1、斜板沉淀池在一體化氧化溝中的作用氧化溝由于其構造簡單和運行管理簡便已發展成為污水生物處理的主要方法之一。 為了適應防止水體富營養化的要求，經過適當的調整和改造，氧化溝在去除污水中有機污染物的同時，還可完成生物脫氮和除磷 1 3，因此氧化溝被各國廣泛采用。一體化氧化溝(IntegratedOxidationDitch) 是將沉淀池與氧化溝合建，無單獨的污泥回流系統， 基建投資和運行費用均較低，并在一定程度上彌補了傳統氧化溝占地大的缺點。 由于污泥回流及時， 減少了污泥膨脹的可能。氧化溝內多水深 2 m，目前也有深達34.6 m的。為了避免污泥沉積到溝底，溝內混合液的循環流速0.3 m/s ，通常

2、為 0.3 0.5m/s4。這就使得溝內循環的混合液具有較高的動能。 由于受氧化溝結構和運行方式的限制， 與氧化溝合建的沉淀池應滿足： 沉淀池與氧化溝的容積比盡可能小； 削減進入沉淀區混合液的能量， 以保證高效沉淀。目前應用較多的有 BMTS式和船式 5、6，斜板沉淀池由于池深淺、占地少、固液分離效果好，也已在一體化氧化溝中廣泛應用。1 試驗裝置氧化溝主體和斜板沉淀池模型均用有機玻璃制作。 污水由高位水箱經轉子流量計流入氧化溝中， 并迅速與溝內原有混合液混合。 經多次循環處理后， 與進水等量的混合液在沉淀池內固液分離， 經出水堰排出(見圖 1)。由于試驗模型較小， 沒有適當規格的曝氣轉刷可以安

3、裝， 所以在氧化溝的一端轉彎處設一臺攪拌機推動混合液在溝內循環流動 ( 轉速在 100250 r/min 之間調節 ) 。攪拌槳的型式類似于曝氣轉碟，在平面圓盤上固定 6 片槳板。鑒于攪拌機的供氧能力有限， 在進水口前設置一充氧泵。氧化溝模型長為 0.8 m，設有沉淀池的廊道寬為 0.1 m，另一廊道寬為 0.07 m ，有效水深為 0.3 m ，有效容積為 41 L 。試驗中采用斜板沉淀池作為溝內合建的沉淀池。其迎水面制成坡形，防止溝內混合液在沉淀池前由于截面突縮出現旋渦流。 在斜板底部設置雙層穿孔板作為過渡區， 以消耗混合液上升時挾帶的動能。 沉淀池出水堰口為鋸齒型， 保證出水均勻和各個斜

4、板間布水均勻、 負荷相等。沉淀池底部長為 0.20 m ，寬為 0.05 m ，距溝底 0.05 m ，側面廊道寬為 0.05 m 。沉淀池容積占氧化溝總容積的 6.13%。試驗歷時 9 個月，污水取自哈爾濱市馬家溝河，水質情況 ( 如表 1) 為典型的城市污水。處理水量為 0.6 7.8 L/h ，原水溫度基本隨季節而變 (10 27 ) ，污泥濃度為 22.8 g/L ，MLVSS為 1.4 1.9g/L 。水質與污泥指標采用標準方法檢測。表 1馬家溝河污水水質項目數值pH6.0 7.2SS(mg/L)60160CODCr(mg/L)258.9 407.5BOD(mg/L)100.3 14

5、4.85NH-N(mg/L)18.2 30.53TKN(mg/L)23.8 41.2TP(mg/L)4.5 8.62 斜板沉淀池內流態與固液分離效果斜板沉淀池內的流態如圖2 所示，共分為 4 個區：主流區、過渡區、斜板區和清水區。2.1 主流區主流區即位于沉淀池底部的氧化溝混合液的流動區，其主要作用是傳輸待分離的混合液進入沉淀池，沉淀后的污泥又經此進入氧化溝中隨混合液繼續循環。 為防止氧化溝內混合液中污泥沉積，其混合液平均流速取 0.35 m/s 。設有沉淀池的廊道的過水斷面面積為0.03m2；在沉淀池處，由于其占據一定的斷面，因此過水斷面面積減小至2 0.0175m 。根據物料平衡原理，沉淀

