环保设备原理与设计―沉淀池

第一章不溶态污染物的分离技术与设备,重力沉降规律与设备（沉淀池）,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,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,沉淀池,一、沉淀池类型二、沉淀池结构三、沉淀池设计,一、沉淀池类型,一、沉淀池类型,沉淀池三种流态,平流式沉淀池示意图,竖流式沉淀池示意图,进水,出水,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,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。,二、沉淀池结构,缓冲区,功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。,（一）平流式沉淀池结构示意图,沉淀区,1、平流式沉淀池进水结构,1、平流式沉淀池出水结构,目前多采用如下图所示的锯齿形溢流堰，这种溢流堰易于加工，也比较容易保证出水均匀。水面应位于齿高度的1/2处。,浮渣槽,出流堰,挡板,锯齿形出水堰,浮渣槽,进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。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。沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3/md，二沉池为130250m3/md。锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。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。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。,平流式沉淀池的构造及工作特点,（二）辐流式沉淀池结构图,进水槽,刮泥装置,出水堰,出水槽,辐流式沉淀池结构,出水堰,出水槽,刮泥装置,沉淀池中心进水套管,竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。直径或边长一般在8m以下，多介于47m之间；缓冲层0.3m。竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。,（三）竖流式沉淀池的构造,（四）新型沉淀池,（1）传统沉淀池的缺点：一、去除率不高，常用的沉淀时间为1.5h，悬浮物的去除率一般在4060之间，很少超过80；二、这些沉淀池都体积庞大，占地面积较大。,（2）提高沉淀池的去除率：一、从原水水质方面着手，采取措施，改变水中悬浮物质的状态，使其易于与水分离沉降。混凝就是比较有效的方法。二、从沉淀池的结构方面着手，创造更适宜于颗粒沉降分离的条件。其中较为成熟的有预曝气和各种类型的新型沉淀池。,1、向心辐流式沉淀池（周边进水中心出水）一般的辐流式沉淀池，废水是从中心进入而在池四周出流，进口处流速很大，呈紊流状态，这时原废水中悬浮物质浓度亦高，紊流状态阻碍了它的下沉，影响沉淀池的分离效果。而向心辐流式沉淀池与此恰恰相反，原废水从池周流入，澄清水则从池中心流出。也可以采取池周进水池周出水的方式。,向心辐流式沉淀池图,进水槽,底部有孔,出水槽,出水堰,出水堰前挡板,进水挡板,深入水下约3/4水深,2、预曝气辐流式沉淀池,污水入口,污泥排出管,污泥悬浮层,预曝气室,沉降区,斜流式沉淀池是在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.71.0m，底部缓冲层高度为1.0m。,3、斜板式沉淀池,斜板式沉淀池的构造,1进水管；2配水槽；3斜板；4集水槽；5出水落水斗；6污泥斗；7排泥管,斜流沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点，在给水处理中得到比较广泛的应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂的含油废水的隔油等已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。,斜板式沉淀池在废水处理中的应用,三、沉淀池的设计,（一）设计内容(1)沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。(2)设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求有足够的沉降分离面积；入流区和出流区结构合理、能均匀布水和集水；有尺寸适宜、性能良好的污泥、浮渣收集和排放设备。,进行沉淀池设计的基本依据是废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相似的运行资料，因地制宜地选用经验数据。,（二）沉淀池的一般设计原则及参数,1.设计流量在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。2.沉淀池的只数对于城市污水厂，沉淀池的只数不应少于2只。3.沉淀池的经验设计参数对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照经验参数选用。4.沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系，如后表所示。,沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系,5.沉淀池的几何尺寸：沉淀池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.30.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60，圆斗不宜小于55；排泥管直径不小于200mm。6.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，应不大于2.9L/sm；对二次沉淀池，一般取1.52.9L/sm。亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。7.贮泥斗的容积：一般按不大于2日的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2小时计。8.排泥部分：沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池应不小于8.83kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池应不小于11.77kPa（1.2mH2O）。