重力沉降法基本理论

1、第二节第二节 沉淀基本理论沉淀基本理论2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 沉淀分类沉淀分类2.3 2.3 理想沉淀池理想沉淀池2.4 2.4 沉淀池沉淀池2.3 理想沉淀池理想沉淀池 理想沉淀池的条件：理想沉淀池的条件：(1) 过水断面上各点，水平流速相等为过水断面上各点，水平流速相等为v；(2)悬浮物颗粒在水中的水平流速为悬浮物颗粒在水中的水平流速为v ；(3) 悬浮物颗粒在水中的沉淀速度悬浮物颗粒在水中的沉淀速度u；(4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起。不再浮起。 入 流 区出 流 区污泥区理想沉淀池示意图理想沉淀池示意图 沉降线为

2、未被去除颗粒沉降线为未被去除颗粒； 为刚好为刚好100%去除颗粒；去除颗粒； 为可部分去除颗粒；为可部分去除颗粒； 为可全部去除颗粒。为可全部去除颗粒。00 0 00 0 0)1 ()1 (PPTdpuupdpHhpE可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。沉淀池表面负荷与颗粒沉降速度的关系沉淀池表面负荷与颗粒沉降速度的关系（1）表面负荷）表面负荷：如果沉淀池沉降区的表面积为：如果沉淀池沉降区的表面积为A，处理水量为处理水量为Q，则有：，则有： 沉淀池设计的一个重要参数，称为沉淀池设计的一个重要参数，称为表面负荷，表面负荷，以以q

3、0表示，其单位是表示，其单位是m3/m2h。00qAQBLQLHtHu由公式可知：由公式可知： a q0在数值上等于沉速在数值上等于沉速u0，因而由，因而由E-u曲线上查到与曲线上查到与某一某一E值对应的值对应的u0值后，即可按值后，即可按A=Q/q0计算沉降区的计算沉降区的表面积。表面积。 b q0值愈小值愈小，总沉降效率，总沉降效率ET也就愈高也就愈高。 C 在离散型沉降中，当处理水量在离散型沉降中，当处理水量Q为定值是，处理为定值是，处理效率效率E仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A，q0，则，则E。 因此，应该把沉淀池做得浅些，表面积大些，因此

4、，应该把沉淀池做得浅些，表面积大些，这就是颗粒沉降的这就是颗粒沉降的浅层理论浅层理论。d对于絮凝沉降对于絮凝沉降颗粒之间凝聚变大，或颗粒之间凝聚变大，或s变大，变大，u也会之变大。也会之变大。其运动轨迹发生其运动轨迹发生变化：变化： 入 流 区出 流 区污泥区絮凝沉降颗粒运动轨迹絮凝沉降颗粒运动轨迹为保守起见，沉降效率依然按照：为保守起见，沉降效率依然按照：进行计算。进行计算。 0 0 00)1 (PTdpuupE 2.4 实际应用中的问题实际应用中的问题 除了颗粒沉速外，温度差引起的对流，密度差引除了颗粒沉速外，温度差引起的对流，密度差引起的异重流，池内死角和水与池壁摩擦引起的滞流，起的异重

5、流，池内死角和水与池壁摩擦引起的滞流，风力和水力搅动以及配水、集水装置不可能绝对合理风力和水力搅动以及配水、集水装置不可能绝对合理等引起的短路流和紊流等引起的短路流和紊流,都会造成池内水流和水中固体都会造成池内水流和水中固体颗粒作不规则运动。颗粒作不规则运动。 这些因素的不利影响是：这些因素的不利影响是：固体颗粒的沉速降低固体颗粒的沉速降低,并并导致导致(1-p0)和和u/u0都减小；水流水平分速都减小；水流水平分速v可能超过颗可能超过颗粒冲起速度粒冲起速度vc，使，使已沉降的颗粒被重新冲起。已沉降的颗粒被重新冲起。 这些因素的不利影响是：这些因素的不利影响是：固体颗粒的沉速降低固体颗粒的沉速

