旋流器分離濃縮活性污泥

旋流器分離濃縮活性污泥摘要：項(xiàng)目以取至杭州四堡污水生活污水處理廠二沉池未被硝化的活性污泥，在采用溢流口Φ12mm，底流口為Φ6mm的口徑的結(jié)構(gòu)下，達(dá)到了很好的分離濃縮效果，溢流漿液濃度16.7g/L，底流漿液濃度為5g/L，固液分離效率在90%以上，為旋流器在污水分離中的應(yīng)用提供了有力的依據(jù)。

關(guān)鍵字：水力旋流器活性污泥分離濃縮回流比絮凝劑AbstractActivated-Sludgesystemiswidelyusedintheprocessofdisposalsewerage,So,Wehavetokeepastatedconcentrationofsuspendedsolids(SS)intheaeratedgritcharmber,Alsotokeepastatedconcentrationofmicrobe,Soweneedtoconcentrateandrecycleflowofsludge,Now,wemostlyusesecondaryclarifiertoconcentrateSludge,butsecondaryclarifierhasmanydisadvantages,forexample,itoccupyaverylargearea,alsoithasalowefficiency,Soweintroducehydrocycloneasapre-separateequipmenttooncentratesudgebeforeitflowintothesecondaryclarifier.WegetthesudgefromHangzhouSiBaosewagetreatment,Bychangetheoperativeparametersandgeometricalparameters,Wegetapreferableconcentrateeffect,Thenwesummarizethebestoperativeparametersandgeometricalparameters.Keywords:hydrocyclone,activated-sludge,concentrate,refluxratio,flocculant.一：緒論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的膨脹，城市生活污水的排放也逐年迅速增多，生活污水處理廠也必然隨之增多和擴(kuò)大，污水處理廠主要向平面延伸，占地面積很大，如某市一日處理量55萬(wàn)噸的污水處理廠占地達(dá)600畝，而這其中很大一部分為二沉池，污水必須要先經(jīng)過(guò)生物氧化以降低其COD才能繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)處理或者排放，而活性污泥里含有大量可生化氧化污水的微生物，故通常通過(guò)把污水濃縮，并將含泥量較高的污水回流以氧化污水，降低其COD。目前污水處理廠分離活性污泥主要依賴于常規(guī)的重力沉降裝置----二沉池，即大量使用二沉池濃縮污水，效率很低，因此需要很大面積的二沉池以沉淀濃縮污水，這就增加了污水處理廠的造價(jià)，而且二沉池污水停留時(shí)間較長(zhǎng)，影響了污水處理的效率，而且污泥回流消耗也很大。針對(duì)上面存在的問(wèn)題，用水力旋流器預(yù)計(jì)能夠解決或改善這些問(wèn)題，在污水進(jìn)入二沉池之前先用水力旋流器對(duì)其進(jìn)行分離濃縮，能達(dá)到減少沉淀池底泥斗負(fù)荷量，減輕二沉池負(fù)擔(dān)，大量減少二沉池面積。但力旋流器的使用要在流體達(dá)到高速下才開(kāi)始運(yùn)作，故旋流器的引入將增加能耗，這是引入旋流器的唯一不足之處。二文獻(xiàn)綜述2.1活性污泥特性概述活性污泥是污水活性污泥處理系統(tǒng)的反應(yīng)工作主體，是由細(xì)菌、微型動(dòng)物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的絮狀體顆粒。良好的活性污泥具有很強(qiáng)的吸附分解有機(jī)物的能力和良好的沉降性能，因此污水處理廠利用回流污泥作為氧化污水的原料,絮體的大小約為0.02～0.2mm，多為茶褐色，含水率99%左右?；钚晕勰嘀猩嬷鞣N微生物，構(gòu)成了復(fù)雜的微生物相。在多數(shù)情況下，活性污泥中的主要微生物是細(xì)菌。