水污染控制工程(第四讲)

1、环境工程环境工程 一、概述一、概述 1、沉淀法：利用水中悬浮颗粒的可沉降性、沉淀法：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。液分离的一种过程。 第四节第四节 沉淀沉淀 环境工程环境工程2、沉淀处理在污水厂中的作用、沉淀处理在污水厂中的作用（1）用于废水的预处理）用于废水的预处理沉砂池沉砂池 沉砂池是典型例子，去除污水中易沉物。沉砂池是典型例子，去除污水中易沉物。（2）用于污水进入生物处理构筑物前的初步）用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理处理初沉池初沉池 用初沉池可较经济的去除悬浮有机物，以用初沉池可较经济的去除

2、悬浮有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。 环境工程环境工程（3）用于生物处理后固液分离）用于生物处理后固液分离二沉池二沉池 二沉池主要用来分离生物处理工艺中产生二沉池主要用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。澄清。（4）用于污泥处理阶段的污泥浓缩）用于污泥处理阶段的污泥浓缩浓缩浓缩池。池。 污泥浓缩池是将来自初沉池及二沉池的污污泥浓缩池是将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。物的尺寸及处理费用等。 环

3、境工程环境工程二沉池二沉池环境工程环境工程环境工程环境工程污泥浓缩池环境工程环境工程 二、沉淀类型二、沉淀类型 根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分为四种类型。淀可分为四种类型。 1、自由沉淀（沉降）、自由沉淀（沉降） 自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。整单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状、个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状、大小及比重等不发生变化。大小及比重等不

4、发生变化。 发生的范围：沉砂池中的沉淀、初次沉淀发生的范围：沉砂池中的沉淀、初次沉淀池内的初期沉降是自由沉降池内的初期沉降是自由沉降。环境工程环境工程环境工程环境工程2、絮凝沉淀、絮凝沉淀 絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因颗粒因互相聚集增大而加快沉降互相聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲，沉淀的轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速是变化的，需通过实验测定，很难用理论公是变化的，需通过实验测定，很难用理论公式计算。式计算。 发生的范围：化学混

5、凝沉淀属絮凝沉淀、发生的范围：化学混凝沉淀属絮凝沉淀、初沉池的后期、二沉池的中期的沉降初沉池的后期、二沉池的中期的沉降。环境工程环境工程环境工程环境工程3、拥挤沉淀（成层沉淀或区域沉淀）、拥挤沉淀（成层沉淀或区域沉淀） 指悬浮颗粒浓度较高指悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上），以上），颗粒的沉降受到周围其他颗粒影响，颗粒的沉降受到周围其他颗粒影响，颗粒间颗粒间相对位置保持不变，相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面与澄清水之间有清晰的泥水界面。 发生的范围：二次沉淀池、污泥浓缩池中发生的范围：二次沉淀池、污泥浓缩池中均有发生。均有发生。

6、环境工程环境工程环境工程环境工程 4、压缩沉淀、压缩沉淀 压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中过程中，由于，由于悬浮颗粒悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互浓度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩下被挤出，使污泥得到浓缩。 发生的范围：二沉池污泥斗中的浓缩过发生的范围：二沉池污泥斗中的浓缩过程及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。程及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。环境工程环境工程环境工程环境工程 三、自由沉淀

7、及其理论基础三、自由沉淀及其理论基础 水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮发生运动：悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。颗粒的浮力。（1）重力大于浮力时，下沉；）重力大于浮力时，下沉；（2）两力相等时，相对静止；）两力相等时，相对静止；（3）重力小于浮力时，上浮。）重力小于浮力时，上浮。 fb fD fg 环境工程环境工程假定：（假定：（1）颗粒为球形；）颗粒为球形；（2）沉淀过程中颗粒的大小、形状、重）沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；量等不变；（3）颗粒只在重力作用下沉淀，不受器）颗粒只在重力作用下沉淀，不受器

8、壁和其它颗粒影响。壁和其它颗粒影响。 环境工程环境工程 fb fD fg 1、悬浮颗粒在水中受到的力、悬浮颗粒在水中受到的力fnfn是促使沉淀的作用力，是颗粒的重是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力力fg与水的浮力与水的浮力fb之差：之差：fn=fg-fb=(g-)gVs式中：式中： fn水中颗粒受到的作用力；水中颗粒受到的作用力； Vs颗粒的体积，颗粒的体积，1/6d3； g颗粒的密度；颗粒的密度； 水的密度；水的密度； g重力加速度。重力加速度。环境工程环境工程2、根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力、根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为为 fd=CDAsu2/2CD为阻力系数；为阻力系数；A是颗粒

