沉淀之设计经验法则续（九）

二沉池设计及运行经验法D.S.Parker,D.J.Kinnear,E.J.Wahlberg

1.摘要

Dick教授在20世纪70年代中期发表了一篇经典论文，揭示了一些二沉池当时流行的传统观点，并认为这些观点缺乏事实或逻辑基础。遗憾的是，其中的一些观点改头换面至今依然存在，且随着技术的不断进步，一些新的观点也应运而生。本文将对下述一些新出现的观点进行探讨：

1. 刮泥机优于吸泥机；

2. 表面溢流率可精准确定二沉池尺寸；

3. 二沉池不能用于储泥；

4. 固体通量理论和状态点分析法无法预测二沉池失效；

5. 染料实验表明二沉池存在缺陷；

6. 矩形沉淀池优于圆形沉淀池；

7. 絮凝中心井强化密度流；

8. 高污泥容积指数产生低悬浮物浓度出水。

   PS：本文将围绕着上述8个观点展开描述，当然，这8个观点是有问题的，所以作者文中列举了相关案例进行阐述。

2.引言

自活性污泥工艺最初发展以来，经验主义与科学原理的应用一样，主导了二沉池的设计和运行。Dick的经典论文这部中指出了以下有关二沉池的传统观点：1）表面沉降率不应超过32.6 m/d或1.36 m/h。2）必须提供至少2h的停留时间。3）回流污泥浓度为10⁶/SVI。4）必须快速回流污泥。5）固体负荷不应超过97.5 kg/m?·d。6）溢流率等于混合液的沉降速度。虽然Dick已经进行了清晰的论证，但其中几项有关二沉池尺寸计算的传统观念（观点1和5）至今依然存在，尽管数值限制有时更高。有关二沉池需快速排出污泥（观点4）的争论仍在继续，这得益于最近螺旋刮泥机的流行。Dick讨论的关于保持活性污泥处于缺氧状态可能带来一些危害的隐含假设偶尔仍存在。相较于刮泥机，配备吸泥机的二沉池产生的固体停留时间分布更接近于推流反应器，吸泥机可在下述情况中提高工艺性能：1）需避免下述情况在二沉池中发生：反硝化和污泥上浮。2）生物除磷设施：回流污泥中存在厌氧释放磷的可能性，以及其洗脱至排放水体中。3）需避免下述情况在二沉池中发生：硫化氢气味产生。关于表面溢流率等于混合液初始沉降速度（Initial Settling Velocity，ISV）的传统观点（观点6）如今很少被提及，其原因Dick早已解释清楚。然而，固体通量理论随后的发展显示：基于该理论的数学假设，在高于临界底流速率的情况下，二沉池所能允许的最大进水量实际上是通过表面溢流率与ISV相等来确定的。PS：观点6至今依然存在并有所应用。通过状态点分析法进行描述：某一生化池污泥浓度对应的状态点通常在重力通量曲线下方，假设此时底流操作线刚好与重力通量曲线相切，处于临界态，那么此种情况下系统所能实现最大进水量是多少？溢流操作线最多倾斜至该污泥浓度处垂线与重力通量曲线交点的位置，如果该处为新的状态点，那么表面溢流率=混合液初始沉降速度，但原有的底流操作线使得系统处于过载状态，虽然在之前是临界底流速率的状态，如果此时需要系统稳定，那么底流速率需增大，即增加底流操作线的斜率，高于此前临界底流速率值。在实际应用中，采用ISV技术进行设计时，通常会在计算得出的面积基础上应用一个安全系数，目的是为了防止在二沉池中形成污泥层。关于"无污泥层"的讨论，主要是为了避免出现一些不友好的生物反应，比如反硝化、磷的释放、以及丝状细菌的过度增长等，同时也为了防止在流量高峰期间污泥层中的固体物质流失。然而，也有观点认为，坚持"任何时候都不形成污泥层"将导致设计固体负荷率（Solids Loading Rate，SLR）降低，这可能会致使需要更大的二沉池面积，以及活性污泥处理系统设计上的非最优选择。在这种设计理念下，二次沉淀池被建造得足够深，在峰值负荷条件下可以存储转移过来的污泥（如雨季高峰流量），而在其他时间，则尽量保持二沉池中的污泥层在最低水平。因此，关于是否使用ISV进行设计的争议仍在持续，焦点主要集中在如何处理污泥层的问题上。这个问题的根源可以追溯到Dick所提出关于SLR限制性的观点5，但直至今日，争议依然存在。PS：这里所说的污泥层不是指二沉池底部的浓缩层（通常浓缩层建议厚度0.3-0.6m，不能低于0.2m防止抽吸清水），它指的是污泥缓冲层，处于拥挤沉淀状态的污泥层。设计时，会预留一定的缓冲空间，比如1m高，用于存储峰值流量条件下生化池过来的超量污泥，暂存。正如文中所说，正常进水条件下，由于进泥通量=底流通量≤极限通量，二沉池内不会形成污泥层，但是峰值流量条件下，通常进泥通量>极限通量=底流通量，如果也要实现不形成污泥层，那么二沉池面积将做的很大，不经济。污泥层确实会带来很多影响，如反硝化、厌氧释磷等，其次峰值流量期间，由于二沉池施加通量超过极限通量，那么缓冲区的污泥层高度将不断升高，如果没有足够的高度来存储超量污泥，那么将随出水堰流失，如果在系统自动实现平衡之前，仍有冗余，那没任何问题，这部分污泥层只是在二沉池中暂存着。可能受Dick观点影响，观点2和3似乎已经从当前的技术文献中消失了。本文将讨论那些持续存在的观点，以及从Dick经典论文发表以来所出现的一系列新观点。

