第三章、沉淀、澄清和气浮

1、第三章、沉淀、澄清和气浮第一节、沉淀理论一、概述 原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。当水中悬浮颗粒比重大于1时，可采用沉淀方法去除。沉淀是指在重力作用下将悬浮颗粒从水中沉降分离的工艺，是去除悬浮物质的主要方法。可用于简单的沉砂、预沉和混凝、软化后的悬浮物去除，以及污泥的浓缩等。 当水中悬浮颗粒比重小于1时，可采用气浮方法去除。气浮是利用微气泡粘附于絮凝体上，由于其重力远小于水的浮力而迅速上浮，使杂质颗粒从水中分离出来，达到水的澄清。气浮方法通常用于处理含藻

2、类较多的湖泊水。在整个净水系统中，沉淀约可去除悬浮固体的8090，使出水悬浮物含量降至10mg/L，甚至5mg/L以下。 在水处理中，根据悬浮物的浓度和絮凝性能，悬浮物分离沉降分为下列四种形式。 1、分散颗粒的自由沉淀分散颗粒系指不具絮凝性能的颗粒，即下沉过程中，颗粒的大小、形状、重量不会发生变化。当颗粒浓度较低，在沉降过程中不受颗粒彼此间影响时，称为自由沉淀。分散颗粒的沉降也称为自然沉淀。低浓度沉砂和预沉一般属此类沉降。 2、絮凝颗粒的自由沉淀经过混凝过程的颗粒大多具有絮凝性能，絮粒因碰撞聚集生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮粒增大而改变。絮凝颗粒的沉降也称为絮凝沉降。大多数混凝沉淀

3、均属此种类型。 3、拥挤沉淀 拥挤沉淀又称成层沉淀。当沉降颗粒浓度达到一定程度后，沉降颗粒相互干扰，使悬浮颗粒以接近或相同的沉速拥挤下沉，呈界面式沉降，出现清、浑水层间的明显界面(浑液面)。 高浊度水的沉淀和澄清池中水与泥渣层的分离属此种类型。 4、压缩沉淀 随着界面沉降继续，浑液面达到一定高度后其沉速减慢，沉到底部的沉泥受上部压力而压缩，颗粒间的孔隙水受压缩而排出，沉泥进一步浓缩，此沉降过程称压缩沉降。 浑液面沉速的转折点称临界点。临界点以上为拥挤沉降，临界点以下为压缩沉降。 沉淀池的积泥区或浓缩区的污泥浓缩属此类型。完成沉淀工艺的构筑物称为沉淀池。沉淀池按其水流方向可分为平流式、竖流式和辐

4、流式等。此外，根据浅层沉淀池原理，利用斜板、斜管完成沉淀工艺的沉淀池称为斜板(斜管)沉淀池。竖流式沉淀池现已极少采用。二、沉淀类型的理论分析1、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀自由沉淀可用牛顿第二定律表述，为分析简便起见，假设颗粒为球形，颗粒在静水中的受力分析如图31。设颗粒沉速为u，根据牛顿第二定律有： （31）式中u 颗粒沉速，m/s；m 颗粒质量； t 沉淀时间，s； F1 颗粒的重力； F2 颗粒的浮力； F3 颗粒下沉过程中，受到的水流阻力；已知，颗粒的重力F1为： （32）颗粒的浮力F2为： （33）图31 自由沉淀受力分析图颗粒下沉时所受水的阻力F3与颗粒的粗糙度、大小、形状和沉速有关

5、，还与水的密度、粘度有关，根据因次分析有： （34）式中，A 球形颗粒在垂直方向上的投影面积； d 颗粒的直径，m； g 重力加速度，m/s2； CD 阻力系数，是球形颗粒周围液体绕流雷诺数的函数，由于水中颗粒直径较小，沉速不大，绕流处于层流状态，可用层流阻力系数公式；Re 雷诺数，； 颗粒的密度； 液体的密度。将公式（32）、（33）和（34）代入（31），整理后得到： （35）颗粒下沉时，开始为加速下沉，短暂时间后达到平衡，变为等速下沉，即du/dt0，故式（35）可整理为： （36）将层流条件下阻力系数公式代入上式，整理后得到： （37）式（37）即为斯笃克斯公式。从该式可知：颗粒沉速u

6、的决定因素是，当时，u呈负位，颗粒上浮；时，u呈正值，颗粒下沉，故絮凝过程中形成粗大密实的絮凝体有利于提高沉淀效果；沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径d，可大大地提高沉淀(或上浮)效果；u与成反比，决定于水质与水温，在水质相同的条件下，水温高则值小，有利于颗粒下沉(或上浮)，反之，水温低时处理效果差。该公式从定量看无计算价值，因为颗粒粒径求解困难，且水中杂质较多，颗粒大小各异，不能直接用该公式来求沉速u。由于沉速u的测定比较容易，通常以沉速u来代表具有该沉速的某一特点颗粒进行沉淀性能分析。2、悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀（1）拥挤沉淀的沉淀特点当水中悬浮颗粒的浓度高，颗粒在沉淀过程中

