水世界导语: 水世界最近搜集到一份含金量超高的资料，本资料是一位水处理界的专家根据自身的切身经验原创的，其中包含的水处理的经验技巧，是书本上所学不到的。所以，水世界在此以连载的方式与大家一起分享这份可贵的资料。本节，我们来聊一聊水处理设计那些事儿，以下内容皆是作者根据自身的亲身经历所总结出的经验，望众位可以读有所获。
某年的夏天接到个陌生电话：
现场情况
原来是08年参与评审的一个皮革项目，已经安装完毕，但是调试期间出问题了。设计2400吨/日，实际过水量不足500吨，碰巧这个项目离县城边缘仅仅500米，而且还在夏季主导风向的上风口，整个县城笼罩在臭鸡蛋的怀抱中，所以十万火急。
到了现场先查流程，基本工艺：集水井——格栅——提升——微滤机——预沉——调节——加药初沉——水解——氧化沟——二沉——提升——BAF——气浮——提升——砂滤——排放，设计排水COD100mg/L，氨氮15mg/L。
解决过程
看点
01
倒U管的故事
水路不畅的部位共2根管，预沉池到调节池、初沉池到水解池。可是管道直径DN200，高差至少800mm。池子基本是紧挨着的，管道长度不足20米，咋就过不去了呢？堵了？ok，疏通就是了。
管道刚刚连通，里面指不定藏着什么宝贝呢，老酒（本文作者）就曾见过砖头、大棉袄。现场指挥下令立刻开干。一大帮工人扛着长枪短炮开始疏通，老酒回办公室喝茶去了。俩钟头过去，现场告知，没有发现任何堵塞物。什么？怎么可能！
无奈再回现场，但见满池黑水在，黑水之下皆不见。这时候终于想起了，得看看施工图。于是管道布置图、单体图一一铺开，当下老酒立刻明白了。从预沉池到调节池的管道是“┓”形状，本来俩池子一根直管就完了，不知道设计者哪根神经短路了，非得弄个下弯管。下弯也行，你得告诉施工者设置必要的坡度嘛，现场看到水平管有坡度，可是放坡的方向正好弄反了，是沿水流方向稍稍上翘，结果就不通了。初沉池到水解池的管道更扯，地面以下是“┏┓”形状，难怪呢。诸位应该明白了，管道里确实没有砖头大棉袄，但是里面有空气，是气堵。
除此以外，水解池采用穿孔管布水也是堵塞的原因之一。而做设计的是一家上市环保公司，甲级资质。诸位千万不要以为毛病仅此而已，更加无语的在后面。
看点
02
蝶阀与排泥
第二天那家上市公司的W总来了，大家一起看现场。突然间发现预沉池的排泥阀竟然是蝶阀，我说，你们公司不做培训吗？排泥怎么能用蝶阀？ W总面红耳赤连说抱歉。
那么问题来了，为什么排泥不能用蝶阀呢？
蝶阀
从蝶阀的结构可知，在阀门全开的时候，阀板与水流方向平行，过水断面的投影图上有个“┃”，于是乎污泥中的布条、塑料薄膜、牛皮条就会不断往上挂，最终堵死了事。应该用闸阀，不过得注意配上一个柔性接头。
闸阀
看点
03
流程设计
下午开会，就工程存在的问题进行讨论。从前面的流程简图可知，几乎所有的水处理单元全用上了，可是单元参数却是牛头不对马嘴。先说水质：COD6000-8000，SS3000，TKN200-250，BOD3000，SO42-2500mg/L（含S2-折合的量）
平均流量下，预沉池表面负荷1.5m/h，照理说没有太大问题，可是皮革厂是间歇排水，每天排水就集中在8：00~14:00，所以预沉池应该按照平均水量的4倍考虑，实际运行表面负荷高达6m/h，污泥根本沉不下来。 预沉池前的微滤机本意是去除牛毛，实际运行的结果是2天就堵死了，因为水中有大量Ca2+，暴露在空气中CaCO3结垢速度很快。
HRT12小时，算是马马虎虎。调节池采用穿孔管曝气搅拌，这也没问题，问题出在曝气总管却是DN50的，这么小的气量污泥很难搅起来，此其一；其二是在低溶解氧下，硫酸根还原为S2-，曝气搅不动污泥，把硫化氢吹出来倒是绰绰有余，成了臭鸡蛋的发源地。
表面负荷1.0，中进边出辐流式，附有硫酸亚铁和聚丙烯酰胺加药系统，这是本工程唯一正常运行的构筑物。
