《重力分离设备》PPT课件.ppt

废水重力分离,沉降设备,沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力 作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。,沉淀处理工艺的四种用法,第三节 沉砂池,沉砂池 的作用,沉砂池的 工作原理,沉砂池的 几种型式,平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。,平流式沉砂池,曝气沉砂池,平流式水力旋流沉砂池,旋流式-钟式沉砂池,PISTA沉砂池构造,PISTA沉砂池应用实例,上海白龙港污水处理厂,沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数：,城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的只数或分格数应不小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。 设计流量应按分期建设考虑。 最大时流量、最大组合流量、合流制流量 沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。 城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。 贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm。 沉砂池的超高不宜小于0.3m。,一、平流式沉砂池,构造：加宽、加深的明渠，由入流渠、出流渠、闸板、砂斗等组成。,进水头部应采取消能和整流措施；,两端用闸板控制水量,池底设有12个倒棱台形的贮砂斗，斗底有带闸阀的排砂管。,2. 排砂装置 （1）重力排砂：排砂管、排砂罐(排砂管d 200mm)。 （2）机械排砂：泵吸式排砂、链板刮砂与抓斗。 对大中型污水处理厂，一般采用机械排砂。,作用：沉砂池排出的砂水混合物进行彻底的砂水分离。 原理：砂水混合液从分离器一端顶部输入水箱，比重较大的如砂粒等到将沉积于槽形底部，在螺旋叶片的推动下，砂粒沿斜置的u型槽底提升，离开液面后继续推移一段距离，在砂粒充分脱水后经排砂口卸至盛砂桶，而与砂分离的水则从溢流口排出，达到分离目的。 预处理：在进水口处设置圆筒式旋流预分离器，污水沿圆筒切线方向进入涡流使砂粒沉下进入螺旋分离器，溢流液回沉砂池或格栅井，起到预沉砂及调节水量的作用。,砂水分离器,洗砂砂水分离器,无轴螺旋输送机对沉淀物进行脱水,3 设计,1 ）设计参数 （1）流量-自流进水,取最大小时流量;泵送，工作水泵的最大组合流量。 （2）分格数- n=2，并按并联方式运行。 （3）流速-最大流速0.3m/s-最小流速0.15m/s之间。 （4）停留时间-流量最大时，停留时间=30s，一般为3060s。 （5）结构尺寸-有效水深一般为0.251.0m，不大于1.2m（h=u0t，u0可按斯托克斯公式）；超高=0.3m；每格宽=0.6m； （6）沉砂量- 依水质不同而异，对城市污水可按每106m3废水产生30m3沉砂考虑。 （7）贮砂斗-容积一般按2日以内的沉砂量设计，斗壁倾角=55；池底以0.010.02的坡度坡向砂斗。,2）平流沉砂池的设计计算,(1)长度L,v最大设计流量时的速度，m/s; (0.3m/s-0.15m/s) t最大设计流量时的停留时间，s。 一般为3060s。,(2)水流断面面积F,Qmax最大设计流量，m3/s。,(3)池总宽度B,h2设计有效水深，m。有效水深一般为0.251.0m。h2=u0t，u0可按斯托克斯公式 单格宽度 b=B/n， 单格池宽=0.6m,(4)核算最小流速vmin,Qmin设计最小流量，m3/s; n1最小流量时工作的沉砂池数目； Fmin最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。,(5)贮砂斗所需容积 (m3/d),X城市污水的沉砂量，一般采用30 m3/106m3（污水） T排砂时间间隔，d Kz生活污水流量的总变化系数。,二、 曝气沉砂池,1.曝气目的 a. 有机物更好分离（通过摩擦作用实现），避免泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。 b. 还有预曝气、除臭、除油等多种功能。,一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底60-90cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.1-0.5的坡度，以保证砂粒滑入。,2.工作原理： 鼓风机曝气的作用下，使污水水流在池内呈螺旋状前进，污水中的有机颗粒经常处于悬浮状态。另外，使无机颗粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，去除砂粒上面附着的有机污染物，同时由于水流的向心力作用，密度比水大的砂粒便沉入池底，从而得到较纯净的砂粒。 曝气的气浮作用，污水中的油脂类物质会在除渣区浮出水面，达到从污水中分离的目的。,3.