（环境工程专业论文）城市污水处理厂工艺运行状况与设备工况关系的研究.pdf

摘要 通过研究设备工况与工艺运行状况的关系，可以充分发挥机械设备的性能， 提高运行效率，节能降耗，降低运营成本，为全而提高污水处理工艺运行的自动 化水平提供理论支持。本文选取东郊污水处理厂的污泥循环泵、单螺杆泵、离心 鼓风机作为研究对象，研究设备工况与工艺运行状况的关系。 离心泵的工况点就是管道性能曲线与水泵性能曲线的交点，常采取更换叶轮 或切削叶轮；改变水泵转数；截门截流等方法调整工况点。在实际运行中，经过 长期监测，发现由于磨损、腐蚀使污泥循环泵的工况点逐渐偏离最佳工况点，污 泥流量逐渐减小，直接影响污泥的加温效果，降低了消化池内污泥的消化温度， 使产气量受到影响。在污泥循环泵磨损、腐蚀的早期需要有针对性地采取相应的 措施来保证工艺运行，当流量降到2 2 0 m z h 以下时，通过供热温度调节己不能满 足工艺要求，应及时更换叶轮。 无论改变泵出口管线结构还是改变泵吸入口管线结构，都会对单螺杆泵的特 性产生一定程度的影响。改变泵排出口阀门开启度，在一定范围内达到改变泵特 性参数的目的，而且泵具有较高的工作效率，宜作为单螺杆泵调整工况点的手段。 在磨损的初期可以通过开大出口阀门的方法提高流量达到要求，当阀门开度达到 1 0 0 时，流量仍不能满足要求，此时必须更换磨损的转子、定子。因此可以将阀 门开度1 0 0 ，单螺杆泵流量1 6 3 l s 作为维修标志点。 进气温度对离心鼓风机实际运行工况有较大影响。在冬季，如不调节离心鼓 风机的进气容积流量，鼓风机将超负荷运行，实际消耗的功率将比设计点增加 2 0 以上。为保持设计流量，使鼓风机安全稳定运行，需要采取调节进口导叶片 的方法对鼓风机的进气量进行调节。根据温度变化调节鼓风机进气量，对于节约 运行成本有重要意义。 为保持设备工况点的稳定，根据漫备磨损、腐蚀规律在设备管理中应采取有 效措旌延缓设备工况点偏移，注意对设备状态进行监测，避免不必要的停机，延 长设备运行周期。 关键词：设备工况工艺运行污泥循环泵单螺杆泵离心式鼓风机 a b s t r a c t t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t a t eo ft h ee q u i p m e n ta n d t h eo p e r a t i o n a lc o n d i t i o no f t h i st e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，w es h o u l dg i v ef u l lp l a yt ot h e f u n c t i o no ft h em e c h a n i ce q u i p m e n t ，i m p r o v et h ee f f i c i e n c y , s a v et h ee n e r g y , r e d u c e t h ec o n s u m p t i o n 1 0 w e rt h eo p e r a t i o n a lc o s ta n dp r o v i d et h et h e o r ys u p p o r tt or a i s e t h ea u t o m a t i cl e v e lo ft h et c c h n o l o g i c a lo p e r a t i o no fs e w a g et r e a t m e n ti na na 1 1 r o u n d w a y t h i sa r t i c l et a k e st h em u dc y c l ep u m p ，h e l i c a lr o t a r yp u m pa n db l o w e ro fe a s t s e w a g et r e a t m e n tp l a n ta st h ee x a m p l et oe x p l a i nt h er e l a t i o nb e t w e e nt h es t a t eo f t h e e q u i p m e n ta n dt h eo p e r a t i o n a lc o n d i t i o no f t h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s t h eo p e r a t i n gc o n d i t i o np o i n to fc e n t r i f u g a lr e f e r st ot h ej o i n tp o i n to fr e s i s t a n c e c u r v eo f p i p el i n ea n dc h a r a c t e r i s t i cc u r v eo f p u m p w ea l w a y sa d o p tt h em e t h o d sj u s t a sc h a n g et h ev a n ew h e e l ，c u tt h ev a n ew h e e l ，a l t e rt h er e v o l u t i o no fp u m p ，s t o pt