（模式识别与智能系统专业论文）污泥回流式沉淀池运行条件优化及其效果分析研究.pdf

删嬲磐 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：t 洚宁 日期：加年印月士日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文储签名：壬泽宇 指导教师签名：社琏 日期：2 o t l 年华月当日 日期：枷i1 年q 月，日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按 中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：丕泽孽 日期：加1 1 年c p 月, s - e l 指导教师签名：瞅 日期：加i 年华月f 日 摘 沉淀是给水处理过程中一个非常重要 去除。因此，沉淀过程的好坏直接影响着 中，沉淀是去除水中悬浮物质的主要构筑 影响，进而影响出水水质。 污泥回流式沉淀池作为“污泥循环型 它适用于土地资源紧张、原水水质变化大 式沉淀池是将斜板沉淀、污泥回流和污泥 主要通过搅拌使回流污泥形成污泥层加强絮凝反应，沉淀区另外设有斜板沉淀区 以进一步加强沉淀分离效果，保证沉淀池后的出水水质。 本文通过混凝条件优化试验和动态模拟试验，对污泥回流式沉淀池处理嘉陵 江水质进行了系统的试验研究。试验研究结果表明，污泥回流式沉淀池对嘉陵江 原水有很强的适应性，抗冲击负荷能力强、出水水质稳定、处理效果好。本论文 的主要工作和结论如下： 总结了国内外沉淀池的现状问题及研究进展； 分析了污泥回流式沉淀池的工作原理、运行流程、优势及应用前景； 分别进行了混凝条件优化试验和污泥回流式沉淀池动态模拟试验： 1 ) 在混凝条件优化试验中分别分析了在进水浊度为1 8 n t u 和6 3 n t u 下，混凝 剂聚合氯化铝和三氯化铁、助凝剂聚丙烯酰胺的最佳投加量，为后续污泥回流式 沉淀池动态模拟试验提供基础数据。 2 ) 根据混凝条件优化试验的结果，进行了在不同运行条件下污泥回流式沉淀 池运行效果的动态模拟试验研究。分别考察了回流污泥浓度、污泥回流比、搅拌 强度以及混凝剂絮凝剂投加量等对污泥回流式沉淀池运行效果的影响。对污泥回 流式沉淀池运行成本进行了分析，混凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺组合时 药剂成本最低。 分别研究了污泥回流式沉淀池的最佳投药位置以及最佳进口流速的确定。 1 ) 聚合氯化铝投加点设在搅拌反应池内，聚丙烯酰胺为两点投加时，分别在 在回流污泥管中和沉淀池前投加并且两点投加比例设为l ：l ，污泥回流式沉淀池 对浊度和c o d m n 去除效果最优。 2 ) 当进口流速控制在v - - o 0 2 5 m s 时，沉淀效果最佳。 分析了污泥回流式沉淀池技术在长江上游地区的适用性以及在未来水处理 领域中的应用前景。本研究能够给水厂运行提供稳定操作参数和技术指导，使污 泥回流式沉淀池经济、高效的运行，同时对污泥回流式沉淀池的推广应用以及改 造研究具有重要的推动作用。 关键词：污泥回流式沉淀池；污泥回流；运行条件；应用研究：优化；处理效果； 分析 a b s t r a c t s e t t l i n gi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h et r e a t m e n tp r o c e s s ，i nw h i c hal a r g e n u m b e ro fs e x t i m e n t sa r er e m o v e d t h e r e f o r e ，t h es e t m n gp r o c e s sd i r e c t l yd e t e r m i n e s t h eq 砌i t yo fw a t e rt r e a t m e n ls e d i m e n t a t i o nw h i c hi su s e dt or e m o v es u s p e n d e d s u b s t a n c e si st h em a i nu n i ti nc o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s a sar e s u l tr e s e a r c h t h ep e r f o r m a n c eo fp r e c i p i t a t i o na n de n h a n c i n gi t sr e m o v a la b i l i t yc a nf u r t h 睨 r e d u c e t h ee f f l u e n tt u r b i d i t ya n di m p r o v ew a t e rq u