3.刮泥机优于吸泥机

自从吸泥机作为传统刮泥机的现代替代品出现，这一辩论就从未停歇。尽管吸泥机因其独特的优势而备受推崇，但许多污水处理厂依旧选择使用刮泥机。在相同的工作条件下，相较于刮泥机，吸泥机预期能够形成较薄的污泥层。如图1所示，在处理能力达到360000m³/d的活性污泥处理厂中，分别对装有刮泥机和吸泥机的沉淀池进行了并行性能对比实验。结果显示，使用刮泥机的沉淀池往往形成较厚的污泥层，而较厚的污泥层会导致出水悬浮固体（Ef?uent Suspended Solids，ESS）浓度升高，这一点通过模型构建和现场研究均得到了证实，尤其在较浅的沉淀池中这一现象更为显著。图2显示了在同一水厂中污泥层高度对ESS的影响，这些沉淀池的侧水深度仅为3.7m。在丹佛完成的一项研究也表明，使用刮泥机的沉淀池比使用吸泥机的沉淀池产生了更高的ESS。为了让两种沉淀池达到相同的出水ESS水平，配备刮泥机的沉淀池其处理能力需要相对降低。PS：这里所说的污泥层，更多指的是浓缩污泥层，刮泥机与吸泥机所产生的泥层厚度不同，进而影响到出水ESS浓度。配备刮泥机的沉淀池之所以通常有较高的污泥层，可以归结于以下几个原因：与全圆形沉淀池相比，圆形/圆锥形沉淀池中压缩污泥层的形成起始于更高的高度；所有污泥必须被刮向中心点，这一过程中要逆着上层的密度流而通过不断减小的横截面积，导致运输效率降低和固体停留时间分布不理想；对于相同中心深度的圆形沉淀池，圆锥形底部的污泥储存空间小于平底沉淀池；入口和污泥返回口之间可能会发生水流短路；当固体通量超过限制时，在刮泥机沉淀池的圆锥部分上方会形成更深的污泥层。PS：这个段落其实不太好理解。全圆形沉淀池和圆形/圆锥形沉淀池近似理解为前者平底，后者带底坡。平底的采用吸泥机，带底坡的采用刮泥机。明显对于二沉池底部的压缩/浓缩污泥层而言，平底的污泥层高度相对低，而底坡的污泥层高度高一些。在向池中心刮泥的过程中，过泥断面是在不断收缩的，毕竟圆半径在缩小，最后缩小至一个小点，而污泥层上方的密度流方向与泥向中心运动的方向相反，故效率低。固体停留时间，也就是污泥在二沉池中的平均停留时间，在整个污泥断面上，肯定有差异，距离出泥口近的停留时间短，远的停留时间长。此外，为了提高机械设备的固体输送能力，倾向于采用更高转速来运行刮泥机，似乎也未取得好的效果。Brown和Caldwell对比了两个沉淀池分别在正常和压力条件下的出水悬浮固体（ESS）浓度。这两个沉淀池的尺寸是相同的，一个配备了低速的Tow-Bro吸泥机，一个配备了最近安装的高速螺旋刮泥机。

