污泥濃縮池設計

    1 緒論
污泥濃縮的主要目的是降低污泥含水率、減少污泥體積。濃縮減少的是污泥所含的間隙水，同時能改變其物理狀態，減少池容積和處理所需的投藥量，縮小用于輸送污泥的管道和泵類的尺寸，以便進一步處置利用。污泥濃縮的技術界限大致為：活性污泥含水率可降**97%~98%，初次沉淀污泥可降**85%~90%。濃縮方法分為重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮，其中重力濃縮應用**廣^[1]。
1.1 重力濃縮
重力濃縮是一種重力沉降過程，屬于分層沉降，依靠污泥中的固體物質的重力作用進行沉降與壓密。污泥濃縮過程中順次存在著自由沉降、絮凝沉降、區域沉降和壓縮沉降等過程。
重力濃縮的構筑物稱為重力濃縮池，按其運轉方式可以分為連續式和間歇式兩種。連續式主要用于大、中型污水處理廠，間歇式主要用于小型污水處理廠或工業企業的污水處理廠，也包括濕污泥地。連續式重力濃縮池的進泥與出水都是連續的，排泥可以是連續的，也可以是間歇的。當池子較大時采用輻流式濃縮池，當池子較小時采用豎流式濃縮池。豎流式濃縮池采用重力排泥，輻流式濃縮池多采用刮泥機排泥，有時也可以采用重力排泥，但池底應做成多斗。重力濃縮池一般采用水密性鋼筋混凝土建設，設有進泥管、排泥管和上清液排出管，平面形式有圓形和矩形兩種，一般多采用圓形^[2]。
重力濃縮法的優點為貯泥能力強，動力消耗小，運行費用低，操作簡便，但重力濃縮池占地面積較大，濃縮效果較差，濃縮后污泥含水率高，易發酵產生臭氣。此方法主要用于濃縮初沉污泥、初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。
1.2 重力濃縮池的結構特點
間歇式重力濃縮池是間歇進泥，因此，在投入污泥前必須先排除濃縮池已澄清的上清液，騰出池容，故在濃縮池不同高度上應設多個上清液排出管。間歇式操作管理麻煩，且單位處理污泥所需的池體積比連續式的大。
連續式重力濃縮池可采用輻流式、豎流式沉淀池的型式，一般都是直徑5~20m圓形或矩形鋼筋混凝土構筑物。采用輻流式沉淀池的形式，可分為有刮泥機與污泥攪動裝置的濃縮池、不帶刮泥機的濃縮池，以及多層濃縮池等三種。
有刮泥機與污泥攪動裝置的濃縮池其池底面傾斜度很小，為圓錐形沉淀池。池底坡度為0.01~0.1。進泥口設在池中心，周圍有溢流堰。為提高濃縮效果和減少濃縮時間，可在刮泥機上安裝攪拌裝置，刮泥機與攪拌裝置旋轉速度應很慢，不**于使污泥受到攪動，其旋轉周速度一般為0.02~0.20m/s。攪拌作用可使濃縮時間縮短4~5小時。有些刮泥機上設置有垂直的攪拌柵，當柵條隨刮泥機緩慢移動時（其線速度一般為2~20m/s），每條柵條后面可形成小渦流，有助于顆粒間的凝聚，并可造成空穴，可以破壞污泥網狀結構和膠著狀態，使其中的水分及氣泡容易分離，促進固體沉降，可提高濃縮效率20%。
如不用刮泥機，可采用多斗連續式濃縮池，采用重力排泥，污泥斗錐角大于55°，并設置可根據上清液液面位置任意調動的上清液排除管，排泥管將污泥從泥斗底部排除。中小型池多用重力排泥，一般不設攪拌柵條。
對于土地緊缺的地區，可考慮采用多層輻射式濃縮池。
當濃縮池較小時，可采用豎流式濃縮池。污泥由中心進泥管連續進泥，濃縮污泥通過橡皮刮板刮到污泥斗中，并從池底排泥管排出。澄清水由溢流堰溢出。濃縮池沿高程可大致分為三個區域：頂部為澄清區，中部為進泥區，底部為壓縮區。進泥區的污泥固體濃度與進泥濃度大致相同；壓縮區的濃度則愈往下愈濃，到排泥口達到要求的濃度；澄清區與進泥區之間有一污泥面，其高度由排泥量調節，可調節壓縮污泥的壓縮程度。
通常，重力濃縮池進泥可用離心泵，排泥則需要活塞式隔膜泵、柱塞泵等壓力較高的泥漿泵^[3]。
1.3 重力濃縮池的運行管理
