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沉淀池中异重流对混凝沉淀效果影响的试验 ＊ 詹 咏 董洁霜 上海理工大学城建学院, 上海 200093 朱雪诞 上海勘测设计研究院环境保护工程分院, 上海 200434 摘要 沉淀池中异重流会给混凝沉淀带来不良影响, 为了提高混凝沉淀效果, 防止异重流对絮凝池的间接影响, 本研 究对平流沉淀池中异重流的形成原因进行讨论, 并对异重流的特性进行试验研究与分析。 研究表明 控制水流流型的 稳定性是对沉淀池中异重流进行控制的主要措施。 关键词 异重流 水流流型 沉淀池 混凝沉淀 ＊上海市教委基金资助项目 05EX04 ; 上海市教委发展基金资助项 目 06EX003 1 沉淀池中异重流的形成 不同边壁形状的传统往复隔板絮凝池所形成的 不同水流结构对混凝沉淀会产生一定的影响 [ 1] ,而紧 接在絮凝池之后的平流式沉淀池水流流型的稳定性 对混凝沉淀效果也有着很直接的影响 。如果平流沉 淀池设计得比较合理, 水流流型相对稳定 ,经混凝反 应的原水流入沉淀池后, 沿进水区整个截面均匀分 布,进入沉淀区 ,经絮凝池中凝聚的絮体也会随着水 流缓慢地向前, 虽然沿程也会有不少絮体在逐渐下 沉,但最理想的絮体沉淀模式是絮体在沉淀池中继续 反应, 结成更大更密实的颗粒, 到池的中后部全部能 沉淀下来 。但实际上平流沉淀池常出现偏离理想沉 淀的条件 ,其主要原因是异重流对混凝沉淀效果的影 响。当进入沉淀池的水温低于池内水温时,便形成密 度较大的进水沉于池子下部的流动 ,池中原来温度较 高的水便浮在池子上部 , 即产生下异重流。同样, 进 水与池内水所含悬浮物浓度不同所引起的密度差 ,也 会产生异重流。而异重流的出现易造成沉淀池内某 些流程的水流流速大于平均值 ,而某些地方的流速却 很低 ,甚至形成死角 。这些现象严重影响了沉淀池的 出水效果 ,为此 ,本研究就平流式沉淀池中异重流的 特性及其对混凝沉淀效果的影响进行了试验 ,并对控 制水流流型稳定性的措施进行了讨论。 2 两种试验方案 对于方案一情况 ,传统式平流沉淀池在进水和出 水处设置带有整流墙的池型 , 这样可使水流分配均 匀,如图 1所示。但方案一的池型会导致异重流现象 的发生,使进水以潜流的形式沿水平方向向水池出口 推进 ,使得沉淀池上部很大部分成为环流的死水区, 并在潜入点附近的水面上有大量的漂浮物聚集,使悬 浮固体颗粒沉淀性能减弱 ,回流的水流不但严重影响 沉淀池的处理效果, 而且絮凝池出水口的水流也有所 改变 ,经常使很大部分已结好的粗颗粒絮体在絮凝池 后部或是在沉淀池前部就已经下沉 ,虽然淤积量一般 较异重流的淤积量小 ,但是回流区的淤积十分集中, 因此淤积厚度很大, 而细颗粒絮体则被异重流一直带 到沉淀池出口, 甚至出现堆积现象, 使整个沉淀池底 部的积泥区分布很不均匀, 影响刮泥机的正常运行, 使得絮凝池后部形成“沙丘”状淤泥 ,而沉淀池前部的 积泥也难以清除 ,后部的淤泥因堆积过高而影响出水 的效果 。为了解决这些问题, 而又要降低改造成本, 保持原有沉淀池流程简单实用的优点,在沉淀池中间 部位均匀设置整流墙 ,如图2 所示的方案二。对两种 方案平流沉淀池在不同进水流量、 不同原水浊度及投 药量为 15 mg L 时的沉淀池出水浊度进行了检测, 实 验结果见表 1, 可以看出方案二的出水浊度比方案一 的要低,这是由于在原有平流沉淀池中间部位增设整 流墙, 可大大改善沉淀池中水流条件, 不但可以减弱 异重流,对提高沉淀效果也有显著作用。 图 1 方案一模型示意图 图 2 方案二模型示意图 10 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 3 沉淀池中异重流特性 3. 1 异重流头部推进速度 通过本次试验 如表 2 所示 发现 异重流头部推 进速度,即锋速与其平均速度之比与异重流弗汝德数 有关 ,如图 3 所示。由图 3 可知 ,本次试验虽属非均 匀流 ,但和均匀流条件下存在的关系相似 [ 2,3] 。实验 进一步验证,采用由异重流运动方程在恒定渐变流条 件下推导的阻力系数公式 λ ′ Δρ ρ ′ J0 8gh′ U′ 2估计异重流 推进速度较适宜 。 表 1 两种方案平流沉淀池出水浊度 进水流量 m3h- 1 原水浊度 NTU 方案一 出水浊度 NTU 方案二 出水浊度 NTU 46131. 89. 88. 3 56 . 27812. 510. 1 70172. 522. 718. 7 表 2 异重流头部推进速度与弗汝德数的关系表 时间 min 锋速 c ms-1 浑水异重流 平均速度 cms- 1 浑水异重流 平均高度 cm 浑水密度 kg m- 3 浑水与清水 密度差 kgm- 3 头部推进 速度 cms- 1 弗汝德数 10- 2 450. 1120. 1089. 741 008. 2101. 041. 11 750. 1260. 13812. 891 007. 29. 00. 911. 30 1150. 130. 1613. 751 006. 78. 50. 811. 50 1450. 130. 17814. 601 006. 07. 80. 731. 69 1900. 1320. 18915. 51 005. 57. 30. 701. 80 2500. 1320. 19417. 21 004. 96. 70. 681. 83 图 3 异重流头部推进速度与弗汝德数的关系 3. 2 淤泥面与浑液面变化率 本试验对高浊度水动态沉淀计算的重要参数淤 泥面与浑液面变化率做了观测 ,水深为 60 cm ,初始悬 浮物浓度为 16. 