6、池底部主流區內混合液的平均流速為 0.6 m/s 。此時水流除水平流速外，還有上、下、左、右的脈動分速，且伴有小的渦流體， 屬紊流狀態，在一定程度可使密度不同的水流較好地混合。 為使顆粒沉淀， 在進入沉淀池斜板區之前必須降低雷諾數以利于顆粒2.2 過渡區位于斜板下部的雙層穿孔板的作用是消能和調整流態，稱為過渡區。當混合液流徑過渡區時，由于穿孔板的阻力和孔徑的放大，向上的流速降低和水流本身旋轉產生的渦流使混合液的能量迅速降低。斜板沉淀池作為二沉池的表面負荷一般為46 m3/(m2·h) ，相應的斜板區內水流上升速度也為1.11 1.67 mm/s。過渡區消能作用可以用主流區和斜板區的動

7、能比值表示：E 主流 E 斜板 =0.60 m/s 2 1.11 mm/s 2=2.9 ×105由上式可知，過渡區將混合液的能量衰減了5 個數量級。若拆除過渡區雙層穿孔板， 不能消除混合液進入斜板區帶有的較大動能，污泥嚴重上翻，固液分離效果極差，出水中 SS高達 300 mg/L。過渡區的作用還包括均勻進水和作為污泥回流的通道起著雙向傳輸的作用。由于進水不均勻會使部分斜板負荷高而其他斜板負荷低，造成局部積泥、出水SS升高。沉淀池底部主流區內混合液的平均流速為 0.6 m/s ，是獨立設置在斜板沉淀池底部過渡區中水流速度(10 25 mm/s)的 2050 倍，因此雙層穿孔板對保證配水

8、均勻是必不可少的。2.3斜板區斜板區是污泥與水分離的實際區域， 即工作區。污泥絮凝體在這里形成并在重力作用下沉降到斜板上， 澄清后的污水進入清水區。 在過渡區形成的污泥顆粒絮凝體在不斷上升的水流帶動下進入斜板沉淀區，在斜板上與重力平衡時形成的動態污泥懸浮層相遇， 使不斷上涌的混合液中污泥顆粒被捕獲和過濾。懸浮污泥層的厚度是變化的，當厚度達到一定程度時， 重力足以抵抗摩擦力， 污泥層就會下沉到氧化溝中進入主流區。此后， 從斜板上下滑的污泥層又會逐漸積累，再滑落至氧化溝內周而復始。 相對于過渡區對上升水流的阻力而言， 懸浮污泥層的動態變化對整個污泥沉降過程沒有太大的影響， 試驗結果也證明了這一點。

9、 從理論上講， 沉淀池的出水效率在很大程度上由混合液的上升流速和污泥沉速決定，只有當污泥沉速大于上升流速時，沉淀才能發生。 但由于動態污泥懸浮層的存在， 水中的顆粒有充分的機會和活性污泥懸浮層的顆粒碰撞凝聚， 其沉速遠遠大于同條件下的靜態沉速，從而可以提高上升水流速度或產水量。斜板間的污水流動狀態理論上應為層流， 其雷諾數為 15。從圖 2 可以看出，斜板之間的流動狀態并不是完全的層流， 從過渡區上升的旋渦流還需要一段時間和距離才能擴散和穩定， 因此只能說斜板區的中、上部水流處于層流狀態。 過渡區上升旋渦流對斜板的沖擊影響與混合液的能量及分布的均勻性有關。混合液通過懸浮污泥層類似于絮凝沉淀過程

