污泥浓缩池设计

1绪论污泥浓缩的主要目的是降低污泥含水率、减少污泥体积。浓缩减少的是污泥所含的间隙水，同时能改变其物理状态，减少池容积和处理所需的投药量，缩小用于输送污泥的管道和泵类的尺寸，以便进一步处置利用。污泥浓缩的技术界限大致为：活性污泥含水率可降至97%~98%，初次沉淀污泥可降至85%~90%。浓缩方法分为重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广[1]。1.1重力浓缩重力浓缩是一种重力沉降过程，属于分层沉降，依靠污泥中的固体物质的重力作用进行沉降与压密。污泥浓缩过程中顺次存在着自由沉降、絮凝沉降、区域沉降和压缩沉降等过程。重力浓缩的构筑物称为重力浓缩池，按其运转方式可以分为连续式和间歇式两种。连续式主要用于大、中型污水处理厂，间歇式主要用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂，也包括湿污泥地。连续式重力浓缩池的进泥与出水都是连续的，排泥可以是连续的，也可以是间歇的。当池子较大时采用辐流式浓缩池，当池子较小时采用竖流式浓缩池。竖流式浓缩池采用重力排泥，辐流式浓缩池多采用刮泥机排泥，有时也可以采用重力排泥，但池底应做成多斗。重力浓缩池一般采用水密性钢筋混凝土建设，设有进泥管、排泥管和上清液排出管，平面形式有圆形和矩形两种，一般多采用圆形[2]。重力浓缩法的优点为贮泥能力强，动力消耗小，运行费用低，操作简便，但重力浓缩池占地面积较大，浓缩效果较差，浓缩后污泥含水率高，易发酵产生臭气。此方法主要用于浓缩初沉污泥、初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。1.2重力浓缩池的结构特点间歇式重力浓缩池是间歇进泥，因此，在投入污泥前必须先排除浓缩池已澄清的上清液，腾出池容，故在浓缩池不同高度上应设多个上清液排出管。间歇式操作管理麻烦，且单位处理污泥所需的池体积比连续式的大。连续式重力浓缩池可采用辐流式、竖流式沉淀池的型式，一般都是直径5~20m圆形或矩形钢筋混凝土构筑物。采用辐流式沉淀池的形式，可分为有刮泥机与污泥搅动装置的浓缩池、不带刮泥机的浓缩池，以及多层浓缩池等三种。有刮泥机与污泥搅动装置的浓缩池其池底面倾斜度很小，为圆锥形沉淀池。池底坡度为0.01~0.1。进泥口设在池中心，周围有溢流堰。为提高浓缩效果和减少浓缩时间，可在刮泥机上安装搅拌装置，刮泥机与搅拌装置旋转速度应很慢，不至于使污泥受到搅动，其旋转周速度一般为0.02~0.20m/s。搅拌作用可使浓缩时间缩短4~5小时。有些刮泥机上设置有垂直的搅拌栅，当栅条随刮泥机缓慢移动时〔其线速度一般为2~20m/s〕，每条栅条后面可形成小涡流，有助于颗粒间的凝聚，并可造成空穴，可以破坏污泥网状结构和胶着状态，使其中的水分及气泡容易别离，促进固体沉降，可提高浓缩效率20%。如不用刮泥机，可采用多斗连续式浓缩池，采用重力排泥，污泥斗锥角大于55°，并设置可根据上清液液面位置任意调动的上清液排除管，排泥管将污泥从泥斗底部排除。中小型池多用重力排泥，一般不设搅拌栅条。对于土地紧缺的地区，可考虑采用多层辐射式浓缩池。当浓缩池较小时，可采用竖流式浓缩池。污泥由中心进泥管连续进泥，浓缩污泥通过橡皮刮板刮到污泥斗中，并从池底排泥管排出。澄清水由溢流堰溢出。浓缩池沿高程可大致分为三个区域：顶部为澄清区，中部为进泥区，底部为压缩区。进泥区的污泥固体浓度与进泥浓度大致相同；压缩区的浓度那么愈往下愈浓，到排泥口到达要求的浓度；澄清区与进泥区之间有一污泥面，其高度由排泥量调节，可调节压缩污泥的压缩程度。通常，重力浓缩池进泥可用离心泵，排泥那么需要活塞式隔膜泵、柱塞泵等压力较高的泥浆泵[3]。