6 kg m 3 的试验结果见表 3, 对这组颗 粒浓度 ,经回归分析可得浑水区厚度 h 和淤泥厚度z 随时间的变化规律 浑水区厚度可表示为 h 0. 0263t 10. 5 cm 1 淤泥厚度可表示为 z 0. 006t -0. 178 cm 2 3. 3 不同沉降历时浓度的分布 当已知异重流流速和其级配的关系时 如表 4 所 示 , 可推算异重流悬浮颗粒浓度的沿程变化 ,而由不 同沉降历时的浓度分布 如图 4 所示 可以看出 距沉 淀池进口较近处 , 悬浮物浓度沿垂线分布不太均匀, 异重流潜入点处 , 浓度为 0 kg m 3 。在距沉淀池进口 较远处 ,浓度分布比较均匀 ,在交界面附近有明显折 点,表明悬浮物浓度沿程分布递减 。经分析可知, 悬 浮物浓度越大, 沿垂线分布越不均匀, 沿程分布变化 越大 。 表 3 浑水区厚度和淤泥厚度随时间的变化cm 断 面 90 min150 min210 min270 min330 min hzhzhzhzhz 111 . 30 . 413 . 60 . 814. 81 . 516. 82 . 017. 82. 1 212 . 70 . 214 . 20 . 715. 41 . 117. 81 . 818. 22. 0 313 . 10 . 214 . 80 . 716. 31 . 017. 91 . 318. 91. 6 413 . 40 . 215 . 30 . 516. 60 . 818. 11 . 118. 71. 3 512 . 70 . 315 . 00 . 516. 00 . 918. 21 . 019. 11. 2 614 . 60 . 316 . 20 . 717. 10 . 920. 41 . 121. 91. 4 712 . 70 . 613 . 20 . 914. 41 . 116. 31 . 517. 01. 9 表 4 异重流流速和其级配的实测数据 浑水异重流 平均速度 cms- 1 级配 mm 浑水异重流 平均速度 cms- 1 级配 mm 0. 180 . 011. 30 . 06 0. 340 . 011. 650 . 08 0. 580 . 022. 02 . 35 0. 760 . 022. 350 . 10 0. 990 . 05 图 4 不同沉降历时的浓度分布 4 减弱异重流条件的讨论 在试验中,由于方案一池子进口设计的缺点, 温 差约为 0. 4 ℃ 时 ,便出现了明显的异重流 , 异重流易 造成池内顺着某些流程的水流流速大于平均值,而某 些地方的流速却很低 ,池子上部约 3 5 的容积成为死 水区。因此 , 一部分水通过沉淀池的时间短于平均 值,而另一部分在池中的停留时间太长 , 停留时间较 长的那部分水的沉降效果提高 ,但一般不能抵消另一 11 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 部分水由于停留时间较短而造成的不良沉淀后果。 若将池内水流速度提高, 异重流将和池中水流混合, 对流态的影响不大 ,这样的沉淀池具有稳定的流态。 若异重流在整个池内保持着, 则不利于流态的稳定。 要减弱沉淀池中异重流的办法首先是控制水流流型 的稳定性, 因此设计了方案二, 在池子中间部位增设 了整流墙, 通过垂向动量交换加速碰撞 , 加强紊动作 用, 达到垂直均匀 , 改善了水流条件 , 异重流基本 消失 。 由于沉淀池中水流为重力流, 水流流型的控制应 该按弗汝德公式计 算 [ 4] 。当 异重流弗汝 德数为 0. 2 2 ～ 0. 7 2 时 ,沉淀池内出现稳定的异重流 。因此, 当进入沉淀池的水温比池内低 0. 5 ℃, 同时多含 0. 1 kg m 3悬浮颗粒时 ,密度差等于 0. 167 kg m3 ,为了 使沉淀池中不出现异重流现象 ,必须满足条件 Fr′U′ 2 gR 0. 2 2 ～ 0. 7 20. 167 1 000 10 -5 ～ 10 - 4 3 式中 R 沉淀池水力半径。 同样可得,当进水比池内水多含 1kg m 3 悬浮颗粒, Fr′ 3 10 - 5 ～ 4 10 - 4时,可减弱沉淀池中异重流。 5 结论 1 对平流沉淀池中异重流的形成原因进行了讨 论,指出进水与池内水存在一定的温差和浓度差, 均 能产生异重流。 2 对沉淀池中异重流特性 头部推进速度、 淤泥面与浑液面变化率、不同沉降历时浓度的分布进 行了研究与分析 。 3 对不同方案混凝沉淀效果进行了比较 ,同时, 就减弱异重流的条件进行了讨论。指出水流流型的 稳定性是减弱平流沉淀池中异重流出现的有利措施, 并对平流沉淀池进行了合理改造。 参考文献 [ 1] 詹咏, 王惠民. 往复隔板絮凝池边壁形状对絮凝反应的影响研 究. 给水排水, 2001, 27 1 5 -7. 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Bioresource Technology , 2000, 74 181 -190. 