主要结构参数对污泥淤砂分离器分离效能的影响

林于廉 １王静 １晏鹏 ２，３吉芳英 ４陈猷鹏 ２，３郭劲松 ２，３张红 ２，３李勇志 ２，３张雷 ２，３

(1)重庆建筑工程职业学院 400072；重庆绿色智能技术研究院中国科学院 400714.重庆中国科学院水库水环境重点实验室 400714；重庆大学生态环境教育部重点实验室 ４０００４５）

为了优化污泥砂分离器的结构，重点讨论了污泥砂分离器的主要结构参数（底流直径）du和溢流直径do ）影响污泥砂分离器的分离效率。试验结果表明，随着溢流口直径的减小或底流口直径的增加，底流污泥ρ(MLVSS)/ρFVSS有机质富集率(MLSS)逐渐增加 、FISS的淤砂富集率逐渐降低η逐渐增加。富集除砂所需的溢流口和底流口直径与分离效率高所需的溢流口和底流口直径不一致。在实际操作中，应选择合适的溢流口和底流口直径，以提高分离器的分离效率，并优先考虑富集排砂。

关键词 溢流口直径 底流口直径 活性污泥 污泥砂分离器 旋流分离 分离效能

活性污泥工艺已成为世界上较重要的污水处理方法 ［１，２］ 。活性污泥的主要成分是生物质、内源代谢物和惰性有机物，包括金属离子、化学沉淀和进水 的 砂 ［３，４］ 。这 些 无 机 物 是 不 能 生 物 降 解 在污泥絮体中积累并影响污染物的去除。混合物挥发性悬浮固体浓度与活性污泥中混合物悬浮固体浓度的比值ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)0.7左右。但在我国，大部分地区的城市污水处理厂都有活性污泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)一般较低，通用 常 只 0.3~0.55 。这种现象在进水含砂量高的山地城市尤为突出；这些活性污泥不仅含有与生物基质相关的无机物质，还含有大量的特殊细砂 ［６］ 。活性污泥中有大量的特殊细砂，不仅影响污水处理效果，而且聚集在活性污泥中，加速设备磨损，增加运行维护成本。如何实现活性污泥中有机质与无机砂的分离，已成为污水处理系统亟待解决的问题。美国 Usfilter公 司 的 专 利 设 备 Solids separa-tion Module(污泥选择 选择分离器)实现污泥中的分离 机器与惰性无机分离 ［７］ 。但到目前为止，中国还没有关于相关技术研究和应用的报道。为此，研究小组根据旋流分离模型和原理 ［８～２０］ 开 发了 根据污水处理厂生物污泥与特殊细砂的密度和粒径差异 ［２１］ ，并实现了低ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)污泥生物基质与污泥淤砂的分离值。前期研究发现，分离器的主要结构参数(底流口和溢流口直径)影响污染 泥 淤 砂 分 离 器 分 离 效 能 的 重 要 因 素 ［２２］ 。

因此，本文将重点讨论污泥砂分离器主要结构参数对特殊细砂分离效果的影响，为污泥砂分离器的结构优化奠定基础。

１ 试验材料及试验方法

１．１ 系统和运行模式

污水处理 厂 活 性 污 泥 淤 砂 分 离 系 统 如 图 １ 所示 ［２２］ ：储泥箱(含污泥搅拌器)、污泥砂分离器、污泥泵（额定排量5） ｍ３ /h)，电磁流量计(KDLD-25电磁流量计，0~10设定量程 ｍ３ /h，0.5级/h，压力表(YPF) 型压力表，额定量程 由0~0.4MPa、由阀门等部件组成，核心设备为自主开发的污泥淤砂分离器。在试验过程中，污水处理厂将污泥泵入带污泥搅拌机的储泥箱，通过调节阀控制污泥混合物进入污泥砂分离器的进料压力。在试验过程中，污水处理厂将污泥泵入带污泥搅拌机的储泥箱，通过调节阀控制污泥混合物进入污泥砂分离器的进料压力。在试验过程中，污水处理厂将污泥泵入带污泥搅拌机的储泥箱，控制污泥混合物进入污泥砂分离器的进料压力。污泥混合物通过分离器分离为溢流污泥和底流污泥。

