第3章 沉淀法-水质处理-课件-教学-本科

1、Sedimentati on 第一节第一节 概概 述述 1 1、沉淀的定义、沉淀的定义 悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀沉淀。 实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池沉淀池。 (1) (1) 当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。 沉沉 淀淀 (2) (2) 当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。 上上 浮浮 2 2、沉淀去除的对象及构筑物、沉淀去除的对象及构筑物 砂粒砂粒 化学沉淀化学沉淀 混凝絮体混凝

2、絮体 生物污泥生物污泥 污泥浓缩污泥浓缩 沉砂池沉砂池 浓缩池浓缩池 沉淀池沉淀池 3 3、位置及作用、位置及作用 A A、作为处理系统的主体；、作为处理系统的主体； B B、工艺流程主体处理单元之前、工艺流程主体处理单元之前预处理；预处理； C C、工艺流程主体处理单元之后；、工艺流程主体处理单元之后； D D、污泥处置。、污泥处置。 （1 1）城市污水处理工艺）城市污水处理工艺: : 污污水水格格栅栅 沉沉砂砂池池初初沉沉池池好好氧氧二二沉沉池池排排水水 浓浓缩缩池池 消消化化 污污水水格格栅栅 沉沉砂砂池池初初沉沉池池好好氧氧二二沉沉池池排排水水 浓浓缩缩池池 消消化化 （2 2）高浓度

3、有机废水处理工艺）高浓度有机废水处理工艺: : 废水废水沉淀沉淀调节池调节池厌氧厌氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水 浓缩池浓缩池 脱水脱水 废水废水沉淀沉淀调节池调节池厌氧厌氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水 浓缩池浓缩池 脱水脱水 （3 3）含铬废水处理工艺：）含铬废水处理工艺： 药剂药剂 废水废水混合反应池混合反应池 沉淀池沉淀池排水排水 浓缩池浓缩池脱水脱水 药剂药剂 废水废水混合反应池混合反应池 沉淀池沉淀池排水排水 浓缩池浓缩池脱水脱水 (1)(1)自由沉淀自由沉淀 水中悬浮物颗粒水中悬浮物颗粒浓度浓度低，低， 呈呈离散离散状态；状态；互不干扰互不干扰，各，各 自完

4、成沉淀过程。颗粒在下自完成沉淀过程。颗粒在下 沉过程中的沉过程中的形状、尺寸、密形状、尺寸、密 度等不发生变化。度等不发生变化。 例如例如：沉砂池沉砂池 4 4、沉淀类型、沉淀类型 根据根据悬浮颗粒的性质悬浮颗粒的性质及其及其浓度的高低浓度的高低，沉淀可分为四，沉淀可分为四 种类型：种类型：、 ( (2)2)絮凝沉淀絮凝沉淀 水中悬浮物浓度不高，水中悬浮物浓度不高， 但有但有絮凝絮凝性能。在沉淀过程性能。在沉淀过程 中互相碰撞发生中互相碰撞发生凝聚凝聚，其其粒粒 径和质量径和质量均随沉淀距离增加均随沉淀距离增加 而增大，沉淀速度加快。而增大，沉淀速度加快。 例如：例如：二沉池；二沉池； 混凝沉

5、淀。混凝沉淀。 (3)(3)拥挤沉淀拥挤沉淀( (分层沉淀分层沉淀) ) 水中水中悬浮物浓度较高悬浮物浓度较高，颗，颗 粒下沉受到周围其它颗粒的粒下沉受到周围其它颗粒的干干 扰扰，沉速降低，颗粒碰撞互相，沉速降低，颗粒碰撞互相 “凝聚凝聚”而共同下沉，形成一而共同下沉，形成一 明显的泥、水界面。明显的泥、水界面。沉淀过程沉淀过程 实质是实质是泥、水界面泥、水界面下降的下降的过程，过程， 沉淀速度为界面下降速度沉淀速度为界面下降速度。 如：如：二沉池的上部；二沉池的上部； 污泥浓缩池上部污泥浓缩池上部。 (4)(4)压缩沉淀压缩沉淀 当悬浮物浓度很高、颗当悬浮物浓度很高、颗 粒互相接触、互相支承

