曹瑞鈺，付見(jiàn)中
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海 200092)

　　摘  要：通過(guò)多年的研究和模擬試驗(yàn)，提出了加裝前后導(dǎo)流板的措施 以改善氧化溝的流速分布，消除目前氧化溝所存在的通病——池底積泥現(xiàn)象，而且很直觀地 給出了安裝導(dǎo)流板前后的氧化溝各斷面流速分布圖。另外，還就目前氧化溝的設(shè)計(jì)和建造中 出現(xiàn)的問(wèn)題提出了相關(guān)的建議。
　　關(guān)鍵詞：氧化溝；積泥；流速分布；導(dǎo)流板
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2001)-02-0016-03

Measures for Improving Velocity Distribution in Oxidation Ditch
CAO Rui-yu，F(xiàn)U 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　

　　由荷蘭中央應(yīng)用研究院衛(wèi)生工程研究所(TNO)帕斯維爾(A·Pasveer)博士設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的第一家 氧化溝處理廠于1954年在該國(guó)的沃紹本(voor—shopen)建成投產(chǎn)以來(lái)，這一獨(dú)特的處理技術(shù) 很快為世界所公認(rèn)。至1975年，各國(guó)已建成558座氧化溝污水處理廠；到1976年，加拿大已 擁有90座氧化溝處理廠；進(jìn)入80年代以來(lái)，我國(guó)建成投產(chǎn)的氧化溝污水處理廠已逾百家。
　　氧化溝工藝具有下列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
　　①兼有推流型反應(yīng)池和完全混合型反應(yīng)池的特點(diǎn)，有利于克服溝內(nèi)污水的短流現(xiàn)象，提高緩沖能力；
　　②具有明顯的溶解氧濃度梯度，比較適合于硝化—反硝化生物處理工藝；
　　③在整個(gè)氧化溝流程中，功率密度的不均勻分布有利于氧的傳質(zhì)、液體的混合和污泥絮凝；
　　④整體體積功率密度較低，可以節(jié)約能源、降低能耗；
　　⑤污水的循環(huán)量是進(jìn)水的十倍甚至數(shù)十倍，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力；
　　⑥管理維護(hù)比較方便。
　　當(dāng)然，氧化溝工藝也有不足之處，幾乎普遍存在著池底積泥的現(xiàn)象。

　　1 氧化溝流速分布的現(xiàn)狀

　　氧化溝是一種延時(shí)曝氣系統(tǒng)，為了獲得其獨(dú)特的混合和處理效果，混合 液必須以一定的流速在溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。一般認(rèn)為，最低流速應(yīng)為0.15 m/s，不發(fā)生沉積 的平均流速應(yīng)達(dá)到0.3～0.5 m/s。
　　 氧化溝的曝氣設(shè)備一般為曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)刷的浸沒(méi)深度為250～300mm，轉(zhuǎn)盤(pán)的浸沒(méi)深度為480～530mm。與氧化溝水深(3.0～3.6m)相比，轉(zhuǎn)刷只占了水深的1/10～1/12，轉(zhuǎn)盤(pán)也只占了1/6～1/7，因此造成氧化溝上部流速較大(約為0.8～1.2m ，甚至更大)，而底部流速很小(特別是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒(méi)有流速)，致使溝底大量積泥(有時(shí)積泥厚度≥1.0m)，大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質(zhì)。
　　如某污水處理廠的三溝式氧化溝(見(jiàn)圖1)，溝寬度為7.0 m，有效水深為3.5 m，其不同斷面、不同深度的流速測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

　　  由表1可以看出，在水深3.0m以下混合液處于不流動(dòng)狀態(tài)。
　　 在另外一污水處理廠檢測(cè)時(shí)也發(fā)現(xiàn)，該氧化溝水深為3m，而在2.0m以下混合液流速為零，可見(jiàn)積泥深為1m左右。