底流污泥输送至污泥脱水机脱水，溢流污泥返回生物反应池。

１．２ 试验方法

试验采用 的 污 泥 淤 砂 分 离 器 的 主 要 结 构 参 数为：筒体直径为 ７５ 筒体长mm 度为 １００ 溢流管的插入深度为88mm，锥角为20°，直径为8mm和10 ｍｍ、１３ ｍｍ、１５ ｍｍ 的 底 流 口，直 径 15mm，18mm，20mm，22mm，25mm 分离溢流口和沉淀物 器 结 构 如 图 ２ 所 示。在 进 料 压 力 为 0.2MPa底流直径通过固定溢流管直径改变（１５、１３、１０、8)或固定底流直径以改变溢流直径（２５、２２、２０、１８、15)污泥砂分离器的分离效率受溢流直径do和底流直径du的影响。

１．３ 试验污泥

重庆某污水处理厂(60天处理水量)试验污泥 万 ｍ３ ）二 沉 池 回 流 污 泥。试 验 所 用 污 泥 的ρ(MLSS)，ρ(MLVSS)/ρ和 SVI(污泥体积指数)分别为 １２ｇ／Ｌ、０．３９ 和 42.可见：污水处 理 厂 污 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS) 于 较 低状态。

１．４ 项目和方法

检测项目：

ρ(MLVSS)，ρ(MLSS)，流量，压力。ρ(MLVSS)，ρ(MLSS)参照《城市污水处理厂污泥检测方法》 ［２３］ 从电磁流量计和压力表中直接读取流量和压力。

１．５ 分离器分离效率评价指标

污泥有机质富集率、污泥富集率和分离效率是评价污泥分离器分离效率的指标。

(1)FVSS污泥有机质富集率 。污泥有机质富集率定义为溢流污泥有机质含量与底流污泥有机质含量之比，反映了溢流污泥中污泥有机质的富集度。计算公式见（1）

２ 结果与讨论

２．１ 溢流直径对分离器分离效率的影响

２．１．１ 溢 流 口 直 径 对 底 流 污 泥

ρ(MLVSS)/ ρ影响污泥的(MLSS)ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)污泥中的有机组分和无机组分(包括特殊组分) 细砂）相 对 含 量 的 指 污泥分离器分离效果较直观的参数是标准(衡量污泥活性的重要指标)。分离器分离后，污泥通过底流出口排出。底流污泥的无机污泥含量越高(底流污泥)ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)越低 砂 更 为 有 利，因 此，底 流 污 泥 的ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)是衡 量 分 离 器 除 砂 效 果 的 重 要 参 数。底流污泥溢流直径 ρ(MLVSS)/ρ影响(MLSS)

如图3所示，底流污染随直径的减少而减少，底流污染 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)呈 现 逐 渐 增 加 的 趋势，在不 同 的 底 流 口 直 径 下 呈 现 出 相 同 的 规 律。底流口直径 １５ ｍｍ 例如，以溢流径为例 ２５ ｍｍ变化 到 １５ ｍｍ 过 程 中，其 底 流 污 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)从 ０．２６ 逐 渐 上 升 到 ０．３３。底 流 污 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)表越高 示其含砂量 越 低。因此，降低溢流口直径不利于系统富集排砂。

２．１．２ 溢流直径对富集率的影响

ＦＶＳＳ 、FISS反映了溢流污泥中污泥有机质的丰富性和污泥的丰富性 无 机 物 在 底 流 污 泥 中 的 富 集 程度。ＦＶＳＳ 、FISS与溢流直径的关系见图 ４。从图 4.FVSSS 、随着溢流口直径的降低，FISS两者都呈现出逐渐减少的趋势。底流直径13mm 例如，溢流口直径为25mm 变化到１５ｍｍ 在这个过程中，FISS和FVSS被划分 别 从 １．３４ 下 降 到 １．１６ 和 从 １．７３ 下 降 到１．２８。从其变化趋势可以看出，溢流直径对FISS和FVSS的影响不同 是的，FISS和FVSS的下降幅度分别为13.4%和26.0%，FVSS的下降幅度基本上是FISS。因此，溢流直径对FISS的两倍影响更大 FVSS溢流口的直径在丰富溢流污泥中的污泥有机质中起着重要作用。