图3表明，在水力负荷增加以及受阻污泥层膨胀的压力条件下，配备Tow-Bro吸泥机的沉淀池出水ESS并未大幅增加。而图4表明，在相同的压力条件下，配备螺旋刮泥机的沉淀池出水ESS则显著增加，这可能归因于刮泥机的高速旋转使得污泥层中的固体重新再悬浮，在外界压力条件下，可以看到固体以更高的浓度从刮泥机正后方的堰板溢出。PS：比如在外部进水条件处于峰值流量时，二沉池过载，缓冲区的污泥层开始向上膨胀，而配备吸泥机的出水ESS并未大幅度增加。图3-4中的正常条件即为平时运行的进水条件，而压力条件则表示为进水负荷增加，比如峰值流量，图中的表面溢流率用水力负荷表示了。

4.表面溢流率可精准确定二沉池尺寸

表面溢流率（Surface Over?ow Rate，SOR）被假定为能精确决定二沉池的尺寸，这暗示了SOR与出水悬浮固体（ESS）之间应该存在某种关联。然而，实践证明，无论是何种类型的二沉池，只要设计得当、运行良好，都能达到相同的低水平ESS，并且这一效果与SOR无关。以下是三种不同类型沉淀池的性能示例：1）北美深圆形絮凝-沉淀池，如图5所示。2）美国浅层矩形二沉池，如图6所示。3）日本带孔板的浅层矩形二沉池，如图7所示。PS：表面溢流率这里用水力负荷表示，其实是一个意思，设计二沉池时主要参考水力负荷取值，比如取值1m/h，根据水量算出来二沉池面积。实际上这个水力负荷按照理想沉淀池分析，它也对应着从最不利点进入沉淀池全部去除的颗粒中最小颗粒沉速，对于小于这个沉速的颗粒，能部分去除，比如一定高度及以下的部分该类型颗粒能够全部去除（竖流不行）。也就是说水力负荷从某种程度上来说，选择值的大小决定着能去除污泥颗粒沉速的大小，取值小了，更小沉速的颗粒也能去除，这些从出水SS浓度上能有所体现，按道理是这么理解的。实际上并非如此，比如水力负荷取值不同，但出水SS一致，如何解释？并非小了出水SS就好，大了出水SS就差。出水SS的大小，其实也受底部污泥层厚度的影响，与固体通量也有关系。图中可以看出：多样化的二沉池设计基本上都能够实现低ESS。当活性污泥系统妥善运行，且二沉池设计合理时，通常能够达到平均10 mg/L的ESS浓度。因此，市政活性污泥处理厂应始终以实现这一ESS标准为目标进行设计和操作，而不是仅仅依据许可要求。PS：原来出水ESS设定为平均10mg/L是统计来的，因为大多数正常运行的二沉池它也能达到这个数啊。以前觉得凭什么认为自己设计的二沉池出水就能达到一级A的规范值，它怎么就不超过呢，又不是1+1=2的问题，微生物的事情你说的准吗？如果SOR与ESS之间存在关联，这可能意味着设计或运行中存在问题。Kinnear描述了影响二沉池性能和容量的几个因素，这些因素可能导致性能下降，包括：欠佳的水力特性（如进水口或出水口设计不当）；高峰流量时回流量不足，导致污泥层膨胀上升至溢流堰；反硝化问题或浮渣的形成；以及高峰流量时絮凝区的停留时间不足。PS：第一句话看了肯定发懵，还能有这样的说法，段落中所述原因多与SOR无关的。比如进出口设计不当，密度流产生影响，部分絮状物随密度流上升溢出。絮凝区停留时间不足，生物絮凝效果差，部分SS无法通过絮凝去除，有可能就跑出去了，本应该絮凝一下沉下去的。峰值流量条件下，二沉池进泥通量超出极限通量，按道理应该提高回流量的，但实际并未有所调整，那么超量污泥将在二沉池中形成污泥层，暂存于缓冲区，高度不断膨胀升高，如果在系统最终稳定之前，存储的高度空间依旧不够的话，最终将至出水堰位置随出水流失。反硝化产生的氮气浮起小颗粒絮体至出水流失。综上，这些都与水力负荷大小无直接关系。在浅层圆形沉淀池中，较高的污泥层可能会影响ESS，这可能是图6和7中所展示沉淀池在SOR升高时ESS也随之升高，进而导致二沉池性能下降的原因。但是，通过建模和现场研究发现：通过建造更深的圆形沉淀池，可以在污泥层和溢流堰之间实现更好的泥水分离，从而减少对出水的干扰。污泥层膨胀同样会影响矩形沉淀池的性能，正如前文所述，洛杉矶县卫生区的矩形沉淀池在正常操作范围内，ESS并没有随着SOR的增加而增加。然而，当美国土木工程师学会沉淀池研究技术委员会（Clari?er Research Technical Committee，CRTC）在超出设计容量的情况下测试这些单元时，ESS随着SOR的增加而逐渐上升，如图8所示。然而，真正的问题其实是人为因素，也就是说，设计回流污泥（RAS）能力是限制因素。随着SOR的增加，污泥层深度逐渐增加，如果RAS的限制被移除，那么从固体通量角度来看，在二沉池过载之前，ESS几乎不会随着SOR的增加而明显变化。PS：二沉池中要留有一部分缓冲区高度来应对突发情况，比如峰值流量条件下的超量污泥进入二沉池。其次，人为因素，即回流量的调整是可以人为干预的，通过调整回流量来改变底流通量大小，进而改变总通量曲线，也就是改变极限通量大小，使得原本过载的二沉池重新回到原有的平衡态。出水SS的变化与你是否及时采取调整措施有很大关系。对于设计合理且不存在水力问题的二沉池，使用固体通量或状态点分析法作为峰值负荷条件下的分析方法是一种恰当的设计标准方法。二沉池的固体负荷能力取决于其自身特性和活性污泥系统的特性，如MLSS等。单纯指定SOR是没有意义的，并且还会引起混乱。PS：从出水SS是否达标角度出发，不要总盯着SOR，要重点关注下下方泥的问题，下方泥出问题，上方泥肯定也出问题，固体通量理论啊！