h e s w i t c h ，a n dd a mt h es t r e a m st oa d j u s to p e r a t i n gc o n d i t i o np o i n t i nt h ep r a c t i c a l o p e r a t i o n ，t h r o t i 曲l o n g - t e r mi n s p e c t i o nw ef i n dt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o np o i n to f m u d c y c l ep u m pg r a d u a l l yd e v i a t ef r o m t h eb e s t p o i n td u et o w e a ra n dt e a ra n d c o r r o s i v e n e s s 动er e d u c t i o no fm u df l o wd i r e c t l yi n f l u e n c e 曲er e s u l to fw a r m i n gt o m u d ，l o w e rt h ed i g e s t i o nt e m p e r a t u r eo ft h em u di nt h ed i g e s t i o np o o ls oa st og i v e t h ep a s s i v ee f f e c tt ot h ep r o d u c t i o nr a t eo fg a s i nv i e wo ft h i ss i t u a t i o nw es h o u l d t a k et h ed i r e c t e dm e a s u r et oe n s u r et h es m o o t ho p e r a t i o no ft h i st e c h n o l o g yi nt h e e a r l yp e r i o do fw e a ra n dt e a ra n dc o r r o s i v e n e s so fm u dc y c l ep u m p w h e nt h ef l o w r e d u c et ob e l o w2 2 0 m 3 h ，w ec o u l d n ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so ft h et e c h n o l o g yb y a d j u s tt e m p e r a t u r e ，s ot h ev a n ew h e e ln e e dt ob ec h a n g e di nt i m e b o t ht h es t r u c t u r eo fp i p ea n dp o w e rl i n e so fi n l e tp u m pa n dt h a to fo u tp u m p c o u l de x e ns o m e n e g a t i v ei m p a c t st oc h a r a c t e r i s t i co fh e l i c a lr o t a r yp u m p s oc h a n g e t h ed e g r e eo fo p e n n e s so fo u tp u m pw i l l a t t a i nt h ea i n lt oc h a n g et h ef e a t u r e p a r a m e t e ro fp u m pi ns o m ee x t e n t s d u et ot h eh i 【g he f f i c i e n c yo fp u m p ，t h i sm e t h o d c a nb eu s e da sam e a n sf o rh e l i c a lr o t a r yp u m pt oc h a n g et h eo p e r a t i o n a lp o i n t s d u r i n gt h ee a r l yp e r i o do f w e a ra n dt e a r , w ec o u l dw i d e ne x i tv a l v et or a i s et h ef l o w , w h e nt h ev a l v ew i d e nt oc o m p l e t e l yo p e ns t a t e t h ef l o ws t i l lc o u l d n ts a t i s f yt h e r e q u f f e m e n t ，a tt h i st i m ew em u s tu p d a t ec o r r o d e dr o t o ra n ds t a t o r s ot a k et h es t a t eo f v a l v e sc o m p l e t e l yo p e na n dt h ef l o wo f1 6 3 l so fh e l i c a lr o t a r yp u m pa st h