曝气沉砂池构造,（1）进水、配水方式、出水： （2）集砂斗、集砂槽、集油区： （3）供气,曝气,排砂集油,砂水分离：,曝气沉沙池多采取多空管曝气，穿孔孔径为2.56.0mm，距池底约0.60.9m，曝气管有调节阀门。,不锈钢中孔曝气管,FLASH,4. 曝气沉砂池特点： 当处理0.6 mm的砂粒，平流式沉砂池的除砂效率要远大于曝气沉砂池。 曝气沉砂池对于污水中的油脂物质有着预曝气的作用，有较好的去除效果。 曝气沉砂池有良好的耐冲击性。 运行中问题：旋流速度只能通过调节曝气量来控制,但气量调节却难以掌握。气量过大虽能将砂粒冲洗干净,却会降低细小砂粒的去除率;过小又无法保证足够的旋流速度,起不到曝气沉砂的作用。考虑到水量是不断变化的,气量却不可能随机调节,实际运行中很难将曝气量始终控制在合适的数值上,往往会存在过度曝气的问题,浪费能量。 曝气沉砂池的操作环境较差,特别是夏季对空气的污染较大。另外,如果不设消泡设施,会有相当多的悬浮物随泡沫带出池体而污染环境。,5. 曝气沉砂池的设计,1） 曝气沉砂池的主要设计参数 (1)流量:同前 (2)流速:水平流速一般取0.08O.12ms，在过水断面周边的最大旋转线速为0.250.4ms。 (3) 池内的停留时间:46 min，最大流量时为13min。 (4)有效水深:取23m，宽深比为(1l.5):1，长宽比可达5:1。 (5)曝气装置:多采用穿孔管曝气器，孔径2.56.O mm，曝气管安装于池壁一侧距池底O.60.9m处，曝气量为0.2m3(空气)/m3(水)或1.5m3(空气)/m3(池容)h。,2）设计计算 （ 1 ）工艺尺寸:主要确定沉砂池的池长、池宽、池深等。,过水断面积A(m2):,池宽B(m):,池长L(m):,总有效容积V(m3):,L=V/A,在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。 如不满足需重新调整有关尺寸：重新选择设计参数，从新进行设计计算。,集砂斗:计算同平流式,倾角=50。,集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于 0.8m/s。,集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的1223，底部以6075倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。,（ 2 ）结构尺寸:包括集砂斗、集砂槽、集油区等 。,(3) 进出水区:进水区、配水方式、出水区,进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。,配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。,出水：出水方向与进水垂直，一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。,(4) 工艺装备:供气,曝气,排砂集油,砂水分离,供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。 空气需用量qa(m3/h) =Q d计算.d-1m3 废水所需空气量 ,m3空气量/m3废水 。,曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为25mm。,排砂设备、集油设备：排沙一般采用排沙泵抽吸； 浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设 备通常置于行车上。,砂水和油水分离设备：排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。,三 旋流沉砂池,近年来新建的污水厂中,旋流式沉砂池得到了越来越多的应用。从运行情况看,用户反映普遍良好,认为这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。 目前国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-Attwood Jeta)和比氏(Pista)两大类。,工作原理： 旋流沉砂池主要利用机械叶轮的旋转，控制进入水流的流速与流态，使砂在离心力与重力的作用下，沿池壁呈螺旋线加速下降，同时有机物在水流的作用下，随水流漂走，沉入池底的砂经空气提升或泵提升后，与少量污水进入砂水分离器中进行分离后排出，清洗水回流至格栅井，从而达到除砂的目的。 思考：与曝气沉砂池区别？,曝气/机械水力涡流；旋流与水流垂直/一致,1 钟氏沉砂池,旋流除砂系统包括旋流沉砂池、砂水分离器、鼓风机等组成,1984年英国提出，利用机械力控制水流流态与流速，加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。调整转速，可达到最佳沉砂效果。去除直径0.2mm以上的大部分砂粒,去除率98%以上,分选区和集砂区，两个分区之间采用斜坡连接。虽然不同的国外公司在此典型结构的基础上开发出了多种多样的变型，但其变化主要集中在斜坡的倾斜度及搅拌桨的型式上，就砂粒的沉降机理来说应当并无多大差别。,钟氏池的斜坡式设计，使得砂粒的沉降主要依靠重力，砂粒通过斜坡自然滑入集砂坑。