7、互相干扰很大时，就产生了特殊的沉淀现象，即拥挤沉淀，如图32所示。由图32可看出：整个沉淀柱中分为四个区：清水区、等浓度区、变浓度区及压实区。清水区下面的各区可以总称为悬浮物区或污泥区。整个等浓度区中的浓度都是均匀的，这一区内的颗粒大小虽然也是不同的，但由于互相干扰的结果，大的颗粒沉降变慢了而小的颗粒沉降变快了，因而形成一个等速下沉的现象，整个区似乎是由大小完全相等的颗粒组成的。当最大粒度与最小粒度之比约为6：1以下时，就会出现这种沉速均一化的现象。（浓度越小，比值越接近于1，当比值为1时，颗粒完全相等，即使在浓度极低的情况，同样也出现等速下沉的现象）。图32 拥挤沉淀现象颗粒等速下沉的结果，

8、在沉淀管内出现了个清水区。清水区与等浓度区之间形成一个清晰的交界面。这个交界面称浑液面，它的下沉速度代表了颗粒的平均沉降速度。颗粒间的絮凝过程越好，使细小颗粒都粘结在较大颗粒之中，交界面就越清晰，清水区内的悬浮物就越少。紧靠沉淀管底部的悬浮物很快就被管底截住，这层被截住的悬浮物又反过来干扰了上面的悬浮物沉淀过程，同时在底部出现一个压实区。压实区内的悬浮物有两个特点：一个是从压实区的上表面起到管底止，颗粒沉降的速度是逐渐减小的，在管底的颗粒沉降速度为零。另一个是，由于管底的存在，压实区内悬浮物缓慢下沉的过程也就是这一区内悬浮物缓慢地压实的过程。从压实区与等浓度区的特点比较，就可看出它们之间必然要

9、存在一个过渡区，即一个从等浓度区的浓度逐渐变为压实区顶部浓度的变浓度区域。拥挤沉淀的沉速用实验方法测定。在沉淀过程中，清水区高度逐渐增加，压实区高度也逐渐增加，而等浓度区的高度则逐渐减小以致最后不复存在。变浓度区的高度开始是基本不变的，但当等浓度区消失后，也就逐渐消失。变浓度区消失后，压实区内仍然继续压实，直至这一区的悬浮物达到最大密度为止。当沉降达到变浓度区刚消失的位置时，称为临界沉降点，整个沉降过程各区的变化见图33的示意图。图33 拥挤沉淀的沉降过程示意拥挤沉淀试验的目的是求出浑液面沉淀过程线，即沉降过程中清水区与悬浮物区的界面线，如图34所示。图34 浑液面沉降过程曲线图34中，临界沉

10、降点前曲线为拥挤沉淀，浑液面基本上为等速下沉；临界沉降点后曲线为压缩沉淀，即浓缩过程，浑液面为减速下沉。如图35所示，在浑液面沉淀过程线上等浓区消失后的某一点P(该点浓度为CP)作切线，与沉淀水深OA线交于B点，那末，BP线的斜率即代表浓度CP的下沉速度。令OA及OB的高度分别为H0和HP，由肯奇沉淀理论，则CP值应为： （38）式（38）为个很重要的关系式。它表达了下述关系：在高度H0内均匀浓度为C0的悬浮物总量，与高度为HP内均匀浓度为CP的悬浮物总量完全相等。该切线的斜率即表示浓度为CP的浑液面下沉速度，其值为： （39）图35 浑液面沉速求解图示由公式（39）可知，分区沉淀的浑液面下沉

11、速度是悬浮物浓度的函数。对活性污泥絮体来说，一般表示成下列经验公式： （310）式中，v为浑液面下沉速度（cm/min）；C为悬浮物浓度（g/L）；a和n均为常数，随废水的性质而变化。对生活废水的污泥，a及n值大致如下： 污 泥 a(cm/min) n 初次沉淀池出水污泥 1.78105 2.26 原废水污泥 2.03104 1.87废水经初次沉淀后，去除了较密实的惰性颗粒物，故污泥的沉淀速度较原废水污泥低一些。常数n基本恒定，但a值的变化较大，上面列出的是一平均值。由于不同沉淀水深所得出的沉淀过程线是相似的，根据沉淀水深为h2的沉淀过程线可以用相似的原理画出另一水深为h1的沉淀过程线，如图3

