改善氧化沟流速分布的措施

曹瑞钰，付见中
(同济大学环保产品质量监督检验中心，上海 200092)

　　摘  要：通过多年的研究和模拟试验，提出了加装前后导流板的措施 以改善氧化沟的流速分布，消除目前氧化沟所存在的通病——池底积泥现象，而且很直观地 给出了安装导流板前后的氧化沟各断面流速分布图。另外，还就目前氧化沟的设计和建造中 出现的问题提出了相关的建议。
　　关键词：氧化沟；积泥；流速分布；导流板
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号： 1000-4602(2001)-02-0016-03

Measures for Improving Velocity Distribution in Oxidation Ditch
CAO Rui-yu，FU Jian-zhong
(Quality Supervision and Examination Center for Environ.Protection Produc ts,Tongji Univ.,Shanghai 200092,China)

　　　 Abstract：Velocity distribution in oxidation ditch can be improved by installing front baf fle and back baffle based on researches and simulation tests,so that sludge depo sit in the bottom of oxidation ditch can be eliminated.The velocity distribution diagrams of different cross-section before and after installing the baffles are presented in this paper.Moreover related suggestion on the problems appeared in design and construction of oxidation ditch is also given.
　　 Keywords:oxidation ditch;sludge deposit;velocity distribution;baffle　

　　由荷兰中央应用研究院卫生工程研究所(TNO)帕斯维尔(A·Pasveer)博士设计开发的第一家 氧化沟处理厂于1954年在该国的沃绍本(voor—shopen)建成投产以来，这一独特的处理技术 很快为世界所公认。至1975年，各国已建成558座氧化沟污水处理厂；到1976年，加拿大已 拥有90座氧化沟处理厂；进入80年代以来，我国建成投产的氧化沟污水处理厂已逾百家。
　　氧化沟工艺具有下列独特的优点：
　　①兼有推流型反应池和完全混合型反应池的特点，有利于克服沟内污水的短流现象，提高缓冲能力；
　　②具有明显的溶解氧浓度梯度，比较适合于硝化—反硝化生物处理工艺；
　　③在整个氧化沟流程中，功率密度的不均匀分布有利于氧的传质、液体的混合和污泥絮凝；
　　④整体体积功率密度较低，可以节约能源、降低能耗；
　　⑤污水的循环量是进水的十倍甚至数十倍，具有较强的抗冲击负荷能力；
　　⑥管理维护比较方便。
　　当然，氧化沟工艺也有不足之处，几乎普遍存在着池底积泥的现象。

　　1 氧化沟流速分布的现状

　　氧化沟是一种延时曝气系统，为了获得其独特的混合和处理效果，混合 液必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认为，最低流速应为0.15 m/s，不发生沉积 的平均流速应达到0.3～0.5 m/s。
　　 氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250～300mm，转盘的浸没深度为480～530mm。与氧化沟水深(3.0～3.6m)相比，转刷只占了水深的1/10～1/12，转盘也只占了1/6～1/7，因此造成氧化沟上部流速较大(约为0.8～1.2m ，甚至更大)，而底部流速很小(特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速)，致使沟底大量积泥(有时积泥厚度≥1.0m)，大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。
　　如某污水处理厂的三沟式氧化沟(见图1)，沟宽度为7.0 m，有效水深为3.5 m，其不同断面、不同深度的流速测定数据见表1。

　　  由表1可以看出，在水深3.0m以下混合液处于不流动状态。
　　 在另外一污水处理厂检测时也发现，该氧化沟水深为3m，而在2.0m以下混合液流速为零，可见积泥深为1m左右。