作者通讯处 何苗 100084 北京市 清华大学环境科学与工程系 电话 010 62796952 E -mail hemiao tsinghua . edu. cn 2006- 04-24 收稿 12 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 STUDY ON PERANCE OF TREATING POLLUTED RIVER WATER IN SEEPAGE BIOLOGICAL BEDLin Yanqing He Miao Hu Hongying et al7 Abstract The seepage biological bed SBBis the advisable technique for the treatment of heavily polluted water in small -river, and has good prospect in the application of the polluted river management in the north of China. The poor operation perance inwinter due to low water temperature, is one of main difficulties that affecting polluted river water treatment in the north of China. Based on the field pilot-scale experiment for the whole year, the effect of water temperature on polluted river water treatment by SBB is studied. The study shows that SBB has a good effect of removing CODCr, NH3-N and turbidity in river water; the removal rate and loaging are affected greatly by water temperature. Keywords seepage biological bed, polluted river water treatment, water temperature and operation perance THE EXPERIMENT ON INFLUENCE OF DENSITY FLOW ON COAGULATING PRECIPITATION IN THE SEDIMENTARY BASINZhanYong DongJieshuang Zhu Xuedan 10 Abstract Density flow is extremely unfavourable to the precipitation process in horizontal -flow sedimentation basin, in order to raise precipitation effect, forestall the influence of density flow onflocculation basin, reasons for ing the density flow andthe characteristicsof density flow movement are discussed. Test results show that controlling the stability of the pattern of flow is the main measure to control the density flow in the sedimentary basin. Keywords density flow, pattern of flow, sedimentation basin and coagulating precipitation PILOT-SCALE TEST OF SIMULTANEOUS NITRIFICATION AND DENITRIFICATION SNDOF AN INTEGRATED MEMBRANE BIOREACTORLiu Jiangfeng Wang Zhiwei Wu Zhichao et al 13 Abstract The integratedflat plate MBR was operated at membrane flux 25. 2～ 25. 7 L m2hfor 112 dayswithMLSS concentration 19～ 20 g L. During the operation,MBRwas not cleaned physically or chemically except normal aeration which was used to scour membrane surface. The effectof DO concentration on simultaneous nitrification anddenitrification SNDin the MBR was investigated. Test results indicated that there was a good SND effect in MBR; and SND effectwas not affected by temperature variations in range of 18～ 12 ℃. Keywords integrated membrane bioreactor, flat plate membrane, simultaneous nitrification denitrification and wastewater treatment NITROGEN AND PHOSPHORUS REMOVAL PERANCE OF A2 O PROGESS AS A FUNCTION OF THE