a l i t y a sa r e p r e s e n t a t i v eo f s l u d g er e c y c l i n g s e t t l e r s ，s l u d g e r e c i r c u l a t i o n s e d i m e n t a t i o nt a n kh a san o t a b l yp o s i t i v ep e r s p e c t i v eo fv a r i o u sa p p l i c a t i o n s i ti s s u i t a b l ef o ra r e a sw h e r el a n dr e s o u r c e sa r es c a r c e ，w h e r et h er a ww a t e rq u a l i t ya l t e r e d c o n s i d e r a b l y , w h e r et h e s t a n d a r do fo u t l e tw a t e ri sr i g i d t h es l u d g er e e i r c u l a t i o n s e d i l i l e n t a 垃o nt a n ki san e wk i n do fw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sc o m b i n e do fi n c l i n e d - p l a t e s e d i m e n tt a n k , o u t s i d es l u d g er e c i r c u n l a t i n g $ s t c m ，a n ds l u d g ec o n d e n s et a n k t h r o u g h m e c h a n i c a ls t i r r i n ga n dh i g h l yc o n c e n t r a t e ds l u d g er e e i r c u l a f i o n , t h es l u d g ec a p t u r e l a y e ri sf o r m e d i nt h es e d i m e n ta r e a , i n c l i n e d - p l a t et a n ki s u s e dt oi m p r o v et h e s e p a r a t i o ne f f e c t , w h i c hg u a r a n t e e i n gt h ea t m r - s e d i m e n t a t i o n - w a t e rq u a l i t y t h r o u g hag r e a td e a lo fm o d e l e de x p e r i m e n t s ，t h ej i a l i n gr i v e rr a ww a t e rh a sb e e n s t u d i e ds y s t c m a t i c a u y , u s i n gt h es l u d g er e e i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n k e x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t et h a tt h es u i t a b i l i t yo ft h es l u d g er e c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n ki sq u i t e s t r o n ga n dw a t e rq u a l i t yo f t h ee f f l u e n ti ss t a b l e t h em a i nw o r ka n dc o n c l u s i o n so ft h i s p a p e ra r c a sf o l l o w s ： 1 n 硷d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c h e sa n dr e l a t e di s s u e so ns e t t l e r sa r e s u m m a r i z e da n dr e v i e w e d ； 2 w o r kp r i n c i p l e ，o p e r a t i o np r o c e s s e s ，a d v a n t a g e sa n da p p l i c a t i o np r o s p e c t so f s l