10、，而混合液的上升流速與污泥的體積濃度有關。上升流速越大，體積濃度越小，懸浮污泥層厚度相應增大。當上升流速接近于自由沉速時， 體積濃度接近于零，懸浮污泥層消失。反之，當上升流速越小，懸浮層體積濃度越大。因此水量越大，上升流速越大， 過渡區的上升旋渦流對斜板的沖擊影響與混合液的能量也越大， 斜板底端的紊流區域增加， 懸浮污泥層厚度相應增大。當達到某極限值時，出水SS猛增，斜板頂部污泥開始上翻，此極限即是斜板沉淀池的污泥穿透臨界點。混合液沖擊能量和沉淀池水力停留時間與出水SS的關系，如圖3 所示。由圖 3 可知，隨著停留時間縮短，出水SS逐漸增大。但當水力停留時間 30 min 時，出水中的 SS3

11、8 mg/L；當水力停留時間 30 min 時，出水中的 SS值猛增至 6998 mg/L。試驗表明，可將水力停留時間 =30 min 作為該斜板沉淀池的污泥穿透臨界點。2.4清水區清水區能夠分隔沉淀工作區與出水堰區域， 使斜板區的沉降過程不受出水水流影響。 鋸齒形溢流堰比普通水平堰更易加工也更易保證出水均勻。3 影響沉淀效果的因素3.1 斜板傾斜角度試驗中改變沉淀池的斜板傾斜角度，利用出水的 SS值來判斷出較佳的斜板傾斜角度。表 2 為傾斜角與出水中 SS的關系。由試驗數據可知，斜板呈 65°和 70°傾角時，出水水質較好。表 2斜板傾斜角與出水中SS的關系斜板傾角556

12、0657075( °)出水4038342337SS(mg/L)沉淀池的固液分離過程包括污泥顆粒在斜板區的沉降和絮凝體沿斜板的下滑回落到氧化溝中。在斜板區污泥顆粒受到的作用力有：自身重力、混合液的沖擊力、斜板的彈力和摩擦力。污泥顆粒在斜板區沉降過程決定于混合液沿垂直向上方向的沖擊力和污泥顆粒的重力之差。因此斜板傾角較大時，沖擊力較大，不利于顆粒沉淀。絮凝體沿斜板的下滑過程則是自身重力、 混合液的沖擊力沿斜板方向的分力和摩擦力的共同作用結果。 污泥絮體的粘性比顆粒狀泥沙及其絮凝體大，加之斜板區的污泥濃度高，故斜板傾角較小時，其自身重力沿斜板方向的分量不足以抵消其他力沿該方向的合力而不能向

13、下滑動。3.2沉淀池的位置與外形在氧化溝內由于受到彎道的影響， 在直流段兩端及溝的內外側和溝中間的混合液流速都是不均勻的， 在不改變氧化溝的進水量及沉淀池表面負荷的前提下， 將沉淀池置于氧化溝直流段的中后段外側， 污泥沉淀效果最好。氧化溝設置沉淀池后， 該段過水斷面的流態發生了變化， 在沉淀池的底部前端混合液的流動發生了突縮變化， 在沉淀池后端混合液的流動發生了突擴的變化。 因此，在沉淀池前后的混合液流動紊動程度較大，屬于紊流。另外，在沉淀池的底部混合液的過流斷面變小、流速變大，如果過流斷面過小，則此處混合液的流動成為急流。當急流不能維持在臨界水深以下時，則混合液在流過沉淀池的底部后，便向超過

14、臨界水深的緩流進行突變，將產生水躍。此外，水頭損失與速度有關，當急流的速度大于緩流的速度而底坡不足以克服急流的磨擦損失時，急流也將以水躍的形式轉變為緩流。因此，為了減小突縮和突擴形成溝內旋渦區和影響污泥沉降， 將沉淀池的迎水面擋板制成船頭型， 縮小沉淀池的外寬， 使氧化溝內的混合液能同時從沉淀池的底部和側面流動。 另外在生產應用中， 將氧化溝的橫斷面在沉淀區一段加寬或加深也是一種可取方案。在實際應用中， 氧化溝的結構通常根據場地、 曝氣設備等條件來確定。對于氧化溝內合建的沉淀池而言， 其長寬在氧化溝限定的范圍內。由于受到彎道的影響， 在溝直流段兩端及溝的內、外側及溝中間的混合液流速都是不均勻的