5.二沉池不能用于储泥

正如引言中所述，出于多种工艺上的考量，人们普遍采取了一种设计方法：建造较浅的二沉池，并在运行时避免形成污泥层。然而，至少在市政水厂面临峰值雨季流量（Peak Wet Weather Flow，PWWF）时，将会导致二沉池存储部分污泥，这在许多推荐的设计规程中均有所体现。例如，州和美国环保局（EPA）的规章及指南推荐的固体负荷率（SLR）值高达10kg/m²·h，毫无例外，在PWWF条件下，也必然会形成污泥层。同样，国际水质协会（International Association for Water Quality，IAWQ）的固体通量程序采用搅拌后的污泥体积指数（SVI）来确定尺寸，基于PWWF时的通量限制将导致污泥层的形成。德国的ATV设计程序特别为雨季期间的污泥转移预留了侧水深度。在英国，水资源委员会的程序采用了根据PWWF时的搅拌SVI确定的“最大施加固体通量”，固体通量的限制确保了在PWWF时将形成污泥层。最终，我们公司的设计通常不考虑形成污泥层，除非是在峰值负荷条件下。PS：如果按照理想沉淀池理论，沉淀与深度无关，那不就是浅池理论吗，所以大家喜欢浅池，造价低啊。污泥层的形成让人心烦，毕竟可能会导致出水SS升高，较厚的污泥层也会厌氧释磷、反硝化等各种问题。所以倾向于尽量不让二沉池出现污泥层，注意这里指的不是浓缩污泥层。但是，如前所述，一味强调任何条件下都不产生污泥层，不经济。最好的情况是，峰值流量条件下可以产生，平时流量不产生，两者兼顾下，这样也经济些。产生了，就需要设计时预留好高度空间来暂存，并且也要想好应对的调整措施方法。在设计过程中，必须在曝气池和二沉池之间实现成本优化。图9展示了曝气池和二沉池之间的成本关系概念图，成本作为混合液悬浮固体（MLSS）水平的函数。它还表明，如果增加二沉池的面积以避免形成污泥层，将会导致总成本的增加。不在PWWF条件下考虑污泥层意味着二沉池必须被“过度设计”。通常，二沉池中考虑污泥层的容纳是处理PWWF问题最低的成本方案。当今对公用事业竞争力的需求促使在废水处理厂的设计中必须考虑所有合理的替代方案。PS：从钱的角度出发来说一下。最终，面对峰值雨季流量（PWWF）这一最为严苛的挑战，污水处理设施的设计必须融入充足的安全系数，以确保在不预期形成污泥层的情况下仍能稳定运行。若缺乏这些安全措施，一旦发生意外情况，那些并未为此设计的二沉池可能不得不应对突如其来的污泥层，这可能导致严重的设计失误，比如在暴风雨期间混合液悬浮固体（MLSS）的大量流失，不仅可能招致经济处罚，还可能损害公众形象，这些后果是设计阶段所不能忽视的重大风险。PS：设计安全，留有余量，尤其是应对峰值流量下的额外污泥量。