em a r k p o i n t t h et e m p e r a t u r eo fa i re n t e r e df r o mo u t s i d eg i v e se n o r m o u si n f l u e n c et ot h ea c t u a i o p e r a t i o n a lc o n d i t i o no fb l o w e r i nw i n t e r , i fw ed i d n ta d j u s tt h ev o l u m eo ff l o wo f e n t e r i n ga i r , t h eb l o w e rw o u l db ew o r ko v e r l o a d e d ；t h ea c t u a lc o n s u m e dp o w e rw o u l d b ei n c r e a s e db v2 0 c o m p a r e dw i t hw h a tw ed e s i g n e d i no r d e rt om a i n t a i nt h e v o l u m eo ff l o w , m a k et h eb l o w e rs t a b l ea n ds a f e w ei n a ya d o p tt h em e t h o ds u c ha s r e g u l a t et h ei m p o r t e dv a n et oa d j u s tt h ev o l u m eo fa i re n t e r i n gi n t ob l o w e r a d j u s t i n g t h ev o l u m eo fa i re n t e r i n gt ob l o w e ro nt h eb a s i so fv a r i a t i o no ft e m p e r a t u r ei sab e s t w a y t h a ti sa l s oo fg r e a ts i g n i f i c a n c et os a v ec o s t t ok e e pt h es t a b i l i t yo fo p e r a t i o n a lp o i n to fe q u i p m e n t ，w es h o u l dt a k ee f f e c t i v e m e a s u r et o d e l a yt h ed e v i a t i o no fj t p a yh i g ha t t e n t i o nt ot h et e s to ft h es t a t eo f e q u i p m e n t ，a v o i du n n e c e s s a r ys t o p ，e x t e n dt h eo p e r a t i o n a lc y c l eo fe q u i p m e n t k e yw o r d ： s t a t eo ft h ee q u i p m e n t o p e r a t i o n a lc o n d i t i o no fs e w a g e t r e a t m e n t c e n t r i f u g a lp u m p h e l i c a l r o t o r yp u m p b l o w e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一躲广刎 签字日期： 埘年g 月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：# 考；l 7 签字日期：t 广年8 月a 厂日 导师签名 到0 3 氏 签字同期：年8 月矽f 1 第一章绪论 第一章绪论 1 。1 国内外研究现状及发展趋势 随着我国经济的高速增长，在政府推动下，支持城市水业发展的新政策不 断出台，城市水业迎来了难得的发展机遇。我国水资源短缺，年人均用水量仅 为世界人均用水量的l 4 左右，为世界上十三个最缺水的国家之一。我国南北 水资源分布不均，北方一些城市用水已经成为制约城市发展的瓶颈，不仅对工 业生产形成制约，而且直接影响到生活用水，北方水资源问题显得尤为突出。 我国城市生活需水量2 0 1 0 年将达到9 1 0 亿立方米。而我国每天排出的污水 高达3 7 亿吨，未来十多年，将需要建设大约1 万座污水处理厂才能满足城市污 水处理的基本需求，此外还将在1 7 万个建制镇建设污水处理及中水回用设施。 水务产业的高速发展带动了我国水工业设备学科逐渐走向完善。水工业机械 设备有通用机械设备和专用机械设备两大类，通用机械设备主要有泵类、阀类、 风机类，专用机械设备包括有拦污机械设备、除砂及刮泥设备、曝气及搅拌设 备、投药及消毒设备、浓缩及脱水设备、氧化脱盐设备等。近年来又增加了膜 处理设备、沼气利用设备、序批法滗水设备、污泥后处置设备及固体废弃物处 理设备等。 我国目前的水工业设备与国外的差距大于水工艺与国外的差距：水工业专 用设备的理论研究和制造与国外的差距又大于通用设备与国外的差距。 我国水工业设备整体水平的差距导致国产设备在运行中故障率高，能耗大， 效率低，不能保证设备工况点稳定在高效区内，不能满足工艺要求。