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1、关于悬浮污泥过滤技术的设计计算杨志勇，文长明作者简介：杨志勇，生于1979-02-15，男，毕业于齐齐哈尔大学机械工程系、工程师，主要从事单柱立式数控车床设计、系列主管、学科带头人通信联系人：文长明，1969年1月12日出生,1991年哈尔滨工业大学毕业，工学硕士，高级工程师，近年主要从事油田采出水处理设备研究设计及机电一体化设计工作. E-mail: |1|杨志勇|yangzhiyong|齐重数控装备股份有限公司|Qiqihar heavy CNC equipment co., Ltd.|杨志勇，生于1979-02-15，男，毕业于齐齐哈尔大学机械工程系、工程师，主要从事单柱立式数控车床设计
2、、系列主管、学科带头人。|黑龙江齐齐哈尔市龙沙区安顺路89号齐重数控装备股份有限公司|161000||04522225499|18245281257*|2|文长明|wenchangming|齐重数控装备股份有限公司|Qiqihar heavy CNC equipment co., Ltd. Qiqihar, Heilongjiang.Daqing Weizhen electromechanical manufacturing co., Ltd. Daqing, Heilongjiang |文长明，1969年1月12日出生,1991年哈尔滨工业大学毕业，工学硕士，高级工程师，近年主要从事油田采出
3、水处理设备研究设计及机电一体化设计工作。|黑龙江省齐齐哈尔市龙沙区谊联名居15楼4单元401|161000||04522225499|18245281257关于悬浮污泥过滤技术的设计计算|Design and calculation of the suspending sludge filtration|（齐重数控装备股份有限公司）摘要：悬浮污泥过滤技术是一门新颖的、新鲜的高新过滤技术，它由沉降和分离两部分装置组成。其原理是先向沉降装置中加入混凝剂或助凝剂，使污水中各种胶体和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体，然后在分离装置内使絮体和水快速分离，形成悬浮污泥层。它是在十分接近正常压力的状态下利用逐渐
4、增厚的、悬浮状态的污泥层代替常规压力过滤流程中的过滤介质实现污泥过滤的。为了让更多的研究人员了解这门新颖的过滤技术，本文通过理论分析给出了其沉降装置和分离装置的设计计算公式。关键词： 悬浮污泥过滤技术；混合流；固定床；流化床；液力输送；沉降；药剂；分离中图分类号：TE938Design and calculation of the suspending sludge filtrationyangzhiyong1, wenchangming2(1. Qiqihar heavy CNC equipment co., Ltd.;2. Qiqihar heavy CNC equipment co.,
5、Ltd. Qiqihar, Heilongjiang.Daqing Weizhen electromechanical manufacturing co., Ltd. Daqing, Heilongjiang)Abstract: The suspending sludge filtration technology is an innovative, high-tech, new filtering technology. It consists of two parts in the settlement and separation device. The principle of the
6、 technology is that coagulants are added into the settlement unit, a variety of colloidal particles and suspended particles condense into large blocks of compact aggregates. Then, at a height of separation device, gradually formed a suspending sludge layer. It is the suspending sludge layer, gradual
7、ly thickening, instead of the conventional pressure filtration process sludge filtration media, which filtrates the sludge at a very close to atmospheric pressure. In order to make more researchers understand the innovative filter technology, this article gives its design and calculation formulas of