6、降低,并并导致导致 (1-p0) 和和 u/u0 都减小；水流水平分速都减小；水流水平分速v可能超过可能超过颗粒冲起速度颗粒冲起速度vc，使，使已沉降的颗粒被重新冲起。已沉降的颗粒被重新冲起。 只有采用比理想条件更长的沉降时间和更只有采用比理想条件更长的沉降时间和更小的表面负荷，才能达到预期的分离效果。小的表面负荷，才能达到预期的分离效果。 因此，将静置沉降曲线用于沉淀池的设计因此，将静置沉降曲线用于沉淀池的设计时，常按以下的经验公式确定设计表面负荷时，常按以下的经验公式确定设计表面负荷q和和沉降时间沉降时间t: 式中式中 q0、 u0、t0分别为由沉降曲线上查得分别为由沉降曲线上查得的理论沉

7、降速度和沉降时间。的理论沉降速度和沉降时间。 0)0 . 25 . 1 (tt0)75. 1125. 11(qq0)75. 1125. 11(uu 2.5 沉砂池沉砂池沉砂池设计要时考虑的问题沉砂池设计要时考虑的问题沙粒的粒径沙粒的粒径 沉砂池去除的砂粒比重为沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒、粒径为径为0.2mm以上。以上。NoImage 沉砂池的类型沉砂池的类型 平流沉砂池平流沉砂池 曝气沉砂池曝气沉砂池 旋流式沉砂池（比式旋流式沉砂池（比式pista，钟式，钟式Jeta） 多尔沉砂池（多尔沉砂池（Doer）1 1、平流沉砂池、平流沉砂池 构造：构造： 入流渠入流渠 闸板闸板 过流沉砂区过

8、流沉砂区 出流渠出流渠 沉砂斗沉砂斗( (重力重力 机械）机械） 平流沉砂池设计平流沉砂池设计 原则原则最大流量设计，最小流量核算 平流式沉砂池平流式沉砂池（重力排沙）（重力排沙）过流沉砂区过流沉砂区入流入流渠渠出流出流渠渠沉砂沉砂斗斗平流沉砂池的主要设计参数如下： （1）流量流量 当废水以自流方式进入时，应取最大小时流量；当用泵送入时，应取工作水泵的最大组合流量。（2）分格数分格数 分格数一般不小于2，并按并联方式运行。（3）流速流速 应控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之间。 (4) 停留时间停留时间 流量最大时，废水在池内的停留时间不小于30s，一般为3060s。（5）结

9、构尺寸结构尺寸 有效水深一般为0.251.0m，不大于1.2m；超高不小于0.3m；每格宽不小于0.6m；（6）沉砂量沉砂量 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）贮砂斗贮砂斗 容积一般按2日以内的沉砂量设计，斗壁倾角不小于55；池底以0.010.02的坡度坡向砂斗。 平流沉砂池设计实例平流沉砂池设计实例【例例2-1 】 已知某城市污水处理厂的最大设计流量是1.5万 m3/d，最小设计流量为0.75 万m3/ d ，总变化系数KZ=1. 05，求沉砂池各部分尺寸。 1.长度长度 取v=0.25m/s t=40s L=vt=0.2540=10m2.水流断面面积

10、水流断面面积 A= Q max / v =15000/(3600240.25)=0.7m23.池子宽度池子宽度 取n=2格 每格宽b=0.6m， B=20.6=1.2m 有效水深： h2=A/B=0.7/1.20.58m 有效水深有效水深0.25-1.0m 符合要求符合要求4.沉砂斗体积沉砂斗体积 取X=30m3/106m3 T=2d V=(QmaxXT86400)/(Kz106) =(15000302)/(1.05106) 0.9m3 共有4个沉砂斗，则 V1=0.9/4=0.225m35.贮砂斗各部分尺寸计算贮砂斗各部分尺寸计算 取b2=0.5m a=55砂斗高: h3=(b1-b2)/2

11、tana =(1-0.5)/2tan550.4m 沉砂斗容积沉砂斗容积 V0= h3/6（2b12+2b1b2+2b22） = 0.4/6(21.0+210.5+20.25) =0.23m3 (取0.25m3)6.沉砂室的高度沉砂室的高度 设池底坡度i=0.02，坡向砂斗 L=2(l2+b1)+0.2 (0.2为沉砂斗之间隔壁厚) l2=(L-2b1-0.2)/2=(10-2-0.2)/2=3.9m h3=h3+0.06l2= 0.4+0.023.9=0.478m7.池总高度池总高度 取h1=0.3m h=h1+h2+h3=0.3+0.58+0.478=1.358m取1.36m8 验算最小流速