国内对于 设备工况的研究由于受技术水平、研究经费、监测手段的限制，还处于初级阶 段。设备工况与污水处理运行状况之间的关系，国内研究成果较少，涉及的领 域基本是通用机械设备，专用机械设备较少，对于调整机械设备工况满足不同 工艺要求的设备运行方法认识不足，重视不够。随着水务市场竞争的同益激烈， 企业必须处理好降低能耗，节约成本与提高污水处理水质的关系。通过调整设 备工况，满足污水处理工艺要求，提高机械效率是覃要的手段之一。 目前国内水务行业通过学习、借鉴国外的先进运营经验认识到，研究污水 处理设备的工况除了保障运行可靠之外，还要充分符合新工艺的丌发，满足工 艺高水准的要求，并能改变原工艺中。些边界条件的限制，在一定意义上给工 第一章绪论 艺的创新与变革提供可能和保证。另一方面还要致力于研究设备运行工况如何 满足提高我国污水处理的自动化水平的要求，保证自动控制的高效性、可靠性。 国外水工业设备凭借其雄厚的技术和资金实力，经过不断的研究、发展使设 备的研制、运行水平达到很高的水准，有力的提高了水处理工艺的运行水平。 国外水工业设备的发展过程体现了适应污水处理工艺发展要求的特点。 六十年代末以前，给排水机械设备以大型的城市给水工程及分散式的小型工 业废水处理为主，给排水机械设备以通用设备为主。由于对水质的要求也不高， 仪器仪表也比较简单。进入七十年代初期，为了适应工业化的发展和生活水平 的提高，工业发达国家的供水普及率已相继达到8 5 9 5 ，人均生活用水量超过 了2 0 0 3 0 0 升人同。工业化的飞速发展，用水量的与日剧增，同时也带来了 严重的水质污染问题，它直接威胁到人民的生命健康和人类的发展生存。鉴于 世界范围内环境污染问题已成为全球性的战略发展问题，给排水工程建设的重 点逐渐转向城市污水集中处理的方向发展，其规划也越来越大，技术要求也越 来越高，由此环保工业应运而生，水处理机械、仪器仪表作为环保设备的一大 类，也得到了迅速地发展，自成体系，形成了专业化的生产体系。 七十年代初期，水质净化工艺以机械化为主，因此给排水机械设备的技术水 平要求不高，以人工操作运行管理为主。八十年代初期，环保工业得以飞速发 展，规模也越来越大，年产值的递增率也较其它机械加工制造行业快的多。例 如：美国有6 0 0 多家公司，大约有7 0 0 0 0 0 余人员从事环境保护工业，年产值平 均递增2 0 ，比一般其他机械加工制造业快一倍多；r 本有7 0 0 1 0 0 0 家，近 3 0 0 0 0 人；西德有8 0 0 多家公司；仅有8 0 0 万人口的瑞典，也有一百多家环保企 业幽外生产水处理机械设备的企业，大都拥有相当水平的研究、设计开发，安 装和监测的技术力量，注重产品的更新换代，使得设备性能不断得到改进和更 新，不时推出新型设备。 进入九十年代及二十一世纪，水处理工艺趋于向大型化、复杂化的方向发展。 水处理设各，则朝着高效、节能、轻质高强、耐久性好，操作运转灵活可靠， 机电一体化的方向发展，并将高技术( 如程序控i i l i i i 性反馈调节，微机管理等) 也渗入到水处理机械制造及运转当中。随着人们对环境保护的意识加强，对水 质的要求越米越高以往的凭经验运行管理，污水处理工艺已不能适应工艺操作 的复杂性，不得不靠自动监测、程序控制来解决水处理工艺动态运行的特点， 提出了a 动化的必要性，引入自动化、微机控制运行管理解决水处理i 艺的复 杂性。对于污水处理发备的运行工况提出了更高的要求，借助污水监控仪器仪 表及计算机控制技术，实现对设备工况的时时豁控、调节。因此，国外将没备 第一章绪论 工况的调节与污水处理工艺的需要结合为一体，进行整体控制。 相关资料显示，目前国外对于设备工况与污水处理工艺运行状况的研究目标 是实现转换程序控制、联锁保护、自动冲洗、信息转输、遥测遥控、数据处理、 计算机控制以及自寻故障诊断，耐用性以及适应自动化控制的需要。提高机械 化和仪表化的水平使水处理机械设备、仪器仪表的系统性、配套性、标准化上 升一个大台阶，带来了水处理工艺技术水平的飞跃。 1 2 研究的目的及意义 建设部颁布的关于加快市政公用行业市场化进程的意见，首次以文件的 形式确定了允许外资、民间资本同时进入，共同竞争全国市政公用行业，此外， 在我国加入w t o 后，公用事业也是对外开放的领域，目前国际上三大水务巨头 已经在国内投资数十亿美元。国内一些城市纷纷将原来分散多头管理的城市供、 排水整合组建大型水务集团，与在中国水务市场的洋水务展丌竞争。 天津创业环保股份有限公司( 以下简称创业环保) 创立于2 0 0 0 年年底，是 中国目前唯一一家在a 、 i 股资本市场中以污水处理为主营业务的上市公司。其 流通股票在上海证券交易所和香港联合交易所交易。公司拥有雄厚的资本实力 和技术储备：目前总股本1 3 3 0 0 0 万，截止到2 0 0 3 年1 2 月3 1 日，总资产达到 3 1 8 7 亿人民币，净资产达到2 0 ，1 9 亿人民币。目前公司拥有两座污水处理厂， 日污水处理能力6 6 万立方米。两座污水处理厂已经拥有将近2 0 年的运营经验； 另外正在新建两座污水处理厂和扩建一座污水处理厂，在建工程预计于2 0 0 5 年 完工，届时公司日污水处理能力将达到1 4 9 万立方米。公司通过控股子公司积 极开发第二水资源，开辟中水回用市场，已经建成一座日生产能力5 万立方米 的中水回用工程。