侧沟式固液分离器的污泥回流机理研究

邓荣森，许俊仪，刘保疆?
（重庆建筑大学城市建设学院，重庆 400045）

　　 摘要：运用流态分析手段研究了侧沟式固液分离器的污泥回流机理，并对侧沟式固液分离器内的污泥回流机理提出了新的解释，补充完善了原有理论。?
　　关键词：一体化氧化沟；固液分离器；污泥回流?
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2000)08-0001-03

Research on Mechanism of Sludge Recycle in Side Channel Solid Liquid Separator

DENG Rong sen,XU Jun yi,LIU Bao jiang
(Faculty of Urban Construction，Chongqing Jianzhu Univ.,Chongqing 400045,China)

　　Abstract：By means of flow form analysis, sludge recycle mechanism of side channel solid?liquid separator in oxidation ditch was studied. A new explanation to the mechanism was given and the original theory was supplemented and completed.
　　Keywords:integrated oxidation ditch;solid liquid separator;sludge recycle

基金项目：“八五”国家科技攻关课题(85-908-03-05)

　　固液分离器是一体化氧化沟的关键设备，而其中污泥的及时回流又是保证分离器具有良好分离效果、获得稳定出水水质的前提。有关资料认为，一体化氧化沟固液分离器的污泥回流机理不仅是由于重力作用，更重要的是回流管(缝)与主沟之间存在一定的压力差，污泥的沉降与回流均受到这个压力差的影响。
　　应用该原理，可以对污泥回流给以一定的解释，但是该原理阐述过于笼统，并不能适用于所有的固液分离器，同样也不能清楚解释侧沟式固液分离器的回流机理。譬如按照该原理，侧沟式固液分离器组件之间所有的回流管(缝)都同时受到重力作用和由主沟与侧沟之间流速差引起的压力差作用，因此其中污泥状态应该完全一致，但事实并非如此，根据试验观察，在侧沟式固液分离器中污泥状态并不完全一致，它同分离器构造、污泥位置密切相关。

　　1 侧沟式固液分离器的构造

　　试验所用侧沟式一体化氧化沟模型由有机玻璃制成，构造见图1。

　　该模型的主沟容积为300L，沟单宽为0.17m，单侧直段长为1.6m，有效水深为0.38m；相应侧沟有效尺寸为：(长)1.2m×(宽)0.06m×(深)0.38m。?

　　2 现象观察

　　观察发现，侧沟式固液分离器工作时存在以下明显现象：?
　　①分离器内存在一定厚度的悬浮污泥层，且泥水界面清晰。?
　　②污泥层高度沿分离器长度方向有所变化，沿水流方向前端略高，后端略低。?
　　③污泥层处于运动状态，沿高度方向存在污泥层的翻滚、沉陷；沿水流方向存在水平流动，且流速后端略大于前端。?
　　④污泥层沿长度方向污泥浓度有差异，前、中部污泥呈现密实带与稀松带交替分布，各带沿组件上侧板延长线延伸，与水平方向成一定角度；后部污泥多数密实，污泥带不如中、前部明显。?
　　⑤污泥层沿高度方向浓度有较大差异，污泥层上层、泥水界面以下一定区域污泥浓度量大，表现为污泥颗粒粗大；污泥层下层、组件以上一定区域污泥浓度最小，表现为污泥颗粒细碎、稀松。?
　　⑥污泥在分离器中表现有三种存在状态：?
　　a.反冲，即主沟中混合液通过组件间的回流缝冲向悬浮污泥层；?
　　b.回流，即侧沟中的混合液通过组件间的回流缝流回主沟；?
　　c.脉动，即组件之间、回流缝中的泥水混合液处于悬浮状态，一会儿回流，一会儿反冲。?
　　⑦污泥在分离器中的状态具有稳定性，即不论何时开机、运行时间长短，污泥存在状态始终保持不变。?
　　⑧分离器前、中部污泥的回流、反冲分布比较均匀，以间隔分布为主；后部只发生回流，不发生反冲、脉动。?
以上现象可归纳成图2。

　　3 机理探讨?