u d g er e c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n ka r ea n a l y z e d ； 3 t h ef l o c c u l a t i o no p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n ta n dt h ed y n a m i ct e s to ns l u d g e r e e i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n kw e r es t u d y ： i nf l o e c u l a t i o no p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n tr a ww a t e ru n d e r18 n t ua n d6 3 n t u t u r b i d i t ya r er e s p e c t i v e l ya n a l y z e dt h a tt h eo p t i m a ld o s i n gq u a n t i t yo fp o l y a l u m i n i u m c h l o r i d e ，c h l o r i d e f e r r i cc h l o r i d ea n dp o l y a c r y l a m i d e t h a t sw i l lp r o v i d et h ee s s e n t i a l d a t af o rt h ef o l l o w i n gt h ed y n a m i ct e s to ns l u d g er e c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n k ( 窑) a c x x ) r d i n g t ot h ef l o c c u l a t i o no p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l t s ，c o n d u c t si n d i f f e r e n to p e r a t i o nc o n d i t i o n st h ed y n a m i ct e s tr e s e a r c ho ns l u d g er e e i r e u l a t i o n s e d i m e n t a t i o nt a l l k ；t h ee x a m i n e si n s p e c t e dt h er e t u r ns l u d g ec o n c e n t r a t i o n , t h er e f l u x r a t i o ，t h es t i rs p e e da n dd o s i n gq u a n t i t yo ft h es l u d g er e c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n k o p e r a t i n ge f f e c t w h e nt h ep o l y a l u m i n i u mc h l o r i d ea n dp o l y a c r y l a m i d ec o m b i n a t i o nt h e u n i t so n - s i t ec o s ti sl o w e s t 4 t h es l u d g er e c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n kw e r es t u d i e dt h eb e s tt h r o wl o c a t i o n s a n db e s tw a t e ri n l e tv e l o c i t y o t b ee f f i c i e n c yo fw i l lb et h eb e s tw h e nt h ep o l y a l u m i n i u mc h l o r i & t h r o w i n g a n da d d i n gp l a c ei si nt h em i x i n gn 删o np o o la n dt h ep o l y a c r y l a m i d et h r o w i n ga n d a d d i n gp l a c ed i v i d ei n t ot w op l a c e ( t h eb a c k f l o ws l u d g et u b ea n dt h es