[1]活性污泥的這些特性就決定了在污水處理系統(tǒng)中在污水進(jìn)入二沉池之前對(duì)其進(jìn)行濃縮回流的必要性混合液污泥和回流污泥略有差異,前者為1.002~1.003g/cm3,后者為1.004~1.006g/cm3;沉降性能較好,能自我繁殖,絮體大小為0.02~0.2mm,比表面積為20~100cm2mL.呈弱酸性(pH約為6.7)[2].2.2現(xiàn)有活性污泥分離手段及效果目前活性污泥分離濃縮方面的研究較少,分離裝置也很少,通常污水處理廠都使用常規(guī)的重力沉降裝置----二沉池濃縮分離污水，污水從曝氣池流出后,流入面積很大的二沉池,在里面停留2-3小時(shí),濃縮污水,其中濃縮得到的污泥一部分回流為曝氣池生化處理提供微生物,而余下的污泥作為剩余污泥直接處理,其優(yōu)點(diǎn)為處理量大，濃縮分離效果也很好，但存在占地面積過(guò)大，污水停留時(shí)間長(zhǎng)，處理效率低等不足，預(yù)計(jì)水力旋流器的引入能很好的解決這些不足。2.3旋流器基本結(jié)構(gòu)及分離原理旋流器作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的分離分級(jí)設(shè)備，用途十分廣泛，迄今已在化工，礦物加工，石油，輕工，食品，醫(yī)藥，紡織，冶金，建材，煤炭等眾多工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用[3]，但國(guó)內(nèi)對(duì)將水力旋流器引入污水分離過(guò)程的研究還較少,多數(shù)還處于試驗(yàn)研究階段旋流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,一般主要分為預(yù)分離區(qū)域（上部圓柱形空間）及主分離區(qū)域（下部圓錐形空間）,基本結(jié)構(gòu)主要由六個(gè)部分構(gòu)成,即:進(jìn)料管,溢流管,錐段,底流管,強(qiáng)制渦區(qū)輔助件和柱段進(jìn)料管[3]研究指出:用切線型圓管作為進(jìn)料管時(shí),旋流器不僅處理能力最大而且分離修正總效率和分離精度都最高溢流管[4]溢流管的結(jié)構(gòu)形狀直接影響短路流的存在,而短路流則是引起水力旋流器溢流跑粗,分離產(chǎn)品中粗細(xì)粒混雜的重要原因,另外,溢流管的結(jié)構(gòu)形狀還會(huì)直接影響水力旋流器的出口能量損失錐段本項(xiàng)目所使用為光滑直錐型錐段底流管[5]水力旋流器底流管一般為直圓管而且一般與大氣直接相通底流產(chǎn)品則通過(guò)該直圓管世界排出,在采用20o漸擴(kuò)管結(jié)構(gòu)的底流管時(shí)水力旋流器處理能力最高,分離力度最小,分流比也最小強(qiáng)制渦區(qū)輔助件和柱段這兩部分結(jié)構(gòu)對(duì)水力旋流器的分離濃縮效果影響較小,本項(xiàng)目未做進(jìn)一步考慮污水經(jīng)空壓機(jī)進(jìn)入旋流器后,進(jìn)料流體中的顆粒隨流體從切向進(jìn)料口進(jìn)入旋流器,在一定的向下傾角作用和受器壁的約束而迅速旋轉(zhuǎn)向下變?yōu)楦咚俚耐饴菪\(yùn)動(dòng)。由于往下器壁為圓錐面,比流體密度較大的顆粒借助這一運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性離心力向外運(yùn)動(dòng)拋向器壁,被迫與器壁碰撞降速而分離,再沿錐面落至底流管排出,污水即得到了有效的濃縮[6].2.4使用旋流器分離濃縮活性污泥的必要性活性污泥法廢水處理系統(tǒng)采用沉淀池(即二沉池)進(jìn)行泥水分離，停留時(shí)間較長(zhǎng)（一般為2小時(shí)）、沉淀效率低，因此沉淀池一般占地很大；又由于回流污泥濃度低而需要較高的回流比，回流耗能較大。引入旋流器對(duì)廢水進(jìn)行濃縮分離后能提高數(shù)倍的污水含泥量，并降低相應(yīng)倍數(shù)的回流量，達(dá)到減少沉淀池底泥斗負(fù)荷量、減少二沉池占地面積等目的，但水力旋流器的引入必然會(huì)帶來(lái)能耗的增加，這也是引入旋流器需要考慮的一個(gè)世紀(jì)問(wèn)題2.5水力旋流器對(duì)污泥濃縮分離的研究背景及旋流器分離濃縮活性污泥的可行性分析劉培坤[7]等人在火電濕法脫硫過(guò)程中引入了旋流器對(duì)洗水中的細(xì)粒污泥(固體含量7.65g/L污泥粒度分布為:d10=2μm,d50=17μm,d90=40μm)進(jìn)行了濃縮預(yù)處理,在選用Φ50mm小錐角旋流器作業(yè)時(shí),獲得了澄清效率Er達(dá)70.4%,濃縮效率達(dá)42%,底流產(chǎn)率達(dá)46.89%的效果.