6.固体通量理论和状态点分析法无法预测二沉池失效

存在一种普遍观念，认为尽管固体通量理论已经向工程师传授了三十多年，这一理论却未能充分地被水厂运行人员所理解和应用。然而，根据作者们的经验，通过提供充分的培训和易于理解的参考材料，加之实际操作演示，运行人员是可以接纳固体通量理论的。在过去五年中，一个显著的进步是，计算机和固体通量计算软件（或状态点分析）已经普遍应用于水厂中去，使得工作人员能够更加便捷地进行相关计算。Parker等人提供了一个案例研究，其中状态点分析法（State Point Analysis，SPA）被用于检查存在问题的二沉池。在加拿大的一家服务于造纸厂的污水处理厂，一位顾问利用计算机辅助的SPA技术，成功指导水厂应对了由于高污泥体积指数（SVI）和过量污泥储存引发的二沉池过载事件，有效避免了悬浮固体的流失，并最小化了对水厂产量的影响。研究人员已经证实，固体通量分析工具能够基于固体通量理论来预测污泥层的变化。例如，Manning等人通过采用一维层模型，结合他们建立的初沉速度与污泥浓度关系模型，成功预测了在模拟雨季条件下污泥层水平的响应。这些测试结果表明，德克萨斯州的设计标准极为保守，足以确保休斯顿市的二沉池在雨季期间能够稳定运行，无需担心故障发生。Wahlberg等人在对经过改造的矩形二沉池进行压力测试时，运用状态点分析（SPA）技术清晰地展示了系统在不积累固体的情况下能够被加载至临界状态。然而，当二沉池超负荷运行时，污泥层会积累，导致固体随出水流失。Kinnear等人最近完成了一项长期的二沉池压力测试，这项测试旨在验证SPA技术在提高戴维斯县中央下水道区设施额定容量方面的有效性，在这项研究中，SPA准确地预测了污泥浓缩故障及故障解除的时间点。污泥浓缩故障发生后，由于二沉池中固体的积累，生化池混合液悬浮固体（MLSS）浓度下降，直至由于施加固体通量的减少而解除了浓缩故障。下表所展示的SPA预测的平衡浓度与现场测量的浓度之间的数值比较，进一步证明了SPA能够准确预测污泥浓缩故障期间生化池和二沉池之间的固体转移。PS：这里重点说一下个表，什么是平衡污泥浓度？一个原本正常运行的二沉池，进泥通量=底流通量   <极限通量，进入二沉池的泥量，原封不动又回到生化池中去，二沉池内泥不积累，只有浓缩污泥层，没有其它污泥层，进泥与出泥顺利接续。突然，天降暴雨，污水厂进水量陡增，此时生化池污泥浓度还未来得及变化，但是水量的陡增已有所响应了，那么对于此时的二沉池而言，流量的增加，意味着进泥量增加了，超出了极限通量多余的泥就无法到达沉淀池底部，在缓冲区堆积暂存着，且这部分污泥层的高度随着时间的进行，也在膨胀上升，此时进泥通量> 极限通量=底流通量。随着降雨的持续，生化池污泥浓度的变化慢慢呈现出来，怎么变呢？污泥都跑二沉池去了，浓度必然下降啊，随着生化池污泥浓度的下降，二沉池的进泥通量也在下降，当降低至极限通量时，生化池的污泥浓度即为平衡污泥浓度，达到平衡的极限态了，此时二沉池进泥通量=极限通量=底流通量。生化池+二沉池污泥固体重新分配，系统自适应达到一个新的临界平衡点，在此过程中，回流量并未调整。  

