一座池子,两种负荷
沉淀池同时接收两样东西。它接收一股流量,这是水力负荷;也接收一定质量的悬浮固体,这是固体负荷。处理前者的方式用水力负荷来描述,处理后者的方式用固体负荷来描述。池子对两者都必须够用,而它们不是同一个计算。
沉淀池的水力指标是它的表面负荷:通过池子的流量除以池子的平面面积,以立方米每平方米每天表示,或在另一种常见口径中以加仑每分钟每平方英尺表示。同一个量也称为溢流率;当一座装置用污水处理中的表面负荷来描述时,说的就是这个数字。
值得留意的是单位。立方米每平方米每天约简后就是米每天,也就是一个速度。表面负荷是水在池中上升的垂直速度,可以直接与颗粒沉降的速度相比。这个比较就是沉淀池设计的全部基础。
为什么是表面积决定去除率,而池深不决定
设想一座静止、没有短流、且只含一种沉降速度颗粒的池子。颗粒只要在到达出水口之前抵达污泥区就被去除了。沉降速度大于溢流率的颗粒,从任何起始深度都能抵达,包括从水面开始。沉降速度小于溢流率的颗粒,只有当它在池中起始位置足够低时才能抵达,所以这个粒径级只有一部分被去除,去除比例等于它的沉降速度与溢流率之比。
由此得到两个结论,第一次遇到时两个都反直觉。第一,去除比例取决于表面积而不取决于池深:把池子加深并不改变溢流率,也不会多去除这个粒径级。第二,去除率的设计数字是溢流率,而不是停留时间。池深仍然要买、也要付钱,但为的是别的理由:它为絮凝在池内继续提供停留时间,它在两次排泥之间储存污泥,它让污泥层远离出水堰。
真实的池子偏离理想池。进水紊动、温差引起的异重流、风,以及颗粒相遇时发生的絮凝,都会改善或破坏这个预测;设计良好的进水口可能比理想计算去除得更多。设计数字仍然是溢流率,因为池体几何必须围绕着它来布置。
按功能分的污水处理表面负荷
初沉池常见引用的起步数值在平均流量下约为 30 至 50 立方米每平方米每天,即约 0.8 至 1.2 加仑每分钟每平方英尺。二沉池取更低的数值,约为 16 至 32 立方米每平方米每天,即约 0.4 至 0.8 加仑每分钟每平方英尺。把它们作为起步方法而不是规格来读。两种功能不同是因为固体不同:初沉污泥致密且含砂,而活性污泥是轻的含水絮体,池子被要求做得太多时它会随水一起上升。
如何确定适用于你的池子的数字:面积由池子必须通过的流量和它被允许的负荷率推出,而这份许可值本身又由装置实际产生污泥的沉降性推出。在同样任务、同样池体下,污泥沉降好的装置可以比污泥含丝状菌的装置跑更高的负荷率。这就是这个数字要在装置上核对、而不是从表格上抄的原因。
水力负荷是另一个数字的情形
这两个词常被当作同义词使用,在沉淀池上它们通常就是同一个数字。污水处理中的水力负荷是更笼统的说法,而在滤池上它的含义完全不同:通过单位面积滤床的流量,包括用于反冲洗的水,所以滤池引用的数字是总处理水量,而不是瞬时沉降速度。
在生物装置中这个区分真正起作用的地方是二沉池,因为通过它的流量不是装置的进水流量。回流活性污泥从沉淀池底部抽出、泵回曝气池,又随混合液回到沉淀池。因此二沉池的表面负荷是按进水流量加回流量计算的,只按进水流量算出的数字会大幅低估池子承受的负荷。这也是有些装置溢流率在纸面上看着很宽裕、运行时却流失固体的原因之一。
同一族里还有第三个速率,它会绊倒一座面积够大但周边不够长的池子:沉淀池堰负荷,即单位长度出水堰上的流量,以立方米每米每天表示。水流向一段短堰加速时会把固体一起带到出水口,所以一座沉淀池可以满足它的表面负荷,却仍然给出很差的出水。
峰值流量才是检验这个数字的地方
沉淀池是按它必须在最不利时刻通过的流量定规模的,而不是按年平均。峰值流量系数图表把一片区域的旱季流量换算成峰值系数,而表面积必须在这个峰值下仍然够用。两者之间的表现也要紧:几个小时的日间峰值,与持续一整天的雨天峰值是两种不同的任务,而在平均流量下沉淀完美的装置,在这两种情形下都可能丢掉污泥层。
固体是随流量来的,而不是与流量无关,所以峰值要核对两次。固体浓度稳定的流量峰值抬高池子的水力负荷;同时携带固体峰值的流量峰值把两者都抬高,而决定面积的是这个组合。当两个峰值重合时,池子按两种负荷中先起约束的那一个定规模。
另外的天花板:二沉池的固体负荷
二沉池的固体负荷通常是起约束的那一个。它是单位时间单位表面积上施加的悬浮固体质量,以千克每平方米每小时表示,而承担它的是回流污泥系统,不只是池子本身。一座按满足溢流率定规模的池子,可能仍然小到承载不了这些固体;适用的数值由装置培养出的污泥的沉降特性确定,而不是由表格确定。
两个约束通过污泥相互作用。一座靠提高混合液浓度、在同样曝气容积里处理更多负荷的装置,会把更多固体送进沉淀池,从而抬高固体负荷与污泥层厚度,并可能迫使它把溢流率降得更低来补偿。换个说法:装置能维持的浓度受沉淀池限制,而沉淀池受它在建造时就已固定的那块面积限制。
常见错误
- 只按进水流量计算二沉池的表面负荷,把回流污泥流量排除在外。
- 池子去除不足时去买深度而不是买面积,而深度完全不改变溢流率。
- 按平均流量定规模、事后才核对峰值,而不是按峰值定规模、再确认平均值。
- 满足了表面负荷就忽略固体负荷,而后者通常才是决定二沉池的那个约束。
- 设计时把堰长丢在一边,于是一座面积够用的池子让固体越过一段短堰。
- 引用一个负荷率却不说明它是按哪个流量算的,使这个数字无法用于比较。
- 把负荷率当作池子的属性,而不是当作装置在池中产生的那种污泥的属性。
面积定下来之前的自查
- 设计流量是分别给出平均、峰值以及含回流的峰值,而不是只给一个数字吗?
- 二沉池的表面负荷是按进水流量加回流量计算的吗?
- 固体负荷也核对过了吗,用装置将要运行的混合液浓度和回流比?
- 堰长已知吗,堰负荷在功能允许的范围内吗?
- 装置将要产生的那种污泥的沉降性已知吗,还是按一种沉降不了那么好的污泥假定了负荷率?
- 这个数字有没有连同它所依据的流量一起给出,使下一个人能拿它和自己的比较?
- 池子在雨天峰值小时和旱季日峰值小时都核对过了吗?
- 两座池子并联使用时,它们之间的流量分配确认过吗,因为分配不均会让其中一座超出这一对定规模时的数字?
从溢流率到池体
溢流率定下沉淀池的面积;深度、污泥收集和堰则随后由功能与污泥推出。面积一旦定下,池容积与 HRT 图表把工艺需要的停留时间换算成池体容积,这是同一座池子上的另一个计算。沉淀与澄清设备页覆盖围绕那块面积建造的池型,从小占地内增加沉降面积的斜板与斜管沉淀装置,到把污泥推到排泥点的刮泥机。单台成套设备在你的流量下提供多大的面积、深度和固体负荷,按你的设计流量与悬浮固体负荷与工厂确认,而不是从表格上假定。