e d i m e n t a t i o nt a n k , t h ed o s i n gp r o p o r t i o no ft h et w o p l a c es e tt ol ：1 ) i ti si l l u s t r a t e di nt h ee x p e r i m e n tt h a tt h ee f f i c i e n c yw i l lb et h eb e s tw h e nt h e i n l e tw a t e rv e l o c i t ya tt h es e t t l i n gz o n er e a c h e s0 0 2 5 m s 5 t h em a i np u r p o s eo ft h es t u d yi st op r o v i d eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n dt e c h n i c a l g u i d i n gf o r t h es t a b l e o p e r a t i o n o ft h ew a t e r w o r k s t h e s l u d g e r e c i r c u l a t i o n s e d i m e n t a t i o nt a n kw i l lb em o 佗e c o n o m y , m o r ee f f i c i e n c y , a n dm e a n w h i l ew h i c hh a v e t h e i m p o r t a n tp r o m o t i o ne f f e c t o nt h i ss e d i m e n t a t i o nt a n kp o p u l a r i z a t i o na n d a p p l i c a t i o no ft h er e s e a r c h k e yw o r d s ：s l u d g er e , c i r c u l a t i o ns e d i m e n t a t i o nt a n k ：s l u d g er e c i r c u l a t i o n ； o p e r a t i n gc o n d i t i o n ；a p p l i c a t i o ns t u d y ；o p t i m i z a t i o n ：p r o c e s s i n g e f f e c t ；a n a l y s i s 第 第 2 2 污泥回流式沉淀池的工艺原理1 4 2 2 1 污泥回流式沉淀池的流程1 4 2 2 1 污泥回流式沉淀池的类型1 6 2 2 3 污泥回流式沉淀池的特点1 6 2 3 污泥回流式沉淀池与其他常规沉淀池的对比分析1 7 2 4 污泥回流式沉淀池的应用介绍2 0 第三章混凝条件优化试验研究2 2 3 1 试验原理与目的2 2 3 1 1 试验的基本原理。2 2 3 1 2 试验目的2 3 3 2 试验条件的确立2 4 3 2 1 原水水质2 4 3 2 2 混凝剂和助凝剂2 5 3 2 3 搅拌强度。2 7 3 3 试验方法2 7 3 3 1 试验步骤2 7 3 3 2 试验仪器及装置。2 8 3 3 3 监测指标2 9 3 4 混凝条件优化试验结果。3 0 3 5 不同混凝剂助凝剂投加量对出水浊度的影响分析3 3 3 5 1 不同混凝剂投加量对浊度去除的影响分析3 3 3 5 2 不同助凝剂投加量对浊度去除的影响分析。3 5 3 6 本章小结3 7 第四章不同运行条件下污泥回流式沉淀池运行效果试验研究3 8 4 1 污泥回流式沉淀池动态模拟试验目的及方案3 8 4 1 1 试验目的3 8 4 1 2 试验方案38 4 1 3 试验装置3 9 4 2 污泥回流式沉淀池动态模拟试验条件。4 3 4 2 1 原水水质。4 3 4 2 2 混凝剂助凝剂4 3 4 2 2 监测指标4 3 4 3 污泥回流式沉淀池动态模拟试验结果及分析4 4 4 3 1 回流污泥固体含量分析研究4 4 4 3 2 搅拌强度分析研究。4 7 4 3 3 混凝剂投加量分析研究4 8 4 3 4 絮凝剂投加量分析研究。4 9 4 3 5 运行成本分析。5 0 4 4 本章小结5 0 第五章污泥回流式沉淀池运行条件优化研究及其应用前景分析5 2 5 1 污泥回流式沉淀池运行条件的优化5 2 5 1 1 最佳药剂投加点的选择5 2 5 1 2 最佳进口流速的确定。5 4 5 2 污泥回流式沉淀池的应用前景分析5 5 5 2 1 污泥回流式沉淀池在长江上游地区的应用前景分析5 5 5 2 2 污泥回流式沉淀池在水处理领域的应用前景分析5 6 5 3 本章小结。