6、，在粒互相接触、互相支承，在 上层颗粒的重力作用下将下上层颗粒的重力作用下将下 层颗粒间的水挤出，使层颗粒间的水挤出，使 浓缩。浓缩。 例如：例如：二沉池污泥斗二沉池污泥斗; ; 浓缩池底部。浓缩池底部。 第二节第二节 自由沉淀自由沉淀 一、自由沉淀的假定条件一、自由沉淀的假定条件 实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十 分复杂的，分复杂的， 在水中自由沉降过程的在水中自由沉降过程的动力学本质动力学本质，进进 行如下假定行如下假定： 颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不 发生变化；发生变化； 液体

7、为静止状态；液体为静止状态； 颗粒沉淀不受容器器壁影响；颗粒沉淀不受容器器壁影响； 颗粒沉淀仅受重力和颗粒沉淀仅受重力和水的作用水的作用。 作用方式？作用方式？ 二、自由沉淀速度二、自由沉淀速度 (1) 颗粒在静水中的受力情况颗粒在静水中的受力情况 重力：重力： 浮力：浮力： 阻力：阻力： F2 浮力 F3 阻力 F1 重力 gdF S 3 1 6 1 gdF 3 2 6 1 2 2 3 u AF 式中：式中：s,表示颗粒及水的密度表示颗粒及水的密度 g重力加速度重力加速度 A颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=d2/4 u颗粒沉速颗粒沉速 阻力

8、系数，它是阻力系数，它是雷诺数雷诺数（ ）和）和颗粒形状颗粒形状的函数。的函数。 水的粘度水的粘度 ud Re (2)(2)颗粒在静水中的运动情况颗粒在静水中的运动情况 在静水中悬浮颗粒在静水中悬浮颗粒开始沉淀时开始沉淀时， 因受重力作用而产生加速运动，同因受重力作用而产生加速运动，同 时水的阻力也逐渐增大。时水的阻力也逐渐增大。 经一很短时间后经一很短时间后，当，当阻力阻力F F3 3增增 大到与颗粒的大到与颗粒的“重力重力F F1 1和和浮力浮力F F2 2之差之差” 相等时，颗粒作相等时，颗粒作等速下沉运动等速下沉运动。 等速沉淀的速度常称等速沉淀的速度常称淀末淀末 度度，简称，简称沉速

9、沉速。 F2 浮力 F3 阻力 F1 重力 (3)颗粒沉淀速度颗粒沉淀速度 在等速沉淀情况下，在等速沉淀情况下，F F1 1-F-F2 2=F=F3 3，即，即: : 2 33 2 6 1 6 1 u S Agdgd 水流状态：水流状态： 层流状态：层流状态：Re1时，时， Stokes 式式 过渡状态：过渡状态：1Re103 时，时， Fair式式 紊流状态：紊流状态：103Re时，时，u0,u0,颗粒下沉；颗粒下沉； 当当s s时，时，u0,u20md20m的颗粒。的颗粒。 对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗 粒粒径，促进沉淀；粒粒径，促进沉淀；

10、C. C. 与与水的粘度水的粘度成反比；成反比； 因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加 速沉淀。速沉淀。 第三节第三节 絮凝沉淀絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性悬浮物由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后（如投加混凝剂后 形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等）形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等）， 在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞 凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而 增加。增加。 悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可悬浮物浓度越高，

11、碰撞机率越大，絮凝的可 能性就越大。能性就越大。 可见，悬浮物的可见，悬浮物的不仅取决于不仅取决于沉淀速度沉淀速度， 而且而且与深度有关与深度有关。 絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上 原因，原因，试验用的试验用的沉淀柱的高度沉淀柱的高度应当与拟采用的实应当与拟采用的实 际沉淀池的深度相同，际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧而且要尽量避免矾花因剧 烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。 第四节第四节 理想沉淀池理想沉淀池 前面所述沉淀曲线是前面所述沉淀曲线是的结果，虽然它比的结果，虽然它比 较真实地反映了废水中不同的悬浮颗

