浅谈城市污水深度处理工艺
摘要:污水进行深度处理的目的,是进一步去除二级处理水中的悬浮物(SS)、溶解性有机物(BOD5)、氮以及致病微生物等污染物质。城市污水深度处理的基本单元技术有混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒等。本文将对其中的三个单元:混合、絮凝、沉淀工艺进行论述和比较。
关键词:混合 絮凝 沉淀 1 前言
城市污水经二级生化处理后,虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除,但还残留有难生物降解有机物、氮、不可沉淀的固体颗粒、致病微生物以及无机盐等污染物质。对污水进行深度处理的目的,是进一步去除二级处理水中的悬浮物(SS)、溶解性有机物(BOD5)、氮以及致病微生物等污染物质。城市污水深度处理的基本单元技术有混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒等。本文将对其中的三个单元:混合、絮凝、沉淀工艺进行论述和比较。
2 混合
混合是原水与混凝剂进行充分混合的工艺过程,是进行絮凝和沉淀的重要前提,混合是混凝剂的水解产物迅速混合到水体的每一个细部,并使水中胶体颗粒脱稳的过程。
混合的方式有很多种,常见的混合方式有管式静态混合器混合、
机械混合、直列式混合器混合等。
（1）管式静态混合器混合:管式静态混合器混合是在管道内设置多节固定叶片,使水流产生涡流反应,同时产生涡旋反向旋转及交叉流动,从而获得混合效果。它的优点维护管理方便,不需土建构筑物,在设计流量范围内混合效果较好,不需外加动力设备;其缺点是运行水量变化对混合效果的影响很大,水头损失大,混合器构造较复杂,适用水量变化不大的水厂[0]。
(2)机械混合:依靠外部机械供给能量,使水流产生紊流,它的优点是水头损失较小,适应各种流量变化,能使药剂迅速而均匀的扩散至水体中,同时使胶体颗粒脱稳。缺点是增加相应的机械设备、需消耗电能、同时也相应增加了机械设备的维修及保养工作,管理维修比较复杂。需要建混合池,增加占地,应用较少。
(3)直列式混合器混合:它是利用水流通过列管产生高频漩涡,使数种物料充分混合,它混合效果好、对水量、水质的变化适应能力强。构造简单、制作安装方便、水头损失较小,较常规混合方式可节约药剂20％～30％,运行费用较低。直接安装在管道上,不占地。直列式混合器在设计中引入了流体微水动力学原理来控制混合微观过程和宏观过程,在相同的水头损失下,大大提高了直列式混合器混合效果。研究结果表明:直列式混合器比一般混合器能够提升混合效率和混合效果一倍以上。它的主要原理是使水流通过列管时,在边界层的作用下,产生系列涡旋,并在其后的空间衰减,产生高频涡流,从而使混凝剂复
杂的水解产物与原水中的胶体颗粒得到充分混合。直列式混合器采用不锈钢材质,具有强度高,耐腐蚀性强,外型美观,安装方便、混合快速高效、低能耗等特点。
3 絮凝
絮凝过程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞,从而形成较大的絮粒,以适应沉淀分离的要求。为了达到完善的絮凝效果,必须具备两个主要条件:一是具有充分絮凝能力的颗粒;二是保证颗粒获得适当的碰撞接触而又不致破坏的水力条件。根据水质、水量、净水工艺高程布置、沉淀池形式及维修条件等因素确定絮凝池的形式,其形式很多:折板絮凝池、机械絮凝池、网格絮凝池、星形絮凝池等多种形式。
(1)折板絮凝池:它是利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态,使能量损失得到充分利用,能耗降低,停留时间有所缩短。折板絮凝具有多种型式,常用的有多通道和单通道的平折板、波纹板等。折板絮凝池可布置成竖流式或平流式,目前多采用竖流式,其絮凝效果较好。折板主要缺点是絮凝不充分,形成矾花颗粒较小、细碎、比重小,沉淀性能差,造价较高,水力负荷差,适于水量变化不大的水厂。
(2)机械絮凝池:机械絮凝池的优点为絮凝效果较好、水头损失较小、絮凝时间约为12～15分钟。由于增加了机械设备,搅拌桨的转速
调整可适应不同的水量和水质,但对机械设备质量要求较高、机械设备维护量大、管理比较复杂、机械设备投资高、运行费用大。
(3)网格絮凝池:是应用紊流理论的絮凝池。絮凝池分成许多面积相等的方格,水流上下交错流动,直至出口,在全池约三分之二的分格内,垂直水流方向放置网格或栅条,在水流通过时,形成了良好的絮凝效果。但当水量发生变化时将影响絮凝效果,根据已建的网格和栅条絮凝池的运行经验,还存在末端池底积泥现象,少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。
(4)星形絮凝池:星形絮凝设备主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应,改变隔板的结构形式,同时改变翼片的形式,改变水流流经翼片附近的流态,更加增强了翼片控制能力,在不同的水流空间,当水流流经翼片后,在周围短时间会形成准均匀各向同性紊流,紊流中夹带了大量尺寸、强度一定的微小涡旋,在不断的流动过程中,茹可夫斯基升力的作用导致涡旋离开原位置并进行彼此碰撞,加大了颗粒的有效碰撞次数,有效地提高了絮凝效果。絮体颗粒碰撞、吸附,絮体本身产生强烈变形,使絮体中吸附能级低的部分由于变形揉动作用从而达到更高的吸附能级,并在通过设备后絮体变得更加密实,提高絮凝效果,缩短絮凝时间。由于星形絮凝池絮凝过程的可控程度提高,在水质难处理期,仍可达到理想的絮凝效果,对微污染水质,只要污染不是很严重,应用絮凝沉淀工艺完全能够达到处理要求。星形絮凝设备采用改性PVC,导流机构截面为星形,设置1～3片翼片,用防水胶粘
结,无螺丝等紧固件。具有强度高、耐腐蚀性强、外形美观、安装方便、絮凝效果好、低能耗、絮凝时间短等特点。
4 沉淀
水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程,它能去除80％～99％以上的悬浮固体,是主要的净水构筑物之一。沉淀池的常用形式有很多:平流沉淀池、斜管沉淀池、V形沉淀池等。
(1)平流沉淀池:它的优点是构造简单、操作管理方便、施工较简单,它的缺点是平面面积大、机械排泥设备维护较复杂、土建费用高、沉淀效率低。
(2)斜管沉淀池:它占地面积小、沉淀效率高,但需要耗用较多的斜管、老化后需定期更换、增加运行费用、对原水水质变化的适应性较差,排泥效果较差。
(3)V形沉淀池:V形沉淀设备主要原理是综合利用沉淀机理和接触絮凝机理完成沉淀区中颗粒的分离过程。设备在充分利用沉淀机理和接触絮凝机理的基础上完成沉淀池中颗粒与水体的分离,通过对沉淀设备内水流流道的合理设置,在流道内部实现矾花重力同水流顶托力及相关作用力动态平衡,增强接触絮凝沉淀作用,使沉淀效果更佳。
该设备斜板材质为乙丙共聚,连接方式采用热熔焊接,连接牢固。它是根据浅池理论,利用设备截面差,造成沿重力方向的速度差,从而在上向水流的顶托作用下,斜板沉淀单元内部形成一定厚度的具有自我更新能力的絮体粒子动态悬浮泥渣层,利用接触絮凝和沉淀原理提高沉淀去除率及沉淀负荷。斜板的材料为乙丙共聚,它具有外部美观、表面光滑、有利于排泥、表面负荷高、上升流速大、沉淀效果好等特点,同时它继承了普通斜板和斜管的优点,也摒弃了两者的缺点。
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