2 0 0 2 年儿月公司通过i s 0 9 0 0 1 、i s 0 1 4 0 0 1 、o h s a s l 8 0 0 1 及 i m s 整合认证，2 0 0 3 年9 月公司通过国家环境保护总局评审，获得环保设施运 营资质。创业环保面临巨大的机遇与挑战。 创业环保必须占有更大的市场份额，才能在竞争激烈的水务市场中立住脚 在国内，创业环保的竞争优势是运营管理、处理技术。这二者必须使设备工况 与工艺运行状况紧密结合，相辅相成才能弥补劣势，发挥优势，只有这样才能 提高运行质量，降低运行成本，巩固优势，在竞争中处于有利地位。 通过研究设备工况与工艺运行状况的关系，可以充分发挥机械的性能，提 高运行效率，节能降耗，降低运营成本，为全面提高水处理工艺运行的自动化 水平提供理论支持。 第一章绪论 1 3 研究内容和研究方法 首先，根据采集的设备运行及污水处理：【艺运行数据，筛选出典型数据， 研究设备运行对污水处理工艺的影响，给出关系曲线。其次，通过分析设备工 况点的决定因素，研究设备运行工况点如何确定，比较设备工况点的各种调整 方法，并选择调整效果好、成本低的调整方法。第三，根据采集的数据，分析 设备工况对污水处理工艺的影响，总结关系曲线。提出在设备工况降低的初期， 如何通过工况调整方法进行弥补，保证工艺运行要求。最后，根据设备工况与 污水处理效果曲线给出设备工况调节的适用范围，得出维修标志点，指导安排 设备维修，降低维修成本。 第一章污水处理逵 j ：t 岂盐设备t 揽基本理论 第二章污水处理运行工艺及设备工况基本理论 21 污水处理工艺基本理论 污水处理是将污水中的污染物分离去除，使有害的物质转化为无害的物质、 有用的物质，水则得到净化，并使资源得到充分利用。城市污水处理技术通常 有物理处理技术、化学处理技术、物理化学处理技术、生物处理技术等。 典型的物理处理技术在城市污水处理中应用的有沉淀技术、过滤技术、气 浮技术等。典型的化学处理技术和物理化学处理技术有中和、加药混凝、离子 交换等。典型的生物处理技术有好氧生物氧化分解和厌氧生物发酵技术。城市 污水处理工艺，实际上是以上这些技术的应用与组合。 城市污水处理工艺按流程和处理程序划分可分为预处理工艺、一级处理工 艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺以及最终的污泥处置。 2 1 1 预处理工艺 通常包括格栅处理、泵房捕升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物 质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的足提高水头，以保 证污水可以靠重力流过后续建存地面卜的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是 去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降， 防 造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。 城市污水的预处理和初级处理采用栅网拦截或沉淀等简单的物理方法。预 处理和初级处珲流稗丰要由格栅间、沉砂池、污水提升泵房和沉淀池等单元组 成。在污水水质或水量变化较大的处理厂，还设有均和池( 调节池) ，绝大部分 处理厂都采用进水总干管卣接调节水质或水量。 格栅的主要作用是将污水r ”的人块污物拦截h ： 来，否则这些人块污物将堵 塞后续单元的机泵或工艺管线。格栅卜的拦截物称为栅渣，其中包括数| 年十杂 物，人至腐尸，小至树权、木塞、塑料袋、破布条、碎砖石块、瓶盖、尼龙绳 等均能在棚渣巾发现。 格栅有很多种类。按栅条的形式分有直棒式栅条格棚、弧形格栅、辐射式 格栅、转筒 i = 格棚雨i 活动栅条杆栅，最常见的是直棒式栅条格栅。近年来。国 格栅、转筒式格栅和活动栅条率芹栅，最常见的是直棒式栅条格栅。近年来。国 第二章污水处理运行工艺及设备工况基本理论 第二章污水处理运行工艺及设备工况基本理论 2 1 污水处理工艺基本理论 污水处理是将污水中的污染物分离去除，使有害的物质转化为无害的物质、 有用的物质，水则得到净化，并使资源得到充分利用。城市污水处理技术通常 有物理处理技术、化学处理技术、物理化学处理技术、生物处理技术等。 典型的物理处理技术在城市污水处理中应用的有沉淀技术、过滤技术、气 浮技术等。典型的化学处理技术和物理化学处理技术有中和、加药混凝、离子 交换等。典型的生物处理技术有好氧生物氧化分解和厌氧生物发酵技术。城市 污水处理工艺，实际上是以上这些技术的应用与组合。 城市污水处理工艺按流程和处理程序划分可分为预处理工艺、一级处理工 艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺以及最终的污泥处置。 2 1 1 预处理工艺 通常包括格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物 质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的是提高水头，以保 证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是 去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降， 防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。 