旋流器分离浓缩活性污泥

　　Abstract Activated- Sludge system is widely used in the process of disposal sewerage, So,We have to keep a stated concentration of suspended solids(SS) in the aerated grit charmber, Also to keep a stated concentration of microbe,So we need to concentrate and recycle flow of sludge,Now,we mostly use secondary clarifier to concentrate Sludge, but secondary clarifier has many disadvantages,for example, it occupy a very large area,also it has a low efficiency,So we introduce hydrocyclone as a pre-separate equipment to oncentrate sudge before it flow into the secondary clarifier.

　　We get the sudge fromHangzhou Si Bao sewage treatment,By change the operative parameters andgeometrical parameters,We get a preferable concentrate effect,Then we summarize thebest operativeparameters and geometrical parameters.

　　Keywords: hydrocyclone, activated- sludge, concentrate, reflux ratio, flocculant.

　　一：绪论

　　随着经济的发展，城市的膨胀，城市生活污水的排放也逐年迅速增多，生活污水处理厂也必然随之增多和扩大，污水处理厂主要向平面延伸，占地面积很大，如某市一日处理量55万吨的污水处理厂占地达600亩，而这其中很大一部分为二沉池，污水必须要先经过生物氧化以降低其COD才能继续进行后续处理或者排放，而活性污泥里含有大量可生化氧化污水的微生物，故通常通过把污水浓缩，并将含泥量较高的污水回流以氧化污水，降低其COD。

　　目前污水处理厂分离活性污泥主要依赖于常规的重力沉降装置----二沉池，即大量使用二沉池浓缩污水，效率很低，因此需要很大面积的二沉池以沉淀浓缩污水，这就增加了污水处理厂的造价，而且二沉池污水停留时间较长，影响了污水处理的效率，而且污泥回流消耗也很大。

　　针对上面存在的问题，用水力旋流器预计能够解决或改善这些问题，在污水进入二沉池之前先用水力旋流器对其进行分离浓缩，能达到减少沉淀池底泥斗负荷量，减轻二沉池负担，大量减少二沉池面积。但力旋流器的使用要在流体达到高速下才开始运作，故旋流器的引入将增加能耗，这是引入旋流器的唯一不足之处。

　　二 文献综述

　　2.1 活性污泥特性概述

　　 活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作主体，是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒。良好的活性污泥具有很强的吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能，因此污水处理厂利用回流污泥作为氧化污水的原料,絮体的大小约为0.02～0.2 mm，多为茶褐色，含水率99%左右。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的微生物相。在多数情况下，活性污泥中的主要微生物是细菌。^[1]活性污泥的这些特性就决定了在污水处理系统中在污水进入二沉池之前对其进行浓缩回流的必要性

　　 混合液污泥和回流污泥略有差异,前者为1.002~1.003g/cm³,后者为1.004~1.006 g/cm³;沉降性能较好,能自我繁殖,絮体大小为0.02~0.2mm,比表面积为20~100cm²mL.呈弱酸性(pH约为6.7)^[2].

　　2.2现有活性污泥分离手段及效果

　　 目前活性污泥分离浓缩方面的研究较少,分离装置也很少,通常污水处理厂都使用常规的重力沉降装置----二沉池浓缩分离污水，污水从曝气池流出后,流入面积很大的二沉池,在里面停留2-3小时,浓缩污水,其中浓缩得到的污泥一部分回流为曝气池生化处理提供微生物,而余下的污泥作为剩余污泥直接处理,其优点为处理量大，浓缩分离效果也很好，但存在占地面积过大，污水停留时间长，处理效率低等不足，预计水力旋流器的引入能很好的解决这些不足。

　　2.3旋流器基本结构及分离原理

　　旋流器作为一种结构简单的分离分级设备，用途十分广泛，迄今已在化工，矿物加工，石油，轻工，食品，医药，纺织，冶金，建材，煤炭等众多工业部门得到了广泛的应用^[3]，但国内对将水力旋流器引入污水分离过程的研究还较少,多数还处于试验研究阶段

　　旋流器结构简单,无运动部件,一般主要分为预分离区域（上部圆柱形空间）及主分离区域（下部圆锥形空间）,基本结构主要由六个部分构成,即:进料管,溢流管,锥段,底流管,强制涡区辅助件和柱段

　　进料管^[3] 研究指出:用切线型圆管作为进料管时,旋流器不仅处理能力最大而且分离修正总效率和分离精度都最高

　　溢流管^[4] 溢流管的结构形状直接影响短路流的存在,而短路流则是引起水力旋流器溢流跑粗,分离产品中粗细粒混杂的重要原因,另外,溢流管的结构形状还会直接影响水力旋流器的出口能量损失