,（三）工艺尺寸计算1、有效沉淀面积、池长、池宽、池深等；,沉淀区有效容积V：,沉淀区高度h1：,对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径；对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。,有效沉淀面积A：,2、水渠、配水区（墙或管）、出水渠等；按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。（1）辐流式沉淀池（中心进水周边出水）1）结构设计中心管：中心管管径按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计；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；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；出水堰：单侧或双侧三角堰。超高、缓冲区：超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.30.5m。,2）工艺尺寸设计计算有效水深h2：通常取1/2半径处的深度值,或,（f为中心管面积）,表面积F：F=Q/q有效直径：,径深比：径深6。,（2）平流式沉淀池1）结构设计配水：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；出水：一般采用三角堰；集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；超高、缓冲区：超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.30.5m。,2）工艺尺寸设计计算,沉降区表面积：,沉淀区长度：L2=VtV5mm/s，t取1.52.0h,沉淀区宽度：B2=A/L2，L2/b=45（不满足长宽比要求时，应分为n格，当采用机械刮泥时，b还应与刮泥机的衍架宽度相对应）,（3）竖流式沉淀池,1）结构设计配水：中心管、反射导流板出水：一般采用三角堰；集水：集水渠。,2）工艺尺寸设计计算,中心管：V130mm/s，,上升部分：V=0.31mm/s，即q=2.03.0m3/m2h，直径D：,上升深度h2：h2=Vt无资料时，t取1.52.0h，径深比不大于3。超高、缓冲区高度：超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.30.5m。,优缺点：排泥多采用重力排泥，简单易行；对Q波动适应能力小；适于中小厂。与平流式及辐流式不同，其ET=(1-p0)100%。,3、泥斗（1）辐流式沉淀泥斗一般为圆台形，上部直径为2m，下部直径为0.5-1m，泥斗倾角大于45；（2）平流式沉淀池泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为0.5-1.0m，泥斗倾角大于45。（3）竖流式沉淀池泥斗圆台形或（正）棱台形。,4、工艺装备沉淀池的主要工艺装备为刮泥机。刮泥机的设计主要按照沉淀池的形式、尺寸（直径或宽度）以及所需的排泥方式进行。,例平流式（1）入流区和出流区的设计平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；作用是使废水尽可能均匀地分布在沉降区的各个过流断面，既有利于沉降，也使出水中不挟带过多的悬浮物。出水一般采用三角堰；,平流式沉淀池示意图,（2）沉降区的设计沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、宽、高尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下：沉淀区有效水深：h2=qt式中q表面负荷；t污水沉淀时间沉淀区有效水深一般取2.04.0m。沉淀区总面积A：式中Q最大设计流量，m3/h；沉淀区有效容积VV1=Ah2=Qt,沉淀区长度L2：L23.6vtv最大设计流量时的水平流速mm/s，一般取v5mms；t取l.52.0h沉淀区总宽度B(m)BAL2L2/B=45不满足长宽比要求时，应分为n格，当采用机械刮泥时，b还应与刮泥机的衍架宽度相对应。沉淀池座数或分格数nnBb，n值不应小于2，但也不宜过大，以免增大造价。,沉淀池总长度LL=L1+L2+L3式中：L1流入口至挡板距离，mL2沉淀区长度，mL3流出口至挡板距离，m校核：L2/b4，L2/h2=（812）：1,若已知颗粒沉降速度u0，则沉淀区总面积和有效水深计算方法如下：A=QmaxqQmaxu0，沉淀区有效水深h2=QmaxtA=u0t,式中Q-废水设计流量，m3h；C0和C-分别为进水和出水的SS浓度，mgL；P-泥渣含水率(%)，一般为95%97%；-泥渣容重，kgm3，P95%时，取1000kgm3；T-排泥周期，一般取12d。,（3）污泥区计算污泥斗的泥渣体积已知排泥周期和悬浮物浓度，泥渣体积Vw(m3)按下式计算,式中a1和a2分别为泥斗上、下底边长，m；h4泥斗高度，m；泥斗壁倾角:按污泥滑动性取4560设m为沉淀池的泥斗数，如mVdVw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。,对倒正棱台形泥斗，其容积Vd(m3)按下式计算：,（3）淀池总高H(m)为,式中：h1超高，为了适应冲击负荷的水位变化，有效水深以上应有保护高度h1，常取0.3m。h2有效高度，mh3缓冲层高度，当没有刮泥机时，h3(hm+0.3)hm为刮泥板高度；不设刮泥机时，h3取0.5m。h4污泥区高度，mh5污泥斗高度，m,h1,h2,h3,h4,h5,例：某城市污水排放量为100000m3/d，悬浮物浓度C0为250mg/L，试设计一平流式沉淀池，使处理后污水中悬浮物浓度不超过50mg/L，污泥含水率为97，通过沉淀性能曲线查得，当去除率为80时，去除颗粒物的最小沉降速度为1.44m/h，沉淀时间为65min。其中，取长宽比为6，污泥区高度为2.8m，缓冲区高度为0.6m，沉淀区泥斗上下低面为正方形，上斗边长为6m，下斗边长为0.4m，泥斗倾角为45；流入口至挡板距离取0.5m，流出口至挡板距离为0.3m。,解：（1）表面负荷及沉淀时间由题意表面负荷数值上等于沉淀速度，所以表面负荷为q01.44m3/h，沉淀时间t065min设计表面负荷与设计沉淀时间为使设计留有余地，将表面负荷缩小1.5倍，沉淀时间放大1.75倍，即有：qq0/1.51.44/1.50.96m3/（m2h）t1.75t01.7565113.75min1.9h设计污水量Qmax=105/（246060）=1.157（m3/s）=4166.7（m3/h）,（2）沉淀区各部分尺寸确定沉淀池总有效面积AQmax/q416.7/0.96434.06m3采用两座沉淀池，每个池的表面积为A1217m2，处理量为Q1208.35m3/h沉淀池有效水深h2qt0.961.91.82m沉淀池长度每个池宽b取6.0m，则池长为L2A1/b217/636.17m取L236.5m长宽比为L/b64，符合要求。,（3）沉淀区各部分尺寸计算每日产生污泥量WQmax（c0c1）100/（100P