二沉池排泥渠上层死泥形成机理及排泥装置优化研究

引言：

在城市污水处理系统中，二沉池作为重要的固液分离单元，主要依赖重力作用实现活性污泥的沉降和清液的分离，排泥渠作为其关键组成部分，承担着输送和排除污泥的重要职责。排泥渠运行效率直接关系到池底污泥的及时清除和池体整体运行的稳定性，但在长期运行过程中，排泥渠上层常形成难以排除的死泥层，干扰正常排泥流态，降低沉淀效果。形成死泥的原因涉及池内流态分布、泥沙粒径变化、水力冲刷能力不足等多因素耦合，其存在将加剧活性污泥龄不均、加重池底积泥、诱发污泥膨胀等问题。为了从根源上提升二沉池运行效能，本文以死泥机理为出发点，对排泥渠系统进行全面剖析，探讨其结构与运行方式的改进方向，提出具有针对性的优化路径，以提升排泥装置的清泥效率和运行稳定性。

1 二沉池排泥渠上层死泥形成机制分析

1.1 水力剪切力不足导致泥层滞留

排泥渠中污泥的流动特性受水力条件显著影响，特别是在靠近渠顶的上层区域，由于流速降低、水力剪切力衰减，沉积物难以被有效扰动并输送至排泥口。当上层水流出现滞留，无法维持颗粒悬浮，絮体将因重力作用逐渐沉积形成稳定泥层。此类区域常表现为流态死角，其位置多靠近渠体边角或距排泥口较远处，水流通达能力弱，造成淤泥长时间堆积。泥层一旦形成，结构逐渐紧密并难以再次被水流带动，引发持续积累。此外，在设计中若未合理控制渠宽、渠深比例，或忽略渠道比降与流速匹配问题，也会放大水力剪切力不足带来的泥沙滞留现象。

1.2 泥沙粒径分布与絮凝特性影响

活性污泥的沉降性强烈依赖其颗粒粒径和絮凝结构，粒径越小、结构越松散，其受水流影响越明显，在排泥渠上层更易被带走，而粒径偏大、密度偏高的颗粒则倾向快速下沉。当系统中含有部分微絮体或密实团块，其在流速下降区域会因重力作用提前脱离水流并沉积在渠底。若渠底未设置扰流结构或辅助输泥机构，该类颗粒将形成稳定沉积，进而演化为死泥。此外，进水水质中有机物浓度变化、混凝剂残留及沉淀性波动亦会干扰泥沙的颗粒级配，使局部区域更易形成泥层。

1.3 水流扰动结构设计不足

排泥渠流态的组织形式直接决定其泥沙输送能力，若缺乏有效的扰流与导流结构，污泥运动轨迹将难以覆盖全渠宽度，导致部分区域处于低流速或甚至无流状态。在常规设计中，排泥渠多采取直线布置、单侧或双侧排泥口配置，未能有效激发横向扰动，泥层在上层形成后难以实现整体流动。此外，在排泥系统运行周期中，如排泥频率设置不当、启闭操作不均匀，都会导致部分时段内流动中断，进一步促使沉积颗粒定居。设计中缺乏考虑水流再分布机制，也限制了对上层泥层的清除能力，久而久之形成系统性死泥区域。

2 排泥渠现有结构与运行方式存在问题

2.1 排泥口布置形式限制流场扩展

当前二沉池排泥渠多数采用定点排泥模式，即在渠体中设置若干排泥口，通过重力或抽吸方式周期性排泥。然而，这种布置形式难以覆盖整个渠底区域，尤其在排泥口之间的间隔区域，水力扰动极弱，形成流场“盲区”。当排泥周期延长或排泥效率下降时，盲区泥沙得不到及时清除，演变为沉积热点。部分系统在设计中未考虑排泥口间距与水力半径匹配，造成流向紊乱、偏移，削弱了整体排泥效果。进一步来看，单一端部排泥或同侧布置方式将导致流场偏斜，局部死角面积扩大，最终积聚形成死泥区。

