鄧榮森，許俊儀，劉保疆?
（重慶建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，重慶 400045）

　　 摘要：運(yùn)用流態(tài)分析手段研究了側(cè)溝式固液分離器的污泥回流機(jī)理，并對(duì)側(cè)溝式固液分離器內(nèi)的污泥回流機(jī)理提出了新的解釋，補(bǔ)充完善了原有理論。?
　　關(guān)鍵詞：一體化氧化溝；固液分離器；污泥回流?
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：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

基金項(xiàng)目：“八五”國(guó)家科技攻關(guān)課題(85-908-03-05)

　　固液分離器是一體化氧化溝的關(guān)鍵設(shè)備，而其中污泥的及時(shí)回流又是保證分離器具有良好分離效果、獲得穩(wěn)定出水水質(zhì)的前提。有關(guān)資料認(rèn)為，一體化氧化溝固液分離器的污泥回流機(jī)理不僅是由于重力作用，更重要的是回流管(縫)與主溝之間存在一定的壓力差，污泥的沉降與回流均受到這個(gè)壓力差的影響。
　　應(yīng)用該原理，可以對(duì)污泥回流給以一定的解釋，但是該原理闡述過于籠統(tǒng)，并不能適用于所有的固液分離器，同樣也不能清楚解釋側(cè)溝式固液分離器的回流機(jī)理。譬如按照該原理，側(cè)溝式固液分離器組件之間所有的回流管(縫)都同時(shí)受到重力作用和由主溝與側(cè)溝之間流速差引起的壓力差作用，因此其中污泥狀態(tài)應(yīng)該完全一致，但事實(shí)并非如此，根據(jù)試驗(yàn)觀察，在側(cè)溝式固液分離器中污泥狀態(tài)并不完全一致，它同分離器構(gòu)造、污泥位置密切相關(guān)。

　　1 側(cè)溝式固液分離器的構(gòu)造

　　試驗(yàn)所用側(cè)溝式一體化氧化溝模型由有機(jī)玻璃制成，構(gòu)造見圖1。

　　該模型的主溝容積為300L，溝單寬為0.17m，單側(cè)直段長(zhǎng)為1.6m，有效水深為0.38m；相應(yīng)側(cè)溝有效尺寸為：(長(zhǎng))1.2m×(寬)0.06m×(深)0.38m。?

　　2 現(xiàn)象觀察

　　觀察發(fā)現(xiàn)，側(cè)溝式固液分離器工作時(shí)存在以下明顯現(xiàn)象：?
　　①分離器內(nèi)存在一定厚度的懸浮污泥層，且泥水界面清晰。?
　　②污泥層高度沿分離器長(zhǎng)度方向有所變化，沿水流方向前端略高，后端略低。?
　　③污泥層處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，沿高度方向存在污泥層的翻滾、沉陷；沿水流方向存在水平流動(dòng)，且流速后端略大于前端。?
　　④污泥層沿長(zhǎng)度方向污泥濃度有差異，前、中部污泥呈現(xiàn)密實(shí)帶與稀松帶交替分布，各帶沿組件上側(cè)板延長(zhǎng)線延伸，與水平方向成一定角度；后部污泥多數(shù)密實(shí)，污泥帶不如中、前部明顯。?
　　⑤污泥層沿高度方向濃度有較大差異，污泥層上層、泥水界面以下一定區(qū)域污泥濃度量大，表現(xiàn)為污泥顆粒粗大；污泥層下層、組件以上一定區(qū)域污泥濃度最小，表現(xiàn)為污泥顆粒細(xì)碎、稀松。?
　　⑥污泥在分離器中表現(xiàn)有三種存在狀態(tài)：?
　　a.反沖，即主溝中混合液通過組件間的回流縫沖向懸浮污泥層；?
　　b.回流，即側(cè)溝中的混合液通過組件間的回流縫流回主溝；?
　　c.脈動(dòng)，即組件之間、回流縫中的泥水混合液處于懸浮狀態(tài)，一會(huì)兒回流，一會(huì)兒反沖。?
　　⑦污泥在分離器中的狀態(tài)具有穩(wěn)定性，即不論何時(shí)開機(jī)、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短，污泥存在狀態(tài)始終保持不變。?
　　⑧分離器前、中部污泥的回流、反沖分布比較均勻，以間隔分布為主；后部只發(fā)生回流，不發(fā)生反沖、脈動(dòng)。?
以上現(xiàn)象可歸納成圖2。

　　3 機(jī)理探討?

　　首先一體化氧化溝內(nèi)的液流經(jīng)過第一彎道、流經(jīng)固液分離器底部組件時(shí)的狀態(tài)可視為紊動(dòng)射流。在由組件一向組件二的流動(dòng)過程中，由于紊流縱向脈動(dòng)的結(jié)果，射流質(zhì)點(diǎn)部分地與周圍靜止介質(zhì)(相對(duì)而言)的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生動(dòng)量交換，因而帶動(dòng)周圍介質(zhì)一起向前運(yùn)動(dòng)，以致于在射流下游方向上寬度不斷增加、邊界層內(nèi)的流動(dòng)方向也有所改變，由中心部分的向前流動(dòng)變?yōu)橄蚯吧戏搅鲃?dòng)(見圖3)。

　　邊界層內(nèi)得液流流向改變后繼續(xù)流動(dòng)，受到前方組建得阻擋，根據(jù)恒定總流的動(dòng)量方程：
　　PQ(β₂V₂-β₁V₁)=∑F
　　式中∑F——作用于總流上的外力合力?