5 7 第六章结论与建议5 9 6 1 结论5 9 6 2 ；窿议6 ( ) 致谢6 1 参考文献6 2 在学期间发表的论著及取得的科研成果6 4 插图与附表清单 图1 1 四种沉淀现象3 图1 2 理想沉淀池示意图4 图2 1 污泥回流式沉淀池的工艺原理1 4 图3 1 六联搅拌器2 9 图3 2x z - 1 b 型浊度仪3 0 图3 3p h s j 4 a 型p h 计3 0 图3 4 药剂投加量对混凝效果的影响3 1 图3 5 ( 1 8 n t u ) 不同混凝剂投加量对原水浊度的去除效果3 3 图3 6 ( 6 3 n t u ) 不同混凝剂投加量对原水浊度的去除效果3 4 图3 7 ( 1 8 n t u ) 不同p a m 投加量对原水浊度的去除效果3 5 图3 8 ( 6 3 n t u ) 不同p a l l 投加量对原水浊度的去除效果3 6 图4 1 水厂工艺流程图4 0 图4 2 污泥回流式沉淀池工艺流程图4 l 图4 3 试验装置实物图4 2 图4 4 烘干箱4 4 图4 5 水浴加热4 4 图4 6 污泥回流式沉淀池底部污泥4 5 图4 7 污泥回流比与出水浊度的关系4 5 图4 8 污泥浓度与出水浊度的关系4 6 图4 9 搅拌速度与出水浊度的关系4 7 图4 1 0 混凝剂投加量与出水浊度的关系4 8 图4 1 1p a m 投加量与出水浊度的关系4 9 图5 1p a c 、p a m 投加点位置图5 l 图5 2p a c 、p a m 不同投加点与出水浊度的关系5 3 图5 3p c 、p a m 不同投加点与c o 队的关系5 3 图5 4 不同进水口流速与浊度的关系5 4 表2 1 不同形式沉淀池优缺点及适用条件的比较1 8 表2 2 污泥回流式沉淀池的应用2 0 表3 1 混凝过程2 3 表3 2 混凝试验原水水质2 4 表3 3 表3 4 表3 5 表4 1 表4 2 表4 3 1 1 引言 水是生命之源，是地球上 其是淡水，是人类生活和生产 1 0 9 k m 3 ，但是水资源中却有 溉。淡水只占有3 o x1 0 6 k m 3 ， 淡水大多也是地下水。换言之，供人们可利用的淡水仅有0 0 1 4 ( 约i x1 0 5 k m 3 ) 。 因此，水是基础性自然资源，又是战略性经济资源。随着人口增长、经济发展及 人类生活水平的提高，人类对水的需求日益增长。水资源又是一种有限的，而且 是不可替代的宝贵资源。迄今为止，有不少国家和地区的水资源已经成为国民经 济发展的制约因素。因此对水资源的合理利用，受到普遍的关注和重视。战略家 预言“2 1 世纪是石油让位于水的世纪一，以缺水、水域污染和饮用水质量下降这“三 大挑战”为核心的水危机，将成为2 1 世纪的最大危机n 1 。 目前，各国环保部门以及从事环境保护的工程技术人员都在长期关注世界性 水污染造成的水资源短缺和“水质型 缺水的问题。在中国近6 6 0 多个城市中， 近5 0 0 个城市出现不同程度的缺水，从普通缺水、严重缺水到极度缺水，因此我 国水资源短缺的形势十分严峻。我国属于水资源总量大但是人均占有量很少，水 资源人均占有量仅为世界人均占有量的1 4 ，排在世界第1 2 1 位，是全球1 3 个贫 水国家之一。根据2 0 0 9 年 中国环境状况公报，全国地表水污染依然较重。七 大水系总体为轻度污染，浙闽区河流为轻度污染，西北诸河为轻度污染，西南诸 河水质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题突出。长江、黄河、珠江、松花江、淮 河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染。在地表水国控监测断面中，i 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 ，主要污染指标 为c o d t n 、b o d 5 以及n h 3 - n 。其中，珠江、长江水质良好：松花江、淮河为轻 度污染；黄河、辽河为中度污染；海河为重度污染；长江水系水质总体良好田。 随着经济发展和人口增长，城市饮用水水源水质不断恶化，1 9 8 5 年发布的生 活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 - 8 5 ) 已不能满足保障人民群众健康的需要。为此， 卫生部和国家标准化管理委员会对原有标准进行了修订，新的饮用水标准即 生 活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 颁布并于2 0 0 7 年7 月1 日起实施。新标准水 质项目和指标值的选择是在充分考虑我国实际情况的前提下，参考国际标准 饮 用水水质准则以及欧洲发达国家的饮用水标准，将饮用水水质指标由原来的3 5 2 第一章绪论 项增加至1 0 6 项，这些是保证饮用水安全的重要举措。新 标准的实施势必会 带来部分现有城市供水厂给水处理工艺的出水水质不能满足新的水质标准，为此， 给水处理工艺需要得到改善以及引进新工艺以保证饮用水能够满足新的水质标 准。 