城市污水的预处理和初级处理采用栅网拦截或沉淀等简单的物理方法。预 处理和初级处理流程主要由格栅问、沉砂池、污水提升泵房和沉淀池等单元组 成。在污水水质或水量变化较大的处理厂，还设有均和池( 调节池) ，绝大部分 处理厂都采用进水总干管直接调节水质或水量。 格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截出来，否则这些大块污物将堵 塞后续单元的机泵或工艺管线。格栅上的拦截物称为栅渣，其中包括数十种杂 物，大至腐尸，小至树杈、木塞、塑料袋、破布条、碎砖石块、瓶盖、尼龙绳 等均能在栅渣中发现。 格栅有很多种类。按栅条的形式分有直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式 格栅、转筒式格栅和活动栅条格栅，最常见的是直棒式栅条格栅。近年来。国 第二章污水处理运行t 艺及设备t 况苹奉理论 内一些处理厂在泵房后沉砂池前设置了弧形格栅。污水在栅前渠道内的流速一 般控制在0 40 8 m s ，经过格栅的流速一般控制在0 61 0m s 。过栅流速 不能太大，否则将把本应拦截下来的软性栅渣冲走。同时，过栅流速也不能太 小。如果过栅流速低于0 6 m s ，栅前渠道内的流速将有可能低于0 4 m s ，污 水中粒径较大的砂粒将有可能在栅前渠道内沉积。污水过栅水头损失与过栅流 速有关，一般在o 2 0 5 m 之间。如果过栅水头损失即格栅前后水位差增大，说 明污水过栅流速增大。此时有可能是过栅水量增加，更有可能是格栅局部被 堵死。如过栅水头损失减小，说明过栅流速降低，此时要注意砂在栅前渠道内 的沉积。 栅渣量与很多因素有关系，首先是上游排水系统的状况。排水系统是分流 制还是合流制排水系统的服务人口以及居民的生活习惯，工业废水的种类及 预处理程度等都直接决定栅渣的多少。另外，格栅种类也影响栅渣量。很明显， 栅距越小，栏截的栅渣也就越多。 预处理过程就去除污染物质而言，可能不起关键作用，但预处理对于保证 整个处理厂的正常运转则是至关重要的。美英等国曾对数十座城市污水处理厂 进行调查，发现6 0 以上的处理厂由于预处理过程存在问题而严重影响了后续 处理过程的运转。在这些处理，。中，3 0 以上的运转问题直接与预处理过程有 关。 对初级处理的影响 从格栅流走的栅渣太多，将使初沉池浮渣量增多、难以清除，挂在出水堰 板上影响出水均匀，不美观，并增加恶臭；如采用链条式刮泥机，丝状物将在 链条上缠绕，增大阻力，损坏设备。 从沉砂池流走砂粒太多，砂粒有可能在初沉池配水渠道内沉积，影响配水 均匀；砂粒进入初沉池内将使污泥刮板过度磨损，缩短更换周期；进入泥斗后 将会干扰正常排泥或堵塞排泥管路；进入泥泵后将使污泥泵过度磨损，使其降 低使用寿命。 对二级处理的影响 栅渣进入曝气池会在表曝机或水下搅拌设备桨板l 缠绕，增大阻力：它进 入二沉池将使浮渣增加，挂在出水堰板上影响出水的均匀；它进入生物滤池会 堵塞配水管，进入生物转盘将在转盘上缠绕。 在一些不没初沉池或部分污水跨越初沉池的处理厂，砂粒将直接进入曝气 池，在池底沉积，减少有效容积，有时还会堵塞微孔扩散器：它进入生物转盘 也会住池内沉j l i ，减少有效容积。 第二章污水处理运行t 艺及设备t 况基奉理论 对污泥处理的影响 极易从格栅流走的是一些破布条、塑料袋等杂物，这些杂物进入浓缩池后 将在浓缩机栅条上缠绕，增加阻力，并影响浓缩效果。将在上清液出流堰板上 缠绕，影响出流均匀，还将堵塞排泥管路或排泥泵。这些杂物进入消化池，极 易堵塞的是热交换器，而堵塞以后清理又是非常困难的，另外还可能堵塞排泥 管路，堵塞排泥泵；这些杂物如进入离心脱水机，会使转鼓失去平衡，从而产 生振动或严重的噪音，一些破布片、毛发有时会塞满转鼓与涡壳之间的空间， 使设备过载。 大量沉砂进入浓缩池将可能堵塞排泥管路，使排泥泵过度磨损，进入消化 池将减少有效容积，缩短清砂周期；如大量砂粒进入离心脱水机，将严重磨蚀 进泥管的喷嘴处以及螺旋外缘和转鼓，增加更换次数；砂进入带式压滤脱水机 将大大降低污泥成饼率，并使滤布过度磨损。 2 1 2 一级处理工艺 主要是初次沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初次 沉淀池可去除5 0 左右的悬浮物和2 5 左右的b o d 。 在流速不大时，密度比污水大的一部分悬浮物会借重力作用在污水中沉淀 下来，从而实现与污水的分离；这种方法称之为重力沉淀法。根据污水中可沉 悬浮物质浓度的高低和絮凝性能的强弱，沉淀过程有四种类型，它们在污水处 理工艺流程中都有具体体现： l 自由沉淀 自由沉淀有时也称为离散沉淀，是一种相互之间无絮凝倾向或弱絮倾向的 固体颗粒在稀溶液中的沉淀。由于悬浮固体浓度低，而且颗粒间不发生粘合， 颗粒的形状、粒径和密度在沉淀过程中基本保持不变，各自独立地完成沉淀全 过程。颗粒的形状、粒径和密度将直接决定颗较的下沉速度。另外，由于自由 沉淀过程一般历时较短，因此污水的水平流速与停留时间对沉淀效果影响很大。 自由沉淀由于发生在稀溶液中。且是离散的，因此入流颗粒浓度不影响沉淀效 果。 平流沉砂池中砂粒的沉淀过程即为典型的自由沉淀，沉淀效果由污水的水 平流速和停留时间决定。