12、6所示。这是沉淀过程与沉淀高度无关的现象。故沉淀试验管也就不需要用实际浓缩池的水深来做试验。但是，由于浓悬浮液的沉淀过程受沉淀管壁的影响较大，应该用较粗的沉淀管来做试验，一般建议直径至少为5075mm，最好是100150mm，并以粗铅丝构成的搅拌器进行缓慢搅拌，转速在每小时10转范围内。图36 不同水深的分区沉淀过程的相似关系（2）固体通量曲线处理高浓度悬浮物液体的设备称为浓缩池。浓缩池的设计包括确定它的面积及深度，最主要的是确定面积。确定面积的方法通常是利用固体通量曲线来定面积。设计浓缩池时，先把悬浮物沉淀的数据绘成固体通量曲线，如图37所示。图37 固体通量曲线固体通量的定义为：单位时间内

13、，通过单位面积的固体重量称为固体通量。对悬浮物浓度C，可由静止沉淀试验得出它的下沉速度v，但在浓缩池中，由于存在一个底流流量，对这一浓度C又叠加了一个下沉速度u，故得浓缩池内的固体总通量应为： （311）式中代表由静止试验所得的通量vC，通量曲线C如图37所示的形式。式中u由底流流量确定下来，为一常数，故uC对C的作图应为一条直线， u为直线的斜率。总通量对C的作图见图38。由这个图可以根据下列分析确定出浓缩池的面积来。图38 总固体通量（C）曲线由图38看出，曲线在M点有极小值，由M点作切线与纵轴及uC线分别交于A及B点，而高于AB线的平行线与曲线都交于两点。这一情况说明，小于的通量只存在一

14、个浓度值，因此浓缩池的底流浓度是稳定的；反之，大于的通量存在两个不同的浓度，因此浓缩池的底流浓度是不稳定的。这一分析说明，代表了底流浓度稳定时的浓缩池最大允许底流固体通量。又称为极限固体通量，其物理意义为：在浓缩池的深度方向，必存在者一个控制断面，这个控制断面的固体通量最小，即为。而其他断面的固体通量都大于。因此浓缩池的设计断面面积应该是： （312）式中，A 浓缩池设计断面面积（m2）； Q0 入流污泥量（m3/h）； C0 入流污泥固体浓度（kg/m3）； 极限固体通量（kg/m2h）。三、理想沉淀池的沉淀原理为了分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果，提出了“理想沉淀池”概念。理

15、想沉淀池的假设条件是：颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。水在池内沿水平力向流动，水平流速v始终不变，在过水断面上各点流速相等。颗粒沉到池底即认为被去除。1、理想沉淀池的工作情况分析图39为理想沉淀池工作示意图。图39 理想沉淀池工作状况理想沉淀池分进水区、出水区、沉淀区和污泥区。从点A进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。从图39可看出，有的颗粒能全部沉到池底被去除，有的颗粒只能部分沉到池底被去除。因此，提出了截留沉速u0的概念，即这些颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u0，刚巧能全部沉至池底。也就是说，u0指能够全部被去除的颗粒中的最小颗粒的沉降速度。由图

16、可得关系式： （313）式中，u0 颗粒沉速；v 污水的水平流速；H 沉淀区水深；L 沉淀区长度。而水平流速vQ/HB，代入（313）得到： （314）式中，A为沉淀区水面的表面积。Q/A为单位面积产水量，称表面负荷率或溢流率，用q表示。式（314）表明，截留沉速u0和表面负荷q在数值上相等，但两者含义不同。2、沉淀效率（1）沉速为uiu0的某一特定颗粒的去除率E从图39可看出，沉速uiu0的颗粒，都可在D点前沉淀，见轨迹I所代表的颗粒。即去除率为100。而沉速uiu0的那些颗粒，视其在进水区所处在的位置而定。若处在靠近水面处，则不能被去除，见轨迹实线所代表的颗粒；同样的颗粒若处在靠近池底的恢

17、置，就能被去除，见轨迹虚线所代表的颗粒。设原水中沉速uiu0的颗粒的浓度为C，由图39，沿着高度h内进入沉淀池的沉速为ui的颗粒能全部沉到池底被去除。故有： （315）式中，Qc为沿着高度h内进入沉淀池的水的流量，QcC即为被去除的该种颗粒的量。将u0的表达式代入上式，得到： （316）公式（316）称为哈真公式，该式表明悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷q及颗粒沉速ui有关，而与沉淀池的水深、池长、水平流速、沉淀时间无关。对公式（316）进行定性分析有如下结论：去除率E一定时，ui增大则q增大，即产水量增大。q一定时，ui增大则E增大，由斯笃克斯公式可知，要使ui增大来提高去