综上，水资源匮乏、分布不均、源水污染严重，构成了我国给水处理的基本 背景，因而有必要采取强化给水处理措施、改善给水处理工艺、提高出水水质， 以达到国家饮用水质新标准。 1 2 研究背景及意义 一般常规的给水处理工艺中，混凝、沉淀和过滤是至关重要的步骤。沉淀池 作为水厂的常规水处理构筑物，在水处理厂中发挥重要的作用。沉淀过程的好坏 直接关系到整个水处理工艺的优劣。沉淀过后出水浊度的高低，对后续进行的过 滤过程影响很大。根据已建沉淀池的运行来看，沉淀池担负整个工艺系统8 0 一 9 0 悬浮固体的去除，然而沉淀池的造价仅为普通滤池造价的二分之一。从排除 污泥的含水率分析，沉淀池排出污泥的固体浓度一般可达1 一2 ，而滤池冲洗 排水的污泥浓度则不到0 1 d 1 。从耗能角度分析，混凝沉淀池克服水头损失所需 的电耗约为每千立方米水2 k w h ，而快滤池则为8 k w h l o k w h 。同时，沉淀 池的建设费用在水厂的总建设费用中约占2 5 h 1 。 由此可见沉淀池在净水工艺中的技术及经济作用。近些年来，城市已建水厂 大量扩建改建，并且，城市水厂的规模也越来越大。随着水厂规模的扩大，其建 设费用也相应的增加。目前我国经济技术尚不发达，在给水处理厂投资和运行成 本上大多偏高、能耗较高且浪费较大，因此选择合理的、新型的沉淀池，是对水 质保证、水厂的总体建设费用和运行费用都具有十分重要的意义。 本课题研究是依托“重庆交通大学研究生教育创新基金项目和重庆交通大学 培育基金项目 。本课题研究之时，正值重庆某大型在建给水处理厂一期工程建造 时期，由于该水厂沉淀池选用未在国内广泛应用的污泥回流式沉淀池，故本课题 通过动态模型试验研究，解决药剂种类及投加量的优选、搅拌强度的优化、污泥 回流比的优化以及药剂投加点和进口流速的优化，为该水厂的稳定运行提供操作 参数和技术指导，有利于该沉淀池的研究开发和推广应用，有利于从根本上改变 城市给水处理厂高投资、高成本和复杂的运行管理的现状。因此，本课题研究具 有重大工程实践意义及推广应用意义。 第一章绪论3 1 3 沉淀池工艺现状及发展概述 沉淀是指利用水中悬浮颗粒与水的密度差进行分离的基本方法。可用于去除 水中的砂粒、化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体和生物处理的污泥，也可用于 沉淀污泥的浓缩。由于沉淀法简单易行，分离效果好，而且分离悬浮物是水处理 系统不可缺少的预处理或后续处理工序，因此应用十分广泛，是水处理中最基本 的方法之一。 1 3 1 沉淀的基本原理 水中悬浮物颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。当颗粒比 重大于l 时，表现为下沉；当颗粒比重小于1 时表现为上浮嘲。 根据可沉降悬浮物质浓度的高低和絮凝性能的强弱，沉淀通常可以分为四种 不同类型，如图1 1 所示： 盈 图1 1 四种沉淀现象 f i g u r e l 1d i f f e r e n tt y p e so f s e d i m e n t 自由沉淀 自由沉淀也称为离散沉淀。当悬浮物质浓度不高时，在沉淀的过程中，颗粒 之间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。整个沉淀过程中颗粒 的物理性质( 如形状、尺寸、比重等均不发生变化) 。典型例子是砂粒在沉砂池中 的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初沉池中的沉淀过程。另外平流式沉淀池的 沉淀过程是最为典型的自由沉淀，沉淀效果由原水的水平流速和停留时间决定。 絮凝沉淀 絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但是在沉淀过程中悬浮颗粒之间会互相有絮 凝作用，颗粒因互相聚集而加快沉淀旧。在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相 4 第一章绪论 碰撞产生絮凝作用，使颗粒的粒径与质量逐渐增大，沉淀速度不断加快。这类沉 淀的典型例子为活性污泥在二沉池中的沉淀。化学絮凝沉淀也属于这种沉淀类型。 成层沉淀 成层沉淀也称为拥挤沉淀或区域沉淀。在沉淀过程中，相邻颗粒之间互相妨 碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在 聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀，与澄清水之间形成清晰的固 液界面，沉淀显示为整体界面下沉。最为典型的是二沉池下部的沉淀过程及浓缩 池开始阶段。 压缩沉淀 压缩沉淀也称为污泥的浓缩。颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤 出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。