但本項(xiàng)目所需分離的為活性污水,其中固體為平均粒徑0.02-0.2mm的絮狀物,密度與水十分接近,J.博文德[8等人則通過(guò)研究指出:水力旋流器并不能系統(tǒng)地承擔(dān)活性絮狀污泥的任務(wù),僅能作為污水里固體的按粒度進(jìn)行初步的分級(jí).基于上述文獻(xiàn)查詢,本項(xiàng)目引入旋流器作為污水生化階段中的預(yù)分離設(shè)備,在污水從處沉池進(jìn)入二沉池之前對(duì)污水進(jìn)行預(yù)分離,先對(duì)污水進(jìn)行必要的預(yù)處理,沉淀出一部分活性污泥作為回流的污泥,二沉池沉淀得到的污泥則直接作為剩余污泥排出系統(tǒng),預(yù)計(jì)能達(dá)到減輕污泥斗負(fù)荷,減少二沉池面積,增加污水的處理效率等目標(biāo)2.6本章小結(jié)從以上文獻(xiàn)綜述可以看出：水力旋流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，旋流器各個(gè)結(jié)構(gòu)中對(duì)污水分離效率影響較大的有進(jìn)料管,溢流管,底流管等，本項(xiàng)目將從底流口和溢流口口徑入手，分析旋流器結(jié)構(gòu)對(duì)分離效率的影響。目前對(duì)水力旋流器的研究已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)較高的層次，但還未有引入旋流器以分離活性污泥的先例，故本項(xiàng)目很有深入研究的必要。另外，雖然文香表明旋流器對(duì)固液混合物分離效果很理想，但活性污泥里的固態(tài)為絮狀物，密度與水很接近，這就給分離濃縮帶來(lái)了一定的另外的要求，不過(guò)引入旋流器作為一種預(yù)分離設(shè)備因該會(huì)有一個(gè)很好的效果。雖然水力旋流器的引入會(huì)帶來(lái)額外的能耗，但相比于引入旋流器所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，核算之后旋流器的引入應(yīng)該是利大于弊的。研究目標(biāo):調(diào)整操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),使經(jīng)旋流器濃縮分離后的污水濃度提高到原來(lái)的3~5倍,同時(shí)也就降低了相應(yīng)倍數(shù)的污水回流量,為旋流器分離濃縮活性污泥尋找到最佳分離條三實(shí)驗(yàn)部分本項(xiàng)目從操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)入手，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，在不同條件下分離濃縮活性污泥，研究部同條件下水力旋流器的分離效果3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯坎僮鲄?shù)對(duì)分離效果的影響研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分離效果的影響得出旋流器分離濃縮活性污泥的最佳條件3.2實(shí)驗(yàn)材料及儀器主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備水力旋流器；實(shí)驗(yàn)管路（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)流程圖）；烘箱（型號(hào)為DHG-9123A）；電子分析天平（型號(hào)為AB204-N）；圓柱形沉降柱；慮瓶；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集器等主要實(shí)驗(yàn)材料活性污泥（取至杭州市四堡生活污水處理廠未經(jīng)硝化的活性污泥，含水量99%左右）；聚丙烯酰胺（絮凝劑，約需質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的聚丙烯酰胺500ml）3.3實(shí)驗(yàn)裝置及流程（略）四試驗(yàn)結(jié)果及分析4.1結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)操作參數(shù)的影響在實(shí)驗(yàn)前期，采用的溢流口為12mm的口徑，底流口為8mm的口徑的結(jié)構(gòu)，相對(duì)于后期的溢流口12mm，底流口為6mm的口徑的結(jié)構(gòu)，在相同進(jìn)流口流量的情況下其底流流量在底流口為6mm的口徑的情況下明顯減小。改造前后的流量