在滑入集砂坑之前，在旋转桨片产生的斜向水流作用下将附在砂粒上的有机物分离开。,2 比氏沉砂池,旋流除砂系统包括旋流沉砂池、砂水分离器、鼓风机等组成,典型的比氏池由分选区和集砂区构成，其特点是分区之间没有斜坡过度。 从水力条件看，水流在比氏池中呈涡流状态，大大强化了有机物分离效果。,注意 采用此类沉砂池时，对细格栅的运行效果要求较其他沉砂池为高。如果格栅运行不正常，带入的布条、树枝等易导致搅拌桨的损坏；同时由于提砂方式为砂泵或气提，以上物体极易造成这类排砂设备及管路的堵塞，导致设备无法正常运行。 在造价方面，由于目前国内采用的旋流沉砂池多为国外产品，往往价格过高，其在土建造价上的节省通常会被抵消。国内形式上模拟，没有自己的水力模型，有待检验。,沉淀池,沉淀池,沉淀池,沉淀池三种流态,平流式,竖流式,辐流式,沉淀池特点与适用条件,沉淀池由五部分组成： 进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳， 以提高沉淀效率。 沉淀区 贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。 缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。,沉淀池由五部分组成,缓冲区,沉淀池的运行方式,沉淀池的运行方式,1. 间歇式,工作过程： 进水: 静止:悬浮物完成沉淀过程; 排水:设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出,2.连续式,污水连续不断的流入与排出,颗粒的沉淀在流过水池时完成，这是可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用。,沉淀池的一般设计原则及参数,(1).设计流量-与沉砂池的设计流量相同。 自流:应按最大流量设计； 泵送:应按工作水泵的最大组合流量设计。 (2).沉淀池的个数 对于城市污水厂，沉淀池的个数n=2。 (3).沉淀池的经验设计参数 沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系，见表1所示。,表1 沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系,(4).几何尺寸：超高=0.3m；缓冲层高采用0.3-0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗=60，圆斗=55；排泥管直径=200mm。 (5).沉淀池出水部分： 一般采用堰流，在堰口保持水平。出水堰的负荷为：对初沉池，应=14.71kPa（1.5mH2O）； 活性污泥法的二沉池=8.83 kPa（0.9mH2O）； 生物膜法的二沉池=11.77 kPa（1.2mH2O）。,平流式沉淀池示意图,一、平流式沉淀池,1.进水区-消能整流，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。 2.出水区-设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。 3.沉淀区 4.贮泥区: 单斗机械刮泥 多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。 5.缓冲区：非机械排泥0.5m，机械排泥时，上缘高出刮板0.3m.,平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）,平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）, 单斗机械刮泥刮泥机, 多斗式排泥管,1.沉淀池的表面积A 式中：qvmax-最大设计流量， m3/s； q-表面水力负荷，m3/m2h， 初沉池一般取1.53 m3/m2h， 二沉池一般取12m3/m2h。 2.沉淀区有效水深h2 式中：t-沉淀时间，h， 初沉池一般取12h； 二沉池一般取1.52.5h。 沉淀区有效水深h2通常取23m。,4.沉淀池长度L 式中：v-最大设计流量时的水平 流速，mm/s；一般不大于5mm/s 5.沉淀池总宽度b,平 流 式 沉 淀 池 的 设 计,3.沉淀区有效容积V1,竖流式沉淀池,在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态： 由上述分析可知，当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。 当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。 应用:多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离,竖流式沉淀池的工作原理,当颗粒以沉速uv时，则颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除； 当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉不上升； 当uv时，颗粒将不能沉淀下来，则会随上升水流带走。,竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。 竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。 竖流式沉淀池的中心管如下图所示。,竖流式沉淀池的构造,竖流沉淀池池面多呈圆形或正多边形。 沉降区-上部圆筒形部分为，直径一般在48m，最大不超过10m.为保证水流的竖向运动，径深度比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。 污泥区-下部倒圆台部分为，1.52.0m的静水压力排泥 缓冲层沉降去和污泥区间0.30.5m的。,竖流式沉淀池示意图,进水,出水,求取；当无资料,t(1.02.0)h。 (3)管口不设反射板时，取中心管内流速v00.03ms；设反射板时，v00.1ms。 (4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04ms。 (5)中心管及反射板结构尺寸如图。 (6)保护高度取0.30.6m，缓冲层高度取0.3m，泥斗壁倾角取4555 。,(1)表面负荷，按公式,计算，当无资料,q =(2.03.0)m3m2h。 (2)沉降时间，按公式,竖流式沉淀池的设计 （1）设计参数,(1)中心管的断面面积f 和直径d,Qmax最大废水流量(m3h) v0 中心管流速 (mh),(2)沉淀区有效断面积A1,v池内水流速度(m/h ),(3)沉淀池表面积A和直径D,A，D沉淀池的表面积和直径,（2）设计计算,(4)沉降区有效水深h2,(5)中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度h3,v1中心管喇叭口与反射板之间缝隙的流速，m/h； d1喇叭口直径（ m ） （=1.35d）,v池内水流速度(m/h );t沉淀时间 （h）,(6) 污泥斗设计同前,(7) 沉淀池总高H,h1保护高度，m h4缓冲层高度，m h5泥斗圆台部分高度(m)；,三、辐流式沉淀池,辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m，池周水深1.53.0m。 有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。 沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。,辐流式沉淀池的特点,辐 流 式 沉 淀 池 剖 面,中心进水,周边进水,辐流式沉淀池刮泥机中心移动系统,排泥方式多斗式,构造 (1)进水-中心进水、周边进水 (2)沉降区-圆形,直径可达100m，池周水深1.5-3.0m。 (3)排泥-一般采用刮泥机刮除，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。刮泥机每小时旋转24周，将污泥刮到池中去，靠静水压力或泥浆泵将污泥排走。 当然还有多斗式.,悬浮固体颗粒在辐流沉淀池中的沉降规律,由于过流断面由中心向周边不断增大，水平分速逐渐减小，因此其沉降轨迹呈下垂曲线。 如设中心筒半径为rl，池半径为R，沉降区水深为H ，那么在半径为r的任意点上，颗粒在dt时间内在水平方向和竖直方向上的位移分别为 dr=vdt 和 dh=udt,由于,（1）,（2）,对沉速为u0的颗粒，积分（2）式并代入（1）式，得,整理后，得,辐流式沉淀池设计 (1) 主要设计参数,(1) 直径:一般为2040m, 最大可达100m。 (2) 池中心深度为2.55.0m，周边深度为1.53.0m。 (3) 池底以0.060.08的坡度坡向泥斗。 (4) 表面负荷q和沉降时间t应通过沉降试验确定，对生活污水，q可取2.03.6m3m2h，t取1.52.0h。 (5)有效水深h2,通常取池半径12处的深度值。,2. 设计计算, 有效水深h2：h2=qt,或,（f为中心管面积）, 表面积F：F=Q/q 有效直径：, 径深比： D/ h2 =6(6-12),5. 中心管截面积f: f=Q/v, v-按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计； 6. 导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的5； 7.出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的110R处；,四、 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池又称浅层沉淀池，其工作原理是建立在浅层沉降理论基础上的。即在沉淀池有效容积一定的条件下，池身越浅，沉淀面积越大，去除效率也越高。,1.浅层沉降原理,E与处理效率关系？矛盾,沉降效率+表面负荷,浅层沉降原理,，ET,则要以减小处理能力为代价。,当分为n层时,，当A一定时，,每层处理的水量为,(1 p0)100%，,等于n,ET, 当分为n层时,，当A一定时，,每层处理的水量为,(1 p0)100%，,等于n,ET,ET不变，在分层后 分层后处理水量：Q=BHv u0/v= u0t/v t=h/L H=nh u0/v= u0t/v t=H/L 有：v=nv 分