12、粒沉降的特性，但较真实地反映了废水中不同的悬浮颗粒沉降的特性，但 是是并不能反映实际沉淀池中并不能反映实际沉淀池中水流运动水流运动对悬浮颗粒沉降的对悬浮颗粒沉降的 种种复杂影响。种种复杂影响。 为了分析为了分析在在内运动的内运动的及分及分 离结果，离结果，哈增哈增和和坎普坎普提出了一种概念化的沉淀池提出了一种概念化的沉淀池理理 想沉淀池想沉淀池。 理想沉淀池的假定条件理想沉淀池的假定条件： 进出水均匀分布在进出水均匀分布在，亦即沉淀池中各进，亦即沉淀池中各进 水断面上各点流速均相同；水断面上各点流速均相同； 悬浮物在沉淀过程中以悬浮物在沉淀过程中以； 悬浮物在沉降过程中的水平悬浮物在沉降过程中

13、的水平等于等于， 水流是稳定的。水流是稳定的。 悬浮物落到池底污泥区悬浮物落到池底污泥区，不再上浮，即被除去。，不再上浮，即被除去。 在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动， 其轨迹是向下倾斜的直线。其轨迹是向下倾斜的直线。 沉速大于沉速大于u u0 0的颗粒可全部除去；沉速的颗粒可全部除去；沉速uu0 0的颗粒因处的颗粒因处 于水面以下，也可以除去一部分。于水面以下，也可以除去一部分。例如：例如：沉速为沉速为u u的颗粒的颗粒 被除去率为被除去率为h/Hh/H或或u/uu/u0 0。 理想平流式沉淀池示意图理想平流式沉淀池示意图 高H

14、/长度(L) 主要是主要是由于池进口及出口构造的局限，由于池进口及出口构造的局限，使水流在使水流在 上分布不均匀，整个池子的有效容积未能得到充上分布不均匀，整个池子的有效容积未能得到充 分利用，一些沉淀池还分利用，一些沉淀池还存在死水区存在死水区，因此，因此，废水在沉淀池废水在沉淀池 中实际停留的时间要比理论停留时间中实际停留的时间要比理论停留时间。 由于由于紊流的影响紊流的影响，悬浮颗粒的实际沉速比理想沉，悬浮颗粒的实际沉速比理想沉 速小。速小。 实际沉速还受实际沉速还受水温，风吹水温，风吹等因素的影响。等因素的影响。 实际沉淀池与理想沉淀池实际沉淀池与理想沉淀池是有区别的。是有区别的。 第

15、五节第五节 沉淀池沉淀池 按池内按池内水流方向水流方向分类分类 平流式沉淀池平流式沉淀池 竖流式沉淀池竖流式沉淀池 辐流式沉淀池辐流式沉淀池 斜板式沉淀池斜板式沉淀池 工作方式：工作方式： 间歇式和连续式。间歇式和连续式。 特点及适用条件：特点及适用条件： 一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池 二、竖流式沉淀池二、竖流式沉淀池 三、辐流式沉淀池三、辐流式沉淀池 四、斜板四、斜板( (管管) )沉淀池沉淀池 一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池 平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一 端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长端流出，水流在池内作水平运动，池平

16、面形状呈长 方形，可以是单个或多个串联。方形，可以是单个或多个串联。 平流式沉淀池有平流式沉淀池有进水区、沉淀区、出水区、进水区、沉淀区、出水区、 污泥区和缓冲区等五部分组成。污泥区和缓冲区等五部分组成。 1 1、进水区、进水区 进水区的作用进水区的作用是使水流均匀分布在整个断面是使水流均匀分布在整个断面 上，尽可能减少扰动。上，尽可能减少扰动。 入口流速小于入口流速小于25mm/s25mm/s。 为了保证不冲刷已有的底部沉积物，水的流为了保证不冲刷已有的底部沉积物，水的流 入点应高出污泥层面入点应高出污泥层面0.5m0.5m以上。以上。 水流入沉淀池后应尽快消能，防止在池内形水流入沉淀池后应