HRT大约4h，内置弹性填料。 因为硫酸根太高，所以牛皮制革废水几乎没人使用厌氧，但是水解酸化的案例有很多，但是具体到这个工程，这个单元就不太合适了。因为后续单元是氧化沟，脱氮能力较差，与其用做水解，不如改为A/O的缺氧段——但是后来的运行证明，老酒的判断过于理想化了。
顺道说一下，对于高硫酸根有机废水，老酒一直不大赞同使用水解酸化。因为在水解池硫酸根的转化速度很高，大约不到一小时，硫化物的毒性就足以使水解菌中毒，因为在低pH下，硫根的毒性更强。
是一个双沟串联的卡鲁塞尔，设计停留时间48小时。 废水经过预沉、初沉后COD约3000mg/L,TKN约150~200，各项指标基本都是生活污水的6~8倍，2天的停留时间太短了。更扯的是采用表曝机，一池水在2天里面被不停撩出水面，水温的降低是难免的，冬天难以正常运行。
carrousel 2000 系统平面结构图
停留时间大约4h，采用2级串联，均为上进下出，这些都可以。 但是总出水口却设在池底，采用阀门控制排水，这种做法就闻所未闻了。底部阀门打开，2级BAF水位立刻下降，阀门关闭池顶冒水，只有开度恰好合适，才能既不冒水也不露填料，真的是极品设计。
传统溶气气浮，气浮池为长方形全地下，表面负荷4-5m/h。 自从建好至今从未见过小气泡，只见满池翻花。 气浮未作详细考察，不过就老酒多年对气浮研究的经验，估计是管道设置不合理，为神马？后面在气浮一节中详细讨论。
一直稳定运行，是唯一正常的单元设备。 除了设计先天不足，工程安装毛病也不少，譬如格栅，栅宽和渠道配合间隙有150mm之多，现场只是补上一块橡胶皮了事。
大致情况就是这样。工程已经建成了，大改是不可能的，只有在现有工程的基础上，尽可能发挥各个单元的能力。
解决方案
改造内容包括：
①调整管道。
②拆除水解填料，增设推流器，水解池改造为缺氧池（A/O的A段）同时增设混合液回流。
③鉴于常规生化出水COD大约200~300mg/L，建议增设高级氧化，出水进BAF。
④拆除表曝机，改换鼓风曝气。 其中后两项设计方提出暂时不改，待工程贯通看出水水质再做商议。
改造效果
当时预计夏天处理能力1000吨/日，冬季500吨。历时两个月的改造和一个月的调试，终于基本正常运行了。实际运行水量约1200~1500吨/日。夏季排水COD250—350mg/L，氨氮80—100mg/L。冬季限产水量1000吨/日，排水COD400—600mg/L，氨氮100—150mg/L。
无论春夏秋冬，A池一概没有浮渣，说明几乎没有反硝化，没有反硝化是因为氨氮硝化严重不足。冬季池面泡沫堆积最高可达1米，淹没曝气机倒伞继而导致充氧严重不足，此时只有停产直至泡沫落下。改造工程很不成功。跟医生看病一样，感冒发烧胃溃疡都好办，有些病真的治不了。
现场情况
污水来自六家造纸厂，通过DN600的埋地管道（埋深大约3米）送到污水处理站集中处理，管道很长，最近的一家工厂距离污水站也有2公里。流程：集水井——格栅——收浆——水力搅拌反应池（前端加药，PAC）——初沉池——调节池——水解池——SBR——排水 处理水量9000m3/d。
看点
01
管道直径与水位
初做工程设计者经常犯的一个错误，就是忽略了管道直径的存在，特别是距离短、阻力小的情况下，可能会造成很大的麻烦。据水世界了解，老酒专家之前有一个工程就出现了这样的问题。
根据现场检查，发现有好几个直径300mm的预留孔中心距池顶200mm，要知道超高是200mm，有半个孔留在水面以上了。于是只好重新凿孔。
还记得，2001年做了一个再生纸的废水处理，生化采用的是SBR，曝气采用PVC穿孔管，距池底300mm固定式安装。 半年后的一天，正在曝气的SBR突然一声巨响，响声过后水底浮起一个怪物，仔细一看，竟然是曝气管组脱开固定，整体浮出了水面。 于是赶紧排水检修，检修时候发现，固定的管卡个个铮明瓦亮，一点腐蚀的痕迹都没有，都是崩断的。该工程从水解到SBR有一根直径300的连通管，因为距离短，核算的阻力降只有200mm左右，为保险起见液位差按照300mm设计。图纸画完后审查时发现两个管口中心都设在水面上，设计者是公司总工，也机械部某设计院出身的资深高工。后来他举家移民加拿大，转眼已经十年了。其实，如果是老酒做设计或许毛病更多。设计院都强调三级校审，其实是工程设计必须的程序。看点
