水污染治理技术：重力浓缩法及应用

根据重力浓缩运行的方式不同，可将重力浓缩分为间歇式浓缩和连续式浓缩两种，对应地，重力浓缩池可分为间歇式和连续式两种。重力浓缩法目前应用最广。

连续式重力浓缩池的基本工作状况如图6-2所示。

图6-2　连续式重力浓缩池工作状况

污泥经中心筒进入，浓缩后的污泥经由池底排出，脱出的水分经澄清后经溢流堰溢出。浓缩池可分为三个区域：顶部为澄清区；中部为进泥区；底部为压缩区。进料区的污泥固体浓度与进泥浓度c0大致相同。压缩区的浓度则越往下越浓，到排泥口达到要求的浓度cu。澄清区与进泥区之间有污泥面（即浑液面），其高度由排泥量Qu调节，可调节污泥的压缩程度。

根据浓缩需求，浓缩池必须满足以下条件：①上清液必须澄清；②排出的污泥必须达到规定标准；③具有较高的固体回收率。如果一味地增加污泥处理量，则会导致浓缩池的负荷过大，浓缩污泥的固体浓度降低，造成上清液的浑浊；相反，若负荷过小，则会造成污泥在池中过久地停留而产生腐败发酵，产生气体，使得污泥上浮。因此设计过程中都要考虑到各种情况的发生，以避免不良后果的产生。

在设计重力浓缩池时，主要考虑的是水平断面积At。关于该面积的计算方法很多，以下简要介绍其中的两种方法。

（1）沉降曲线简化计算法

该法主要步骤见图6-3。

图6-3　沉降曲线简化计算法求解示意图

①通过沉降试验绘制沉降曲线，求出临界面位置K（t2，H2）。

②由关系式Hu=H0c0/cu求出Hu，其中cu为所要求的浓缩池池底排泥的浓度，Hu为沉降曲线上对应cu的浑液面浓度。

③由Hu引一条水平线，与过K点的切线相交，交点的横坐标为tu。

④由At=Q0tu/H0，即可求出浓缩池面积At。

沉降曲线简化计算法的依据如下。

由沉淀筒的物料衡算可得：

排出的清水量Vw可根据浓缩开始（t2，H2）与浓缩结束（tu，Hu）的差值计算得出：

产水率可通过一段时间排出的清水量与该段时间的比值，产水率Q′表示如下：(www.xing528.com)

在临界点K引一条切线，就能得到浓缩开始（t2，H2）时的浑液面下降速度v2：

此时的瞬时产水率Q″为：

当浓缩池处于连续稳态工作时，Q′和Q″相等，同为溢流率，即：

如图6-3所示，由Hu引水平线，交于过K点的切线，其横坐标为tu，即得两个相似三角形。相似边能满足式（6-6），故由Hu绘图求tu的方法正确无误。

在tu时间内，进入浓缩区的平均固体量为cuHuAt，则单位时间平均固体浓缩率为：

在连续稳态条件下，进入浓缩池的固体流入率（Q0c0）应等于浓缩池的固体浓缩率：

（2）固体通量曲线法

固体通量是指单位时间内通过浓缩池某一断面单位面积的固体质量，单位为kg/（m2·h）。在连续重力浓缩池内，通过浓缩池任一浓缩断面i的固体通量G等于浓缩池底部连续排泥所造成的底流牵动通量Gu和污泥自重压密所造成的固体静沉通量Gi之和：

式中，u为由于底部排泥导致产生的界面下降速度，大小为底部排泥量Qu与浓缩池断面积At的比值。浓缩池连续工作时，维持底流排泥量Qu不变，故u为一常数值，即Gu与ci成直线关系，如图6-4（b）中直线1。运行资料统计表明：活性污泥浓缩池的u一般为0.25～0.51m/h。vi为固体浓度为ci时的界面沉速，它可通过在固体浓度为0的沉降曲线上过起点作切线而求得，如图6-4（a）所示，ci=H0/ti。针对不同ci有不同的vi，因此固体静沉通量的Gi与ci关系亦可以确定，见图6-4（b）中的曲线2。可以看到曲线有一左界限，因为当固体浓度太低时，不会出现泥水界面，即存在一个形成泥水界面的最低浓度cm。ci为i断面上的固体浓度。

固体通量G可由图6-4（b）直线1和曲线2叠加求得（曲线3）。图中cl为极限固体浓度，cu为底部排放污泥的浓度。

图6-4　静态浓缩试验

图6-4　静态浓缩试验（续）

假定池顶溢流固体浓度为零，在稳态工作状态下，固体的总量可用固体通量和断面积的乘积来表示，即AtG=Q0c0。若进入浓缩池的总固体量保持不变，为Q0c0，此时G越小，则At越大，采取最小通量GL时，所对应的面积At即为浓缩池的设计面积，这是最为可靠的一种设计。将最小通量反映在图6-4（b）上，就是曲线3的最低点b。

重力浓缩可以根据试验数据来进行设计计算，但是在处理工业废水方面，由于污泥种类的不同在处理能力上有所差距。因此，在污泥的处理中最好通过试验来确定活泥负荷和截面积的大小。

间歇式重力浓缩池在设计原理上与连续式相似，其结构如图6-5所示。在浓缩池不同深度上都设置了上清液排除管，目的是在运行时及时排出浓缩池中的上清液，以确保有足够大的池容处理更多的污泥。一般情况下，间歇式浓缩池的浓缩时间一般为8～12h。

图6-5　间歇式重力浓缩池