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基于不同粒径的旋流沉砂池除砂效能研究

基于不同粒径的旋流沉砂池除砂效能研究

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作者：柳菁翠重庆大学

学位级别：硕士

近年来,我国许多城镇污水处理厂进水中无机悬浮颗粒(Inorganic Suspended Solids,ISS)浓度与SS/BOD5值高于发达国家平均水平,且SS中位径基本在100μm左右,这一现象在南方山地城市污水处理厂更为普遍。现行国内设计规范及手册中,沉砂池... 详细信息

近年来,我国许多城镇污水处理厂进水中无机悬浮颗粒(Inorganic Suspended Solids,ISS)浓度与SS/BOD5值高于发达国家平均水平,且SS中位径基本在100μm左右,这一现象在南方山地城市污水处理厂更为普遍。现行国内设计规范及手册中,沉砂池以去除200μm、比重约为2.65的砂粒为目标,未有考虑污水中存在的细微砂的去除,使得大量细微无机颗粒源源不断地进入了后续处理单元,导致初沉池污泥无机组分比重大,生化池活性污泥混合液MLVSS/MLSS比值低、生化池底部淤沙与设备磨损严重,剩余污泥难于碳源回收与资源化利用,污水厂运行费用居高不下等系列问题。旋流沉砂池在我国城镇污水处理厂中广泛应用,作为成套国外专利,其技术参数未有尽数公开,加之国产化的深度仍相对滞后,国内现有多数污水厂旋流沉砂池的现状运行效能与稳定性欠佳。另一方面,现行规范(指南)与设计手册亦缺乏针对粒径低于200μm细砂的去除技术参数和设计标准,针对不同含砂特性的污水水质,也较为缺乏细砂强化去除效能优化的研究成果与实践。本论文基于相似准则,以比式(pista)旋流沉砂池为基础构建中试模型。通过配水单因素考察了搅拌桨转速、搅拌桨叶片数、搅拌桨距池底高度、搅拌桨倾角和水力停留时间对ISS去除率的影响。在单因素实验的基础上,进行模拟配水和实际污水正交实验优化,研究了不同粒径范围无机颗粒(ISS)去除率的影响因素与相应的最佳水平条件。进而通过污水冲击负荷试验,探讨实验条件下,沉砂池无机颗粒去除性能的稳定性与可靠性。论文的主要研究内容与结论如下:(1)分别进行了搅拌桨转速,搅拌桨叶片数,搅拌桨距池底距离,搅拌桨倾角和水力停留时间的单因素实验,考察对旋流沉砂池ISS去除率的影响,寻求各因素对ISS去除率影响的变化规律。研究结果表明,搅拌桨倾角因素对比式沉砂池除砂效果影响相对较弱,并得到ISS总去除率的各实验因素的适宜范围。(2)在单因素试验的基础上,选取搅拌桨转速、搅拌桨距池底距离、搅拌桨叶片数和水力停留时间四个因素,分别针对模拟配水和实际污水进行了L9(34)的正交实验。实验结果表明,沉砂池进水ISS中位径为10829μm时,各因素对旋流沉砂池ISS总去除率的影响程度为:水力停留时间>搅拌桨距离池底距离>搅拌桨叶片数>搅拌桨转速。获取旋流沉砂池最佳ISS总去除率的各因素水平条件为:搅拌桨转速为25 r·min-1/20 r·min-1(模拟配水/实际污水),搅拌桨距离池底距离为40mm,搅拌桨叶片数为3片,水力停留时间为30s,沉砂池对模拟配水与实际污水ISS的总除砂率分别为77.73%和75.07%。研究认为,适当增加旋流沉砂池的水力停留时间,仅能在一定程度上提高大颗粒无机砂的去除效能,无机颗粒粒径越小,停留时间对其去除效率的影响越不明显。(3)在正交优化条件下,针对实际污水进行了沉砂池连续流的中试实验,实验结果表明,当进水渠流速为0.7.8m/s时,原污水SS浓度为40030mg/L,ISS进水浓度为18005mg/L,SS与ISS的平均去除率分别为37.02%、76.76%。沉砂池对污水中无机细微颗粒有良好削减,对碳源也有一定的截留作用。旋流沉砂池模型在确定的优化条件下,具有良好除砂稳定性。(4)在正交优化条件下,进行了进水ISS浓度冲击负荷的实验,考察污水中ISS短期激增条件下,沉砂池除砂效能的运行特性。实验结果表明,在6h内,当污水SS浓度从420mg/L上升到1410mg/L,ISS浓度从190mg/L上升到1160mg/L时,沉砂池SS、ISS去除率随进水浓度的增加而增大,悬浮物浓度峰值时SS、ISS去除率分别为61.69%、85.00%,出水SS、ISS分别为559.01 mg/L、171.37 mg/L。当进水浓度恢复到背景值时,SS、ISS去除率也相应下降,降低到与背景值相当。表明实验条件下,旋流沉砂池模型具有一定的抗SS和ISS冲击负荷的能力。目前,旋流沉砂池除砂工艺的研究主要针对去除粗砂(粒径大于200μm的颗粒)进行,对细沙(小于200μm)强化去除技术的研究较少。构建旋流沉砂池中试装置,基于实际污水和模拟配水,分析不同粒径范围无机颗粒的去除效能及影响因素,可为旋流沉砂池设计与成套单元设备的开发提供一定的理论参考和数据支持,课题研究具有良好理论与实际意义。