　　2  改善氧化沟流速分布措施的研究

　　改善氧化沟液流的流速分布，防止或减少沟内的污泥沉积，不少人做过多种研究和改进，例如：改转刷和转盘曝气机为射流曝气、导管式曝气，在氧化沟内加装推进器，研制新型曝气机等。
　　笔者经过多年的研究和现场改装检测，认为加装前后导流板的方法比较简单有效。目前部分转刷或转盘式氧化沟中也安装了导流板，但导流板尺寸和安装位置都不到位，对水力性能的 改善和流速的分布都没有达到所要求的状态，而且国内一般只加装后导流板。根据国外文献资料介绍以及笔者近几年的室内和半生产性试验，认为在曝气转刷或曝气转盘上游和下游分别加装前、后导流板，对改善转刷或转盘式氧化沟的水流速度和流速分布具有非常明显的效果，转刷或转盘的充氧能力和理论动力效率也有明显的提高。
　　在实验室内，通过模拟池内导流板的不同高度、距转盘(转刷)转轴的不同距离以及导流板 倾斜的不同角度，进行了各种组合试验并得出其最佳组合，按照相似原理还进行了半生产性验证测试。实践证明：①上游导流板的高度为水深的1/5，距转盘(转刷)轴心为4.0m，与水面垂直安装，②下游导流板的高度为水深的1/5，导流板上缘距转盘(转刷)轴心为3.0m ，导流板安装与水面的外倾角为60°时(上、下游导流板都应与氧化沟同宽)，都可以获得比较好的流速分布，充氧能力和理论动力效率也会获得最佳效果。
　　生产性应用研究的氧化沟直段长为17.0m，弯道外圆直径D＝8.0m，中心圆直 径为4.0m，也即氧化沟外周全长为59.12m，平面中心线周长为46.56m，氧化沟宽度 为4.0m，有效水深为3.0m。沟内安装一台转盘曝气机，盘片数为16片(见图2)。

　　过几个循环的测试，安装导流板前、后的流速和充氧能力对比见表2～5。

　　以看出，氧化沟没安装导流板时，1-1断面上部(水面下0.5m处)流速为0.7m/s，而底部( 水深3.0m处)流速为0.04m/s，远小于0.15m/s，因此该段积泥较严重；当单独设置下游导流板时，1-1断面上部流速减小为0.12m/s，而底部流速增加为0.58m/s；当上、下游同时设置导流板时，1-1断面上部流速减至0.14m/s，底部流速则增加到0.55m/s，大于0.3m/s，所以消除了底部积泥现象，有利于氧化沟内的污泥混合循环，提高了处理效果。另外只加装下游导流板时，1-1断面的流速虽已比较理想，但在4-4断面，则与不装导流板时的流速相差无几，此处仍会积泥，而且充氧能力提高值也不大。由此可以看出，上游导流转盘上游附近的流速分布起了比较大的作用。另外，上游导流板的设置还会减少因转盘表面动能的增加导致表面混合液流速迅速上升而使大量液流直接从表面流经转盘的现象，混合液改由从沟底通过则加速了氧的转移，提高了充氧能力。因此，上、下游同时加装导流板，无论是对氧化沟流速分布的改善还是对其充氧能力的提高都会取得最佳效果 。

　　3  结论和看法

　　氧化沟加装上、下游导流板是改善氧化沟流速分布、提高充氧能力的最佳方法和最方便的措施。上游导流板安装在距转盘(转刷)轴心4.0m处(上游)，导流板高度为水深的1/5～1/6，并垂直于水面安装；下游导流板安装在距转盘(转刷)轴心3.0m处。导流板的材料可以用金属或玻璃钢，但以玻璃钢为佳。
　　②导流板与其他改善措施相比，不仅不会增加动力消耗和运转成本，而且还能够较大幅度地提高充氧能力和理论动力效率。
　　③氧化沟的沟深以3.0～3.5m比较适中，最好在3.0m左右。氧化沟过深(如4.0m甚至到6.0m)则弊病较大：a.上、下层流速相差较大，混合液浓度不均匀，处理效果较差；b.底部流速小，很容易积泥。国外的氧化沟深度大多在3.0m以内，如参考文献［2］中特别指出：“虽曾采用过水深＞7.0m，但大多数氧化沟沟深仍局限在1～2m。”因此，我国目前在氧化沟的设计中越做越宽、越做越深是不科学的，而且非常不利。
　　④氧化沟处理工艺中的曝气转盘或转刷，目前我国都可以制造，而且生产厂家较多，没有必要完全依靠进口(除机电设备外)；当然，无论是转盘还是转刷其构造上还有较大的发展创新潜力，有待于开发和提高。
　　⑤目前正是我国氧化沟工艺发展的高峰期，因此在氧化沟设计上一定要科学、可靠；对于与日俱增的生产曝气转盘和转刷的环保企业，其产品极需标准化、规范化，需要有国家权威检验部门检验达标后方可进入市场，否则造成的损失将是巨大的。

　　参考文献：

　　［1］夏震寰.现代水力学［M］.北京：高等教育出版社，1992.
　　［2］米可尔 G 曼特，布鲁斯 A 贝尔.Oxidation Ditches in Wastewater Treatment［M］.袁懋梓译.北京：中国建筑工业出版社，1998.

作者简介：曹瑞钰(1944-)，男，同济大学教授，研究方向为水污染控制技术、环境经济学。
电　　 话：(021)65982685
收稿日期：2000-10-09