18、除率E，就要增大颗粒粒径和密度，可通过提高絮凝效果来实现。故生产上比较重视混凝工艺。ui一定时，Q也一定，A增大则E增大，当容积V一定时，水深H越小则表面积A越大，去除率越高。即沉淀池池深浅些表面积增大可提高去除率E，该理论称为“浅池理论”。斜板、斜管沉淀池正是基于浅池理论基础上发展起来的。（2）沉淀池的总去除率 （317）式中，p0 所有沉速小于u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率，则1p0为所有沉速大于等于u0的颗粒的去除率； dpi 具有沉速为uiu0的某一类颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。四、絮凝沉淀水处理中的沉淀多属于絮凝沉淀，即在沉淀过程中，颗粒的大小、形状和密度都会发

19、生变化，随着沉淀深度和时间的增长，沉速越来越快。有关絮凝颗粒的沉淀效果只能根据絮凝沉淀试验加以预测。絮凝沉淀试验是在一个直径为150200mm，高度为20002500mm的沉淀简内进行，在高度方向每隔500mm设取样口，见图310（a）。将已知悬浮物浓度为C0及水温的水样注满沉淀筒，搅拌均匀后开始计时，每隔一定时间间隔，如10，20，30，120min，同时在各取样口取水样50100mL，分析各水样的悬浮物浓度，并计算出各自的去除率。图310 絮凝沉淀曲线（等去除率曲线）试验结束后，在直角坐标纸上，纵坐标为取样口深度(m)，横坐标为取样时间(min)，将同一沉淀时间，不同深度的去除率标于其上，

20、然后把去除率相等的各点连接成等去除率曲线，见图310（b）。从图310（b）可求出与不同沉淀时间、不同深度相对应的总去除率。设沉淀筒内水深为h，当沉降时间为t0时，相应截留沉速为u0h/t0，由图311中等去除率曲线，可求出沉降时间为t0的总去除百分数为： （318）式中，p2 沉降高度为h，沉降时间为t0的沉速为uiu0的颗粒的去除百分数； h1 在时间t0时，曲线p2与p3之间的中间高度； h2 在时间t0时，曲线p3与p4之间的中间高度； h3 在时间t0时，曲线p4与p5之间的中间高度；说明：对于相邻两根曲线之间的颗粒（uiu0），对上面一条曲线来说，已认为沉降下去了，而对下面一条曲线

21、来说，则认为尚未沉降下去。所以，这一部分颗粒的平均沉速等于其平均高度除以时间t0，其数量即为两曲线所表示的数值之差。图311 絮凝颗粒的去除百分率计算图示第二节、平流沉淀池一、影响平流沉淀池沉淀效果的因素理想沉淀池是通过三个假设条件而得到的简化的沉淀池，是方便讨论研究的模型。在实际生产运行过程中，由于池体构造及外界的影响，平流沉淀池就偏离了理想沉淀池的条件，主要原因有两个，即沉淀池实际水流状态和颗粒的絮凝作用。1、沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响（1）短流短流指实际沉淀池中，一部分水流通过沉淀区时，停留时间较短，小于理论停留时间T=V/Q，而另一部分水流的停留时间却大于T的现象。短流是导致平

22、流沉淀池偏离理想沉淀池的主要因素。产生短流的原因有：股流。股流由沉淀池进水的惯性作用引起。当用管道进水时会产生大股流，用穿孔花墙进水时会产生小股流。股流会加剧水流紊动，影响颗粒沉淀。表面流。表面流由于风浪而引起。对于露天的沉淀池，大风刮过时，水流表面速度比池底快。故北方的水厂大多将构筑物建在室内。异重流。异重流指较冷或较重的进水，由于密度不同而引起水流分层流动。异重流有温度差和浓度差两种情况。滞流。滞流由于池子本身构造引起。例如池内的分隔墙、刮泥板等。出水堰产生的水流抽吸作用。短流所造成的后果有：降低沉淀池的容积利用系数。容积利用系数t/T（t为水流实际停留时间），实际运行中，5080。冲动池

23、底泥渣或挟带水中絮凝体流出池外，使沉淀池出水水质变坏。（2）水流的紊动性和稳定性1）水流的紊动性水流的紊动性用雷诺数Re来判别。雷诺数，表示推动水流的惯性力与粘滞力的比值关系。对平流沉淀池来说，Re400015000，为紊流状态，不利于颗粒沉淀，通常希望降低Re，以利于沉淀，即使v和R降低。2）水流的稳定性水流的稳定性用弗汝得数Fr判别。弗汝得数，表示推动水流的惯性力与重力的比值关系。在沉淀池中，Fr越大，惯性力越大，则水流抵抗风浪、异重流的能力越强。故通常希望增大Fr，即增大v和降低R。平流沉淀池的Fr宜大于105。综合以上分析，为提高平流沉淀池的处理效果，应降低Re，提高Fr，其最有效的方