　　2  改善氧化溝流速分布措施的研究

　　改善氧化溝液流的流速分布，防止或減少溝內(nèi)的污泥沉積，不少人做過(guò)多種研究和改進(jìn)，例如：改轉(zhuǎn)刷和轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣機(jī)為射流曝氣、導(dǎo)管式曝氣，在氧化溝內(nèi)加裝推進(jìn)器，研制新型曝氣機(jī)等。
　　筆者經(jīng)過(guò)多年的研究和現(xiàn)場(chǎng)改裝檢測(cè)，認(rèn)為加裝前后導(dǎo)流板的方法比較簡(jiǎn)單有效。目前部分轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤(pán)式氧化溝中也安裝了導(dǎo)流板，但導(dǎo)流板尺寸和安裝位置都不到位，對(duì)水力性能的 改善和流速的分布都沒(méi)有達(dá)到所要求的狀態(tài)，而且國(guó)內(nèi)一般只加裝后導(dǎo)流板。根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)資料介紹以及筆者近幾年的室內(nèi)和半生產(chǎn)性試驗(yàn)，認(rèn)為在曝氣轉(zhuǎn)刷或曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)上游和下游分別加裝前、后導(dǎo)流板，對(duì)改善轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤(pán)式氧化溝的水流速度和流速分布具有非常明顯的效果，轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤(pán)的充氧能力和理論動(dòng)力效率也有明顯的提高。
　　在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過(guò)模擬池內(nèi)導(dǎo)流板的不同高度、距轉(zhuǎn)盤(pán)(轉(zhuǎn)刷)轉(zhuǎn)軸的不同距離以及導(dǎo)流板 傾斜的不同角度，進(jìn)行了各種組合試驗(yàn)并得出其最佳組合，按照相似原理還進(jìn)行了半生產(chǎn)性驗(yàn)證測(cè)試。實(shí)踐證明：①上游導(dǎo)流板的高度為水深的1/5，距轉(zhuǎn)盤(pán)(轉(zhuǎn)刷)軸心為4.0m，與水面垂直安裝，②下游導(dǎo)流板的高度為水深的1/5，導(dǎo)流板上緣距轉(zhuǎn)盤(pán)(轉(zhuǎn)刷)軸心為3.0m ，導(dǎo)流板安裝與水面的外傾角為60°時(shí)(上、下游導(dǎo)流板都應(yīng)與氧化溝同寬)，都可以獲得比較好的流速分布，充氧能力和理論動(dòng)力效率也會(huì)獲得最佳效果。
　　生產(chǎn)性應(yīng)用研究的氧化溝直段長(zhǎng)為17.0m，彎道外圓直徑D＝8.0m，中心圓直 徑為4.0m，也即氧化溝外周全長(zhǎng)為59.12m，平面中心線周長(zhǎng)為46.56m，氧化溝寬度 為4.0m，有效水深為3.0m。溝內(nèi)安裝一臺(tái)轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣機(jī)，盤(pán)片數(shù)為16片(見(jiàn)圖2)。