9、在运动方向上的投影面积；是颗粒在运动方向上的投影面积；u为颗粒沉降速度。为颗粒沉降速度。环境工程环境工程 当颗粒受推动力和阻力达到平衡时，颗当颗粒受推动力和阻力达到平衡时，颗粒将以等速下沉。则此时的沉速应为：粒将以等速下沉。则此时的沉速应为：gdCuDs)(342Re24DCudRe由由可得：可得： 2)(18dgus 上式为自由颗粒在静水中的运动公式，上式为自由颗粒在静水中的运动公式，亦称斯托克斯定律。亦称斯托克斯定律。是水的运动粘滞度。是水的运动粘滞度。 环境工程环境工程从上述公式可表明，颗粒沉降速度从上述公式可表明，颗粒沉降速度u与下述与下述因素有关：因素有关：（1）当当s时，时，s-0

10、，颗粒以，颗粒以u下沉；下沉；当当s=时，时，s-=0，颗粒在水中呈悬浮状态，颗粒在水中呈悬浮状态，颗粒不能用沉淀法去除；颗粒不能用沉淀法去除；当当s时，时，s-0，颗粒以，颗粒以u上浮，可用浮上上浮，可用浮上法去除。法去除。2)(18dgus环境工程环境工程（2）u与颗粒直径与颗粒直径d的平方成正比的平方成正比，增加颗，增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。提高去除效果。 （3）u与与成反比成反比，随水温上升而下降；随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。2)(18dgus环境

11、工程环境工程 四、沉淀池的工作原理四、沉淀池的工作原理 为便于说明沉淀池的工作原理以及分析水为便于说明沉淀池的工作原理以及分析水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律，提出了理中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律，提出了理想沉淀池的概念。想沉淀池的概念。 u v u0 u1 H L 环境工程环境工程假定条件：（假定条件：（1）沉淀区过水断面上各点的水）沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为流速度均相同，水平流速为v；（2）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为为u； （3）在沉淀池的进口区，水流中的悬浮颗）在沉淀池的进口区，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面。粒均

12、匀分布在整个过水断面。 （4）颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。）颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。 表面负荷：单位沉淀池表面积在单位时间内表面负荷：单位沉淀池表面积在单位时间内所能处理的水量（所能处理的水量（m3/m2.h）。）。 环境工程环境工程 u v u0 A u1 H L D u0：从最高点到池子底部收集的速度；：从最高点到池子底部收集的速度； v：水平水流速度（不变）；：水平水流速度（不变）； u：从某一高度颗粒沉降的速度。：从某一高度颗粒沉降的速度。 环境工程环境工程 当沉速当沉速uv时，颗粒可全部沉淀被除去；时，颗粒可全部沉淀被除去； 当沉速当沉速uv时，颗粒不能被沉淀时，颗粒

13、不能被沉淀,而会随水上而会随水上升带走；升带走； 当沉速当沉速u=v时，颗粒处于随遇状态时，颗粒处于随遇状态,不下沉亦不下沉亦不上升不上升。 u v u0 A u1 H L D 环境工程环境工程 五、沉淀池的类型五、沉淀池的类型1、沉淀池按水流方向可分为：平流式、竖流、沉淀池按水流方向可分为：平流式、竖流式、辐流式。式、辐流式。环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程 2、沉淀池由五个部分组成：、沉淀池由五个部分组成：进水区、出水进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、缓冲区区、沉淀区、贮泥区、缓冲区。进水区和出水区的功能：使水流的进入与流进水区和出水区的功能：使水流的进入与流出保持均匀平稳，

14、以提高沉淀效率。出保持均匀平稳，以提高沉淀效率。沉淀区：是池子的主要部分。沉淀区：是池子的主要部分。贮泥区：存放污泥的地方，起到储存、浓缩贮泥区：存放污泥的地方，起到储存、浓缩与排放的作用。与排放的作用。缓冲区：介于沉淀区和贮泥区之间，其作用缓冲区：介于沉淀区和贮泥区之间，其作用是避免水流带走沉在池底的污泥。是避免水流带走沉在池底的污泥。环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程 3、沉淀池的运行方式：间歇式、连续式、沉淀池的运行方式：间歇式、连续式间歇式运行过程为：进水、静置及排水。间歇式运行过程为：进水、静置及排水。污污水中可沉淀的悬浮物在静置时完成沉淀过程，水中可沉淀的悬浮物在静置

