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沉淀池的影响因素分析及优化

时间:2022-11-12 百科知识 版权反馈
【摘要】:表9-1所示为不同挡板淹没深度对清水出口去除率的影响。此外,当挡板长度由2m增大至2.5m时,去除率略微下降,这说明挡板长度的选取不宜过长。当水平距离自1m增加至2.5m时,去除率与水平距离呈负相关趋势,水平距离越大,去除率越小。在选取的这5组水平距离中,水平距离为1m时的去除率最高,水平距离为2m、2.5m时的去除率明显小于其余各组。如果进口流速过大则会明显影响沉淀池的去除率,当进口流速为0.08

在实际工程中,沉淀池的形态各异,影响沉淀池运行效果的因素众多,主要有挡板布置位置,挡板淹没深度,进口流速,进口污染物浓度,活性污泥的成分、粒径、密度,排泥方式,运行时的温度、回流比等。下面就几个主要的影响因素对沉淀池的影响进行初步研究。

9.6.1 挡板淹没深度对沉淀池的影响

(1)挡板淹没深度对沉淀池流场的影响

挡板是沉淀池的重要组成部分,它能有效地增加水流停留时间,减少池内的短流现象。现选取0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m五组挡板淹没深度,挡板均布置在距进水口1m处,其余参数与上一章算例相同。为研究不同挡板淹没深度下沉淀池内的流场分布,现提取不同挡板淹没深度下沉淀池内的流速矢量图和流线图(见图9-35和图9-36)。

图9-35 不同挡板淹没深度流速矢量图

由图9-35、图9-36可以看出:当挡板的淹没深度为0.5m时,在挡板前后都没有形成回流区,但在挡板正下方存在一个小的回流区。在沉淀池底部流态复杂,存在数个大小不等的漩涡。当挡板淹没深度增加至1m时,在挡板前后分别形成一个回流区,挡板后的回流区较大,且池底的漩涡区域有增大趋势。当挡板淹没深度增加至1.5m时,挡板前后的回流区均有所减小,挡板前的回流区位置上移,在清水出口下方出现一个小的回流区。挡板淹没深度为2m时,挡板前后的回流区进一步减小,清水出口下方的回流区较之前有所增大。当挡板淹没深度增加至2.5m时,挡板前的回流区已经很小,挡板后的回流区基本消失,清水出口下方的回流区进一步增大。

图9-36 不同挡板淹没深度流线图

为了更好地描述挡板淹没深度对流场的影响,我们对池内不同截面(x=0.2m,4m,10m, 15m,20m,24m)的水平流速进行了定量的分析,结果见图9-37所示。

图9-37 不同断面水平速度分布图

从图9-37可以看出,除x=0.2m截面外,不同挡板淹没深度的情况下,在各个截面的水平流速分布趋势基本相同,且流速大小也差异不大,即挡板淹没深度对沉淀池内的水平流速分布影响不明显。

(2)挡板淹没深度对沉淀池浓度场的影响

由图9-38可以看出,不同挡板淹没深度的浓度场分布规律基本相同,浓度等值线在清水区和沉淀区分界面附近和池底部的压缩沉淀区较密,说明在这两个区域浓度变化较大。

图9-38 不同挡板淹没深度污泥浓度等值线图

比较各截面的浓度垂向分布图(图9-39)可知,与之前的分析吻合良好,除x=0.2m截面由于靠近进口而显得规律性不强外,其余截面的浓度都随挡板淹没深度的增大而减小。当挡板淹没深度为0.5m时,由于深度太小,对进口水流的作用较小,使得清水区的范围也很小。

表9-1所示为不同挡板淹没深度对清水出口去除率的影响。可以看出,挡板淹没深度自0.5m增大至2m,清水出口的去除率是随之增大的;自0.5m增至1m,对去除率改进效果明显。此外,当挡板长度由2m增大至2.5m时,去除率略微下降,这说明挡板长度的选取不宜过长。

图9-39 不同断面污泥浓度垂向分布图

表9-1 挡板淹没深度与清水出口SS值、去除率的关系表

9.6.2 挡板位置对沉淀池的影响

(1)挡板位置对沉淀池流场的影响

除了挡板的淹没深度之外,挡板布置的水平位置也是影响沉淀池运行效率的重要因素。我们分别选取挡板距进水口距离为0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m五组挡板水平位置,挡板淹没深度均为1.5m,其余参数与上一章的算例相同。

图9-40 挡板不同水平距离时的流速矢量图

图9-41 挡板不同水平距离时的流线图

由挡板不同水平距离时的流速矢量图(图9-40)和挡板不同水平距离时的流线图(图9-41)可以看出,当挡板的水平位置为0.5m时,由于挡板距离进水口较近,在挡板前无回流区,仅在挡板右下方存在一个小的回流区。在沉淀池底部流态复杂,存在数个大小不等的漩涡。当挡板水平位置增加至1m时,在挡板前出现了一个回流区,挡板后的回流区大小保持不变,但位置有所上移。在出水口下方出现一个较小的回流区。当挡板水平位置增加至1.5m时,挡板前的回流区被一分为二,清水出口下方的回流区有所增大。当挡板水平位置为2m时,挡板后的回流区完全消失,挡板前也只存在一个回流区,清水出口下方的回流区进一步发展增大。当挡板水平距离增加至2.5m时,挡板前的回流区较之前有所增大,清水出口下方的回流区增大并稍向上移。