24、法是减小水力半径R，并控制水平流速v1025mm/s。减小水力半径的措施有：在沉淀池中设分隔导流墙。采用多层多格沉淀池。采用斜板、斜管沉淀池。2、颗粒絮凝作用对沉淀效果的影响原水经过絮凝池后，悬浮胶体杂质的絮凝过程在沉淀池内仍然继续进行。表现在以下两个方面：（1）水平流动由于池内水平流速分布不均匀，存在速度梯度和湍流，将使颗粒碰撞，促进絮凝。水在池内的沉淀时间越长，由速度梯度引起的絮凝效果越好，所以停留时间对沉淀效果是有影响的。（2）竖向下沉由于水中絮凝体颗粒大小不均，d值不同，则沉速u也不同，将会导致颗粒碰撞，促进絮凝。池深越大，因u不同而引起的絮凝效果越好，所以沉淀池的水深对沉淀效果也是有

25、影响的。综上所述，由于T、H的影响，实际平流沉淀池偏离了理想沉淀池的假设条件，也偏离了哈真理论，故在实际设计中，应把H、T考虑进去。一般在设计中取H34m，T12h（北方T24h）。二、平流沉淀池的构造平流沉淀池可分为进水区、沉淀区、积泥区和出水区四个部分。1、进水区进水区指絮凝池与沉淀池之间的配水廊道，也称为过渡区。进水区配水廊道一般宽为1.52m。（1）作用：均匀布水和消能、减少紊动。（2）装置：在絮凝池和沉淀池之间设穿孔花墙。2、沉淀区（1）作用：泥水分离（2）要求设纵向分隔导流墙，每格宽度b38m，不宜大于15m。沉淀池有效水深H=33.5m（太浅风吹会带动沉泥，太深风吹会起风浪），超

26、高为0.30.5m。在构造方面要求沉淀区的长、宽、深之间相互联系，L/B4，L/H10。沉淀池的Fr104105。3、出水区（1）作用：自表面均匀集水并防止带走池底沉泥。（2）装置1）溢流堰：矩形薄壁堰和三角堰要求：堰顶水平，高差1mm；堰长度足够，为避免出水速度太快，引起水流抽吸带动池底积泥，一般要求堰上溢流率不超过300m3/dm。2）淹没孔口，即穿孔集水槽或穿孔集水管。要求：孔口流速v0.60.7m/s；孔口孔径2030mm；淹没水头0.120.15m；孔口水流应自由跌落到出水渠中。4、积泥区（1）作用：贮泥、浓缩和排泥（2）排泥方式：水力排泥和机械排泥三、平流沉淀池的设计计算进水区、出

27、水区和积泥区的设计按照前面所介绍的设计参数来设计，下面主要介绍沉淀区的设计计算。设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷q或停留时间T。1、按表面负荷q计算沉淀池表面积AQ/q（表面负荷q截留沉速u00.350.6mm/s）表21 截留沉速参考取值表原水特性和处理方法u0（mm/s）絮凝沉淀有色水或悬浮物含量在200250mg/L的水0.350.45悬浮物含量大于250mg/L的水0.500.60高浊度水0.300.34自然沉淀0.120.15沉淀池长度L3.6vT对于絮凝沉淀水平流速v1025mm/s，通常取v1520mm/s；自然沉淀水平流速v3mm/s。停留时间一般为T1.53h，东北、华

28、北地区取高值。沉淀池宽度BA/L有效水深H=QT/A（一般H为33.5m）校核沉淀池的Fr104105，沉淀区的长、宽、深之间的比例为L/B4，L/H10。2、按停留时间T计算沉淀池的有效容积VQT沉淀池长度L3.6vT（水平流速v1025mm/s，停留时间T1.53h）沉淀池宽度BV/LH（有效水深H33.5m）校核沉淀池的Fr104105，沉淀区的长、宽、深之间的比例为L/B4，L/H10。3、进水系统设计进水区指絮凝池与沉淀池之间的配水廊道，也称为过渡区。进水区配水廊道一般宽为1.52m。（1）作用：均匀布水；消能、减少紊动。（2）装置：在絮凝池和沉淀池之间设穿孔花墙（处理高浊度水的预沉