一般在二沉池泥斗中的浓缩过程以及在 浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。 活性污泥在二沉池及浓缩池的沉淀与浓缩过程中，实际上都顺次存在着以上 四种类型的沉淀过程，只是产生各类沉淀的时间长短不同而已。 1 3 2 沉淀池的基本原理及类型 理想沉淀池的基本原理 理想沉淀池是各种沉淀池的理论基础。其应该满足以下三个假定口m ： 1 ) 进水均匀地分布于沉淀区的始端，并以相同的流速水平地流向末端； 2 ) 进水中颗粒杂质均匀地分布于沉淀区始端，并在沉淀区内进行着等速自由 沉降； 3 ) 凡能沉降至沉淀区底的颗粒杂质便认为已被去除，不再重新悬浮进入水中。 图1 2 理想沉淀池示意图 f i g u r ei 2s k e t c hm a po fi d e a ls e t t l i n gt a n k 按照上述假定，理想沉淀池的工作原理如图1 2 所示。理想沉淀池可分为流入 区、沉淀区、污泥区、流出区。首先我们设定进入的水流在流入区被均匀分配在 第一章绪论 5 a b 断面上。直线i 代表从池顶a 点开始下沉而能够在池底最远处的c 点之前沉 淀池底的颗粒运动轨迹：直线代表从池顶a 点开始下沉而不能沉到池底的颗粒 的运动轨迹；直线代表一种颗粒从池项a 点开始下沉而刚好沉到池底最远点c 点的运动轨迹。从a 点进入的颗粒，它们的速度是水平流速u 和下沉速度v 的矢 量合。设沉淀池的水平流速为u ，按直线运动的颗粒的相应沉速为v s 。于是， 凡是沉速大于v s 的一切颗粒都可以沿着类似直线i 的方式沉到池底：凡是沉速小 于v s 的颗粒，如从池顶开始a 点开始下沉，肯定不能沉到池底而沿着类似直线 的方式被带出池外；可以看出，直线所代表的颗粒沉速v s 具有特殊意义，v s 称为材截留沉速 。实际上它反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉 速，因为凡是沉速大于或等于v s 的颗粒能够全部被沉掉。 k ：丝：一u h b ：一q ：g 9 ll ba 式中u 一水平流速，m s ： h 一沉淀区的有效水深，m ； l 一沉淀区的长度，m ； b 一池宽，m ； q 一处理水量，岔s ； a 一池表面积，m 予； q 一表面负荷，在数值上等于截留沉速v s 。 设沉速v t v 。的颗粒重量占全部颗粒重量的a p ，其可被去除的量为 弩，： 兰勿，则沉速小于v s 的颗粒被沉淀去除的重量为軎，k 咖 ，理想沉淀池的总 去除效率可以表示为t 1 = 1 1 p o + 吉勿。 沉淀池的基本类型 沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。给水处理方面，根据沉淀目的 不同可以将沉淀池分为预沉池、滤前沉淀池和污泥浓缩池。污水处理方面，根据 沉淀目的不同可以将沉淀池分为预处理工序的沉砂池、初次沉淀池、二次沉淀池 以及污泥浓缩池四种形式。不管是给水沉淀池还是污水沉淀池，其常见的沉淀池 形式主要是平流式、竖流式、辅流式和斜管( 板) 沉淀池。 1 ) 平流式沉淀池：池内的水流方向为水平方向。平流沉淀池是一个矩形构型 的池子，它是应用较早也较普遍的一种沉淀形式。它既可以用作滤前沉淀( 初沉 6 第一章绪论 池) 处理，也可用作预沉( 沉砂) 或最终沉淀( 二沉池) 处理。在平流式沉淀池 中设置多条导流墙，可增加水流断面的湿周从而减小水力半径，所以平流沉淀常 具有窄而长的池型。 2 ) 竖流式沉淀池：又称立式沉淀池，是池中原水竖向流动的沉淀池。池体平 面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内，管下设伞形 挡板使原在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升，悬浮物沉降进入池底锥形 沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣 保证出水水质。池的一边靠池壁设排泥管，静水压将泥定期排出。竖流式沉淀池 中，水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度 等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对上升的颗粒进行拦截 和过滤。因而竖流式沉淀池的效率比平流式沉淀池要高。 3 ) 辐流式沉淀池：辐流式沉淀池多为圆形，原水从池子中心进水，周边出水。 池的进口在中央，出口在周围。水流在池中呈水平方向向四周辐流，泥斗设在池 中央，池底向中心倾斜，污泥通常用刮泥( 或吸泥) 机械排除。直径大约为6 m 6 0 m ，池周水深约为1 5 m 一3 0 m 。