8、 the settlement unit and separation device by theoretical analysis.Key words: suspending sludge filtration technology, mixed-flow, static bed, fluidized bed, hydraulic transmission, settlement unit, coagulant, separation device0 引言悬浮污泥过滤技术又称SSF（Suspended Sludge Filtration）技术，其污水净化工艺设备由沉降装置和分离装置两大部分组
9、成。其原理是投加混凝剂使污水中部分溶解状态的污染物和胶体颗粒吸附出来，形成微小悬浮颗粒；然后采用助凝剂将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠旋流、过滤水力学和流体力学原理，在SSF分离装置内使絮体和水快速分离，形成悬浮污泥层。当混凝后的出水由下向上穿过此悬浮泥层时，此絮体滤层靠界面物理吸附和电化学特性及范德华力的作用，将悬浮胶体颗粒、絮体、细菌菌体等杂质全部拦截在此悬浮泥层上，污水经过罐体内自我形成的悬浮泥层过滤之后，使出水水质达到回用标准。唐红军等人应用悬浮污泥过滤技术设计的污水处理系统是一套物理、化学的处理装置，其核心部分是SSF污水净化器和处理药剂。污水处理药剂在SSF污
10、水净化器内，通过化学反应使污水中溶解状态的有机污染物、重金属离子和有害盐类从水中析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒，进而凝聚成大块密实的絮体1。张逢玉等人应用悬浮污泥过滤技术对大庆油田石英砂过滤器结构进行改造,并采用改造后的装置对油田污水进行了深度处理，该试验取得了良好的处理效果。改造后的石英砂过滤器在进水悬浮物质量浓度为4063 mg/L时，出水悬浮物质量浓度小于10 mg/L，平均去除率为81.8%，比改造前提高了33.3%；在进水油质量浓度为79119 mg/L时，出水油质量浓度小于10 mg/L，平均去除率为92.9%，比改造前提高了21.2%。通过悬浮污泥过滤工艺处理后，出水
11、悬浮物质量浓度小于2 mg/L，出水油质量浓度小于3 mg/L，滤出水悬浮物去除率达到96.4%，油去除率达到97.0%，水质均达到油田回注水标准2。刘红等人应用悬浮污泥过滤技术处理油田污水也取得了良好的社会经济效益：具有处理效果好、投资低、运行费用低、占地面积小和适应范围广等优点，它为解决油田回注污水水质超标问题提供了一条新的技术途径3。1 悬浮污泥过滤技术的理论基础1.1 观点的提出悬浮污泥过滤技术是一门新颖的、新鲜的高新技术，它的出现必然要逐渐替代现有的很多落后的污水处理技术和装备。关于悬浮污泥过滤技术的应用已经有了很多的研究报告。唐红军、张逢玉、刘红等人的研究结果都对悬浮污泥过滤技术的
12、应用效果给予了十分肯定的、积极的认同。那么，悬浮污泥过滤技术到底是以什么理论作为设计计算的基础的呢？对这方面做过分析阐述的研究单位十分稀少，本文根据作者在悬浮污泥过滤技术方面的设计研究，提出一些心得，旨在指出悬浮污泥过滤技术设计计算的理论基础。1.2 沉降与分离是悬浮污泥过滤技术的核心沉降过程的核心内容就是要通过各种物理的、化学的方法使溶解、悬浮在介质中的颗粒析出并增大。物理的，就是说要用装置、化学的，就是说要使用药剂，这个装置就是沉降罐，根据处理段数的需要，可以设计成一沉、二沉等，用多少个沉降完全由被处理的污水特性和出水要求决定的。每一个沉降的内容可以相同、也可以不相同，所投加的药剂可以相同
13、也可以不同。后一个沉降可以是前一个沉降的继续，也可以是专门为了沉降某种物质而设计的。各种药剂投加到不同的沉降罐里，药剂都是专门的，在沉降罐内，通过化学反应使污水中溶解状态的有机污染物、重金属离子和有害盐类从水中析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒，进而凝聚成大块密实的絮体。1.3 混合流的流态化是分离的核心技术污泥经过一沉、二沉等沉降装置絮凝增大以后，在压力状态下，进入分离设备，这个设备就是我们现场所看到的庞大的罐体，如图1，进入分离装置的污泥不断地增大增厚，并且停留在罐体的一定位置，厚厚的污泥层取代了传统的过滤介质，过滤着流过的混合流，混合流中的污泥被截留下来，使污泥层不断增厚，清水则
14、顺利通过污泥层的阻截，继续上升，从清水管流出。当污泥层的厚度超过中央污泥收集筒的高度时，超过的部分会自动地掉入污泥收集筒中，进入污泥浓缩室。在这个分离装置内，污泥能否悬浮、停留在罐体里的某个位置，取决于夹带着污泥的混合流工作在什么样的流化状态。图1 悬浮污泥过滤设备工作示意图1.4 分离装置是工作在固定床阶段或流化床阶段初期的流化装置如图2，在垂直装有固体颗粒的床层中，流体自下而上通过床层，随着流速从小到大变化，床层将出现下述三种不同的阶段4。气体或液体 气体或液体 液体 气体 气体或液体（a）固定流化床 （b）流化开始 （c）散式流化床 (d)聚式流化床 （e）液力、气力输送图2 不同流速下