　　首先一体化氧化沟内的液流经过第一弯道、流经固液分离器底部组件时的状态可视为紊动射流。在由组件一向组件二的流动过程中，由于紊流纵向脉动的结果，射流质点部分地与周围静止介质(相对而言)的质点发生动量交换，因而带动周围介质一起向前运动，以致于在射流下游方向上宽度不断增加、边界层内的流动方向也有所改变，由中心部分的向前流动变为向前上方流动(见图3)。

　　边界层内得液流流向改变后继续流动，受到前方组建得阻挡，根据恒定总流的动量方程：
　　PQ(β₂V₂-β₁V₁)=∑F
　　式中∑F——作用于总流上的外力合力?

　　由式(1)可知，液流受到来自组件的外力F₁，在流动方向上的动量瞬时转化为零，在外力F的垂直方向上分解成与组件底板相平行的两束液流，一束沿组件底板向上流动，一束沿组件底板向下流动(见图4)。

　　两束液流向两个方向流动，产生两种不同效果。?
　　上向流由于受到组件缝隙的限制，只能沿组件缝隙内的通道流动，结果冲向组件上方的悬浮污泥层，形成污泥反冲，并在固液分离器的悬浮污泥层中形成一条明显的冲击带。冲击带内污泥颗粒细小、稀松，而未发生反冲的回流缝上方的污泥颗粒粗大、稠密(见图5)。

　　下向流流动的初始阶段也要受到组件边界的限制，只能向斜下方流动。而在流出组件区后，则也要发生类似图4中的扩散，但主流流向仍是斜下方(见图6)。
　　下向流流出组件区后处于下一个回流缝的正下方，由于下向流在该区域的流向仍以斜下方为主，因而根据上文提及的回流机理“回流缝与主沟之间存在的压力差导致污泥回流”可以判定，向斜下方流动的液流同相对静止的组件上方的液流之间既然存在流速差，那么它们之间必然也存在压力差，该压力差必然导致污泥在此回流缝处发生回流。而回流污泥沿此回流缝流动，汇入组件区下方的主沟液流后，速度很快被主沟的高速液流所湮没，待流至下一回流缝时体现的速度仍然只是类似第一个回流缝下的主沟流速。同理可知，第Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ……回流缝处的污泥状态应同第Ⅰ回流缝处的污泥状态相类似；第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ……回流缝处的污泥状态应同第Ⅱ回流缝处的污泥状态相类似。全过程的流态见图7。?

　　　　

　　至于局部有1～2个回流、连续回流、反冲以及个别回流缝内的污泥呈现脉动状态则是由于局部液流流速过大，压力差与反冲力恰好平衡等因素造成的。?
　　根据以上分析，可以概括侧沟式固液分离器污泥回流机理如下：?
　　混合液受到来自组件下侧板的反力作用，分解为沿组件下侧板流动方向相反的两束液流—上向流和下向流。上向流向上流动产生污泥反冲；下向流向下流动至下一回流缝处因流速差的存在形成压力差，该压力差导致污泥回流。?
　　侧沟式固液分离器内存在着与船式分离相类似的污泥回流机理，但又不完全相同，其根本差异在于它们构造的不同。船式分离器型一体化氧化沟是混合液由船式分离器的尾部进入，污泥回流是在船式分离器底部的回流管中进行的，且回流管中的水流方向是背向来水，因而造成回流管内的污泥只能发生回流，不会反冲；而侧沟式固液分离器则不然，污泥进入和排出侧沟只能通过底部的回流缝才能实现，因而造成回流缝内污泥回流、反冲在小范围内(不多于三个组件)共存，大范围内(四个及四个以上组件)的单纯反冲、回流或脉动是不存在的。?

　　4 结论

　　①侧沟式固液分离器中污泥回流、污泥反冲在组件小范围内共存，大范围内的单纯反冲、回流是不存在的；?
　　②污泥回流同固液分离器构造密切相关，分析污泥回流机理要结合分离器构造进行。?

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　　作者简介：邓荣森(1938-)，男，四川成都人，重庆建筑大学教授，博士生导师，研究方向：一体化氧化沟城市污水处理技术。?
　　电话：(023)68704247?
　　收稿日期：2000-02-10