初次沉淀池的沉淀初期也属于自由沉淀。但初沉池内 自由沉淀历时很短，絮体之间很快会卡h 互粘结，形成另外种沉淀类型。 2 絮凝沉淀 第：j 章污水处理运行丁艺及设备t 移6 基本理论 絮凝沉淀是一种絮凝性颗体在稀悬浮液中的沉淀。在絮凝沉淀过程中，各 微小絮状颗粒之间能互相粘合成较大的案体，使颗粒的形状、粒径和密度不断 发生变化，因此沉降速度也不断发生变化。初次沉淀池中的颗粒在经过短暂的 自由沉淀之后，即马上转变为聚凝沉淀。另外，活性污泥在二次沉淀池内的沉 淀初期也属于絮凝沉淀。 3 成层沉淀 当污水中的悬浮物浓度较高时，颗粒相互靠得很近，每个颗粒的沉降过程 都受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒之间相对的位置不变，成为一个整体的 覆盖层共同下沉。此时，悬浮物与水之间有一个清晰的界面，这种沉淀类型为 成层沉淀。活性污泥在二次沉淀池中的沉淀中期以及化学絮凝体在混凝沉淀池 中的沉淀均属于成层沉淀。 4 压缩沉淀 压缩沉淀也称为拥挤沉淀。当污水中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便 相互接触彼此支撑。在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的游离水被挤 出界面，因此颗粒之间相互拥挤得更加紧密。通过这种拥挤与自动压缩过程， 污水中的悬浮固体浓度进一步提高。 活性污泥在二次沉淀中沉淀的后期，污泥在浓缩池内的重力浓缩均属于压 缩沉淀。 2 1 3 二级处理工艺 主要是由曝气池和二次沉淀池构成。主要目的是通过微生物的新陈代谢将 污水中的大部分污染物变成c 0 2 和h ：o ，曝气池内微生物在反应过后与水一起源源 不断地流人二次沉淀池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回送到曝气池前端 与新流入的污水混合，二次沉淀池上面澄清的处理水则源源不断地通过出水堰 流出污水厂。 活性污泥系统主要由曝气池、曝气系统、二次沉淀池、回流系统和剩余污 泥排放系统组成。 1 曝气池 曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混合接 触。并进f | j 将其吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。 曝气池有推流式和完全混合式两种类型。推流式是在氏方形的池内。污水 和凹流污泥从端流人。水平推进。经另一端流出：忻完伞混合式是污水和回 第二章污水处理运行工艺及设备工况摹本理论 流污泥一进入曝气池就立即与池内其它混合液均匀混合。快有机污染物浓度因 稀释而立即降至最低值。推流式的特点是池子不受大小限制不易发生短流。 出水质员较高；而完全混合式的特点是池子受池型和曝气手段的限制，池容不 能太大当搅拌混合效果不佳时易产生短流，但它对入流水质、水量的适应能 力较强。由于以上特点城巾污水处理一般采用推流式，而完全混合式则广泛 应用于工业废水处理。 2 曝气系统 曝气系统的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机污染物所必须的氧 气，并起混合搅拌作用。使活性污泥与有机污染物质充分接触。 曝气系统总体上可分为鼓风曝气和机械曝气两大类。鼓风曝气是将压缩空 气通过管道送入曝气他的扩散设备，以气泡形式分散进入混合液使气泡中的 氧迅速扩散转移到混合液中，供给活性污泥中的微生物；鼓风曝气系统丰要由 空气净化系统、鼓风机、管路系统和空气扩散器组成。城市污水处理厂采用的 鼓风机有多种，如罗茨风机和离心风机，离心风机又分为多级低速离心风机和 单级高速离心风机。罗茨风机可以调节出口风压，满足曝气池水深变比的需要。 但风量只能靠工作台数调节。离心风机风量可在一定范围内调节，以满足曝气 池需氧量的变化，但要求曝气池水深相对恒定。一般来说，单级离心风机较多 级离心风机较易调节气量。新建的城市污水处理厂多采用离心式鼓风机。 3 二次沉淀池 二次沉淀池的作用是使活性污泥与处理完的污水分离。并使污泥得到一定 程度的浓缩。二沉池内的沉淀形式较复杂，沉淀初期为絮凝沉淀。中期为成层 沉淀。而后期则为压缩沉淀即污泥浓缩。 4 回流污泥系统 回流污泥系统把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池， 以保证曝气池有足够的微生物浓度。回流污泥系统包括回流污泥泵和回流污泥 管道或渠道。回流污泥泵的形式有多种，有一般的离心泵、潜水泵。也有螺旋 泵。螺旋泵的优点是转速较低，不易打碎活性污泥絮体。但效率较低；回流污 泥泵的选择应充分考虑大流量、低扬程的特点，同时转速不能太快，以免破坏 絮体；近年来出现的潜水式螺旋桨泵是较好的一种选择。 5 剩余污泥排放系统 随着有机污染物质被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥。这部分活 性污泥称之为剩余活性污泥通过剩余污犯排放系统排出。有的污水处理厂用 泵排放剩余污泥，有的则可直接用阀f q 排放。可以从回流污泥中排放剩余污泥。 第二章污水处理运行工艺及设备t 况基奉理论 也可以从曝气池直接排放。 刚进入曝气池的污水中的活性污泥絮体来自于回流活性污泥，只有保证充 足的活性污泥及时回流到曝气池前端并与刚进入曝气池的污水保持充分的接触 混合，才能使该股污水流出曝气池时得到充分的净化。 