進(jìn)口壓力進(jìn)口流量溢流流量底流流量分流比S改造前31.11.0420.4920.551.0427.41.0340.4710.5621.22改造后881.0310.770.260.331501.0280.760.240.34在改造之后，進(jìn)口壓力明顯增大，而且底流與進(jìn)流比明顯減小，有益于調(diào)控活性污泥的回流比。4.2操作參數(shù)對(duì)分離效果的影響在前期進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)都是比較進(jìn)流口，溢流口以及底流口的流量在不同的情況下對(duì)分離濃縮活性污泥效果的影響。從以上圖表中進(jìn)行比較發(fā)覺(jué)隨著流量的增大，其分離效果也有一定的改善。4.3絮凝劑對(duì)分離效果的影響絮凝劑在水力旋流器分離過(guò)程中的應(yīng)用在40L左右的水中分別加入了50ml和100ml質(zhì)量濃度為1％的混凝劑聚丙烯酰胺。在一定程度上提高了分離的效果，但是對(duì)于用量上使用50ml與100ml沒(méi)有明顯差距?？赡茉?0ml時(shí)用量已達(dá)到飽和。加入50ml混凝劑后的分離效果進(jìn)口壓力進(jìn)口流量分流比S固體分離效率回流23.10.9021.130.5890.42932.81.1040.830.5120.50437.61.2280.750.4620.52546.61.3470.590.4050.596加入100ml混凝劑后的分離效果進(jìn)口壓力進(jìn)口流量分流比S固體分離效率回流60.21.570.6740.4310.5438.31.3360.6290.4340.5932.81.2420.7080.4570.5546.51.1490.8150.5040.54絮凝體在水力旋流后的破碎情況在投加絮凝劑聚丙烯酰胺的前后，我們分別對(duì)污泥做了沉降實(shí)驗(yàn)，B為混凝前的沉降效果，C為混凝后未進(jìn)行旋流時(shí)的沉降效果，D為旋流后的水中污泥沉降效果。對(duì)比以上三個(gè)表格的沉降效果，可見(jiàn)投加絮凝劑后顆粒物產(chǎn)生了一定的絮凝效果，在0.15m/min的速度下未投加混凝劑的污泥大部分顆粒已經(jīng)沉降結(jié)束，而投加混凝劑后無(wú)論時(shí)旋流前還是旋流后，在0.5m/min的速度下即可達(dá)到了大部分污泥的沉降，在旋流后并未出現(xiàn)明顯的絮凝體破碎現(xiàn)象。4.4結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分離效果的影響在前期實(shí)驗(yàn)中溢流口為12mm的口徑，底流口為8mm的口徑，底流口濃度僅能達(dá)到溢流口濃度的1～2倍。之后對(duì)旋流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將其改為溢流口12mm，底流口為6mm，分離效果得到明顯改善，底流口濃度可以達(dá)到溢流口污泥濃度的2～3倍。減小旋流器底流口直徑可以提高污泥的分離效果。底流口改造前的分離效果進(jìn)口流量進(jìn)口漿液濃度(gg/l)溢流漿液濃度(gg/l)底流漿液濃度(gg/l)固體分離效率（％％）回流1.9818.0416.8721.490.6250.4451.8316.6716.4219.520.660.4291.716.8115.3518.880.6610.3761.6416.8713.7118.920.6250.361.4213.1411.9914.380.5570.4481.3415.0913.215.390.560.395底流口改造后的分離效果進(jìn)口流量進(jìn)口漿液濃度(gg/l)溢流漿液濃度(gg/l)底流漿液濃度(gg/l)固體分離效率（%%）回流1.03112.196.64270.5520.4091.03112.467.0329.280.5860.4240.9848.3595.7217.581.10.3260.9848.7794.9916.760.9990.2714.5結(jié)論選用小錐角旋流器運(yùn)用于污泥脫水作業(yè)可行，在一定的情況下分離效果較好絮凝劑對(duì)旋流分離有一定的效果，但是效果并不明顯，在使用時(shí)可能會(huì)對(duì)污泥造成二次污染，所以不建議使用在改變操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)中，在同樣的條件下改變底流口對(duì)效果的影響最大