15、床层状态的变化1.4.1 固定床阶段 图中(a)所示，流体通过床层的流速较低，流体对颗粒的曳引力较小，颗粒之间紧密接触，静止不动，床层高度不变，该阶段10-4Rep1，=24/ Rep，表示为Stokes公式：式中：Rep混合流雷诺数 曳力系数 ds颗粒的直径，m s颗粒的密度，kg/m3 流体的密度，kg/m3 ut颗粒的自由沉降速度，m/s1.4.2 流化床阶段图中（b）、（c）、(d)所示，当流体速度增加到一定值时，流体对颗粒的曳引力增加到与颗粒的净重力相等，流体通过床层的阻力等于单位截面床层的重量时，颗粒开始浮动，床层高度有所增加，而且会随着流速的增大继续提高。该阶段1Rep1000，
16、 ，表示为Allen公式：1.4.3 液力输送阶段当流体流速等于颗粒沉降速度ut时，颗粒被带出容器外，床层界面消失，此时的流速称为流化床带出速度，流速高于带出速度后，就是流体输送阶段。该阶段1000Rep2105，=0.44，表示为Newton公式：2 总结显然，悬浮污泥过滤装置中的分离装置一定不能工作在液力输送阶段，必须使分离装置工作在固定床阶段的后期或流化床阶段，床层要有明显的分界面，通过调整进入分离装置的混合流流速，可以改变床层的高度，但是不要让流速接近流化床的带出速度，否则，污泥就会被带出，影响分离效果。一沉、二沉等沉降装置中，混合流是工作在固定床阶段的，Stokes公式中影响因子有：
17、，s，ds，共四个，对于一个特定的处理工艺来说，是不可选择的；如果药剂确定了，则s也就定了。在沉淀的过程中，唯一可以随时改变的就是絮体直径ds，而且沉降速度ut和ds成平方关系，更进一步说明了在沉淀池中增加ds的必要性和重要性。从沉降装置的生产现场也可以观察到，凡是从出水堰跑出去的都是小的絮体（俗称“跑浑”）。为了提高出水水质，提高分离效果，必须重视在沉降装置中的混凝效果，就是说，除了必须想办法在沉降装置的构造设计、水流流态、沉降装置中的填料布置等方面着手分析、改造。通过一系列手段，造成沉降装置中的混凝效果。还要控制混合流工作在固定床阶段，较低的流速，容易造成沉降装置中絮体的不断增大，更容易使
18、絮体接触，絮体靠近、接触、碰撞，才能吸附、黏附、粘结、桥连在一起。 一沉到二沉之间的管道输送、沉降装置到分离装置之间的管道输送，混合流是要工作在液力输送阶段的。通过Allen公式可以计算出分离装置的最小外径和来水管道内径，实际工程设计只要保证罐体的直径大于这个最小值，就会使混合流进入分离装置内部以后，逐渐形成污泥层，随着过滤的继续污泥层不断增厚，最后落入污泥收集室。悬浮污泥过滤技术是一个物理、化学的综合分离技术，工艺上沉降与分离之间有着密不可分的依赖关系，沉降的效果决定着分离的效果，只有沉降达到指标了，分离才会达到指标。工程实践中，在分离装置调试正常的情况下，出水仍然不达标，多半要重新改进沉降
19、工艺、使用新的药剂。该技术设计理念新颖，利用污水自身形成的致密悬浮泥层进行水质的净化、过滤，打破了传统的机械过滤模式，功能上相当于目前的污水预处理系统和精细过滤系统的总和。它的特点就是：处理精度高，处理后水质可以达到A2-A3级标准，且水质稳定；运行费用低；适用范围广，适用于各种工业污水及生活污水处理，对油田采油污水处理更具有明显的效果，并且对来水水质条件要求不高；一次性投资少，设备在常压状态下工作运行，系统设备一次性投资少；没有滤料的污染和更换问题，在保证水质的前体下，节约了滤料的更换、再生费用，操作维修简便。占地少、净化乳化油和悬浮物的效果特别好。悬浮污泥过滤技术是最近几年才开始应用的新技
20、术，这方面的技术不仅可以应用于油田，同样可以应用于其它行业需要进行污水处理的项目。参考文献 (References)1、唐红军、 张伟东、 魏喜利、苏上海，悬浮污泥过滤技术用于油田含油污水处理的试验，油气田地面工程2005年第4期2、张逢玉等人，悬浮污泥过滤工艺在油田污水深度处理中的应用，现代化工 2007年8期3、刘红、王大山、刘水，悬浮污泥过滤技术应用于油田采出水处理，油气田地面工程 2005年7期 4、文长明，散状物料气力输送和DCS系统的研究，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2006年12月以下为系统生成表格，切勿修改表格内容.项目基金 中文作者杨志勇;文长明英文作者yangzhiyong
21、;wenchangming 中文工作单位齐重数控装备股份有限公司;齐重数控装备股份有限公司 英文工作单位Qiqihar heavy CNC equipment co., Ltd.;Qiqihar heavy CNC equipment co., Ltd. Qiqihar, Heilongjiang.Daqing Weizhen electromechanical manufacturing co., Ltd. Daqing, Heilongjiang 通信联系人文长明作者邮箱;作者电话04522225499;04522225499作者手机18245281257;18245281257作者简介杨志勇，生于1979-02-15，男，毕业于齐齐哈尔大学机械工程系、工程师，主要从事单柱立式数控车床设计、系列主管、学科带头人。;文长明，1969年1月12日出生,1991年哈尔滨工业大学毕业，工学硕士，高级工程师，近年主要从事油田采出水处理设备研究设计及机电一体化设计工作。作者邮编161000;161000作者地址黑龙江齐齐哈尔市龙沙区安顺路89号齐重数控装备股份有限公司;黑龙江省齐齐哈尔市龙沙区谊联名居15楼4单元401