29、池，不宜设穿孔花墙）。（3）对穿孔花墙的设计要求有：孔口断面沿水流方向由小变大，呈八字形。这样可以减少射流（或股流）对沉淀效果的影响。孔口流速v0.150.2m/s，一般以v0.1m/s来设计。从墙体强度方面考虑，孔口所占总面积应小于墙面面积的三分之一。第一排孔口距水面0.120.15m；最下面一排孔口距泥面 0.30.5m。（4）穿孔花墙的材料砖砌：方孔，尺寸一般为80mm150mm或120mm120mm。钢筋混凝土：圆孔，孔径一般为50mm150mm。4、出水系统设计（1）作用：自表面均匀集水；防止带走池底沉泥。（2）装置1）溢流堰：矩形薄壁堰和三角堰要求：堰顶水平，高差1mm；堰长度足够

30、，为避免出水速度太快，引起水流抽吸带动池底积泥，一般要求堰上溢流率不超过300m3/dm。堰上溢流率：指单位长度的溢流堰上每天通过的水量，记为q0。三角堰q01.4h2.5，h0.05m。例题：平流沉淀池设计水量为4.5万m3/d，水厂自用水系数1.08，已知沉淀池宽为11m，设计出水装置。设计流量Q= 4.51041.08/86400=0.562m3/s采用矩形薄壁堰指形集水槽出水，取堰上溢流率q0=240 m3/m.d指形集水槽的总溢流堰长L=1.2Q/ q0=1.20.562/240/86400=242.8m选槽数为11个，各槽中心距为1m，由于每个集水槽为两侧集水，则：每个集水槽槽长l

31、=242.8/11/2=11m每只集水槽流量Q1=1.2Q/n=1.20.562/11=0.061 m3/s集水槽宽B=0.9Q10.4=0.29m 取300mm集水槽起端水深H1=0.75b=0.225m末端水深H2=1.25b=0.375m 为施工方便，统一按H2=0.4m计，超高0.1m。总出水渠宽B0=0.9Q0.4=0.71m， 采用1.0m，则出水渠起端水深 H=1.73 为保证自由落水，跌落高度采用0.1m，溢流堰上淹没水头0.1m，沉淀池超高0.3m，则出水渠总深度为：H=0.550.10.40.10.10.31.55m2）淹没孔口，即穿孔集水槽或穿孔集水管。要求：孔口流速v0

32、.60.7m/s；孔口孔径2030mm；孔口流量，淹没水头h0.120.15m，流量系数0.62；孔口水流应自由跌落到出水渠中。5、积泥系统设计（1）作用：贮泥、浓缩和排泥（2）排泥方式1）水力排泥集泥斗：有单斗式和多斗式在斗底设排泥管水力排泥。穿孔排泥管用于原水浊度不高的中、小型沉淀池。设置要求：管径200mm；管道长度不超过15m，一般在10m之内；在管道斜下方45处两侧开孔，孔眼孔径为3035mm，孔距200250mm。2）机械排泥多口虹吸式（或泵吸式）吸泥机虹吸式吸泥机借助于虹吸水位34m来吸泥，若虹吸水位差小于3m，则采用污泥泵抽吸。一般吸泥管管径为4050mm，吸泥扁口尺寸为200

33、20mm。单口扫描式吸泥机效果稍差。四、评价1、优点（1）构造简单；（2）对水质变化的适应性强，处理效果好。2、缺点（1）表面负荷低，占地面积大；（2）采用水力排泥时，排泥效果差。第三节、斜管沉淀池根据理想沉淀池概念，沉淀池的沉淀效率仅与单位水量的池底底面积有关，而与池深无关。因此，增加沉淀池底面积即可提高沉淀池的制水能力。考虑到徘泥的可能，发展形成了斜板、斜管沉淀池，即在沉淀池内增设斜板或斜管，大大缩短了颗粒的沉降距离，从而提高了沉淀池的效率。斜板（斜管）沉淀池按水流方向分为上向流、侧向流和下向流(同向流)三种，给水处理中常用异向流斜管沉淀池。一、斜板与斜管沉淀池的特点1、斜板与斜管沉淀池分

34、类：异向流、同向流、侧向流。2、特点：沉淀效率高，表面负荷大，停留时间短，占地面积小。原因：浅池理论；水力条件改善；斜管下部有再絮凝作用。二、斜管沉淀池的设计计算目前，我国使用最多的是异向流斜管沉淀池，学习重点也以异向流斜管沉淀池为主。异向流斜管沉淀池的结构在池深方向上由上到下可分为四个部分：清水区、斜管区、配水区和积泥区。1、配水区配水区高度不宜小于1.5m，配水区水平流速为0.0100.018m/s，一般在配水区进口采用穿孔花墙或配水孔板来均匀配水。进水方式多采用逆流式，因为顺流式容易冲动斜管上沉泥，使絮凝体带动而上，影响沉淀效果。2、斜管区斜管长度l8001000mm，一般为1m。斜管倾