　　過(guò)幾個(gè)循環(huán)的測(cè)試，安裝導(dǎo)流板前、后的流速和充氧能力對(duì)比見(jiàn)表2～5。

　　以看出，氧化溝沒(méi)安裝導(dǎo)流板時(shí)，1-1斷面上部(水面下0.5m處)流速為0.7m/s，而底部( 水深3.0m處)流速為0.04m/s，遠(yuǎn)小于0.15m/s，因此該段積泥較嚴(yán)重；當(dāng)單獨(dú)設(shè)置下游導(dǎo)流板時(shí)，1-1斷面上部流速減小為0.12m/s，而底部流速增加為0.58m/s；當(dāng)上、下游同時(shí)設(shè)置導(dǎo)流板時(shí)，1-1斷面上部流速減至0.14m/s，底部流速則增加到0.55m/s，大于0.3m/s，所以消除了底部積泥現(xiàn)象，有利于氧化溝內(nèi)的污泥混合循環(huán)，提高了處理效果。另外只加裝下游導(dǎo)流板時(shí)，1-1斷面的流速雖已比較理想，但在4-4斷面，則與不裝導(dǎo)流板時(shí)的流速相差無(wú)幾，此處仍會(huì)積泥，而且充氧能力提高值也不大。由此可以看出，上游導(dǎo)流轉(zhuǎn)盤(pán)上游附近的流速分布起了比較大的作用。另外，上游導(dǎo)流板的設(shè)置還會(huì)減少因轉(zhuǎn)盤(pán)表面動(dòng)能的增加導(dǎo)致表面混合液流速迅速上升而使大量液流直接從表面流經(jīng)轉(zhuǎn)盤(pán)的現(xiàn)象，混合液改由從溝底通過(guò)則加速了氧的轉(zhuǎn)移，提高了充氧能力。因此，上、下游同時(shí)加裝導(dǎo)流板，無(wú)論是對(duì)氧化溝流速分布的改善還是對(duì)其充氧能力的提高都會(huì)取得最佳效果 。

　　3  結(jié)論和看法

　　氧化溝加裝上、下游導(dǎo)流板是改善氧化溝流速分布、提高充氧能力的最佳方法和最方便的措施。上游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤(pán)(轉(zhuǎn)刷)軸心4.0m處(上游)，導(dǎo)流板高度為水深的1/5～1/6，并垂直于水面安裝；下游導(dǎo)流板安裝在距轉(zhuǎn)盤(pán)(轉(zhuǎn)刷)軸心3.0m處。導(dǎo)流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。
　　②導(dǎo)流板與其他改善措施相比，不僅不會(huì)增加動(dòng)力消耗和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動(dòng)力效率。
　　③氧化溝的溝深以3.0～3.5m比較適中，最好在3.0m左右。氧化溝過(guò)深(如4.0m甚至到6.0m)則弊病較大：a.上、下層流速相差較大，混合液濃度不均勻，處理效果較差；b.底部流速小，很容易積泥。國(guó)外的氧化溝深度大多在3.0m以內(nèi)，如參考文獻(xiàn)［2］中特別指出：“雖曾采用過(guò)水深＞7.0m，但大多數(shù)氧化溝溝深仍局限在1～2m。”因此，我國(guó)目前在氧化溝的設(shè)計(jì)中越做越寬、越做越深是不科學(xué)的，而且非常不利。
　　④氧化溝處理工藝中的曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)或轉(zhuǎn)刷，目前我國(guó)都可以制造，而且生產(chǎn)廠家較多，沒(méi)有必要完全依靠進(jìn)口(除機(jī)電設(shè)備外)；當(dāng)然，無(wú)論是轉(zhuǎn)盤(pán)還是轉(zhuǎn)刷其構(gòu)造上還有較大的發(fā)展創(chuàng)新潛力，有待于開(kāi)發(fā)和提高。
　　⑤目前正是我國(guó)氧化溝工藝發(fā)展的高峰期，因此在氧化溝設(shè)計(jì)上一定要科學(xué)、可靠；對(duì)于與日俱增的生產(chǎn)曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)和轉(zhuǎn)刷的環(huán)保企業(yè)，其產(chǎn)品極需標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，需要有國(guó)家權(quán)威檢驗(yàn)部門(mén)檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)入市場(chǎng)，否則造成的損失將是巨大的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　［1］夏震寰.現(xiàn)代水力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1992.
　　［2］米可爾 G 曼特，布魯斯 A 貝爾.Oxidation Ditches in Wastewater Treatment［M］.袁懋梓譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

作者簡(jiǎn)介：曹瑞鈺(1944-)，男，同濟(jì)大學(xué)教授，研究方向?yàn)樗廴究刂萍夹g(shù)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)。
電　　 話：(021)65982685
收稿日期：2000-10-09