目前，辐流式沉淀池多数用于高浊度水的预沉， 国内污水处理厂的二次沉淀池大都采用辐流式沉淀池。 4 ) 斜板( 管) 沉淀池：斜板沉降源于1 8 8 6 年英国人h o w a s t o n 发现的浅层沉 淀阳】。这一理论特征是颗粒的沉降速度是沉降面积的函数，而与沉降深度、沉降时 间无关。根据这一理论，研究者开发出了一种在沉淀池内装有许多间隔较小的平 行斜板或直径较小的平行倾斜管的沉淀池，它既能大大增加沉淀池的层数，减少 沉淀设备，又能自动进行排泥。斜板( 管) 沉淀池是把与水平面成一定角度( 一 般6 0 0 左右) 的众多斜板放置于沉淀池当中构成。水从下向上流动( 也有从上向下、 或水平方向流动) ，颗粒则沉于斜板底部。当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。 斜管沉淀池时把与水平面成一定角度( 一般6 0 0 左右) 的管状组件( 断面矩形或六 角形等) 置于沉淀池中构成。水从下向上流动( 也有从上向下、或水平方向流动) ， 颗粒则沉于斜管底部，而后自动滑下。斜板( 管) 沉淀池的表面负荷约为平流沉 淀池的4 倍左右，目前已广泛应用。近些年，斜板( 管) 沉淀池通过不同形式的 改造， 池等等 1 3 4 国 第一章绪论 7 池的工艺中，已经很少有水厂采用平流式沉淀池，对先前采用平流式沉淀池工艺 的水厂多数都进行了改进。除了采用常规沉淀池外，国外水处理公司还开发应用 了几种新型的沉淀池。 1 ) d e n s a d e g 高密度沉淀池 d e n s a d e g 高密度沉淀池为法国得利满公司开发研究的沉淀池，它主要有絮 凝区、推流区、沉淀区和浓缩区以及泥渣回流系统和剩余泥渣排放系统组成。高 密度沉淀池的主要优点是采用池外泥渣回流的方式和投加高分子助凝剂，使絮凝 形成的絮体均匀和密集，因而具有较高的沉降速度嘲。此外，沉淀池下部设置较大 的浓缩区，使排放污泥的含固率可达3 1 4 ，减少了水厂的自用水率，并有利 于污泥的处理( 当需污泥脱水时，可省去浓缩池) 。d e n s a d e g 高密度沉淀池已 经在国外较多水厂使用。第一、法国巴黎的m o u t 水厂。m o u t 水厂1 9 2 3 年建 成时采用慢滤池，6 0 年代末扩建了6 0 万m 3 d 的水厂，主要工艺采用预加0 3 、 脉冲澄清和v 型滤池及炭滤。9 0 年代又新建了一个新厂，设计能力5 o 万m 3 d ， 新厂采用了高密度沉淀池，水厂的工艺流程为：加药原水_ 接触池_ 混合_ 高密 度沉淀池一生物滤池_ 接触池一活性炭过滤一清水池；根据水质检验结果，原水 浊度范围为2 0 2 0 0 n t u ，高密度沉淀池出水浊度小于1n t u 。高密度沉淀池适应 的原水浊度范围较广，可以达到优质的出水n 训。第二、德国的斯图加特来格朗水 厂。该厂处理规模为2 0 万m 3 d ：工艺流程为：加药原水- 格栅_ + 混合一快速机械 反应池_ 高密度沉淀池_ 生化处理池一接触池一双层滤料滤池一活性炭过滤_ 清 水池；该水厂的高密度沉淀池为圆形、不锈钢斜管、机械刮泥、污泥回流式絮凝 池。处理规模较大，污泥回流量的达到9 0 9 5 ，上升流速达到2 0 3 0n d h ，出 水浊度 i n t u 。例外，还有法国的m o r s a n g s u r - s e i n e 水厂( 处理能力9 2 万m 3 d ) 、 西班牙的m a n i s e s 水厂( 处理能力1 8 万m 3 d ) 、阿根廷的r o s a r i o 水厂( 处理能力 1 6 万m 3 d ) 等均采用了d e n s a d e g 高密度沉淀池的净水工艺。 2 ) a c t i f l o 沉淀池 a c t i f l o 沉淀池为o t v 公司开发应用的一种沉淀池n u a c t i f l o 沉淀池的 主要特点是利用细砂作为絮凝的核心物质，以形成较易沉降的絮粒，加速沉淀过 程，缩小斜管沉淀池面积。加注混凝剂的原水进入机械快速混合池，在混合池中 加入高分子絮凝剂和回流的细砂，快速混合后进入机械搅拌絮凝池，然后进入斜 管沉淀池，以细砂为核心的絮粒字斜管沉淀池中分离沉降。沉降的泥渣和细砂经 输送泵送水水力旋流泥砂分离器，分离的泥水排走，细砂则回流进入混合池。由 于采用了细砂回流，絮凝时间可以打打缩短，斜管的平面上升流速可以提高，大 大缩小了沉淀池面积，由于有细砂作缓冲，可对水量和水质的适应性较好到。 a c t i f l o 沉淀池已在法国和其他国家使用，巴黎郊区n e u i l l ys u rm a r n e 水厂 8 第一章绪论 ( 8 0 万m 3 d ) 的扩建部分采用a c t i f l o 沉淀池，处理能力为2 0 万m 3 d ，与1 9 9 3 年建成并投入使用。 3 ) p u r a c 和p a r k s o n 斜板沉淀池 p u r a c 公司早在1 8 8 6 年就在英国申请斜板沉淀池专利，主要用于采矿业，1 9 5 0