12、验算最小流速 V min= 0.1736/（0.60.582） =0.25m/s0.15m/s 符合要求2曝气沉砂池曝气沉砂池 结构：结构： 沿集砂斗一侧的池长方向设有曝气装置曝气的作用曝气的作用 防止有机颗粒随泥砂排出，预曝气为后续处理创造有利条件曝气沉砂池实景机械排砂曝气沉砂池机械排砂曝气沉砂池曝气沉砂池设计曝气沉砂池设计 (1)设计资料设计资料 旋流速度应保持在旋流速度应保持在0.250.3m/s; 水平流速为水平流速为0.060.12ms。 最大流量时停留时间为最大流量时停留时间为13min。 有效水深为有效水深为23m，宽深比一般采用，宽深比一般采用12。 长宽比可达长宽比可达5，当

13、池长比池宽大得多时，应考虑设，当池长比池宽大得多时，应考虑设置横向挡板。置横向挡板。 曝气量为曝气量为0.10.2m3空气空气/m 3污水。污水。 空气扩散装置设在池的一侧，距池底约空气扩散装置设在池的一侧，距池底约0.60.9m，送气管应设置调节气量的阀门送气管应设置调节气量的阀门, 池内应考虑设消池内应考虑设消泡装置泡装置 (2)曝气沉砂池计算公式曝气沉砂池计算公式供气方式：供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行气联合进行或独立进行。 曝气设备：曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为一般采用穿孔管，孔径一般为25mm。 排砂

14、设备、集油设备：排砂设备、集油设备：曝气沉砂池的排砂一般采用排砂曝气沉砂池的排砂一般采用排砂泵抽吸；浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇泵抽吸；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。油设备通常置于行车上。 砂水和油水分离设备：砂水和油水分离设备：从沉砂池排出的砂水和油水混从沉砂池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。器对其分别进行处置。 曝气沉砂池设计实例曝气沉砂池设计实例【例例2-42-4】已知某城市污水处理厂已知某城市污水处理厂的最大设计流量为的最大设计流量为3.0m3.

15、0m3 3/s /s，采，采用曝气沉砂池进行预处理，试求用曝气沉砂池进行预处理，试求曝气池的各部分尺寸。曝气池的各部分尺寸。曝气沉砂池计算草图曝气沉砂池计算草图 池子总有效容积池子总有效容积 V= 水流断面积水流断面积 3max0 .36060200. 360mtQ21max0 .3010.000.3mQA210 .152/0 .30mA311802/mVV 单座池子总宽单座池子总宽 宽深比 （符合要求）池长池长 （符合要求）mhAB0.65.21521mnBb0.3262 . 15 . 2/3/2hbmAVL0.12151808 . 45 . 2/12/bL 曝气空气用量曝气空气用量 排砂量

16、排砂量 每日沉砂量 存砂所需容积 取2个砂斗min/90/2160360000. 32 . 033maxmhmQqQadmXQQs/8 . 7100 . 3260000351max36 .1528 . 7mtQVs32 .100 .1214. 0) 0 . 30 . 1 (2176. 0) 0 . 15 . 0(211mV池的总高度池的总高度 H=hH=h1 1+h+h2 2+h+h3 3=0.3+2.5+0.9=3.7=0.3+2.5+0.9=3.7验算最小流速验算最小流速 smnwQ/06. 02 . 00 . 35 . 21200. 3minminmin平流式水力旋流沉砂池旋流沉砂池旋流

17、沉砂池3.3.钟式沉砂池钟式沉砂池英国英国JetaJeta钟氏沉砂池设计 1）Pista 360旋流沉砂池不同于其它旋流沉砂池，进水渠道改进成为一条封闭的充满流倾斜进水渠。美国PISTA沉砂池 2）进、出水沿360流线型布置，使得水流在分选区内部进行了360回转，延长了旋流流程，提高了除砂效果，同时也使得 3）沉砂池整体的布置更加顺畅、简洁，进、出水的水力条件更好;沉砂池可以更紧凑地对称布置、共用渠壁，节省了土建投资。 对于小粒径的砂粒有较好的去除效果。在峰值流量下，砂粒直径:d0.297 m m(50目)时，去除率95%；0.211 mmd0.297 mm(5070目)时，去除率85%；0.