17、尽快消能，防止在池内形 成成或或。设置整流装置（设置整流装置（）。）。 沉淀池进口整流沉淀池进口整流多采用穿孔槽外加挡板（或穿多采用穿孔槽外加挡板（或穿 孔墙）的方法，沉淀池进水口布置形式如图示：孔墙）的方法，沉淀池进水口布置形式如图示： 2 2沉淀区沉淀区 如前所述，要降低沉淀池中水流的如前所述，要降低沉淀池中水流的ReRe数和提数和提 高水流的高水流的FrFr数，必须设法数，必须设法， ，对平流式沉淀池进行，对平流式沉淀池进行等，均可减等，均可减 小水力半径，改善水流条件。小水力半径，改善水流条件。 沉淀区的高度沉淀区的高度（有效水深有效水深H H）与其前后有关）与其前后有关 处理构筑物的

18、高程布置有关，一般约处理构筑物的高程布置有关，一般约3-4m3-4m。 沉淀区的长、宽、深之间相互关联，应综沉淀区的长、宽、深之间相互关联，应综 合考虑，还应合考虑，还应核算表面负荷。核算表面负荷。 一般，一般，L/BL/B4 4， L/HL/H1010，每格宽度，每格宽度3-8m3-8m， 不宜大于不宜大于15m15m。 3 3出水区出水区 沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀 池常见出水口布置形式如下：池常见出水口布置形式如下： 出流堰出流堰 应防止池内水流产生应防止池内水流产生偏流现象偏流现象。尽可能。尽可能 减少单位堰长的过流量，因此堰的施工必须

19、减少单位堰长的过流量，因此堰的施工必须 精心，尽量做的水平。精心，尽量做的水平。 4 4污泥区（积泥区和排泥区）污泥区（积泥区和排泥区） 沉于池底的污泥是使沉淀池工作沉于池底的污泥是使沉淀池工作 正常，正常，的一项重要措施。的一项重要措施。 沉淀池排泥方式有沉淀池排泥方式有斗形底排泥斗形底排泥、穿孔管排穿孔管排 泥泥及及机械排泥机械排泥。目前基本都采用。目前基本都采用，不，不 需留存泥区，池底水平，略带坡度以便放空。需留存泥区，池底水平，略带坡度以便放空。 排泥方式：排泥方式： （1 1）刮泥：设置刮泥机（车），池底设计）刮泥：设置刮泥机（车），池底设计 坡度坡度0.01-0.020.01-0

20、.02。 （2 2）污泥泵污泥泵排泥；排泥； （3 3）静水压力排泥（静水压力）静水压力排泥（静水压力1.5-2.0m1.5-2.0m水水 头，排泥管径不小于头，排泥管径不小于200mm200mm）。）。 （4 4）如设有多个泥斗时，则无需刮泥装置，）如设有多个泥斗时，则无需刮泥装置， 每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀。每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀。 5 5、缓冲区、缓冲区 污泥区和清水区之间应有一个缓冲区，污泥区和清水区之间应有一个缓冲区， 其深度可取其深度可取0.3-0.5m0.3-0.5m，以减轻水流对，以减轻水流对的的 搅动，也为存泥留有余地。搅动，也为存泥留有余地。 二、竖流沉淀池二

21、、竖流沉淀池 竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向 相反，其截流速度与水流上升速度相等。相反，其截流速度与水流上升速度相等。 结构：结构： 竖流式沉淀池多为圆竖流式沉淀池多为圆 形，直径介于形，直径介于4-7m4-7m之间。沉之间。沉 淀池的上部为圆筒形的沉淀淀池的上部为圆筒形的沉淀 区，下部为截头圆锥状的污区，下部为截头圆锥状的污 泥区，中间为缓冲层。泥区，中间为缓冲层。 竖流沉淀池特点竖流沉淀池特点 竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度 与水流上升速度相等。与水流上升速度相等。 （1 1）当颗粒发生自由