为了更好地描述挡板水平位置对流场的影响,我们对池内不同截面(x=0.2m、4m、10m、15m、20m、24m)的水平流速进行定量的分析,结果见图9-42所示。

图9-42 不同断面水平速度分布图

从图9-42可知,在x=4m截面处,水平位置为0.5m、1m、1.5m的水平流速分布规律基本相同,自水面向下流速不断减小,在垂直高度为5m处流速减小至零,随后又有所增大,但随着垂直高度减小,水平流速迅速减小并变为一个较大的负向流速。水平位置为2m、2.5m的水平流速分布规律与其他相近,但流速分布更为均匀。其截面的规律也与x=4m界面处相似,在此就不再赘述。对比各截面的水平速度分布图可知,挡板水平位置越小,水平流速的最大值越大,而流速越大,污水在沉淀池内的停留时间便越短,这显然对沉淀池的应用是不利的。

(2)挡板位置对沉淀池浓度场的影响

由不同挡板水平位置污泥浓度等值线图(图9-43)和不同断面污泥浓度垂向分布图(图9-44)可知,随着挡板距进水口水平距离的增大,沉淀池内的清水区范围减小。当挡板水平位置为2m、2.5m时,在各截面的浓度分布图中基本观察不到上层浓度为零的部分。不同水平位置的浓度分布规律基本相同,但挡板距进水口水平距离越大,其浓度整体也越大。

图9-43 不同挡板位置时的污泥浓度等值线图

图9-44 不同断面污泥浓度垂向分布图

为研究去除率随挡板距进水口的水平距离而变化的规律,现将挡板水平位置不同时的去除率值统计于表9-2。

表9-2 挡板水平位置与清水出口SS值、去除率的关系表

由表9-2可以看出:当挡板距进水口的水平距离由0.5m增大为1m时,去除率变化很小,基本保持不变。当水平距离自1m增加至2.5m时,去除率与水平距离呈负相关趋势,水平距离越大,去除率越小。在选取的这5组水平距离中,水平距离为1m时的去除率最高,水平距离为2m、2.5m时的去除率明显小于其余各组。这是因为水平距离越大,挡板的阻碍作用越不明显,改善池内流场的效率越差。但当水平距离为0.5m时,挡板前的紊动过强,去除率并未较1m时增大。综上所述,建议挡板距进水口的水平距离在1~2m之间。

9.6.3 进口流速对沉淀池的影响

进口流速也会影响沉淀池的去除效率。现选取进口流速为0.005m/s、0.01m/s、0.02m/s、0.04m/s、0.08m/s五组数据进行研究,进口流速与去除率的关系见表9-3。

表9-3 进口流速与清水出口SS值、去除率的关系表

由表9-3可以看出,当进水口的流速增大时,清水出口SS值增大明显,去除率随之下降。这说明进口流速对沉淀池的沉淀效率影响明显。分析可知,当进水流速减小时,污水在沉淀池内的停留时间延长,且可以改善池内的短流现象,有利于沉淀池的运行。如果进口流速过大则会明显影响沉淀池的去除率,当进口流速为0.08m/s时,去除率为76.47%。但如果进口流速过小,又会减少沉淀池单位时间处理的污水量。建议进口流速在0.01~0.04m/s之间。

9.6.4 污泥粒径对沉淀池的影响

污泥自身的性质也是影响沉淀池沉淀效果的重要因素。在实际工程中,不同种类的污泥沉淀效果差异很大,在研究中往往把污泥简化为球形颗粒。现选取污泥粒径分别为0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm五组数据进行研究。污泥粒径与去除率的关系见表9-4。

表9-4 污泥粒径与清水出口SS值、去除率的关系表

由表9-4可以看出,当污泥粒径增大时,清水出口SS值随之减小,去除率增大。污泥粒径越大,其对应的沉速越大,沉淀时间越短,越有利于提高沉淀池的沉淀效率。因此,为增大污泥的粒径,加入凝絮剂等添加剂是提高沉淀效率的有效手段。

9.6.5 加装斜挡板组对沉淀池的影响

为了改善沉淀池内的流态,提高沉淀效率,在工程实际中有时会在沉淀池内加装附属构件,如月牙形扰流板、调流板、斜挡板组等。我们是在沉淀池内加入3个斜挡板,斜挡板的长度均为0.6m,水平倾角为60°,分别布置在距进水口12m、16m、18m处。

加装斜挡板后沉淀池内的流速矢量图和流线图分别见图9-45和图9-46。从图中可以看出,在沉淀池内加装斜挡板后,可以有效地消除池内漩涡,能有效改善池内的短流现象。

图9-45 加装斜挡板组后的流速矢量图

图9-46 加装斜挡板组后的流线图

为研究加装导流板组后沉淀池内的污泥浓度分布变化情况,现提取加装斜挡板组后的污泥浓度相位图和污泥浓度等值线图,分别见图9-47和图9-48所示。对比加装斜挡板前后的浓度分布图,可发现加装斜挡板能够增大池内的清水区面积。未加装斜挡板组前,清水出口SS值为253.58mg/L,去除率为92.65%;加装斜挡板组后,清水出口SS值为206.67mg/L,去除率为94.01%。可见,加装斜挡板对提高沉淀效率有一定的帮助。

图9-47 加装斜挡板组后的污泥浓度相位图

图9-48 加装斜挡板组后的污泥浓度等值线图

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