15、， 因此沉淀池的長與寬是決定沉淀池下部的壓力分布是否均勻的主要因素之一。 在不改變氧化溝的進水量及沉淀池表面負荷的前提下，試驗中將沉淀池長寬比 L/B 對出水 SS值的影響進行了考察，結果如圖 4 所示。從圖 4 中可以看出，當 1.5 L/B4.0 時，沉淀池的沉淀效果較好；而當 L/B4.0 或 L/B 1.0 時，沉淀效果較差。最佳長寬比為 1.5 4.0 。分析其原因：當長寬比值較小時， 沉淀池內在寬度方向上和在氧化溝溝寬方向上流速的分布是不均勻的，因而出水水質受到一定的影響。當長寬比值較大時， 雖然寬度方向上影響小， 但在池長方向上受到的影響增大，因而出水水質還是受到一定的影響。3.

16、3污泥濃度與污泥齡由于污泥的沉速隨懸浮固體濃度MLSS的增加而減小，因此在相同 SVI、相同表面負荷率的條件下， MLSS越高則出水 SS越高。為維持一定的出水水質，隨著 MLSS的增加應相應降低表面負荷率。污泥齡是決定污泥沉降性能的重要因素。 污泥齡過短，細菌處于對數增長期，能量較高，不易沉降；而污泥齡過長， 污泥容易微細化，因此應根據試驗選擇合適的污泥齡。試驗中將污泥齡控制在 1030 d。4 結論從以上斜板沉淀池在一體化氧化溝中的固液分離效果和內部混合液的流態試驗，可得出以下結論：與氧化溝合建的斜板沉淀池效率比一般二沉池高， 水力停留時間 30 min ，出水 SS值 38 mg/L 。

17、斜板下部設有特殊的過渡區， 具有良好的消能和調整流態的作用，可使斜板沉淀區的流態快速從紊流轉變為層流，達到最佳沉淀效果，沉降過程不受溝內主流的影響。斜板間的固液分離過程是自由沉淀、絮凝沉淀、污泥懸浮層的過濾和捕獲以及污泥層下滑過程的共同作用。影響沉淀效果的因素有斜板傾斜角度、沉淀池的位置與外形、污泥濃度和污泥齡。新型高效復合混凝劑PFCG簡介1 概述隨著我國人口的增長和工農業的發展，尤其是化學工業的發展，環境問題日益突出。工業廢水和生活污水的大量排放，已經對水體造成了嚴重的污染， 對國民經濟的發展和人們生活與健康造成了嚴重的影響。治理水體污染，保護環境，已經成為我國的一項基本國策。利用混凝凈水

18、劑對工業廢水進行凈化處理是水處理中最常采用的一種方法。高效復合混凝劑PFCG等無機高分子凈水劑是河南大學環境工程設計研究中心李明玉博士等研制成功的。項目組于 90 年代初開始了用鋁土礦和含鐵工業廢渣等為主要原料研制聚合鋁、 鐵等無機高分子凈水劑的研究工作， 近十年來經過我們的不懈努力， 先后開發研制了聚合氯化鋁 PAC、聚合硫酸鐵 PFS、聚合氯化鐵 PFC等聚鋁鐵混凝劑系列產品。 經對原聚合氯化鐵進行改進， 又研制了改性聚氯化鐵和高效復合混凝劑 PFCG，并成功地進行了中間試驗。在水處理過程中，用中試產品處理噸水成本的性能價格比， 明顯優于目前市場上的聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁。 此外，項目組開