02
滗水器的故事
前面提到的SBR安装完毕后一切正常，但是随着调试的进行，滗水器出问题了。工程采用浮筒式滗水器，浮筒下面设置排水口。SBR有效深度5米，滗水深度2米，滗水器出水管直径DN300，安装在距最高水位2.5米的位置，出水管与滗水器用DN300的软管连接，软管是橡塑复合管，池外设阀门控制排水。最初的一个月排水基本正常，后来就越来越慢，到了最后，一次排水竟然需要两个多小时，而设计的排水时间是1小时。
说明：经查滗水器进水口未见堵塞，阀门也正常。PS，不是气阻。 问题来了，这是为什么？ 对了，管道被吸扁了。 可是当时公司上下齐反对，最后，水世界了解到：老酒拿了自己的工资做担保换软管，那时他的工资是3800，而且直接买5根。
看点
03
初沉池的污泥漂起来了
还是上面的工程， 流程贯通后开始试车，结果出问题了：初沉池的污泥全漂起来了，池底倒是干干净净。电话里听说污泥飘起来了，话音未落，我已经判断是气浮了，但是需要现场的证据。过了几天老酒来到现场，负责调试的还是小q，我让他取两烧杯的水，一杯取自集水井，一杯取自初沉池入口，分别加入PAC搅拌。过了一会儿小q跑来问：“你咋知道一个会飘、一个会沉的？”
答案：应该先注意2个细节：
1）污水在管道内的最小停留时间1.5小时，
2）埋深大约3米污水到达集水井时已经水解并产生少量气体，且在加药前气体仍未完全溢出。
这里水力搅拌对气体的自然溢出也是一个不利因素，本身就应该是个紊流器。当然实验时初沉池废水中溶解性气体已经达到了平衡 。
罗茨风机属于容积风机的一种。容积风机的共同特征是管道阻力越大，风机能耗越高。譬如一台风量7m3/min，风压49KPa，配用电机11kw，实际轴功率约9kw。如果风机出口管道直接插入2.5 米的水里，此时的风机出口的风压就没有49KPa，而是一半，即24.5KPa（忽略动压），电机的输出功率自然也不是9kw， 大约也为其一半，即4.5kw，此时的风机运行没有任何问题，只不过存在大马拉小车的问题，电机自身的能量损耗稍高而已。反过来，如果出口插入的是10 米深的水，压强也不是49KPa，而是98KPa，如果在这种情况下强行启动风机，风机出口压强越来越高，电机的输出功率随之提高，直至超过额定功率，可能空气尚未压出管道，电机已经被烧毁了。
因此，如果现有一台风机，希望在流量基本不变的情况下提高风机出口压强，在一定范围内，只需更换更大功率的同转速的电机即可（更换前需咨询厂家，以防机壳破裂造成事故，虽然这种可能性微乎其微）。
容积风机的另一个特征是，对同一台风机，转速越高则流量越大，转速与流量成正比。鉴于罗茨风机的电机输出功率与出口压强成正比，启动时最好降低出口压强，所以大型风机一般设置放空阀，启动风机前先打开放空阀。同一台风机， 在不同的压强下工作时，流量略有不同，出口压强越高则流量越小。这是因为出口风压越高，罗茨风机高压区向低压区泄露的风量越多。注意，风机的流量均指进口流量。风机型号众多，谁也记不住所有的参数，有个办法可以随时知道流量、压强和功率的关系，只需要记住“风量7m3/min，风压49KPa，轴功率约9kw， 配用电机11kw”，其他的都可以算出来。
风机管道首选不锈钢，其次是玻璃钢，最好不用碳钢，为了节省投资，水下部分可以采用塑料管。管道内壁处于高温、高湿环境，且氧气分压也较高。在夏天空气湿度较高的情况下，碳钢管道内壁可能出现凝结水，此时碳钢的腐蚀会非常严重，如果够“幸运”你会看到成层脱落的铁锈，锈蚀的碎片在气流的带动下，犹如飞起的刀片，会迅速划破微孔曝气膜片。
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