選用重力濃縮池時要考慮污泥的種類、濃度和含水率等諸多因素條件，經計算設計好濃縮池后，在運行過程中還要加以管理，以延長濃縮池的使用壽命，保持其高效運行。結合實踐經驗，認為以下方法有助于重力濃縮池的運行管理。
（1）重力濃縮池連續運行時濃縮效果好。運行初期或污泥量少時，可以間歇運行。
（2）當連續排泥不能保證出泥的含水率要求時，采用間歇排泥法，其兩次排泥間隔在《給水排水設計手冊》中規定為8h。如果排泥間隔大于8h，將造成已濃縮了的污泥團因集中大量排放而導致再次被分散，破壞濃縮效果。此外，污泥在池內停留時間過長，易引起厭氧發酵，造成污泥上浮，特別是夏季，溫度較高，這種情況會更加明顯。故重力濃縮池排泥間隔時間定為6~8h。
（3）刮泥機長時間停轉，不僅會延緩污泥的濃縮過程，而且使濃縮后的污泥得不到及時排除，導致污泥腐敗。另外，環境溫度低于0℃時，還可能因為長期停機使池內結冰，造成刮泥機不能啟動，甚**凍壞池體。如池內有大塊異物阻礙刮泥機的運行，或有大批人員同時上機時，易造成刮泥機的超負荷運行，將導致設備的損壞。
（4）濃縮池池面及入口處的浮渣如不及時清除，不僅影響上清液的出流，而且還影響大氣的復氧作用，容易產生厭氧情況。另外，池走道上的雜物影響刮泥機的正常運行，不利于操作人員巡視。#p#分頁標題#e#
（5）由于長期停機，池內水分蒸發，污泥濃度增高，刮泥機再啟動時，靜負荷過大，所以開機時先點動，可以降低靜負荷，保護設備。
（6）重力濃縮池刮泥機的攪拌柵容易粘掛棉紗、塑料繩、袋等雜物，不及時清理，纏在柵條上，就起不到攪拌促進污泥濃縮的作用，使刮泥機不能繼續運行，污泥中的水分不能沿著攪拌柵導向上部，所以，操作人員應經常清理柵條上的雜物^[4]。
2總體設計
2.1 設計的原始數據
由二沉池排放的剩余污泥量：1400m³/d，含水率99.4%；污泥濃度：6g/L；初沉池排放的污泥量350m³/d，含水率96%，污泥濃度：40g/L；濃縮后污泥濃度為40g/L，含水率：96%。
2.2重力濃縮池的設計
本設計采用帶刮泥機的輻流式重力濃縮池。
2.2.1設計規定
（1）當進泥為初次污泥時，其含水率一般為95%-97%，濃縮后污泥含水率為92%-95%。
（2）當進泥為剩余污泥時，其含水率一般為99.2%-99.6%，濃縮后污泥含水率為97%-98%。
（3）當進泥為混合污泥時，其含水率一般為98%-99%，濃縮后污泥含水率為94%-96%。
（4）濃縮時間不宜小于12h，但也不要超過24h。
（5）濃縮池有效水深**低不小于3m，一般宜為4m。
（6）污泥室容積和排泥時間，應根據排泥方法和兩次排泥間時間而定，當采用定期排泥時，兩次排泥間隔一般可采用8h。
（7）集泥設施：輻流式污泥濃縮池的集泥裝置，當采用吸泥機時，池底坡度可采用0.003；當采用刮泥機時，不宜小于0.01。不設刮泥設備時，池底一般設有泥斗。泥斗與水平面的傾角，應不小于50度。刮泥機的回轉速度為0.75-4r/h，吸泥機的回轉速度為1r/h，其外緣線速度一般宜為1-2m/min。同時在刮泥機上可安設柵條，以便提高濃縮效果，在水面設除浮渣裝置。
（8）構造及附屬設施：一般采用水密性鋼肋混凝土建造。內設污泥投入管、排泥管、排上清液管，排泥管**小管徑采用150mm，一般采用鑄鐵管。
（10）上清液：濃縮池的上清液，應重新回到初沉池前進行處理。其數量和有機物含量參與全廠的物料平衡計算。
（11）二次污染：污泥濃縮池一般均散發臭氣，必要時應考慮防臭或脫臭措施。臭氣控制可以從以下三方面著手，即封閉、吸收和掩蔽。所謂封閉，是指用蓋子或其它設備封住臭氣發生源；所謂吸收，是指用化學藥劑來氧化或凈化臭氣；所謂掩蔽，是指采用掩蔽劑使臭氣暫時不向外擴散^[5]。
2.2.2 設計參數
在無試驗資料時，重力濃縮池的設計參數可見表2.1^[6]。
表2.1  重力濃縮池設計參數