19、發研制的最新復合凈水劑系列產品 LMY-X，具有較低的成本、更簡單的生產工藝和很好的水處理效果，非常適用于低溫低濁原水除濁、印染廢水脫色、高濁度工業廢水和造紙中段水等處理。 該新型高效無機高分子凈水劑的研制成功和在水處理中的應用，將有力地推動我國環保事業進一步向前發展。2 產品應用范圍高效復合混凝劑 PFCG和 LMY系列凈水劑是繼聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵之后的新一代高效無機高分子混凝劑。它的應用范圍廣闊，既可以用于城市自來水原水的凈化（ LMY系列），又可以用于各種工業廢水 ( 皮革、造紙、油田、印染、味精、制藥、日化、煉油、酒類以及其它許多化工生產過程中排放的廢水 ) 、城市綜合污水和污泥脫

20、水的處理。具有去除 CODCr、BOD、SS、降低色度和除去重金屬等作用。3 產品特點(1) 高效復合混凝劑 PFCG作為一種新型混凝劑， 在水處理的應用中具有明顯的優越性。 它與一般的無機混凝劑硫酸鋁、 硫酸亞鐵、明礬和聚合氯化鋁等相比， 具有對原水質的 pH 要求寬，混凝能力強，沉降速度快，生產成本低的優點。(2) 高效復合混凝劑 PFCG安全無毒，不產生二次污染。 與鋁系混凝劑相比，由于鋁系列混凝劑 ( 包括目前普遍采用的聚合氯化鋁混凝劑 ) 的水相轉移較嚴重，經其處理的水中 Al 3的殘留不僅會對水生生物有害，而且對人體健康非常不利。研究表明，當人們的飲用水( 如地下水或經鋁系混凝劑處

21、理的自來水 ) 中含鋁時，若長期飲用將會造成人體的老年性癡呆等。 發達國家已經明令禁止鋁系混凝劑在飲用水中的應用，美國國家標準協會將鋁化合物列入有毒物品。 在我國鋁系混凝劑的發展也將隨著國民環保意識的增強而受到限制， 尤其在飲用水的處理中。 另外，鋁系混凝劑在使用過程中所產生的高含鋁混凝沉降物必將對環境造成二次污染。 總之，鋁鹽混凝劑的使用所產生的環境效應可以概括為四個方面： 對水生生物的毒性 : 當水中鋁含量在 0.10.5mg/L 時，即可使蛙魚和草魚仔魚等水生生物死亡。 在農業上，大量含鋁污泥處置和含鋁處理水的排放，會使環境土壤中鋁含量增加，從而抑制植物根部生長，使植物葉黃和脫落。 鋁對

22、人體的毒性，臨床表現為鋁性腦病（老年性癡呆）、鋁性骨病（骨質疏松）和鋁性貧血； 在污水的生化處理過程中，鋁對活性污泥和生物膜中的微生物的毒性效應。但是，對高效復合混凝劑 PFCG而言，在用高效復合混凝劑 PFCG處理過的水中 Fe3- 的后移很少，不會對人體和環境造成影響。(3) 高效復合混凝劑 PFCG在某些工業廢水的治理中還優于聚丙烯酰胺 PAM等有機混凝劑，并且用高效復合混凝劑 PFCG代替聚丙烯酰胺后，同樣也避免了 PAM降解后在水中殘留的單體 AM對人體的危害 (AM 對人體和其它生物有致癌作用 ) 。故從性能、安全、衛生、環保方面考慮，用 PFCG代替其它混凝劑，是混凝劑的最終發展

23、方向。4 產品的市場前景采用混凝劑對工業廢水、工業用水和生活飲用水進行混凝處理，是治理污染、 水源凈化的一條非常重要途徑。凈水劑為有機與無機二大類。對于有機絮凝劑，生產成本一般較高，且有機絮凝劑( 如聚丙烯酰胺 ) 的降解單體對水體造成二次污染，因此有機絮凝劑在水處理中的應用受到限制， 尤其是在生活飲用水的處理中受到控制；對于無機混凝劑，有鋁鹽、鐵鹽、聚鋁和聚鐵，其中單純的鋁鹽和鐵鹽由于混凝性較差很少采用， 早已被聚鐵鹽和聚鋁鹽取代。對于聚鐵鹽（高效復合混凝劑PFCG）而言，在性能、價格和環保方面，聚鐵具有廣闊的市場前景，表現在以下幾點：(1) 首先在性能上，聚鐵具有在混凝過程中形成的礬花大和