18、211 mmd0.149 mm(70100目)时，去除率65%；对于0.11 mm(140目)直径砂粒的去除率可达73%。 PISTA沉砂池除砂效率PISTA沉砂池设计选型PISTA沉砂池典型布置PISTA沉砂池应用实例上海白龙港污水处理厂旋流沉砂池排砂方式多尔沉砂池多尔沉砂池 构造：构造： 进水口进水口 整流器整流器 沉砂池沉砂池 刮砂机刮砂机 洗砂机洗砂机 有机物回流管有机物回流管 出水堰出水堰DOER沉砂池设计平流、曝气和旋流沉砂池比较平流、曝气和旋流沉砂池比较 平流式沉砂池 优点：截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单 排砂方便。缺点：表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，还需进行洗砂

19、处理。平流、曝气和旋流沉砂池比较平流、曝气和旋流沉砂池比较 曝气沉砂池 优点：可以把沉砂有机物含量降到10%，旋流沉砂池（竖流式沉砂池）平流、曝气和旋流沉砂池比较平流、曝气和旋流沉砂池比较沉砂池工程应用实例沉砂池工程应用实例 名称名称 工艺工艺 处理量处理量（m3/d) 沉砂池沉砂池高碑店污水厂高碑店污水厂 传统活性污泥传统活性污泥 50万万 曝气曝气首都机场污水厂首都机场污水厂 传统活性污泥传统活性污泥 1.5万万 旋流曝气旋流曝气北京北小河污水厂北京北小河污水厂 A/O工艺工艺 4万万 曝气曝气方庄污水厂方庄污水厂 传统活性污泥传统活性污泥 4万万 曝气曝气酒仙桥污水厂酒仙桥污水厂 氧化沟

20、氧化沟 20万万 曝气曝气天津东郊污水厂天津东郊污水厂 DATIAT 40万万 曝气曝气成都三瓦窑污水厂成都三瓦窑污水厂 传统活性污泥传统活性污泥 10万万 钟氏沉砂池钟氏沉砂池深圳罗芳污水厂深圳罗芳污水厂 AB 10万万 钟氏沉砂池钟氏沉砂池西安北石桥污水厂西安北石桥污水厂 DE氧化沟氧化沟 15万万 曝气曝气昆明第二污水厂昆明第二污水厂 A/A/O 10万万 平流沉砂池平流沉砂池昆明第三污水厂昆明第三污水厂 ICEAS 30万万 钟氏沉砂池钟氏沉砂池沉淀池的作用和种类沉淀池的作用和种类 作用作用 沉淀池是根据静置沉淀原理设计的，沉淀池是根据静置沉淀原理设计的， 污水中污水中的绝大部分悬浮物

21、都是依靠它进行沉淀分离处理。的绝大部分悬浮物都是依靠它进行沉淀分离处理。2.6 2.6 沉淀池沉淀池位置位置 初沉池初沉池 去除以无机物为主的比重大的固体悬浮物 二沉池二沉池 去除以微生物为主体的、比重较小、易发生上浮的固体悬浮物 污泥浓缩池污泥浓缩池 处理高浓度的、易腐败发臭的剩余污泥种类种类 按池内水流方向的不同，可分为：按池内水流方向的不同，可分为： 平流式平流式 竖流式竖流式 辐流式辐流式 斜管式斜管式1. 1. 平流式沉淀池平流式沉淀池 构造构造 进水区、沉淀区、出水区、存泥区进水区、沉淀区、出水区、存泥区 缓冲层缓冲层工作过程工作过程排泥排泥 静水压力排泥静水压力排泥 机械除泥机械

22、除泥平流沉淀池结构图平流沉淀池结构图入流区入流区设计设计流入装置流入装置：有带潜孔的配水槽和挡板组成。作用：消能，布水均匀。布置：伸出水面0.150.2m；水下部分超过0.2m；距入流槽0.5m。出流区设计出流区设计流出装置流出装置：由出水槽、挡板和浮渣槽组成。出流区设计出流区设计重力排泥重力排泥机械排泥机械排泥常用形式：常用形式： 行车刮泥机 链带式刮泥机行车刮泥机链带式刮泥的平流沉淀池链带式刮泥的平流沉淀池平流沉淀池设计平流沉淀池设计（1）有沉淀特性资料）有沉淀特性资料u q0 t 沉淀面积沉淀面积：A=Q/q 有效水深：有效水深：h2=Qt/q=qt=ut 若池宽过大，可分为若池宽过大，