２．１．３ 溢流直径对分离效率的影响

污泥淤砂分离器的分离效率η特别是污泥无机成分进入污泥砂分离器底流部分

它是直接反映污泥砂分离器分离效率的较重要参数。图5显示了溢流直径对分离效率的影响。随着溢流直径的不断降低，分离效率 率η趋势逐渐增加，趋势逐渐增加 直 径１３ｍｍ 例如，以溢流径为例 ２５ ｍｍ 变化到 １５ 在mm的过程中，分离效率η从25.9%逐渐上升到上升 ４２．９％。因此，降低溢流直径有利于提高分离效率，但降低溢流直径 不 利 于 底 流 污 泥 中 砂 的 富 (FISS底流污染逐渐减少 泥ρ(MLVSS)/ ρ(MLSS)逐渐升高。这种现象主要是由于溢流口直径减小，大量污泥从底流口排出，分离效率高η底流污泥含量的增加完全是由于底流污泥含量的增加，而不是底流污泥含量的增加。这一现象表明，富集除砂所需的溢流口直径与分离效率高所需的溢流口直径不一致。由于污泥分离器的工作目标是将污泥富集在底流污泥中，从而实现污泥的富集排放。

因此，在实际操作中，应首先选择合适的溢流直径

确保底流污泥较低ρ (MLVSS)/ρ(MLSS)，然后考虑更大的分离效率。

２．２ 底流直径对分离器分离效率的影响

２．２．１ 底 流 口 直 径 对 底 流 污 泥

ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)影响图6显示底流污泥的底流直径ρ(MLVSS)/ρ可以看出，随着底流口直径的增加，底流污泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)在不同的溢流直径下，在不同的溢流直径下呈现相同的规律。溢流口直径15mm 例如，底流直径为8mm 变化到１５ｍｍ 在这个过程中，底流污泥在这个过程中ρ(MLVSS)/ρ(MLS)0.24 逐 渐 上 升 到 ０．３３。底 流 污 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)含砂量越低。因此，底流口直径的增加不利于系统排砂的丰富。此外，在此过程中，底流污泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)底流污泥急剧上升ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)因此，底流污泥对底流的直径增加了37.5%ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)的影响很大 显 着。因 此，底 流 口 直 径 是 影 响 底 流 污 泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)重要参数。

２．２．２ 底流直径对富集率的影响

ＦＶＳＳ 、FISS和底流 口直径的关 系见图 ７，可以 FVSS 、随着底流口直径的增加，FISS两者都呈现出逐渐下降的趋势。溢流口直径20mm 例如，溢流口直径为8mm 变化到 １５ ｍｍ FISS和FVSS分别从1.33下降到1.33.从1.82下降到1.82.43。从其变化趋势可以看出，底流直径对FISS和FVSS有不同的影响 FISS和FVSS 下 降 幅 度 分 别为８．２％和 21.4%对FISS的影响较小，对FVSS的影响较大。底流直径对污泥有机质的丰富起着重要作用。

２．２．３ 底流直径对分离效率的影响

图8显示了底流直径对分离效率的影响。η随着溢流口直径的逐渐增加 １５ ｍｍ 例如，底流直径为8 ｍｍ 变 化 到 １５ ｍｍ 过 程 中，分 离 效 率η从23.4%逐渐上升到41.1%。因此，底流直径的增加有利于提高分离效率，但底流直径的增加不利于底流污泥中砂的丰富性（FISS底流污泥逐渐减少）ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)逐渐升高。这 时 由于底流污泥中砂含量的增加，分离器分离效率的提高。富集除砂所需的底流直径与高分离效率所需的底流直径不一致，就像溢流直径对分离效率和底流污泥富集率的影响一样。因此，在实际操作中选择合适的底流口直径非常重要，既能保证除砂富集，又能达到较高的分离效率。

３ 结论

(1)底流污泥溢流直径和底流直径的变化ρ(MLVSS)/ρ(MLSS) 、ＦＩＳＳ和 分 离 效 率 两者都是影响污泥砂分离器分离效率的主要结构参数。

(2)底流污泥ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)呈现 逐 渐 增 FVSS 、FISS呈逐渐下降趋势，分离效率η呈逐渐增长的趋势。

(3)除砂所需的溢流口和底流口直径与分离效率高所需的溢流口和底流口直径不一致。

由于污泥砂分离器的工作目标是丰富底流污泥中的污泥，实现污泥的丰富排放。因此，在实际运行中，应选择合适的溢流口和底流口直径，以提高分离器的分离效率。

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