由于我国城市排水体制的不健全、城市的建设强度大,导致市政污水厂进水中泥砂含量较高,其中粒度较小的细微泥砂和粘土引起的后续问题较多。重庆地区市政污水厂中,粒径在50~100μm范围的的细微泥砂不能被沉砂池有效地去除,对于有初沉池的污水厂,这些泥砂大部分会进入初沉池,通过沉淀进入初沉污泥,还有少部分进入后续生物处理单元;没有初沉池的厂,泥砂会直接进入生物处理单元。在大型污水厂,初沉污泥中的细微泥砂一旦进入消化系统,在消化池处逐渐沉积板结,使池体有效容积减小,缩短清理周期,加剧设备磨损问题,严重影响污泥脱水及输送设备的使用寿命,或因堵塞导致故障,增加处理了成本和难度。目前,市内污水厂为避免这一问题,只能将初沉污泥浓缩脱水后外运,但由于初沉池污泥中有机物是消化系统的有机成分的重要来源,通常占比30~40%,剩余污泥有机份不足以维持消化系统正常运行,消化污泥有机物和总悬浮固体比值(VSS/TSS)通常在0.25~0.4之间,远低于0.6的设计值和国内其他地区的正常水平,导致消化系统难以长期运行。可见,问题症结是初沉污泥中泥砂。因此,在保留有机物的前提下,去除初沉污泥细微泥砂,既可以节约初沉污泥的处理成本,又可以解决消化运行的关键问题。本文提出了利用矿山微细矿物颗粒分离的专用设备,以去除初沉污泥中的细微泥砂、再由流化床分选机将旋流器底流污泥中的有机物分选回收的方法,达到污泥有效控砂和资源利用目的。为获得准确的细微泥砂去除效率,本文建立了泥砂粒度分布分析的成套测试方法,探讨了重庆地区初沉污泥中的泥砂特征及细微泥砂的粒度分布特性;通过旋流分离器除砂性能中试研究、及流化床分选机的有机物浮选性能试验,提出了污水厂初沉污泥除砂的生产性方案。得出的结论如下:(1)通过对筛分法、机械分析—激光粒度测量法以及高温灼烧—激光粒度测量法三种粒度分布测量方法的对比分析发现,机械分析法对污泥中泥砂样品进行氧化酸洗等预处理后,并不会改变泥砂颗粒的结构形态,且泥砂流失量较少,在整个粒度分布内的精确性均优于其他两种方法,测量精度与重复性较高,对泥砂粒度分布的测量结果更接近粒度真实分布情况。因此,本文将机械分析法作为污泥泥砂粒度分布的测量方法。(2)通过对重庆某污水厂初沉污泥泥砂含量的连续监测发现,初沉污泥中的泥砂含量具有一定波动性,但波动范围不大,且泥砂含量浓度大于有机物浓度,是构成初沉污泥的主要成分。一天内,受城市居民用水高峰期的影响,泥砂含量的峰值与低谷交替出现。对该厂初沉污泥中泥砂特性的进一步研究发现,初沉污泥的泥砂颗粒平均粒径较小,90%的泥砂颗粒粒径在86.66μm以下。其中,粒径<30μm的粘土颗粒约占泥砂总量的70%,粒径在30-200μm段的细微泥砂颗粒约占28.5%,而粒径在200-450μm范围的粗砂颗粒含量只占1.5%左右。研究发现,绝大部分>0.2mm的粗砂颗粒在污水进入初沉池前已被沉砂池去除,进入初沉池的砂质颗粒多为0.2mm以下的细微泥砂及粘土。泥砂的矿质成份主要为石英、斜长石和方解石,三者相对含量的比值为5:1.8:0.75,与重庆主城区地表沉积物及山涧岩石的主要矿物组成及含量相似。(3)通过对FX100-PU-B、FX50-PU-Ⅱ两种型号旋流分离器除砂的单因素试验发现,FX100、FX50两种型号旋流器在压力为0.17 Mpa、底流口径为18mm和压力为0.20 Mpa、底流口径为6mm时,其除砂效果最好,FX50型旋流器对细微泥砂的总去除效率最高为71.39%,但对有机物的富集效果较差,其对有机物的去除率达到17.38%;尽管FX100型对细微泥砂的总去除率仅为61.89%,但对有机物的去除率较小,仅为6.89%。综合单位时间处理量、运行功率等因素,从生产运行角度考虑,FX100型适合工业化应用。FX100型对粒径在200-100μm、100-75μm、75-50μm和50-30μm段细微泥砂的分级处理效率分别为89.13%、84.38%、69.47%和28.89%。通过对FX100、FX50两种型号旋流器的串联试验发现,串联运行的除砂效果略高于FX100型旋流器单独运行的效果,但并没有达到去除率叠加的效果,而运行功率约为FX100型单独运行时的3.5倍,且串联运行额外增加了运行时间与工作量。因此,实际生产运行时,不推荐采用串联运行。通过FX100型旋流器的中试运行试验发现,初沉污泥中泥砂含量的波动不影响旋流器的分离性能,FX100型旋流器的运行稳定性较高。(4)结合该污水厂现有工艺,进行初沉池细微泥砂去除的工艺生产性方案设计。根据污水厂处理能力,设置直线型并联旋流分离器组去除初沉污泥中的细微泥砂;利用流化床分选机对旋流器底流污泥中有机物进行浮选试验,将浮选出的有机物排至污泥消化池。结果表明,FBS500流化床分选机在进料浓度为46.48g/L、入料流量为1m~3/h、底流阀开度为20%条件下运行时,上升水流速度为10.90mm/s时,浮选产率约为60%,有机物回收率约为50%。经浮选后溢流污泥VSS/TSS值由0.34升高至为0.41,细微泥砂去除率约为60%。说明流化床分选机达到了减少进入污泥消化池的细微泥砂含量目的,处理后污泥中VSS/TSS值接近消化污泥水平,有效解决了初沉污泥的处置问题。