针对氧化沟等不设置初沉池或超越初沉池的污水处理系统,如何实现粒径<200μm细微泥沙的有效去除已成为污水处理系统亟待解决的问题。现有研究表明,沉砂池强化除砂技术能够有效去除粒径>100μm细微泥沙,而对于粒径<100μm细微泥沙在生化池的悬浮特性以及分离去除技术尚缺乏研究。课题组前期研究表明,粒径是影响细微泥沙在生化池分布与归趋特性的主要因素,并发现粒径≤73μm细微泥沙易悬浮在污泥混合液中,导致活性污泥MLVSS/MLSS降低,这也是我国污水厂活性污泥MLVSS/MLSS普遍较低的主要原因。论文调查了我国城镇污水厂除砂系统的运行现状与生化池泥沙淤积现状;以粒径≤73μm细微泥沙为对象,研究了生化池不同粒径细微泥沙的悬浮特性;在课题组自主开发的“一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器”(发明专利:ZL 201110159013.X)的基础上,研究了细微泥沙悬浮态势对污泥淤沙分离器性能的影响,探索了活性污泥絮体中细微泥沙的释放方法,通过对污泥淤沙分离器结构进行优化,形成了与不同粒径细微泥沙悬浮特性相匹配的污泥淤沙分离集成化技术,并进行了应用研究。论文的主要结论如下:(1)对我国杭州QG污水厂、梧州DY污水厂等13座城镇污水厂除砂与生化池泥沙淤积现状的调研显示,污水厂沉砂池除砂效果不理想,69%的污水厂取消了初沉池或运行时超越了初沉池,生化池活性污泥MLVSS/MLSS偏低。污水厂进水中的泥沙主要由降雨径流带入,进水SS/BOD5雨季大幅高于旱季,活性污泥MLVSS/MLSS季节变化明显。目前污水厂只能根据经验调控污泥浓度MLSS,造成活性污泥MLVSS大幅波动。调研结果表明,开发沉砂池强化除砂技术、活性污泥中细微泥沙分离技术,构建基于活性污泥MLVSS/MLSS预测的污泥浓度MLSS调控模式,具有显著的应用价值和良好的应用前景。(2)细微泥沙粒径越小,悬浮在污泥混合液中的细微泥沙占生化池进水中细微泥沙总量的比例(悬浮比)越大,活性污泥MLVSS/MLSS越低。细微泥沙悬浮比与粒径呈显著的线性相关关系(y=0.996-0.010x),活性污泥MLVSS/MLSS与细微泥沙悬浮比呈显著的相关性(y=2.84/(12.27x+3.06))。基于生化池悬浮细微泥沙的物料平衡方程,论文构建了不同粒径细微泥沙对活性污泥MLVSS/MLSS影响的预测模型,污水厂根据模型,可实现活性污泥MLSS的精确调控,有利于污水处理系统的稳定运行。(3)进入生化池的细微泥沙,粒径和悬浮时间影响其悬浮态势。粒径>33μm的细微泥沙不易被活性污泥絮体卷捕,呈现自由悬浮态势,其悬浮态势不受悬浮时间的影响;14μm<粒径≤33μm的细微泥沙初期呈现自由悬浮态势,悬浮15d后,细微泥沙被活性污泥絮体卷捕,呈现卷捕附着态势;粒径≤14μm的细微泥沙,在进入生化池后,快速被活性污泥絮体卷捕,初期即呈现卷捕附着态势。(4)细微泥沙悬浮态势直接影响污泥淤沙分离器的分离性能,细微泥沙呈现自由悬浮态势,有利于活性污泥中细微泥沙的分离;细微泥沙被活性污泥絮体卷捕后,降低了分离器的分离性能,粒径为33μm的细微泥沙被活性污泥絮体卷捕后,分离器的除沙效率、分离度分别降低了43.7%、43.3%。由于细微泥沙主要由降雨径流带入,因此降雨期及降雨后的一段时间应运行污泥淤沙分离系统,以去除活性污泥中粒径>14μm的细微泥沙,一方面可防止细微泥沙对污水处理系统造成长时间的不利影响,另一方面避免14μm<粒径≤33μm的细微泥沙被活性污泥絮体卷捕,降低了分离器的分离性能。(5)超声预处理难以释放活性污泥絮体中粒径≤14μm的细微泥沙。这是由于超声预处理过程释放的胞内高分子聚合物促使破解污泥颗粒发生“再絮凝”,粒径≤14μm的细微泥沙被“再卷捕”,维持卷捕附着态势。超声预处理不能强化分离器对粒径≤14μm细微泥沙的去除,采用其它污泥预处理措施,同样难以提高分离器对该粒径细微泥沙的分离性能。因此,污泥淤沙分离器应主要去除生化池污泥混合液中粒径>14μm的细微泥沙,分离器结构优化的目标是强化分离器对粒径>14μm细微泥沙的去除。(6)通过采用计算流体力学(CFD)方法,优化了污泥淤沙分离器结构,优化后的结构参数为:筒体直径为75mm、进料口尺寸为15mm、溢流管插入深度为50mm、溢流管壁厚为10mm、筒体长度为100mm、底流口直径为10mm、溢流管直径为20mm,锥角为12°。与优化前相比,优化后的分离器进料压力降低了48.0%,分离器的运行能耗大幅降低,且除沙效率有一定的提高,对粒径为15μm细微泥沙的去除率提升至83%,表明优化后的分离器能够高效去除活性污泥中粒径>14μm的细微泥沙。(7)以优化后的污泥淤沙分离器为基础,开发了污泥淤沙分离集成设备,有利于污泥淤沙分离技术的推广和应用,其主要部件包括粗筛、储泥箱、液位控制器、污泥提升泵、污泥淤沙分离器、细筛、溢流污泥箱、振筛机等。对污泥淤沙分离集成设备的应用研究表明,分离活性污泥中的细微泥沙时,集成设备对ISS总的去除率分别为24.3%,排出的渣沙混合物含水率为49.1%,有机物含量为0.187,表明污泥淤沙分离集成设备能够有效去除活性污泥中的细微泥沙,且对排出的粗渣、细沙具有良好的脱水能力。