SLUDGE AGEWang Jianlong Peng Yongzhen Wang Shuying 16 Abstract Sludge Retention Time SRT, which was an important parameter in activated sludge process design and operation, has shown more effect than other parameters. CODCr, nitrogen NH 4-N, TNand phosphate PO 3 - 4-P removal from sewage by anaerobic -anoxic -oxic A 2 O processwere studied at different SR T ,which were 5, 10, 15, 20, 25 and 30 d, respectively . During experiment other parameters kept constant. The result shown that a sludge age of 15 days was found to be optimal resulting in maximum organic substances removal efficiencies, during which the removal rate of CODCr, NH 4-N, TN and PO 3 - 4 -P was 93, 98, 81and 82, respectively , at the same time the profiles of organic substances concentration in A2 O processwere also analyzed. Keywords sludge retention time, A2 O process, nitrogen removal and phosphate removal A RELATION BETWEEN BLASTING AERATION PERANCE AND SUBMERSION DEPTH OF AERATORFeng Junsheng Wan Yushan 19 Abstract Using resemblance principle, a mathematical model was established of aerator clear water aeration perance and aerator with the immersion depth in operating ,which provides the dependable parameters for scientifically estimating aeration perance and design of aeration technique. Keywords resemblance principle, aeration perance and math model DESIGNAND COMMISSIONING OF COSMETIC WASTEWATER TREATMENT SYSTEM Wang Wei Wang Xiaojun Zhou Xiangwu 21 Abstract The high concentration cosmetic wastewater can be treated by means of hydrolytic acidification-biological contacting oxidation system, and biological aeratedfilter BAFfor advanced treatment, so that the removal rate can be improved. Through the operation of thisproject, the CODCrof effluent can fall below 80 mg L from about 4 000mg L of influent, and BOD5of effluent can fall below 20 mg L from about 1 100mg L of influent, and also the removal rate can both reach 98. Quality of effluent is up to the integrated wastewater discharge standard of Guangzhou GB4437 -90. It is indicated by the plant operation of this project for a long time that this process has a high efficiency of treatment with a stable water quality of the effluent. Keywords consmetic, wastewater treatment, hydrolytic acidification, biological contacting oxidation and biological aerated filter 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25, No. 1,Feb. , 2007