　　锥段 本项目所使用为光滑直锥型锥段

　　底流管^[5] 水力旋流器底流管一般为直圆管而且一般与大气直接相通底流产品则通过该直圆管世界排出,在采用20^o渐扩管结构的底流管时水力旋流器处理能力最高,分离力度最小,分流比也最小

　　强制涡区辅助件和柱段 这两部分结构对水力旋流器的分离浓缩效果影响较小,本项目未做进一步考虑

　　污水经空压机进入旋流器后,进料流体中的颗粒随流体从切向进料口进入旋流器,在一定的向下倾角作用和受器壁的约束而迅速旋转向下变为高速的外螺旋运动。由于往下器壁为圆锥面,比流体密度较大的颗粒借助这一运动产生的惯性离心力向外运动抛向器壁,被迫与器壁碰撞降速而分离,再沿锥面落至底流管排出,污水即得到了有效的浓缩^[6].

　　2.4使用旋流器分离浓缩活性污泥的必要性

　　活性污泥法废水处理系统采用沉淀池(即二沉池)进行泥水分离，停留时间较长（一般为2小时）、沉淀效率低，因此沉淀池一般占地很大；又由于回流污泥浓度低而需要较高的回流比，回流耗能较大。引入旋流器对废水进行浓缩分离后能提高数倍的污水含泥量，并降低相应倍数的回流量，达到减少沉淀池底泥斗负荷量、减少二沉池占地面积等目的，但水力旋流器的引入必然会带来能耗的增加，这也是引入旋流器需要考虑的一个世纪问题

　　2.5水力旋流器对污泥浓缩分离的研究背景及旋流器分离浓缩活性污泥的可行性分析

　　刘培坤^[7]等人在火电湿法脱硫过程中引入了旋流器对洗水中的细粒污泥(固体含量7.65g/L污泥粒度分布为:d₁₀=2µm,d₅₀=17µm,d₉₀=40µm)进行了浓缩预处理,在选用Φ50mm小锥角旋流器作业时,获得了澄清效率E_r达70.4%,浓缩效率达42%,底流产率达46.89%的效果.但本项目所需分离的为活性污水,其中固体为平均粒径0.02-0.2mm的絮状物,密度与水十分接近,J.博文德^[8等人则通过研究指出:水力旋流器并不能系统地承担活性絮状污泥的任务,仅能作为污水里固体的按粒度进行初步的分级.

　　基于上述文献查询,本项目引入旋流器作为污水生化阶段中的预分离设备,在污水从处沉池进入二沉池之前对污水进行预分离,先对污水进行必要的预处理,沉淀出一部分活性污泥作为回流的污泥,二沉池沉淀得到的污泥则直接作为剩余污泥排出系统,预计能达到减轻污泥斗负荷,减少二沉池面积,增加污水的处理效率等目标

　　2.6本章小结

　　从以上文献综述可以看出：水力旋流器结构简单，无运动部件，旋流器各个结构中对污水分离效率影响较大的有进料管,溢流管,底流管等，本项目将从底流口和溢流口口径入手，分析旋流器结构对分离效率的影响。目前对水力旋流器的研究已经达到了一个较高的层次，但还未有引入旋流器以分离活性污泥的先例，故本项目很有深入研究的必要。另外，虽然文香表明旋流器对固液混合物分离效果很理想，但活性污泥里的固态为絮状物，密度与水很接近，这就给分离浓缩带来了一定的另外的要求，不过引入旋流器作为一种预分离设备因该会有一个很好的效果。虽然水力旋流器的引入会带来额外的能耗，但相比于引入旋流器所带来的优势，核算之后旋流器的引入应该是利大于弊的。

　　研究目标:调整操作参数和结构参数,使经旋流器浓缩分离后的污水浓度提高到原来的3~5倍,同时也就降低了相应倍数的污水回流量, 为旋流器分离浓缩活性污泥寻找到最佳分离条

　　三 实验部分

　　本项目从操作参数和结构参数入手，对其进行调整，在不同条件下分离浓缩活性污泥，研究部同条件下水力旋流器的分离效果

　　3.1 实验目的

　　3.1.1 研究操作参数对分离效果的影响

　　3.1.2 研究结构参数对分离效果的影响

　　3.1.3 得出旋流器分离浓缩活性污泥的最佳条件

　　3.2 实验材料及仪器

　　3.2.1 主要实验设备 水力旋流器；实验管路（见实验流程图）；烘箱（型号为DHG-9123A）；电子分析天平（型号为AB204-N）；圆柱形沉降柱；虑瓶；实验数据采集器等

　　3.2.2 主要实验材料 活性污泥（取至杭州市四堡生活污水处理厂未经硝化的活性污泥，含水量99%左右）；聚丙烯酰胺（絮凝剂，约需质量分数1%的聚丙烯酰胺500ml）