1.3重力浓缩池的运行管理选用重力浓缩池时要考虑污泥的种类、浓度和含水率等诸多因素条件，经计算设计好浓缩池后，在运行过程中还要加以管理，以延长浓缩池的使用寿命，保持其高效运行。结合实践经验，认为以下方法有助于重力浓缩池的运行管理。重力浓缩池连续运行时浓缩效果好。运行初期或污泥量少时，可以间歇运行。当连续排泥不能保证出泥的含水率要求时，采用间歇排泥法，其两次排泥间隔在《给水排水设计手册》中规定为8h。如果排泥间隔大于8h，将造成已浓缩了的污泥团因集中大量排放而导致再次被分散，破坏浓缩效果。此外，污泥在池内停留时间过长，易引起厌氧发酵，造成污泥上浮，特别是夏季，温度较高，这种情况会更加明显。故重力浓缩池排泥间隔时间定为6~8h。刮泥机长时间停转，不仅会延缓污泥的浓缩过程，而且使浓缩后的污泥得不到及时排除，导致污泥腐败。另外，环境温度低于0℃时，还可能因为长期停机使池内结冰，造成刮泥机不能启动，甚至冻坏池体。如池内有大块异物阻碍刮泥机的运行，或有大批人员同时上机时，易造成刮泥机的超负荷运行，将导致设备的损坏。浓缩池池面及入口处的浮渣如不及时去除，不仅影响上清液的出流，而且还影响大气的复氧作用，容易产生厌氧情况。另外，池走道上的杂物影响刮泥机的正常运行，不利于操作人员巡视。由于长期停机，池内水分蒸发，污泥浓度增高，刮泥机再启动时，静负荷过大，所以开机时先点动，可以降低静负荷，保护设备。重力浓缩池刮泥机的搅拌栅容易粘挂棉纱、塑料绳、袋等杂物，不及时清理，缠在栅条上，就起不到搅拌促进污泥浓缩的作用，使刮泥机不能继续运行，污泥中的水分不能沿着搅拌栅导向上部，所以，操作人员应经常清理栅条上的杂物[4]。2总体设计2.1设计的原始数据由二沉池排放的剩余污泥量：1400m3/d，含水率99.4%；污泥浓度：6g/L；初沉池排放的污泥量350m3/d，含水率96%，污泥浓度：40g/L；浓缩后污泥浓度为40g/L，含水率：96%。2.2重力浓缩池的设计本设计采用带刮泥机的辐流式重力浓缩池。2.2.1设计规定〔1〕当进泥为初次污泥时，其含水率一般为95%-97%，浓缩后污泥含水率为92%-95%。〔2〕当进泥为剩余污泥时，其含水率一般为99.2%-99.6%，浓缩后污泥含水率为97%-98%。〔3〕当进泥为混合污泥时，其含水率一般为98%-99%，浓缩后污泥含水率为94%-96%。〔4〕浓缩时间不宜小于12h，但也不要超过24h。〔5〕浓缩池有效水深最低不小于3m，一般宜为4m。〔6〕污泥室容积和排泥时间，应根据排泥方法和两次排泥间时间而定，当采用定期排泥时，两次排泥间隔一般可采用8h。〔7〕集泥设施：辐流式污泥浓缩池的集泥装置，当采用吸泥机时，池底坡度可采用0.003；当采用刮泥机时，不宜小于0.01。不设刮泥设备时，池底一般设有泥斗。泥斗与水平面的倾角，应不小于50度。刮泥机的回转速度为0.75-4r/h，吸泥机的回转速度为1r/h，其外缘线速度一般宜为1-2m/min。同时在刮泥机上可安设栅条，以便提高浓缩效果，在水面设除浮渣装置。〔8〕构造及附属设施：一般采用水密性钢肋混凝土建造。内设污泥投入管、排泥管、排上清液管，排泥管最小管径采用150mm，一般采用铸铁管。〔10〕上清液：浓缩池的上清液，应重新回到初沉池前进行处理。其数量和有机物含量参与全厂的物料平衡计算。〔11〕二次污染：污泥浓缩池一般均散发臭气，必要时应考虑防臭或脱臭措施。臭气控制可以从以下三方面着手，即封闭、吸收和掩蔽。所谓封闭，是指用盖子或其它设备封住臭气发生源；所谓吸收，是指用化学药剂来氧化或净化臭气；所谓掩蔽，是指采用掩蔽剂使臭气暂时不向外扩散[5]。2.2.2设计参数在无试验资料时，重力浓缩池的设计参数可见表2.1[6]。