24、沉降速度快等優點，對廢水的處理范圍廣闊（造紙、印染、制革、制藥和化工等）， pH適應范圍廣。(2) 其次在價格上，利用工業廢渣或礦渣生產的高效復合混凝劑 PFCG成本低，以有效鐵含量量為 11%左右的產品為例，原料成本價約為 300 元/ 噸，市場價 1000 元/ 噸。而聚鋁含氧化鋁 29%(折合鋁 15%左右 ) 成本價在 1000-1200 元/ 噸左右，市場價約為 2000 元/ 噸。處理噸水成本時 , 高效復合混凝劑 PFCG具有更優的性能價格比和很強的市場競爭力 .(3) 最后在環保方面，由于聚鋁其它鋁系凈水劑的使用會在水體中殘留一定量的鋁， 對環境造成二次污染， 因此在工業廢水處

25、理中受到限制，尤其是在生活飲用水凈化中， 聚合氯化鋁等鋁系混凝劑將會隨著人們環境和健康意識的提高而受影響。總之， PFCG作為一種新型、高效、無二次污染的無機高分子混凝劑 , 因它具有以上特點優點 , 用發展的眼光看 , 它將逐漸取代聚合鋁等凈水劑 , 具有很強市場競爭力的聚鐵的市場份額會逐漸擴大。5 工藝特點及流程現有工藝方法：目前市售聚合硫酸鐵的生產方法是用硫酸亞鐵為主要原料 , 主要通過催化氧化法生產的。 在生產過程中 , 采用亞硝酸鈉和氧氣分別為催化、氧化劑。生產過程屬于氣液相反應 , 反應時間長 , 為加快反應需要高溫、 高壓、噴霧等。其工藝復雜 , 生產周期長 , 設備投資大 ,

26、因而產品成本較高。 另外 , 在生產過程中有氮氧化物排放 , 而且在聚合硫酸鐵產品中含有亞硝酸鹽致癌物 , 對環境造成二次污染。若用氧化劑直接對硫酸亞鐵進行氧化 , 盡管工藝簡單 , 但氧化劑消耗量大 , 生產成本較高。本工藝特點：我們研制的高效復合混凝劑 PFCG的生產方法是以含鐵工業廢渣 （如硫酸廠排放的廢渣硫鐵礦燒渣、 天然鐵沙或平爐塵等）為主要原料，只需經過酸溶、水解和聚合。所需原料充足、價廉易得，生產過程中無需催化、氧化 , 藝簡單、易于操作、周期短、投資費用少 , 生產成本低。本方法生產的高效復合混凝劑 PFCG產品 , 在高濁度原水和造紙廢水等水處理過程中 , 性能價格比明顯優于

27、市售聚合鐵和聚合鋁。工藝流程： ( 略)6 混凝機理及質量指標6.1 混凝機理高效復合混凝劑 PFCG是三價鐵和氫氧化鐵的中間水解產物，通過羥基橋聯成為多核配合物， 然后核大量增加而形成無機高分子聚合物。在 PFCG產品中，存在著單體、低聚體和高聚體，一般可以用通式 Fe 2(OH)n (Cl) n-1/2n m表示。它是一種膠體溶液，隨高鐵含量的增加，膠體電荷增大，對重金屬離子的吸附能力增強，能使 COD、BOD、SS、色度等在更大 pH范圍內有效的降低。其凈水機理是基于雙電層電學的物理凝聚理論以及懸浮物和溶液之間的化學凝聚理論。 它對水中懸浮物的混凝作用， 是由于其在水解過程中產生的多核配合物，