　　3.3 实验装置及流程

　　四 试验结果及分析

　　4.1结构参数对操作参数的影响

　　 在实验前期，采用的溢流口为12ｍｍ的口径，底流口为8ｍｍ的口径的结构，相对于后期的溢流口12ｍｍ，底流口为6ｍｍ的口径的结构，在相同进流口流量的情况下其底流流量在底流口为6mm的口径的情况下明显减小。

　　改造前后的流量

　　在改造之后，进口压力明显增大，而且底流与进流比明显减小，有益于调控活性污泥的回流比。

　　4.2操作参数对分离效果的影响

　　在前期进行了多组实验都是比较进流口，溢流口以及底流口的流量在不同的情况下对分离浓缩活性污泥效果的影响。

　　操作参数对分离效果的影响

　　从以上图表中进行比较发觉随着流量的增大，其分离效果也有一定的改善。

　　4.3 絮凝剂对分离效果的影响

　　4.3.1絮凝剂在水力旋流器分离过程中的应用

　　在40Ｌ左右的水中分别加入了50ｍｌ和100ｍｌ质量浓度为1％的混凝剂聚丙烯酰胺。在一定程度上提高了分离的效果，但是对于用量上使用50ｍｌ与100ｍｌ没有明显差距。可能在50ｍｌ时用量已达到饱和。

　　加入50ml混凝剂后的分离效果

　　加入100ml混凝剂后的分离效果

　　4.3.2絮凝体在水力旋流后的破碎情况

　　在投加絮凝剂聚丙烯酰胺的前后，我们分别对污泥做了沉降实验，

　　图中B为混凝前的沉降效果，C为混凝后未进行旋流时的沉降效果，D为旋流后的水中污泥沉降效果。对比以上三个表格的沉降效果，可见投加絮凝剂后颗粒物产生了一定的絮凝效果，在0.15m/min的速度下未投加混凝剂的污泥大部分颗粒已经沉降结束，而投加混凝剂后无论时旋流前还是旋流后，在0.5m/min的速度下即可达到了大部分污泥的沉降，在旋流后并未出现明显的絮凝体破碎现象。

　　4.4 结构参数对分离效果的影响

　　在前期实验中溢流口为12ｍｍ的口径，底流口为8ｍｍ的口径，底流口浓度仅能达到溢流口浓度的1～2倍。之后对旋流器的结构进行改造，将其改为溢流口12ｍｍ，底流口为6ｍｍ，分离效果得到明显改善，底流口浓度可以达到溢流口污泥浓度的2～3倍。减小旋流器底流口直径可以提高污泥的分离效果。

　　底流口改造前的分离效果

　　底流口改造后的分离效果

　　4.5 结论

　　 4.6.1 选用小锥角旋流器运用于污泥脱水作业可行，在一定的情况下分离效果较好

　　 4.6.2 絮凝剂对旋流分离有一定的效果，但是效果并不明显，在使用时可能会对污泥造成二次污染，所以不建议使用

　　 4.6.3 在改变操作参数和结构参数中，在同样的条件下改变底流口对效果的影响最大

　　五 工业应用展望

　　在目前活性污泥处理废水的过程中，主要是应用二沉池对曝气池排出的泥水进行分离的。这样可以使回流的污泥浓度较高，回流量较少，可以降低初沉池的负荷，并且减小了二沉池的处理量，在一定程度内也可以降低二沉池的负荷量。

　　单独使用水力旋流器会在一定程度上将污泥的絮体打碎，但可在进入二沉池之间投加一定的药物使其能够重新絮凝，而且相对于二沉池有一定的耗能。但是其处理效率高，分离效果较好，而且占地面积较二沉池小很多。因此可以将其应用于曝气池和二沉池之间，提高分离的效率，并且有效的减少了厂房的占地面积，对于在原厂的基础上增加水处理量时，选用水力旋流器代替部分二沉池也是一个不错的选择。在当今的环保建设中，水力旋流器将越来越多的用在环保建设中。

　　六 参考文献

　　[1] 李探微.彭永臻.朱晓.活性污泥中原生动物的特征和作用.给水排水　.2001，27（4）

　　[2] 郑平.环境微生物学.浙江大学出版社.2001

　　[3] 褚良银.陈文梅.李晓钟等.水力旋流器结构与分离性能研究（一）---进料管结构.《化工装备技术》1998，19（3）

　　[4] 褚良银.陈文梅.李晓钟等.水力旋流器结构与分离性能研究（一）---溢流管结构.《化工装备技术》1998，19（4）

　　[5] 褚良银.陈文梅.李晓钟等.水力旋流器结构与分离性能研究（一）---底流管结构.《化工装备技术》1998，19（6）

　　[6] 钟灵.旋流器分离机理讨论.2000

　　[7] 刘培坤.王书礼.王静.水力旋流器用于污泥脱水的实验研究.2001。

　　[8]J.博文德等.被污染物料的表征及其处理---选矿技术在环境治理中的应用.国外金属矿选矿.1994.8.P19