水力不均衡对污水厂工艺运行中的影响

在污水处理厂中，最经常见到的就是大量的水体流动，这些水体流动过程中，会产生很多与流动水体相关的力学现场，这是污水厂内的水力学的研究范畴，具体来说水力学的水动力学的范围，从学科划分上是水动力学，但是污水厂中，高层次的技术人员较少，完全理解水动力学的人员较少，对一些实际产生的工况就很难理解，特别是造成了工艺影响未能引起足够的注意。
水动力学研究的是液体在运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
为了使大家易于理解，本篇文章从最为常见的水力不平衡问题来讨论水动力学在污水厂的运营管理中的应用，希望能通过简单的介绍，使大家意识在污水厂的工艺管理水力学因素影响，也是个抛砖引玉的作用。
一般污水厂都不是一条处理线，为了工艺稳定运行保证，污水厂都建设有多条处理线路，最少也要两条处理线路，两条处理线路就有配水不均衡问题，配水不均衡造成了工艺运行上出现很多问题。先举一个比较极端的例子，某污水厂在建设期间，受到环保工期的制约，在施工后期，工程进度快速推进，很多工程进度都在很混乱的情况完成了。
两座二沉池从施工结束后，根据水量的增加情况，逐个投入运行，在单池运行，和双池负荷不满的运行工况下，并没有什么问题。但是处理水量逐步达到设计负荷的80~90之后，运行人员发现两座系统的运行总有差别，污泥浓度和溶解氧等不论怎么调整，两条系统就是很难调整均衡，特别是二沉池，其中一座二沉池总是不如另一座二沉池配水充足，水力负荷一直不均衡，导致单池运行负荷一个过大，一个过小，活性污泥沉淀时间不均衡，导致出水中悬浮物较高，出水水质不稳定。反复进行了各个环节的检查，包括二沉池进水的分配，剩余污泥的排放阀门控制，回流污泥虹吸阀门的调整，二沉池水位高低的检测是否存在地基沉降不均衡等等。但是都找不到彻底解决的原因，导致两条线路的工艺均衡调整非常困难。
直到一次进行二沉池排水检修底部的吸泥喇叭方管过程中，发现在二沉池中心配水的管井上开的四个配水口上，有施工过程中水泥支模的模板竟然还未完全拆除，导致配水口被堵掉半个。这被堵的半个出水口，造成这个二沉池配水管道的阻力较大，导致曝气池出水配水向阻力小的二沉池流动，导致阻力小的二沉池水力负荷大，出水水质受到影响，工艺调整困难。进行了模板拆除后，两座二沉池水力分配均衡，工艺调整很快实现了平衡，保证了出水水质的稳定，这就是水力平衡在工艺管理中的作用。
再来举一个复杂的例子：某污水厂共有三条工艺处理线路，分两期建设，在三条线路中，第一和第二条线路为一期建设，第三为二期建设。三条线路合用一根主进水管，在各个线路上设有配水阀门，配水阀门较大，一般调好后就不再调整。一二线路合用一个污泥回流泵房和剩余污泥排放泵房，三线路单独设置一个污泥回流泵房和剩余污泥泵。一二系统的污泥通过一台回流泵回流到各自的回流管路中，通过阀门调控后进入到各自的厌氧选择区，和各自的进水都从厌氧选择区底部进水，但是有共用互通部分，三系统单独系统。其中沉砂池出水总管距离二号系统最近，生化池到二沉池之间有相互连通的管路，在管路上有控制阀门，长期处于关闭状态。三系统与一二系统无联通阀门。这么详细的介绍工艺线路，其实还远远不能说明现场的复杂程度。
在运行中，由于城市发展变化，部分企业受到环境发展的需要，从城市搬迁出去，导致进水量低于往年，在进水量发生变化之后，发现二系统的污泥浓度总是很低，由于一二系统的污泥回流是合用一个污泥泵池，但是一系统的污泥浓度却比较高，特别是早晨的枯水期，二系统的二沉池液位下降也明显低于一，三系统的二沉池液位。另外就是二号系统的缺氧区内的推进器损坏，起吊需要停水进行，一直未能开展，导致缺氧区内有污泥堆积。
由于这个厂的进水中氨氮，总氮浓度较高，各个系统的污泥浓度的合理控制是保证各系统出水氨氮和总氮稳定的前提，由于污泥浓度的问题，二系统的出水中氨氮，总氮总是远远高于一、三系统。在冬季气温较低的情况下，二系统的低浓度就严重影响了出水水质的达标，有时甚至造成超标出水。为此运行人员查找了很多方面，也做了很多整改，但是收效都不明显。
后来经过整体的分析和查找，发现该厂自从处理水量下降后，日夜间进水量变化较大，污水提升泵的运行是通过变频器和液位连锁的控制方式，夜间水位较低的工况下，会出现水泵变频自动停止。但是由于回流系统在夜间为了保持各自生化系统的稳定，各自系统的回流泵不会停止运行，回流泵会不断地将二沉池的沉淀污泥回流到各自厌氧选择池内。在日间正常进水的情况下，各自系统进水，回流都沿着正常的管路流动，保持着各个系统的稳定。
但是到了夜间进水停了以后，进水管路没有进水后，回流泵开启，各自的系统主要依靠回流泵来保持水体流动。由于二系统的管路从设计路线上是直线系统，而缺氧区内堆积的活性污泥造成了二系统的厌氧选择区水位较高，在单独回流的情况下，就会出现二系统的回流量大，厌氧选择区液位高。此时会出现回流污泥通过空余的进水管路进入到液位较低一、三系统内，造成二系统的回流污泥大量流失到一三系统内，造成了二系统污泥浓度下降，二沉池液位下降等等情况。分析出原因后，对一二系统的回流管路进行了改造，一二系统的回流管路彻底分离开，各自通过回流泵进行回流，这样就完全避免了系统之间的干扰，使三个系统的工艺得到了有效的控制。
通过上述的两个例子，我们看到水力学因素在工艺管理中，特别是工艺异常情况下的水力学判断，也是很重要的。污水厂的内的运行管理人员应该认真研究自己厂内的复杂的地下管网部分，以便在各种运行工况下，能够依据复杂的地下管网的交叉互通的特性，来判断出工艺异常的原因。