=3.2 cm，沉淀过水断面面积A=8.04 cm2），当出现泥－水分界面时定期读出界面沉降高度，开始时0.5～1min读数一次，后改为1～2min读数一次，计时30min后停止读数。试验设计批次如表1所示。
原油在线含水分析仪本研究进行沉淀因子识别的测定装置如图1所示。试验装置尺寸如表2所示。
表1 试验设计表Tab.1 Design of Batch－Sediment Experiments组号设计污泥浓度／（g·L－1）实际污泥浓度／（g·L－1）1 2 3 4 56.005.505.004.504.006.025.485.054.593.90
图1 沉淀因子甄别的测定装置Fig.1 Device of Sedimentation Factors Identification
表2 反应器尺寸参数Tab.2 Dimension Parameters of Reactor反应器断面尺寸长度L／cm 宽度B／cm有效水深H／cm有效容积V／m3进泥管管口距底部距离h／cm 67 55181 0.67 60
由于该中试装置距生化反应池较远，因此自二沉池剩余污泥井取回流污泥进行试验。试验中考察的影响因子包括进泥浓度、进泥流量（影响沉淀时间）、流量分配比（θ=上清液流量/浓缩液流量）。将MLSS=i g／L污泥混合液以qi的流量注入中试装置中，控制浓缩液流量与上清液溢流流量，待系统稳定后记录上清液中MLSS与浓缩液中MLSS。改变进泥浓度、进泥流量、流量分配比，进行不同工况测定。
3 结果与讨论
3.1 沉淀过程试验拟合
MLSS为6.02g／L条件下，活性污泥沉降性能曲线SV－t，如图2所示。经模型拟合的SV－t如图3所示。
图2 活性污泥沉降性能曲线Fig.2 Curve of Activated Sludge Sedimentation
图3 活性污泥沉降性能模型拟合曲线Fig.3 Model Fitting Curve of Activated Sludge Sedimentation
由图2 数据可知，SV30=23.9 mL／100 mL，SVI=39.7。SVI值较低，说明污泥沉降性能好，易于在二沉池进行固液分离，但此值较偏离典型污水厂活性污泥SVI，这可能是由于污水厂夏季污泥活性减弱、吸附性能变差、矿化程度增高导致。
活性污泥混合液在量筒里的沉淀过程可以分为3个阶段:成层沉淀阶段（等速沉淀过程），过渡阶段，压缩阶段（等速沉淀过程，速率很小）。3个沉淀阶段模拟过程如下。
（1）成层阶段
此阶段采用线性方程（零级速率方程）拟合。拟合结果如表3所示。
（2）过渡阶段
分别采用零级速率方程、准一级速率方程、准二级速率方程拟合拟合。拟合结果如表4、图4所示。
表3 成层阶段速率方程拟合Tab.3 Rate Equation of Sedimentary Deposit注:MLSS=6.02g／L线性方程拟合速率方程V=-20.8t+106.6相关系数R2=0.9840沉降速率vd／（m·s-1）4.31×10-4
表4 过渡阶段速率方程拟合Tab.4 Rate Equations Fitting of Transitory Stage注:MLSS=6.02g／L标准式 速率方程 相关系数零级速率方程准一级速率方程准二级速率方程V0-V=kt lnV0-lnV=kt 1／V-1／V0=kt V=-2.4614t+50.14 lnV=-0.0583t+3.971／V=0.0014t+0.0189 R2=0.9500 R2=0.9724 R2=0.9882
图4 过渡阶段速率方程拟合Fig.4 Rate Equation Fitting of Transitory Stage
由上可知，准二级速率方程拟合相关性最好（R2=0.9882），且拟合残值显著小于准一级速率方程（0.0007＜＜0.0482），因此认为活性污泥沉淀过渡阶段更符合准二级速率方程。
（3）压缩阶段
此阶段采用线性方程（零级速率方程）拟合。拟合结果如表5所示。
其余4种污泥浓度条件下沉淀过程拟合结果如表6所示。
表5 压缩阶段速率方程拟合Tab.5 Rate Equation Fitting of Compression Stage线性方程拟合拟合结果V=－0.4951t+37.647相关系数R2=0.9840压缩速率vc／（m·s－1）1.03×10－5
表6 其余4种污泥浓度条件下沉淀过程拟合结果Tab.6 Fitting Result of Sedimentation Process at Other 4 MLSSMLSS／（g·L－1）成层阶段 过渡阶段 压缩阶段速率方程 R2 速率方程 R2 速率方程 R2 5.485.054.593.90 V=－19.68t+106.7 V=－20.4t+108.8 V=－28.1t+104.05 V=－30.6t+111.90.99510.97890.94130.91871／V=0.0013t+0.01891／V=0.0015t+0.01821／V=0.0019t+0.0271／V=0.0022t+0.0290.97280.98490.98490.9810 V=－0.4687t+38.323 V=－0.5518t+38.442 V=－0.3693t+26.941 V=－0.3120t+24.3900.95480.96800.95430.9587
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