22、沉淀时当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比平流式沉淀，其沉淀效果比平流式沉淀 池中低得多。池中低得多。 （2 2）当颗粒具有絮凝性时，当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大则上升的小颗粒和下沉的大 颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。 （3 3）沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一）沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮悬浮 层层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉降效率比平沉降效率比平 流沉淀池高。流沉淀池高。 三辐流式沉淀池三辐流式沉淀池 辐流式沉淀池是直径较大（辐流

23、式沉淀池是直径较大（20-30m20-30m）的圆）的圆 池，最大直径可达池，最大直径可达100m100m。中心深度为。中心深度为2.5-5.0m2.5-5.0m， 周边深度为周边深度为1.5-3.0m1.5-3.0m。 辐流式沉淀池辐流式沉淀池 结构结构 中心进水 周边进水 进水方式进水方式 排泥方式：排泥方式： 辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污 泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排 出，出，刮泥机一般每小时转刮泥机一般每小时转2-42-4周周。 进水区 分离区出水区 污泥区 缓冲区 清水区 四、斜板(管)沉淀池

24、 结构特点：结构特点： （1 1）斜板（管）斜板（管）倾角倾角多采用多采用6060，斜板（管），斜板（管） 长长一般在一般在1.0-1.2m1.0-1.2m左右，板间距一般不小于左右，板间距一般不小于50mm50mm。 斜管管径斜管管径25-35mm25-35mm。 （2 2）斜板材料：斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或大多采用聚氯乙烯平板或 波纹板；波纹板；斜管斜管多为塑料片、波形石棉板、波形玻多为塑料片、波形石棉板、波形玻 璃钢板粘合而成的蜂窝状管，断面有正六边形、璃钢板粘合而成的蜂窝状管，断面有正六边形、 圆形、椭圆形等，常制成圆形、椭圆形等，常制成组装件组装件，便于安装。，便于安装。 （

25、3 3）斜板沉淀池的结构形式：）斜板沉淀池的结构形式： 包括：包括：异向流、同向流及横向流。异向流、同向流及横向流。 （4 4）进水方式：进水方式：大多采用异向流。大多采用异向流。 （5 5）斜板（管）上部）斜板（管）上部清水区清水区为为0.7-1.0m0.7-1.0m，斜，斜 板（管）下部为配水区大于板（管）下部为配水区大于1.5m1.5m（目的：布水均（目的：布水均 匀），布水区下部为匀），布水区下部为污泥区污泥区。 （6 6）出水方式：出水方式：采用采用穿孔集水管集水穿孔集水管集水。 （7 7）排泥方式：排泥方式：采用采用多斗排泥。多斗排泥。 斜板（管）沉淀池的优点：斜板（管）沉淀池的优

26、点： （1 1）水力条件好；）水力条件好； （2 2）处理能力比一般沉淀池大得多；）处理能力比一般沉淀池大得多； （3 3）处理效率高。）处理效率高。 第六节第六节 沉砂池沉砂池 （1 1）沉砂池的功能沉砂池的功能：从废水中分离比重较大的：从废水中分离比重较大的 无机颗粒，如砂粒，炉灰渣、煤渣等。无机颗粒，如砂粒，炉灰渣、煤渣等。 （2 2）沉砂池位置沉砂池位置：设在泵站及沉淀池之前。：设在泵站及沉淀池之前。 （3 3）沉砂池作用沉砂池作用： A A、保护水泵及管道免受磨损；保护水泵及管道免受磨损； B B、使沉淀池中的污泥具有良好的流动性，使沉淀池中的污泥具有良好的流动性， 能防止排放与输送管道堵塞；能防止排放与输送管道堵塞； C C、使无机颗粒和有机颗粒分离，便于分别使无机颗粒和有机颗粒分离，便于分别 处理和处置。处理和处置。 概述概述 （4 4）沉砂池的形式：）沉砂池的形式： A A、平流式沉砂池、平流式沉砂池 B B、竖流式沉砂池、竖流式沉砂池 C C、曝气沉砂池、曝气沉砂池 一平流式