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目前许多城市污水处理厂为了保证除磷脱氮的碳源在设计中取消了初沉池或对初沉池进行了超越,使得原本应在初沉池被去除的细微无机颗粒物(粒径小于200μm)进入了生化单元,成为污水厂运行中的又一问题。传统沉砂池通常以去除相对密度2.65、粒径大于200μm颗粒为设计目标,但在实际运行中由于无机颗粒的粒径不同,在沉砂池的去除效果是不一样的。再加上无机颗粒受污水中有机物的附着影响,其等效比重将由于粒径的不同而呈现差异特性,这种差异在细微颗粒上表现得更加突出,将直接影响其运动及沉降特性。根据旋流沉砂池的涡流沉砂原理,设计时充分考虑污水中无机颗粒的粒径级配及比重特性,合理确定针对细微颗粒去除的目标粒径及设计比重,优化旋流沉砂池的设计运行参数,可以强化对细微颗粒的去除。为此,论文在对污水厂旋流沉砂池进出水无机颗粒物的粒径和浓度、生化池活性污泥浓度以及污泥MLVSS/MLSS比值跟踪调查的基础上,结合涡流沉砂原理分析了旋流沉砂池对细微无机颗粒的去除性能,通过沉降柱实验研究了细微无机颗粒附着油脂后的比重特性,确定了强化细微颗粒去除的适宜目标粒径及设计比重,在此基础上结合颗粒运动理论研究了基于细微无机颗粒物强化去除的旋流沉砂技术,研究结果表明:(1)旱季进入旋流沉砂池的无机颗粒物平均粒径为43.95~74.75μm,细微颗粒物占98.26%,降雨峰值平均粒径为107.46~205.37μm,细微颗粒占71.60%;旱季进入旋流沉砂池无机颗粒的浓度为117~187mg/L,降雨后3h左右出现浓度峰值,峰值为872~3981mg/L,研究2个月期间降雨带入无机颗粒物量占研究期间总量的34.8%,在平均雨强I≤6.3mm情况下,进水无机颗粒物量W随着雨前晴天数D的增加而增加(W=2.2D+27.7,R2=0.925),在雨前晴天数D≤7d情况下,进水无机颗粒物量W随着平均雨强I的增加而增加(W=4.7I+15.9,R2=0.911)。(2)旋流沉砂池对粒径≥200μm无机颗粒物的去除率为71.23%~92.95%,对粒径<200μm细微无机颗粒物的去除率为8.87%~10.90%,沉砂池的总去除率约为12%~27%。研究污水厂处理规模5万m3/d,通过核算生化池无机颗粒物的物料平衡关系,研究2个月期间生化池淤积无机颗粒物总量410.25t,其中399.45t沉积在底部,其余悬浮于活性污泥混合液中,研究期间活性污泥浓度MLSS维持在2200~2800mg/L的水平,污泥MLVSS/MLSS由0.52降至0.40,MLVSS由1410mg/L降至930mg/L。通过分析进水无机颗粒的粒径分布曲线,结合细微无机颗粒在生化池的悬浮特性,旋流沉砂池可按去除粒径≥73μm颗粒为设计目标,能保证降雨时粒径分布曲线中50%~80%的颗粒被有效去除,旱季15%~45%的颗粒被有效去除。(3)无机颗粒附着油脂后的沉降柱实验表明,无机颗粒附着油脂后以群体沉降所占比例为3.74%~39.01%,无机颗粒单独附着油脂后以悬浮态存在所占比例为2.46%~46.87%,无机颗粒单独附着油脂后的沉降近似于自由沉降,且颗粒粒径d越小,无机颗粒附着油脂后的等效比重E越小(E=1.362+0.0035d,R2=0.889)。通过分析细微无机颗粒附着油脂后其等效比重的降幅,细微无机颗粒在沉砂系统中的设计比重需进行优化,旋流沉砂池可按去除相对密度1.55、粒径73μm以上砂粒设计,以强化对细微无机颗粒的去除。(4)影响旋流沉砂池沉降砂粒的主要因素包括进水渠流速、分选区旋流速度、有效水深以及水力停留时间,通过理论计算分析表明,以去除相对密度1.55、粒径≥73μm为设计目标的旋流沉砂池的进水渠流速宜为0.26~0.29m/s,沉砂池分选区设计水深宜小于0.90m,旋流速度宜为0.25~0.29m/s,最短水力停留时间宜为21~33s。对基于细微无机颗粒强化去除的旋流沉砂技术的应用效果进行了中试模型检验,结果表明:降雨配沙的沉砂池去除效率为64.86%,较实际污水厂旋流沉砂池的去除效率增加38.28%;旱季配沙的沉砂池去除效率为35.96%,较实际污水厂旋流沉砂池的去除效率增加23.62%。