　　由式(1)可知，液流受到來自組件的外力F₁，在流動(dòng)方向上的動(dòng)量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為零，在外力F的垂直方向上分解成與組件底板相平行的兩束液流，一束沿組件底板向上流動(dòng)，一束沿組件底板向下流動(dòng)(見圖4)。

　　兩束液流向兩個(gè)方向流動(dòng)，產(chǎn)生兩種不同效果。?
　　上向流由于受到組件縫隙的限制，只能沿組件縫隙內(nèi)的通道流動(dòng)，結(jié)果沖向組件上方的懸浮污泥層，形成污泥反沖，并在固液分離器的懸浮污泥層中形成一條明顯的沖擊帶。沖擊帶內(nèi)污泥顆粒細(xì)小、稀松，而未發(fā)生反沖的回流縫上方的污泥顆粒粗大、稠密(見圖5)。

　　下向流流動(dòng)的初始階段也要受到組件邊界的限制，只能向斜下方流動(dòng)。而在流出組件區(qū)后，則也要發(fā)生類似圖4中的擴(kuò)散，但主流流向仍是斜下方(見圖6)。
　　下向流流出組件區(qū)后處于下一個(gè)回流縫的正下方，由于下向流在該區(qū)域的流向仍以斜下方為主，因而根據(jù)上文提及的回流機(jī)理“回流縫與主溝之間存在的壓力差導(dǎo)致污泥回流”可以判定，向斜下方流動(dòng)的液流同相對(duì)靜止的組件上方的液流之間既然存在流速差，那么它們之間必然也存在壓力差，該壓力差必然導(dǎo)致污泥在此回流縫處發(fā)生回流。而回流污泥沿此回流縫流動(dòng)，匯入組件區(qū)下方的主溝液流后，速度很快被主溝的高速液流所湮沒，待流至下一回流縫時(shí)體現(xiàn)的速度仍然只是類似第一個(gè)回流縫下的主溝流速。同理可知，第Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ……回流縫處的污泥狀態(tài)應(yīng)同第Ⅰ回流縫處的污泥狀態(tài)相類似；第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ……回流縫處的污泥狀態(tài)應(yīng)同第Ⅱ回流縫處的污泥狀態(tài)相類似。全過程的流態(tài)見圖7。?

　　　　

　　至于局部有1～2個(gè)回流、連續(xù)回流、反沖以及個(gè)別回流縫內(nèi)的污泥呈現(xiàn)脈動(dòng)狀態(tài)則是由于局部液流流速過大，壓力差與反沖力恰好平衡等因素造成的。?
　　根據(jù)以上分析，可以概括側(cè)溝式固液分離器污泥回流機(jī)理如下：?
　　混合液受到來自組件下側(cè)板的反力作用，分解為沿組件下側(cè)板流動(dòng)方向相反的兩束液流—上向流和下向流。上向流向上流動(dòng)產(chǎn)生污泥反沖；下向流向下流動(dòng)至下一回流縫處因流速差的存在形成壓力差，該壓力差導(dǎo)致污泥回流。?
　　側(cè)溝式固液分離器內(nèi)存在著與船式分離相類似的污泥回流機(jī)理，但又不完全相同，其根本差異在于它們構(gòu)造的不同。船式分離器型一體化氧化溝是混合液由船式分離器的尾部進(jìn)入，污泥回流是在船式分離器底部的回流管中進(jìn)行的，且回流管中的水流方向是背向來水，因而造成回流管內(nèi)的污泥只能發(fā)生回流，不會(huì)反沖；而側(cè)溝式固液分離器則不然，污泥進(jìn)入和排出側(cè)溝只能通過底部的回流縫才能實(shí)現(xiàn)，因而造成回流縫內(nèi)污泥回流、反沖在小范圍內(nèi)(不多于三個(gè)組件)共存，大范圍內(nèi)(四個(gè)及四個(gè)以上組件)的單純反沖、回流或脈動(dòng)是不存在的。?

　　4 結(jié)論

　　①側(cè)溝式固液分離器中污泥回流、污泥反沖在組件小范圍內(nèi)共存，大范圍內(nèi)的單純反沖、回流是不存在的；?
　　②污泥回流同固液分離器構(gòu)造密切相關(guān)，分析污泥回流機(jī)理要結(jié)合分離器構(gòu)造進(jìn)行。?

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　　作者簡(jiǎn)介：鄧榮森(1938-)，男，四川成都人，重慶建筑大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：一體化氧化溝城市污水處理技術(shù)。?
　　電話：(023)68704247?
　　收稿日期：2000-02-10