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斜板沉淀池在一体化氧化沟中的应用研究
作者：王秀蘅 孙卫东 刘俊新 李玉华 转贴自：土木工程学会水工业分会排水委员会第四届第一次年会
氧化沟由于其构造简单和运行管理简便已发展成为污水生物处理的主要方法之一。为了适应防止水体富营养化的要求，经过适当的调整和改造，氧化沟在去除污水中有机污染物的同时，还可完成生物脱氮和除磷[1～3]。因此，氧化沟被各国广泛采用。在我国，氧化沟的研究和应用也日益增多。一体化氧化沟（Integrated Oxidation Ditch，略作ICOD）是将沉淀池与氧化沟合建，无单独的污泥回流系统，基建投资和运行费用均较低，并在一定程度上弥补了传统氧化沟占地大的缺点。由于污泥回流及时，减少了污泥膨胀的可能。
氧化沟内水深多在2m以内，目前也有达到3～4.6m深的。为了避免污泥沉积到沟底，沟内混合液的循环流速应大于0.3 m/s，通常为0.3～0.5m/s[4]。这就使得沟内循环的混合液具有较高的动能。由于受氧化沟结构和运行方式的限制，氧化沟合建的沉淀池应满足：
（1）沉淀池与氧化沟的容积比尽可能小；
（2）削减进入沉淀区的混合液的能量，以保证高效沉淀。目前应用较多的有BMTS式和船式[5，6]。斜板沉淀池由于池深浅，占地少，固液分离效果好，已在常规污水处理中广泛应用。1995年，在丹麦进行了将斜板沉淀池置于一体化氧化沟内的生产性试验[7]。由于一体化氧化沟的结构和流体力学特性，普通斜板沉淀池需要在结构方面加以改造才能在氧化沟内发挥作用，特别是沉淀池进口处对混合液的消能作用。
1 原理与试验装置
1.1 基本原理
污水中悬浮物沉淀过程一般被分为四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压缩。在二次沉淀池中，自由沉淀过程比较短促，很快就过渡到絮凝沉淀和集团沉淀。
自由沉淀的球形固体颗粒的沉淀规律符合Stokes定律。其沉速等于[8]
 (1)
式中：us— 自由沉淀颗粒沉速(m/s)；
ρs—颗粒密度(kg/m3)；
ρ— 液体密度(kg/m3)；
u — 液体流速(m/s)；
d — 颗粒粒径(m)；
μ— 流体动力粘性系数(N.s/m2)。
活性污泥絮凝沉淀速度与污泥的体积浓度有关[9]：
uh=uj(1-Cv)m (2)
式中：Cv — 污泥体积浓度。
n — 污泥参数常量。
Vesilind得出絮凝沉淀公式如下[10]：
μh=μs·e-n·MLSS (3)
式中： μh———絮凝沉淀速度（m/s）。
MLSS——污泥浓度（kg/m3）；
n———污泥参数常量。
对于集团沉淀，其沉淀初期，泥水之间有清晰的界面，絮凝体结成整体共同下沉，沉速固定不变，仅与初始浓度C有关，[u=f(c)] ，对于污泥浓度为2000mg/l左右的生活污水，u≤0.5mm/s。
Dick等人得出的集团沉淀速度与固体浓度之间的关系可用下式表示[11]：
μ＝gC-h (4)
式中g、h为经验常数。
斜板沉淀池使用水平倾角为α的斜板将面积为A1的沉淀池分为n层， 则水流的总沉降面积为：
A=nA1·cosα (5)
从理论上计算其过水能力提高了ncosα倍。同时，在普通沉淀池中加设斜板能够：缩短颗粒沉降深度；改善水流状态（增大湿周，减小水力半径，从而既降低水流的雷诺数Re，又提高弗鲁德数Fr），为颗粒沉降创造了最佳条件。这样就能够达到提高沉淀效率，减小池容的目的。
1.2试验装置
试验装置如图1所示。氧化沟主体和斜板沉淀池模型均用有机玻璃制作。污水由高位水箱经转子流量计流入氧化沟中，并迅速与沟内原有混合液混合。经多次循环处理后，与进水等量的混合液在沉淀池内固液分离，经出水堰排出。
由于试验模型较小，没有适当规格的曝气转刷可以安装，所以在氧化沟的一端转弯处设一台搅拌机推动混合液在沟内循环流动，搅拌浆的形式类似于曝气转椎，在平面圆盘上固定6片浆板。搅拌机的转速在100～250转/分钟之间调节。鉴于搅拌机的供氧能力有限，在进水口前设置一充氧泵。氧化沟模型长0.8m，设有沉淀池的廊道宽0.1m，另一廊道宽0.07m，有效水深0.3m，有效容积41L。
试验中采用斜板沉淀池作为沟内合建的沉淀池。其迎水面制成坡形，防止沟内混合液在沉淀池前由于截面突缩出现旋涡流。在斜板底部设置双层穿孔板作为过渡区，以消耗混合液上升时挟带的动能。沉淀池出水堰口为锯齿型，保证出水均匀和各个斜板间布水均匀，负荷相等。沉淀池底部长0.20m，宽0.05m ，距沟底0.05m，侧面廊道宽为0.05m。沉淀池容积占氧化沟总容积的6.13%。
1.3试验条件
试验共历时9个月，污水取自哈尔滨市马家沟河，水质情况如表1所示，为典型的城市污水。处理水量0.6～7.8L/h，温度基本随季节而变，为10～27℃。污泥浓度MLSS 2～2.8g/l，MLVSS 1.4～1.9g/l。水质与污泥指标采用标准方法检测。
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