2.2 排泥控制节奏与水力扰动不匹配

排泥系统运行多采用间歇控制策略，间隔时间往往根据经验设定，缺乏对泥沙积累速率、水流速度变化和污泥界面动态变化的精准响应。在实际运行中，如排泥周期过长，污泥在非扰动阶段沉积将更加显著，排泥开始时水流扰动不足以激发全部泥层运动，导致部分区域长时间处于无排状态。而排泥频繁开启则可能引发扰动过大，反而引起泥沙上翻进入上清液，影响出水水质。运行控制策略的单一性与水流扰动之间的错位关系，是造成死泥难清除的重要运行因素。

2.3 导流结构缺失导致流线集中

排泥渠内未设导流棱体、扰流叶片等结构时，水流流线分布将呈现集中趋势，靠近进水端或中轴线的区域流速较高，而边界或角隅区域则形成滞流区。流线集中使得大部分泥沙被引导至特定通道，造成排泥负荷不均，部分区域超载，部分区域无效流动，形成泥沙偏积。更严重的是，流线集中将强化某一区域水流冲刷，而减弱边界清除作用，不仅降低排泥均衡性，也加剧结构性死泥的生成。导流结构缺失意味着无法形成合理的横向扰动路径，排泥渠的全域排泥能力受限，死泥清除效率难以提高。

3 排泥渠排泥装置的优化路径与技术策略

3.1 优化排泥口空间布设增强均衡性

针对当前排泥口布设存在覆盖不足、扰动不均等问题，应在排泥渠底部进行空间优化布设，适当缩小排泥口间距，增强其横向覆盖能力。可通过设置错列排布结构，在纵向与横向维度实现交错分布，避免流场集中单一通道。结合池体流速梯度分布，重点加强边角区域的排泥口配置，提升对滞泥区的疏通能力。在此基础上，可引入变频控制技术，根据沉积动态调节排泥频率与排量，实现精准调控，提高排泥系统的时空效率，减少死泥滋生条件。

3.2 引入导流扰动结构强化流态组织

为改善流态均衡性与全覆盖排泥能力，可在排泥渠内设置导流墙、扰流叶片或定向棱体等结构，借助物理结构引导水流转向、扰动泥层，打破沉积稳定界面。这类结构应根据渠体断面尺寸、流量分布规律合理设置，其功能在于增加水流剪切面，扩展流线分布区域，并激发底部及上层泥层同步运动。通过实验模拟与数值仿真评估流态结构布局，可进一步优化导流角度与叶片间距，保障排泥流速控制在有效区间，形成持续性的输泥能力，避免死泥区再生。

3.3 改良排泥调控机制实现协同运行

排泥控制策略需实现与水力扰动机制的联动，构建基于水力状态反馈的排泥调控体系。通过设置液位传感、泥位监测与流速传感模块，动态捕捉渠内流态变化与泥层厚度，依据反馈参数自动调整排泥周期、开启时间与排泥强度。在系统控制逻辑中应引入模糊调控策略，对不同运行状态设定排泥阈值，实现智能响应，避免人为经验判断造成的滞后或误操作。排泥调控与扰动结构、排口布置形成联动体系，可从根本上打通死泥清除瓶颈，推动二沉池系统朝向高效、可持续方向发展。

结语

二沉池排泥渠中上层死泥的形成，是多种水力因素与结构布局失配的综合结果，长期运行过程中将显著影响出水稳定性和污泥回流效率。本文从形成机理出发，分析了水力剪切力不足、颗粒沉降特性与结构扰动缺失等核心原因，进一步指出排泥装置在结构布设与运行控制中的局限性。为提升排泥系统效能，提出了优化排泥口布设、增设导流扰动结构与建立动态排泥控制机制的技术路径。研究成果可为污水处理厂二沉池系统改造提供理论支撑与设计依据，助力实现排泥系统的全面升级与运行优化。

参考文献：

[1] 杜昊 , 林少斌 . 城市污水处理厂二沉池排泥系统优化设计研究 [J]. 给水排水 ,2023,49 (4):90-94.

[2] 宋晨曦 , 周钰强 . 沉淀池内流态优化对出水水质影响分析 [J]. 环境科学与管理 ,2022, 47(10):115-119.

[3] 张巍 , 李婧怡 . 基于 CFD 模拟的排泥渠水力特性研究 [J]. 水处理技术 ,2024,50(3):32-38.