35、角在絮凝沉淀时5060，一般取60；自然沉淀时4045。斜管区高度约为0.87m。斜管管径为2530mm。斜管断面形状多为正六角形蜂窝斜管，材料多使用聚氯乙稀。3、清水区清水区高度1.01.5m，设置清水收集系统，一般采用穿孔集水管或穿孔集水槽。清水区表面积AQ/q（表面负荷q79m3/m2h）斜管净出口面积，k为斜管结构系数。4、积泥区采用穿孔管水力排泥时，积泥斗高度为0.8m；采用机械排泥时，高度约为0.20.3m。5、沉淀池深度Hh1+h2+h3+h4+h5超高h10.20.3m，清水区h21.01.5m，斜管区h3lsin0.87m，配水区h41.5m，积泥区h50.50.8m。6、校

36、核斜管沉淀池的各组成部分计算以后，校核Re200，Fr103104，并校核斜管内停留时间t25min。第四节、澄清池澄清指原水中的杂质通过泥渣的接触及沉降分离而去除的净水工艺，其絮凝和分离在同一构筑物内完成。一、澄清池的特点及其分类1、澄清池的特点（1）澄清池将絮凝、沉淀两个过程综合于一个构筑物内完成。（2）澄清池内的絮凝方式为接触絮凝，即利用池内已生成的高浓度的活性泥渣层作为接触介质和进入池内的微絮凝体相互碰撞吸附形成粗大絮凝体。澄清池处理效果和运行管理与原水水量、水质、水温及混凝剂等因素有关。2、澄清池的分类根据活性泥渣层的形成过程及澄清池中泥渣工作状态，澄清池可分为两大类型：（1）泥渣悬

37、浮型澄清池：又分为悬浮澄清池和脉冲澄清池。泥渣悬浮型亦称泥渣过滤型，澄清池中泥渣处于悬浮平衡状态。投加混凝剂后的原水通过配水系统配水，原水中的悬浮颗粒生成微絮粒，随水流自下而上地通过悬浮泥渣层，在泥渣层中被吸附结合生成粗絮粒。在清水区中絮粒被分离，多余的泥渣进入污泥浓缩室，浓缩后排除。常用悬浮澄清池和脉冲澄清池。（2）泥渣循环型澄清池：又分为机械搅拌澄清池和水力循环澄清池。泥渣循环型澄清池设有反应室和分离室。投加混凝剂的原水进入反应室，原水中颗粒形成的新生微絮粒与反应室内呈循环悬浮状的高浓度泥渣发生吸附，接触絮凝，生成结实而易沉降的大絮粒，然后在分离室内与水分离，部分分离的泥渣循环回至反应池，

38、多余的泥渣则通过排泥系统排除。为使泥渣在池内保持循环和搅动，需设搅拌提升装置常用的有机械搅拌提升和水力喷射。故有机械搅拌澄清池和水力搅拌澄清池。二、澄清池的构造1、悬浮澄清池（构造图见教材308页图16-18）2、脉冲澄清池（构造图见教材309页图16-19）3、机械搅拌澄清池（构造图见教材310页图16-20）机械搅拌澄清池为应用较多的一种池型，利用机械搅拌设备使进水与回流活性泥渣在第一絮凝室和第二絮凝室接触絮凝，生成粗大絮凝体，并在分离室进行泥水分离。（1）构造进、配水系统：进水管、环形三角配水槽；混合絮凝系统：第一絮凝室、第二絮凝室、导流室；分离室；集水系统：辐射集水槽、环形集水槽、出水

39、管；排泥系统：泥斗水力排泥或机械排泥；搅拌设备：提升叶轮、搅拌桨。提升叶轮的作用是将回流水与进水混合液从第一絮凝室提升到第二絮凝室，使泥渣不断循环；搅拌桨的作用是使第一絮凝室内水流与进水迅速混合，泥渣处于悬浮和环流状态。（2）工作过程投加混凝剂后的原水在第一和第二絮凝室内与高浓度的回流泥渣接触絮凝，生成厚重粗大的絮凝体，然后在分离室中进行泥水分离获得澄清水。（3）优缺点优点：处理效率高；对水质、水量、水温的变化适应性强。缺点：池体结构复杂；机械维修量大。适用：大、中型水厂，且原水悬浮物含量小于3000mg/L。（4）主要设计参数澄清池个数一般不少于2个。原水流量与泥渣回流量之比，即回流比为1:

40、31:5。水在澄清池内总停留时间为1.21.5h，第一和第二絮凝室的停留时间一般控制在2030min。原水进水管流速一般为1m/s，环形三角配水槽和配水缝隙的流速均采用0.4m/s（环形三角配水槽的断面面积按设计流量的一半确定）。第二絮凝室与导流室的流速一般为4060mm/s。分离室内清水区上升流速一般采用0.81.1mm/s，清水区高度为1.52.0m。在设计中，一般将第一絮凝室、第二絮凝室（包括导流室）和分离室的容积比控制在2:1:7范围内。搅拌设备设计：叶轮提升流量为进水流量与回流流量之和，叶轮直径一般为第二絮凝室直径的70%80%，叶轮外缘的线速度为0.51.5m/s，搅拌桨的外缘线速

41、度为0.31.0m/s。集水系统设计：一般在分离室设辐射状和环状的穿孔集水槽，穿孔集水槽的流量为设计流量的1.21.5倍（1.21.5为超载系数），槽壁开孔孔径为2030mm，孔口流速一般为0.50.6m/s。4、水力循环澄清池（构造图见教材313页图16-22）第五节、气浮池一、概述气浮是利用微气泡粘附于絮粒上，由于其重力远小于水的浮力而迅速上浮，使杂质颗粒从水中分离出来，达到水的澄清。1、特点与一般的沉淀、澄清相比，气浮具有以下特点：气浮是依靠无数微气泡粘附絮粒，因而对凝聚的要求较低，能节约药剂用量和混凝时间。但为了提供所需微气泡，需要设置一套供气、溶气、释放设备，日常运行电耗较大。单位面

42、积的产水量较高，泥渣和水分离时间较短，可使水池容积与面积相应减小。表面刮渣排放方便，排出泥渣含水率低，易于浓缩脱水。但泥渣外观差，应考虑措施勿影响环境。池深浅、池体结构简单。可随时启停，不影响出水水质。处理后出水水质较好，有利于后续的过滤。2、适用范围气浮是依靠微气泡上浮絮粒，主要适用于：低浊原水(一船悬浮物含量少于100mg/L)，也适用于低温水源(水温在4以下)。含藻类及有机杂质(如水草、腐叶等)较多的水。水源受到一定程度的污染及色度高、溶解氧低的水源。二、基本原理1、颗粒浮升速度颗粒在水中受浮力、阻力和重力作用，在粘滞液体中的浮升速度可用斯笃克斯公式计算。颗粒浮升速度为： （319）由上

43、式可见，颗粒的浮升速度u取决于水和颗粒的密度差、水的粘度及颗粒直径d等。天然水中的颗粒经絮凝后，其密度一般均大于水的密度，故颗粒趋向下沉。但当絮粒粘附上气泡，成为由原颗粒、空气泡和混凝剂水解产物组成的带气絮粒时(见图312)，因空气密度仅为水密度的1/775，且混凝剂产物的密度亦较小，致使带气絮粒的视密度比水的密度小，能迅速上浮，而从水中分离出来。2、捕捉条件 气泡与固体颗粒的粘结称为捕捉。只有捕捉了的颗粒才可能被分离。为了完成捕捉，必须具备：颗粒具有憎水性；水中溶入适宜的微细气泡；颗粒尺寸能被气泡粘附上浮。图312 带气絮凝体示意图天然水中的固体颗粒大多为极性分子，具有亲水性，易被水浸润形成

44、水化膜而阻碍气泡同颗粒粘附。所以气浮处理必须将亲水颗粒憎水化，一般可向水中投加混凝剂，不必专门投加极性分子。对气浮来说，不是所有尺寸的气泡都能有效捕捉颗粒，大气泡上升速度快，反而减少粘附机会。一般有效的气泡尺寸为20100，最佳的为4560。3、粘附过程颗粒粘附气泡分为三个过程：气泡从水中扩散到絮凝体的表面；气泡继续扩散到絮凝体的孔隙中；气泡在絮凝体表面或孔隙中相互吸附增大。三、气浮工艺流程及布置气浮法按产生微气泡方式的不同，分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法三种。而加压溶气气浮法是目前应用最广泛的一种气浮方法。即空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式

45、释放出来。1、加压溶气气浮法工艺流程加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和气浮池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程3种。（1）全溶气流程 该流程如图313所示，是将全部原水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。与其他两流程相比，其电耗高，但因不另加溶气水，所以气浮池容积小。至于泵前投加混凝剂形成的絮凝体是否会在加压及减压释放过程个产生不利影响，日前尚无定论。从分离效果来看并无明显区别，其原因是气浮法对混凝反应的要求与沉淀法不一样，气浮并不要求将絮体结大，只要求混凝剂与水充分混合。图313 全溶气方式加压溶气气浮法流程图（2）部分溶气流程 如图314所示。该流程是将部分原水进行加压溶气，其余水直接送入气浮池。该流程比全溶气流程省电，另外只是部分水流经溶气罐，所以溶气罐的容积比较小。但因部分原水加压溶