污泥種類	進泥含水率 （%）	出泥含水率 （%）	水力負荷 [m3/(m2·d)]	固體通量 [kg/(m2·d)]	溢流 TSS(mg/L)
初沉池污泥	95~97	92~95	24~33	80~120	300~1000
生物膜	96~99	94~98	2.0~6.0	35~50	200~1000
剩余污泥	99.2~99.6	97~98	2.0~4.0	10~35	200~100
混合污泥	98~99	94~96	4.0~10.0	25~80	300~800

2.2.3 計算公式
（1）濃縮池的面積：
                                                     （2-1）
式中：Q為污泥量(m³/d)；C為污泥固體濃度(kg/L)； M為污泥固體通量kg/(m²·d)。
（2）濃縮池的直徑:
                                                    （2-2）
式中：A#p#分頁標題#e#₁ 為單池面積，；n為池子個數。
（3）濃縮池的高度：
 在缺少實驗數據時，把重力濃縮池的深度劃分為五部分，即：
 濃縮池工作部分并有效水深高度h₁:
                                                                                （2-3）
式中：T為濃縮時間（12h<T<24h）；Q為污泥量(m³/d)；A為濃縮池面積m²。
濃縮池超高h₂,一般取0.3m。
緩沖層高度h_3,一般取0.3m。
刮泥設備所需池底坡度造成的深度h₄:
                                                     （2-4）式中：i為池底坡度，根據排泥設備取0.003~0.01，常用0.05；D為池子直徑m。
泥斗深度h₅:
根據排泥間隔計算泥斗容積后（正圓臺）確定高度：
                                                （2-5）
式中：D為圓臺上口直徑；d為圓臺下底直徑；為泥斗壁與水平面的傾角，不小于50º。
濃縮池有效深度：
                                                （2-6）
濃縮池總深度：
                                          （2-7）
2.3 具體設計計算
（1）計算進泥量與污泥固體濃度
二沉池排放的剩余污泥量，污泥濃度；初沉池排放的污泥量，污泥濃度。
進泥量Q:

進泥的污泥固體濃度C：

（2）濃縮池的面積
已知進泥為混合污泥，污泥固體通量根據表2.1取，則由公式（2-1）得：

采用兩個濃縮池，有

（3）濃縮池的直徑
由公式（2-2）得：

（4）濃縮池的高度
取濃縮時間，則由公式（2-3）得：
                                        
超高：。
緩沖層高度：。
取池底坡度，則池底坡度造成的深度h₄由公式（2-4）得：

污泥混合后濃度為12.8g/L，取進泥密度為1000kg/m³,則可以近似的認為濃縮池進泥的含水率為，濃縮后污泥的含水率#p#分頁標題#e#，計算得濃縮后污泥體積為：
,
則每池產生的污泥量為：

取泥斗儲泥時間，則兩次排泥的間隔每池產生的污泥量為：
,
采用的泥斗為圓臺形；泥斗斗底傾角采用60º；泥斗斗底直徑為,泥斗上口直徑為（兩個尺寸均為設定）。
由公式（2-5）得泥斗深度h₅:

由泥斗上、下底的面積：
      ，
得泥斗容積：  
由公式（2-6）得濃縮池有效深度：
                符合要求
由公式（2-7）得濃縮池總深度：

（5）選用XG-14型懸掛式中心傳動刮泥機。單邊式刮泥，適用于池徑為14m、池深為3.5~4m的濃縮池。它的結構簡單、成本低，適用于中小型的濃縮池。刮泥機的回轉速度為0.75~4r/h^[5]。
（6）進泥管管徑為300mm，出泥管管徑為200mm,出水管管徑為200mm，均為鑄鐵管。
（7）采用正三角形出水堰，三角堰的角度為60°,設計堰上水深H為8cm,可得水流過堰寬度 。          
2.4 濃縮池簡圖（單位：mm） 
 

輻流式重力濃縮池簡圖