15、时完成沉淀过程，然后由设置在沉淀池壁不同高度的给水管排然后由设置在沉淀池壁不同高度的给水管排出。出。连续式运行过程为：污水是连续不断地流入连续式运行过程为：污水是连续不断地流入与排出与排出。污水中可沉颗粒的沉淀是在流过水。污水中可沉颗粒的沉淀是在流过水池时完成，这时可沉颗粒受到由重力所造成池时完成，这时可沉颗粒受到由重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用。水的沉速与水流流动的速度两方面的作用。水流流动的速度对颗粒的沉淀有重要的影响。流流动的速度对颗粒的沉淀有重要的影响。环境工程环境工程 4、平流式沉淀池、平流式沉淀池（1）池型：）池型：长方形长方形，废水从池的一端流入，废水从池的一端流入

16、，水平方向流过池子，从池的另一端流出。水平方向流过池子，从池的另一端流出。 在池的进口处底部设泥斗，其他部位池在池的进口处底部设泥斗，其他部位池底有坡度，倾向贮泥斗。底有坡度，倾向贮泥斗。 环境工程环境工程 环境工程环境工程（2）特点：）特点：优点：优点：A、对冲击负荷和温度变化的适应能力较强对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；B、施工简单，造价低。施工简单，造价低。缺点：采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设缺点：采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，排泥管各自排泥，操作工作量大操作工作量大，采用机械，采用机械排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，易易锈

17、蚀。锈蚀。环境工程环境工程（3）适用条件：）适用条件：A、适用地下水位较高及地质较差的地区适用地下水位较高及地质较差的地区； B、适用于大、中、小型污水处理适用于大、中、小型污水处理厂。厂。 （4）设计）设计内容：内容：沉淀池的只数、沉淀区的尺寸和污泥沉淀池的只数、沉淀区的尺寸和污泥区尺寸等区尺寸等。设计沉淀池时根据需达到的设计沉淀池时根据需达到的去除效率去除效率，确定，确定沉淀池的表面水力负荷、沉淀时间以及污水沉淀池的表面水力负荷、沉淀时间以及污水在池内的平均流速等。在池内的平均流速等。环境工程环境工程 目前常按照沉淀时间和水平流速或表面目前常按照沉淀时间和水平流速或表面水力负荷进行计算，公

18、式如下：水力负荷进行计算，公式如下：沉降区的有效表面积沉降区的有效表面积A(m2)：uQAqQA或Q设计流量（设计流量（m3/s）；）；u最小沉降速度最小沉降速度(m/s)； q表面负荷表面负荷(m3/m2.h),初沉池初沉池1.53 m3/m2.h ，二沉池为，二沉池为12 m3/m2.h ；一般为了；一般为了使设计有余地，对表面负荷除使设计有余地，对表面负荷除1.5。 环境工程环境工程沉降区的有效水深沉降区的有效水深H(m)： utqtAQtH沉淀池的长宽比：沉淀池的长宽比：L/B为为3-5为宜，不小于为宜，不小于4。 池子过宽，可将池子分隔为数格（池子过宽，可将池子分隔为数格（n），每）

19、，每格宽度：格宽度：nBb vmax=7mm/s（初沉池），（初沉池），5mm/s（二沉池）二沉池）池长池长L(m)= vmaxt3.6，一般，一般L/H=812。Vmax为最大设计流量时的水平流速为最大设计流量时的水平流速,mm/s。t沉淀时间（沉淀时间（s）初沉池）初沉池取取12h，二沉池取，二沉池取1.52.5h。H为为23m。通常。通常t乘乘1.75.环境工程环境工程缓冲层高度：无刮泥时，缓冲层高度：无刮泥时，0.5m；有刮泥；有刮泥时，高出刮泥顶板时，高出刮泥顶板0.3m。池子个数不应少于池子个数不应少于2个，并联使用，以防个，并联使用，以防停产。停产。 环境工程环境工程 2、竖流式

20、沉淀池、竖流式沉淀池 池型：池型：圆形，也有方形或多角形的圆形，也有方形或多角形的。 废水从废水从设在设在池中央池中央的中心管的中心管进入进入，从中心，从中心管的下端经过反射板后均匀缓慢地分布在池管的下端经过反射板后均匀缓慢地分布在池的横断面上，由于出水口设置在池面或池墙的横断面上，由于出水口设置在池面或池墙四周，水的流向基本由上向下。四周，水的流向基本由上向下。 环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程 特点特点优点：（优点：（1）排泥方便，管理简单；）排泥方便，管理简单； （2）占地面积较小；）占地面积较小；缺点：（缺点：（1）池子深度大，施工困难；）池子深度大，施工困难； （2）