7.染料实验表明二沉池存在缺陷

这种观点揭示了一个现象：在沉淀池问题诊断时，许多人会直觉地选择染色研究作为手段，尽管染色研究主要针对的是沉淀池的水力问题。Parker等人提出了一种更为细致的诊断方法，能够辨别不同类型沉淀池的相关问题。例如，在一项案例中，先前的顾问和工作人员仅依赖染色研究，错误地将问题归因于沉淀池的设计和水力特性，并随后加装了隔板，却只获得了微小的改善。后来，通过进一步的状态点分析（SPA），发现问题实际上与污泥层的管理有关。历史性的高污泥层是由于潜没式Tow-Bro管吸泥装置的密封件泄漏，导致污泥未被能有效清除。在进行了密封维护后，污泥层和出水悬浮固体（ESS）的浓度均有所降低。定期检查和预防性维护可以有效预防此类问题，而这种情况在实际中并不普遍。在Parker等人描述的另一个案例中，高ESS水平被诊断为是由于二沉池中缺乏絮凝机会，导致絮凝体破碎。通过加装絮凝中心井，这些圆形沉淀池的ESS水平显著降低，证明了絮凝效果的改善。在这个案例中，染色测试同样并非必要。许多传统的染色研究报告存在一个问题：报告完成后往往缺乏后续行动。这可能是因为报告数据对于染色观察的原因并不明确，导致工程师必须对原因进行假设，并在提出建议时显得有些含糊（例如关于隔板布局的建议），通常需要通过试点测试来验证结果。然而，随着二维水动力模型的应用，染色测试变得再次具有相关性，这些模型允许工程师在无需进行试点测试的情况下提出改进建议。PS：这个章节其实在说，你以为是水力问题，通过染色实验能够有所改进，其实压根不是，ESS较高是由于其它细枝末节的问题所致，找到原因并加以改造，问题解决，压根不用一上来就去做染色实验。

8.矩形沉淀池优于圆形沉淀池

关于矩形与圆形沉淀池孰优孰劣的争议一直延续至今，普遍存在一种观点，认为矩形优于圆形沉淀池，这种观点似乎源于一种预期：即在相同的表面溢流率（SOR）和固体负荷率（SLR）条件下，两种类型的沉淀池性能应该相同，但由于共用墙体的构造，矩形沉淀池将占用更少的空间。然而，对于SOR而言，可以找到圆形和矩形沉淀池提供相似性能的例子。由于在设计良好的二沉池中，SOR并不是关键因素，而SLR才是值得关注的重点。因此，开发与每种池型相关的固体负荷率（SLR）信息，并将其与池内部的设计联系起来是至关重要的。例如，众所周知，在圆形絮凝沉淀池中，池深决定了它们的容量。同样，矩形池的SLR容量也受到污泥收集方法的影响。例如，纽约市的Gould II型池在池中心收集污泥，并且已经发展出的操作实践是避免在池的后半部分形成污泥层，因为当这种情况发生时，固体会流失到出水中。这种操作理念的最终结果是降低了有效的SLR容量，因为池的后半部分并不用于浓缩。由于大多数据收集的目的是确定SOR容量，因此尚未为多种池型正确定义SLR容量。CRTC制定了一个评估二沉池性能的协议，然后在四种不同类型的沉淀池上测试了该协议，并根据SOR和SLR评估了它们的性能。除了在圣何塞溪水再生厂（洛杉矶县卫生区）进行的测试外，未发现沉淀池性能与SOR之间存在关系，正如前面所述，这种关系是虚假的，因为二沉池欠佳的性能可能是由于人为的回流污泥（RAS）容量限制而导致的污泥层上升所引起的，而非SOR相关。关于SLR的测试结果如图10所示，在这种情况下，结果被分层展示，其中纽约市Gould II型沉淀池（RWPCP）表现最佳，而带刮泥机的圆形沉淀池表现最差，这种差异被确定为是由于池内水力学差异而引起的，矩形池的水力停留时间观测值/理论值大小优于圆形池，如下表所总结。CRTC的研究结果有时被误解为矩形池的性能优于圆形池，这是一个无效的结论，因为正如CRTC所指出的，圆形沉淀池性能较差与其特定的设计和操作有关，而不是它们的圆形构造。例如，圆形絮凝沉淀池已经在比CRTC测试的更高的SLR下运行，并且产生了优质的出水。以下是美国常用池型所展示的最大SLR容量可用信息：圆形（絮凝器/吸泥机）：8.3kg/m²·h。圆形（絮凝器/刮泥机）：7.6 kg/m²·h。矩形Gould II型：6.5 kg/m²·h。矩形Gould I型：4.6 kg/m²·h。尽管圆形二沉池在性能上看似优于矩形二沉池，但目前对于所有类型的二沉池在浓缩过程中的临界固体负荷尚未进行全面的压力测试。实际上，固体负荷率（SLR）的容量不仅取决于二沉池的设计，也与污泥的生物学特性及其浓缩能力紧密相关。当前，除了Gould II型二沉池因为其污泥收集方式及防止污泥层穿透到池后半部分的需要而必须调整其额定容量外，并没有依据来断言任何一种二沉池类型具有绝对的优越性。然而，值得注意的是，Gould II型二沉池近期的改进措施已经针对这些限制提供了解决方案。确立各类沉淀池的相对固体负荷率（SLR）是当前水处理研究领域的一个紧迫任务。此外，由于极端事件的稀有性，设计师对于峰值湿天气流量（PWWF）条件下的工况了解甚少，包括流量事件的统计数据和同期污泥的沉降性能。这意味着现有历史数据可能不足以填补知识上的空白，因此，很可能需要依据CRTC协议及其后续改进版进行科学严谨的测试。PS：这个章节其实在说，孰优孰劣没法判断。从ESS水平来看，后期运行操作其实占了很大的比重。二沉池性能好坏更多是从出水水质好坏来进行判断，不同池型设计，不同的水力负荷，但在各自正确的运行条件下，却都能实现出色的出水指标。从某种程度来说，似乎SLR比SOR对出水水质的影响更为强烈，且SLR的大小不仅受设计影响，也受到后期运行的影响。