沉池排泥浓度越高，回流污泥浓度也越高，在保持一定量的回流活性污泥 的前提下，可降低回流比。回流比太大。可缩短污水在曝气池的实际停留时间， 降低处理效果。 回流污泥量是从二沉池补充到曝气池的污泥量，常用q r 表示。q 。是活性污 泥系统的一个重要的控制参数，通过有效调节q r ，可以改变工艺运行状态，保 证运行的正常。回流比是回流污泥量与入流污水量之比，常用r 表示： r ：盟 0 ( 2 1 ) 保持r 的相对恒定，是一种重要的运行方式。回流比只也可以根据实际运 行需要加以调整。传统活性污泥工艺的r 一般在2 5 一1 0 0 之间。 2 1 4 深度处理 是为满足高标准的受纳水体要求或回用于工业等特殊用途而进行的进一步 处理通用的工艺有混凝沉淀和过滤。深度处理的末端往往还要有加氯要求和 接触池。随着城市社会经济的高水平发展，深度处理是未来发展的需要。 2 1 5 污泥处理和污泥最终处置 主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或农用填埋。浓缩有机械浓缩或重力浓缩， 后续的消化通常是厌氧中温消化，消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或 用于制作化工产品等。消化产生的污泥性质稳定，具有肥效。经过脱水，减少 体积成饼形，有利运输。为了进步改善污泥的卫生学质量，污泥还可以进行人 工堆肥或机械堆肥。堆肥后的污泥是一种很好的土壤改良剂。对于重金属含量 超标的污泥，经脱水处理后要慎重处置，一般需要将其填埋封闭起来。 泥饼含固鼍和固体回收率两个指标同时评价脱水效果的好坏。只获得较高 的泥饼含量而固体回收率很低，或者固体回收率很高，但泥饼含同量很低，都 说明脱水效果不佳。 第二章污水处理运行丁艺及设备工况基本理论 2 2 污水处理设备介绍 水工业机械设备有通用机械设备和专用机械设备两大类，通用机械设备主 要有泵类、阀类、风机类，专用机械设备是水工业设备自身研制的重点，包括 有栏污机械设备、除砂及刮泥设备、曝气及搅拌设备、投药及消毒设备、浓缩 及脱水设备、氧化脱盐设备等。近年来又增加了膜处理设备、沼气利用设备、 序批法滗水设备、污泥后处置设备及固体废弃物处理设备等。 2 2 1 通用机械设备 1 水处理用风机：主要有离心鼓风机、罗茨鼓风机两种，国内离心风机的 开发和生产已取得很大的进展，开发了高速离心风机，采用了先进的三元流叶 轮、可调节进风、出风口导叶，具有高效节能、流量可调节范围大、结构较紧 凑、噪声偏低、可靠性高的特点。今后需继续开发高效节能水处理专用风机， 在完善型系列、提高自动化水平、降低噪音、降低成本等方面下功夫，特别应 注重适应于可变工况运行的，适用中小型污水厂用的风机，如节能高效的单级 高速离心风机等。发挥其效率高、价格合理、维护简便的特点。 2 水处理用阀门：主要包括蝶阀、闸阀、止回阀和阀门电动装置等。阀门是 水工业中使用数量大的一种设备。 3 水处理用水泵：主要包括单级单吸、单级双吸、污水泵、螺杆泵、深井泵、 无堵塞泵等。污水泵是污水处理厂关键设备之一。 2 2 2 专用机械设备 水处理专用机械设备包括拦污机械、除砂及刮泥机械、曝气及搅拌设备、 浓缩脱水设备、加药消毒设备、沼气利用设备、氧化脱盐设备、污水再生利用 设备、污泥后处置设备等。 1 拦污设备：主要是格栅清污机及附属装置。大致归纳为如下几种类型： 一种是在取水口使用的大型格栅，清污方式有链传动齿耙式、移动式和旋转滤 网式。另一种是用于进、出水泵房的中等规格的格栅，清污方式有全回转链条 齿耙、铡丝绳齿耙、伸缩臂式、移动式等。再一种类型为沉砂池前后的细格栅 有回转式固液分离机和弧型细格栅、直型细格栅、阶梯格栅、筒式格栅等。 第二章污水处理运行t 艺及设备t 况基本理论 2 排泥排砂机械设备：是保证污水厂各种沉淀构筑物正常运转的关键设备， 其结构型式、运转方式随不同池型而异。经过国内设计和工程实践的积累以及 生产企业的不断改进，按池型分为圆型和矩型两大类，按排泥方式分为刮泥机 和吸泥机两种。圆型池按传动方式有中心传动和周边传动的区别，矩型池有桁 架式和链条传动、钢丝绳传动的不同。 3 污泥处理设备：主要是用于污水处理厂污泥的浓缩与脱水机械。国内在 近十年左右时间，带式污泥脱水机的丌发工作取得很大进展，其主要技术性能 和使用性能已接近国外同类产品的水平，在滤带纠偏装置的开发中有的使用了 光电子技术和液压技术，具备了自己的特色。但国产滤带质量与国外尚有一定 差距，在使用防腐材质方面因价格限制还不理想，导致使用故障率较高，同时 要改进外观设计和设备表面处理工艺。 板框式压滤机因动力消耗大，产量低在水厂中逐渐己不采用，在工业污水 处理中使用量仍较大，目前已有塑料板框，预加压脱水等新技术推广使用。 当前国际上开发并推广应用离心式污泥脱水机，因其占地面积小、产率高、 自动化程序高，在处理厂使用比例逐渐扩大。近年来也发展了传统的带式滤机 与机械浓缩设备联合使用，而取消重力式浓缩池的新工艺。此项开发研制目前 取得很大进展，一些离心浓缩及脱水设备正在国内积极开发和使用。特别是带 式浓缩与带式脱水的一体化机、离心浓缩与离心脱水的一体化机和转鼓浓缩与 带式脱水的一体化机都与国外先进国家的产品相比有一定差距。 4 沼气利用设备：包括沼气发动机、沼气锅炉、沼气净化脱硫设备、余热 锅炉等等，是回收污水厂的生物