23、可分为n格格 b=B/n 池长：池长：L=vt 污泥量：污泥量： V=24QT(c1-c2)100/p(100-p0) 池深：池深：H=h1+h2+h3+h4 (L/B 4 L/h2 8)平流沉淀池设计平流沉淀池设计（2）无沉淀特性资料）无沉淀特性资料 设计资料设计资料 a 池子的长宽比不小于池子的长宽比不小于4，池子的长深比不小于，池子的长深比不小于8; b 一般采用机械排泥时，宽度根据排泥设备确定；排泥机一般采用机械排泥时，宽度根据排泥设备确定；排泥机械行进速度为械行进速度为0.31.2m/min，一般采用，一般采用0.60.9mmin；c 池底纵坡不小于池底纵坡不小于0.01；d 一般按

24、表面负荷计算，按水平流速校核；一般按表面负荷计算，按水平流速校核； 最大水平流速：最大水平流速：初次沉淀池为初次沉淀池为7mm/s；二次沉淀池为；二次沉淀池为5mm/s。e 出口处应设置挡流板，高出池内水面出口处应设置挡流板，高出池内水面0.10.15m，挡板，挡板位置距进水口位置距进水口0.51.0m，距，距 出水口出水口0.250.5m； 计算公式计算公式城市污水沉淀池的设计数据城市污水沉淀池的设计数据课后作业课后作业 某城市污水处理厂的日平均流量某城市污水处理厂的日平均流量Q=0.2m3/s，设计人口，设计人口N=10万人，沉万人，沉淀时间淀时间t=1.5h，采用链带式刮泥机刮，采用链带

25、式刮泥机刮泥，求平流沉淀池的各部分尺寸。泥，求平流沉淀池的各部分尺寸。2 竖流沉淀池竖流沉淀池 结构结构 有圆形、方形和多边形，多为圆形多为圆形 中心入流中心入流 周边溢流周边溢流 特点：特点： D=47m （D/H 3） 废水的上升流速：废水的上升流速：v=0.51.0mm/s 中心管内流速中心管内流速： 30mm/s 占地面积小，排泥方便，池深大，适用于小占地面积小，排泥方便，池深大，适用于小 型污水厂型污水厂3 3 辐流式沉淀池辐流式沉淀池1外形：呈方形或圆形，直径或边长为660m，最大可达到100m池周水深1.53.0m池底坡度为0.05排泥设备庞大，维护困难，造价较高。由国家规定当污

26、水水量超过20000m3/d才建议使用这种形式的沉淀池 中心进水周边出水中心进水周边出水进水进水出水出水排泥排泥中心进水周边出水中心进水周边出水沉淀池刮渣机沉淀池刮渣机沉淀池出水渠沉淀池出水渠内集水槽外集水槽外集水槽沉淀池出水堰沉淀池出水堰进水断面大，进水易均匀进水断面大，进水易均匀 周边进水中心出水周边进水中心出水周边进水周边出水周边进水周边出水向心式的表面负荷可提高约向心式的表面负荷可提高约1 1倍。倍。 设计实例设计实例【例【例2-6】已知某污水厂最大设计流量】已知某污水厂最大设计流量QMAX=2450m3/h，设计人口，设计人口N=34万人，万人，采用机械排泥，设计辐流沉淀池。采用机械排泥，设计辐流沉淀池。辐流沉淀池计算示意图辐流沉淀池计算示意图三种沉淀池比较三种沉淀池比较 池型池型 优点优点 缺点缺点适用条件适用条件 平流平流施工简单施工简单,造价低造价低沉淀效果好沉淀效果好耐冲击负荷耐冲击负荷配水不易均匀配水不易均匀管理复杂管理复杂大中小厂大中小厂 竖流竖流占地面积小占地面积小排泥简单排泥简单 便于管理便于管理池深大施工困难池深大施工困难耐冲击负荷能力耐冲击负荷能力差差小型水厂小型水厂 幅流幅流运行好运行好排泥设备成型化排泥设备成型化造价高造价高维修困难维修困难大中型水大中型水厂厂沉淀池工程应用实例沉淀