9.絮凝中心进水井强化密度流

这种说法可能源自对CRTC在丹佛进行的带有絮凝井的沉淀池研究结果的误解。研究揭示，这些圆形沉淀池容易受到密度流引起的端壁效应的影响，进而降低了其性能。如前文所述，通过染色研究发现，沉淀池水力性能较差，絮凝中心井未能有效发挥作用，导致了固体的分层现象。一个可能影响絮凝中心井效率的原因是它缺少一个能量消散的入口管道，该管道本应将水流以切线方向而非径向引入絮凝井内（下图B）。絮凝井的尺寸异常庞大，直径19.5m，占到了沉淀池总直径的45%。Vitasovic等人随后利用CRTC的数据进行了二维水动力建模，结果显示，在大多数情况下，进水预计会按照典型的“密度瀑布”模式急剧转向下沉，而中心井顶部的反向流动导致大部分清澈的上清液从沉淀池的主要沉降区被重新卷入中心井，使得中心井的大部分容积无效利用，无法发挥其预期的絮凝功能。此外，模型还显示，密度瀑布阻碍了进水口下方污泥层的形成，这对浓缩过程是不利的。在配备有刮泥机的沉淀池中，这尤其成问题，因为污泥回流泵的吸入口通常位于进水口下方。同样糟糕的是，密度瀑布在许多传统圆形沉淀池中引起的不良效应相同：在污泥层上方引起密集的底部流动，直到撞击侧壁然后向上转向溢流堰，导致污泥絮体随出水流失。模型结果表明，通过将絮凝井直径调整至沉淀池直径的28%，可以纠正这个问题。模拟显示这样可以使絮凝井的大部分容积得到有效利用，同时也减少了沿底部污泥层上方流动的密度流的影响。这种优化有助于提高沉淀池的整体性能，确保絮凝过程的有效性，并减少因密度流引起的不利影响。PS：从前端文字描述来看，传统的中心进水稳流井也可以称为絮凝井，只不过没有能量消散装置罢了。文字中的固体分层现象指的是絮凝井内未实现充分混合，出现了分层现象。在洛杉矶市，几乎相同设计的沉淀池也出现了问题，尽管在这种情况下，絮凝井直径仅为45.7m沉淀池直径的36%，该沉淀池配备了刮泥机收集污泥。在这种情况下，再次注意到了由于缺乏适当的能量消散装置，水流径向射流导致沉淀池主体沉淀环境产生了紊乱。其它问题包括在排泥口上方的污泥层难以维持，以及在设计峰值SOR情况下的高出水ESS。这些问题通过提供一个能量耗散的入口管道来进行纠正，该管道的设计使径向射流相互冲击而进行能量耗散（下图C）。修正后，在峰值流量时，ESS稳定，且形成了稳定的污泥层。絮凝井的尺寸对沉淀池设计至关重要。在我们公司使用的深平底设计的沉淀池中建模研究发现，对于大型圆形沉淀池存在一个絮凝井最佳直径。在直径42.7m的沉淀池模型中，通过使用32-35%的絮凝井直径可以获得最小的出水悬浮固体（ESS）。较小直径的絮凝井通过增加下向流速来强化沉淀池中的密度流，这与现场研究中小直径进水井的圆形沉淀池中观察到的效应相同。较大直径则强化了从主沉淀池回流到絮凝井的水体循环，并加强了密度流。如前所述，后一种情况似乎在丹佛沉淀池中占主导地位。但通过优化的絮凝井设计，絮凝沉淀池能够在各种SOR和SLR范围内表现出色。Crosby通过染色测试确定，设计得当的絮凝井实际上可以防止密度流。在对许多不同沉淀池中的密度流进行了测试之后，Crosby更倾向于华盛顿州伦顿和德克萨斯州加兰的絮凝沉淀池的入口设计，并表示：“絮凝”进水井和“能量耗散”进水井之外的流动模式几乎相同，且明显不同于我所见过的其他所有流动模式。尽管其中一个可能有助于絮凝，而另一个可能没有，这并不是我所关心的。我正在寻找控制密度流的有效方法，而这种密度流在任何一个进水井之外都不存在。PS：絮凝井大了小了都不好，两个极端都强化了密度流。合适才是最好的，最好能把密度流局限于絮凝井所在的空间范围内，不向外扩散。