21、对冲击负荷及温度变化的适应能力）对冲击负荷及温度变化的适应能力较差。较差。 （3）造价较高（）造价较高（4）池径不宜太大；）池径不宜太大；适用条件：适用条件：适用于处理水量不大的小型污适用于处理水量不大的小型污水处理厂。水处理厂。环境工程环境工程 3、辐流式沉淀池、辐流式沉淀池 池型：池型：圆形圆形，小型池子也采用正方形或，小型池子也采用正方形或多角形。池的进、出口基本上与竖流池相多角形。池的进、出口基本上与竖流池相同，进口在中央，出口在周围。同，进口在中央，出口在周围。环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程优点：（优点：（1）采用机械排泥，运行较好，管理）采用机械排

22、泥，运行较好，管理较简单；较简单；2）排泥设备已有定型产品。）排泥设备已有定型产品。缺点：（缺点：（1）池水水流速度不稳定；）池水水流速度不稳定； （2）机械排泥设备复杂，对施工质量）机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高。要求较高。适用条件：适用条件： （1）适用于地下水位较高的地区；）适用于地下水位较高的地区； （2）适用于大、中型污水处理厂。）适用于大、中型污水处理厂。环境工程环境工程4、斜板斜管沉淀池、斜板斜管沉淀池普通的沉淀池的主要缺点：普通的沉淀池的主要缺点：在于悬浮物质的在于悬浮物质的去除效率不高（去除效率不高（40-70%）和体积庞大占地）和体积庞大占地面积多。面积多。改进措施：

23、改进措施：改善悬浮物的沉降性能；投加改善悬浮物的沉降性能；投加混凝剂、助凝剂等化学药剂。混凝剂、助凝剂等化学药剂。 改进沉淀池的结构。斜板斜管沉淀池改进沉淀池的结构。斜板斜管沉淀池环境工程环境工程环境工程环境工程（1）浅池沉降的原理）浅池沉降的原理 沉淀池越浅，越能缩短沉淀时间沉淀池越浅，越能缩短沉淀时间。 与普通沉淀池相比，斜板斜管沉淀池之所与普通沉淀池相比，斜板斜管沉淀池之所以能大幅度提高生产能力，主要是由于增加以能大幅度提高生产能力，主要是由于增加了沉淀池的面积和改善了水力条件的缘故。了沉淀池的面积和改善了水力条件的缘故。环境工程环境工程（2）构造）构造根据水流和泥流的相对方向可分为：根

24、据水流和泥流的相对方向可分为：异向流（逆向流）：水流向上、泥流向下，异向流（逆向流）：水流向上、泥流向下，倾角倾角60。应用最广泛。应用最广泛。同向流同向流侧向流（横向流）侧向流（横向流）环境工程环境工程环境工程环境工程 （3）特点）特点A、生产能力比普通沉淀池有大幅度的提高，、生产能力比普通沉淀池有大幅度的提高，但池子体积缩小，但池子体积缩小，单位面积上的泥量增加单位面积上的泥量增加，如排泥不畅，将产生泛泥现象，使水质恶化；如排泥不畅，将产生泛泥现象，使水质恶化；B、水流在池中停留时间短水流在池中停留时间短，水质水量发生，水质水量发生变化，来不及调整运行，耐冲击负荷能力差；变化，来不及调整运行，耐冲击负荷能力差；C、斜板间距或斜管管径较小，、斜板间距或斜管管径较小，容易在板间容易在板间或管内积泥。或管内积泥。 D、斜板或斜管的上部在日光照射下、斜板或斜管的上部在日光照射下大量孳大量孳生藻类。生藻类。 环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程环境工程 5、浓悬浮液的沉淀浓悬浮液的沉淀 当水中悬浮颗粒的浓度高、颗粒在沉淀过当水中悬浮颗粒的浓度高、颗粒在沉淀过程中相互干扰大时，程中相互干扰大时，会产生拥挤沉淀会产生拥挤沉淀。 二沉池和污泥浓缩池，其构造与普通沉淀二沉池和污泥浓缩池，其构造与普通沉淀池相同。池相同。 6、沉淀池类型的选择沉淀池类型的选择需考虑的因