关键词：旋流沉砂池 ISS 粒径分布除砂效能正交实验

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旋流-平流沉砂池去除污水中细微砂粒及有机物分离的数值模拟

旋流-平流沉砂池去除污水中细微砂粒及有机物分离的数值模拟

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作者：王旭博太原理工大学

学位级别：硕士

随着污水的迁移、流动,过程中难免会汇集一定量的泥砂。由于我国幅员辽阔,地质条件复杂,相应的我国城镇污水的水质条件亦随之复杂,污水中的泥砂浓度和泥砂中细微砂粒（粒径0.45um）占60%的配比,配水中含有机物总浓度为300mg/L,通过单因... 详细信息

随着污水的迁移、流动,过程中难免会汇集一定量的泥砂。由于我国幅员辽阔,地质条件复杂,相应的我国城镇污水的水质条件亦随之复杂,污水中的泥砂浓度和泥砂中细微砂粒（粒径0.45um）占60%的配比,配水中含有机物总浓度为300mg/L,通过单因素模拟实验,分别得出不同边界条件下旋流沉砂池和平流沉砂池内部固液两相流的流场情况以及砂粒和有机物的运动轨迹,然后在单因素模拟实验的基础上,进行正交模拟优化实验,研究不同边界条件下不同粒径范围砂粒的去除效果以及有机物的分离效果,明确各边界条件的主次顺序及最优参数。进而在沉砂池最优运行条件下,进行砂粒与有机物分离的模拟实验,解释旋流—平流沉砂池对污水后续生化处理的影响。论文主要结论如下:（1）模拟实验结果表明,各边界条件对旋流沉砂池总除砂效能的影响强弱顺序是:进水流速、桨片转速、桨片距池底距离、进水角度、桨片叶片数;除砂效率各边界条件的最佳参数是:进水流速为1.0 m/s,桨片转速为25r/min,桨片距池底距离25cm,进水角度为10°,桨片叶片数为4片,此时总除砂效能为70.95%,其中粒径0.45mm以上砂粒去除率为100%,0.3-0.45mm砂粒去除率为87.91%,0.2-0.3mm砂粒去除率为75.42%,0.125-0.2mm砂粒去除率为59.31%,0.125mm以下砂粒去除率为48.97%,有机物去除效能为8.73%;（2）模拟实验结果表明,各边界条件对平流沉砂池总除砂效能的影响强弱依次为:池宽、池长、池深。各边界条件的最优参数为:池长（L）为6.7m,池宽（B）为1.4m,池深（H）为1.6m。考虑占地面积因素和细微砂粒去除因素,池深（H）1.5m,池长（L）取6.2m,此时总除砂效能为54.61%,其中0.3-0.45mm砂粒去除率为100%,0.2-0.3mm砂粒去除率为64.17%,0.125-0.2mm砂粒去除率为51.03%,0.125mm以下砂粒去除率为40.36%,有机物去除效能为9.21%;（3）最优运行条件下,旋流—平流沉砂池的总除砂率为81.94%,其中0.45mm以上砂粒去除率为100%,0.3-0.45mm砂粒去除率为100%,0.2-0.3mm砂粒去除率为86.01%,0.125-0.2mm砂粒去除率为72.94%,0.125mm以下砂粒去除率为61.72%,有机物去除效能为15.74%。

关键词：旋流—平流沉砂池正交实验数值模拟除砂效能有机物分离

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