10.高SVI产生低ESS

这种观点可能起源于Keefer在1963年的观察，他在分析了巴尔的摩圆形沉淀池20年的运行数据后发现，随着污泥体积指数（SVI）的增加，出水悬浮固体（ESS）减少。研究的典型数据如图11所示。Keefer没有提供沉淀池入口的详细信息，但这些沉淀池在美国建造絮凝沉淀池之前就已经存在，因此这些沉淀池肯定有传统的进水入口单元。Keefer对这种现象的解释如下：随着SVI的增加，悬浮固体在沉淀池中的沉降时间变长，混合液中液体和固体接触时间也随之增加，这种额外的接触期可能导致更多的杂质被污泥固体吸收，从而从污水中去除，只要污水在沉淀池出水堰附近的流速足以防止固体物质从池中排出，沉淀过程的效率就不会受到负面影响。PS：关键词：传统进水井，按时间推算，20年了，也就是1943年，单纯进水口就一个稳流大筒。SVI高，类似过滤似的，将微小的污泥絮体截留，不过出水堰处的水流流速不能太大，否则裹挟着就出去了。当前，这种现象可能被称为“絮凝污泥层”澄清或“接触絮凝”。然而，遗憾的是，这样一种观点至今仍然存在。Kennedy和Neethling在评估加利福尼亚州某水厂时发现，生物特性是决定沉淀池出水悬浮固体（ESS）的关键因素，相关研究数据见图12。但是，该厂的早期研究已经确定，通过将传统的中心井替换为絮凝井，可以有效降低ESS，这是一种物理上的解决方案，它为絮凝提供了一个专门区域，而不是让絮凝过程在污泥层中发生。如果要求水厂在较高的SVI下运行，将会减少二沉池的浓缩能力，从而降低水厂的整体处理效率，这是我们应当避免的。PS：只要对进水口位置稍加改造，同样可以有效降低ESS，不需要高SVI，还安全。此时所谓的絮凝只让它局部发生在进水井位置处，而非整个二沉池污泥层中。除了在流量高峰期间影响污泥层的水平外，装有絮凝中心井的沉淀池并不会受到高SVI水平的影响。图13展示了多个水厂的数据，这些水厂的设计表面溢流率（SOR）介于2.2-3.1m/h之间。在广泛的SVI范围内，实际上SVI对ESS并没有显著影响。在这些沉淀池中，絮凝过程是在中心井中进行的，而不是在污泥层中。即便没有明确划定的絮凝区，只要在入口区域提供足够的混合条件，絮凝也可以在这些区域发生。图14展示了加利福尼亚州一个使用矩形沉淀池的水厂的数据，同样表明SVI对出水质量没有影响。PS：所以说传统的中心进水井（配稳流筒），有可能也会产生絮凝效果，就看混合条件了。那种专门设置有能量消散装置（EDI或LA-EDI）的，一般称为絮凝进水井，这种一般流速大，否则何来混合一说呢？不带能量消散装置的，称为传统进水井，也可能发生絮凝过程。

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