表2.1重力浓缩池设计参数污泥种类进泥含水率〔%〕出泥含水率〔%〕水力负荷[m3/(m2·d)]固体通量[kg/(m2·d)]溢流TSS(mg/L)初沉池污泥95~9792~9524~3380~120300~1000生物膜96~9994~982.0~6.035~50200~1000剩余污泥99.2~99.697~982.0~4.010~35200~100混合污泥98~9994~964.0~10.025~80300~8002.2.3计算公式浓缩池的面积：〔2-1〕式中：Q为污泥量(m3/d)；C为污泥固体浓度(kg/L)；M为污泥固体通量kg/(m2·d)。浓缩池的直径:〔2-2〕式中：A1为单池面积，；n为池子个数。浓缩池的高度：在缺少实验数据时，把重力浓缩池的深度划分为五局部，即：浓缩池工作局部并有效水深高度h1:〔2-3〕式中：T为浓缩时间〔12h<T<24h〕；Q为污泥量(m3/d)；A为浓缩池面积m2。浓缩池超高h2,一般取0.3m。缓冲层高度h3,一般取0.3m。刮泥设备所需池底坡度造成的深度h4:〔2-4〕式中：i为池底坡度，根据排泥设备取0.003~0.01，常用0.05；D为池子直径m。泥斗深度h5:根据排泥间隔计算泥斗容积后〔正圆台〕确定高度：〔2-5〕式中：D为圆台上口直径；d为圆台下底直径；为泥斗壁与水平面的倾角，不小于50º。浓缩池有效深度：〔2-6〕浓缩池总深度：〔2-7〕2.3具体设计计算计算进泥量与污泥固体浓度二沉池排放的剩余污泥量，污泥浓度；初沉池排放的污泥量，污泥浓度。进泥量Q:进泥的污泥固体浓度C：浓缩池的面积进泥为混合污泥，污泥固体通量根据表2.1取，那么由公式〔2-1〕得：采用两个浓缩池，有浓缩池的直径由公式〔2-2〕得：浓缩池的高度取浓缩时间，那么由公式〔2-3〕得：超高：。缓冲层高度：。取池底坡度，那么池底坡度造成的深度h4由公式〔2-4〕得：污泥混合后浓度为12.8g/L，取进泥密度为1000kg/m3,那么可以近似的认为浓缩池进泥的含水率为，浓缩后污泥的含水率，计算得浓缩后污泥体积为：,那么每池产生的污泥量为：取泥斗储泥时间，那么两次排泥的间隔每池产生的污泥量为：,采用的泥斗为圆台形；泥斗斗底倾角采用60º；泥斗斗底直径为,泥斗上口直径为〔两个尺寸均为设定〕。由公式〔2-5〕得泥斗深度h5:由泥斗上、下底的面积：，得泥斗容积：由公式〔2-6〕得浓缩池有效深度：符合要求由公式〔2-7〕得浓缩池总深度：选用XG-14型悬挂式中心传动刮泥机。单边式刮泥，适用于池径为14m、池深为3.5~4m的浓缩池。它的结构简单、本钱低，适用于中小型的浓缩池。刮泥机的回转速度为0.75~4r/h[5]。进泥管管径为300mm，出泥管管径为200mm,出水管管径为200mm，均为铸铁管。采用正三角形出水堰，三角堰的角度为60°,设计堰上水深H为8cm,可得水流过堰宽度。2.4浓缩池简图〔单位：mm〕图2-1辐流式重力浓缩池简图结束语在此次课程设计的过程中，我获益良多。对水污染控制工程这门课的认识一步步深刻起来，同时也稳固了我在课堂上学到的污水处理的知识。学以致用，虽然课程设计不及实际工程来的全面完整，但却为我们日后的实际工作奠定了根底。在不断提出问题、解决问题的过程中，自身的知识面也在不断扩展，尤其是在绘制构筑物结构图的过程中，我对CAD的使用也越来越灵活，使得书本上平面的知识变得立体起来。同学之间的相互请教与共同探讨加深了我对知识的理解与运用，对各方面问题的思考和解决也提高了我考虑问题的全面性。此次课程设计使我自身得到了极大提高，同时也衷心感谢晋日亚老师与吕春玲老师对我的悉心指导。参考文献[1]晋日亚，胡双启.《水污染控制技术与工程》[M].北京:兵器工业出版社,2005:249-2