水污染控制工程课件沉淀

第一节、概述

第二节、沉淀类型第三节、自由沉淀与絮凝沉淀第四节、沉砂池第五节、沉淀池沉淀2021/10/10星期日1

第一节、概述1、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沉淀。实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池。(1)当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。——沉淀(2)当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。——上浮

2021/10/10星期日22、沉淀去除的对象及构筑物①砂粒②化学沉淀③混凝絮体④生物污泥⑤污泥浓缩

沉砂池浓缩池沉淀池2021/10/10星期日3

3、位置及作用

A、作为处理系统的主体；B、工艺流程主体处理单元之前——预处理；C、工艺流程主体处理单元之后；D、污泥处置。（1）城市污水处理工艺:2021/10/10星期日4（2）高浓度有机废水处理工艺:（3）含铬废水处理工艺：2021/10/10星期日5

(1)自由沉淀

水中悬浮物颗粒浓度低，呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度、不发生变化。例如：沉砂池

第二节、沉淀类型

根据悬浮颗粒的性质及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型：

(1)自由沉淀水中悬浮物颗粒浓度低，呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度、不发生变化。例如：沉砂池

2021/10/10星期日6(2)絮凝沉淀水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性能。在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚，其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大，沉淀速度加快。

例如：二沉池；混凝沉淀。2021/10/10星期日7(3)拥挤沉淀(分层沉淀)水中悬浮物浓度较高，颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰，沉速降低，颗粒碰撞互相“凝聚”而共同下沉，形成一明显的泥、水界面。沉淀过程实质是泥、水界面下降的过程，沉淀速度为界面下降速度。

如：二沉池的上部；污泥浓缩池上部。2021/10/10星期日8(4)压缩沉淀当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。例如：二沉池污泥斗;浓缩池底部。2021/10/10星期日9(4)压缩沉淀当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。例如：二沉池污泥斗;浓缩池底部。2021/10/10星期日10第三节、自由沉淀与絮凝沉淀

自由沉淀一、自由沉淀的假定条件实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。

为了解颗粒在水中自由沉降过程的动力学本质，进行如下假定：①颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不发生变化；②液体为静止状态；③颗粒沉淀不受容器器壁影响；④颗粒沉淀仅受重力和水的作用。2021/10/10星期日11二、自由沉淀速度

(1)颗粒在静水中的受力情况重力：浮力：阻力：式中：ρs,ρ―表示颗粒及水的密度g―重力加速度A―颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=лd2/4u―颗粒沉速λ―阻力系数，它是雷诺数（）和颗粒形状的函数。μ—水的粘度2021/10/10星期日12

(2)颗粒在静水中的运动情况

在静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，同时水的阻力也逐渐增大。

经一很短时间后，当阻力F3增大到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差”相等时，颗粒作等速下沉运动。等速沉淀的速度常称沉淀末速度，简称沉速。

2021/10/10星期日13(3)颗粒沉淀速度在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:水流状态：层流状态：Re<1时，——Stokes式过渡状态：1<Re<103时，——Fair式紊流状态：103<Re<105时，λ=0.44——Newton式层流状态下：Stokes公式2021/10/10星期日14由stocks公式可知：

(4)影响沉淀速度的因素A．与颗粒、水的密度差成正比；当ρs>ρ时，u>0,颗粒下沉；当ρs<ρ时，u<0,颗粒上浮；当ρs=ρ时，u=0,颗粒悬浮。B．与颗粒直径平方成正比；一般沉淀只能去除d>20μm的颗粒。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；C.与水的粘度μ成反比；因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。A．与颗粒、水的密度差成正比；当ρs>ρ时，u>0,颗粒下沉；当ρs<ρ时，u<0,颗粒上浮；当ρs=ρ时，u=0,颗粒悬浮。C.与水的粘度μ成反比；因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。2021/10/10星期日152021/10/10星期日16自由沉降的沉降曲线2021/10/10星期日17絮凝沉淀由于原水中含絮凝性悬浮物（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），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增加。悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。2021/10/10星期日18

可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。

絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。

2021/10/10星期日19

第四节、沉砂池沉沙池一般设置在泵站或沉淀池之前，用以分离废水中比重较大的砂粒、灰渣等无机固体颗粒，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时也减轻沉淀池的无机负荷，使污泥具有良好的流动性，便于排放输送。按照池内水流方向的不同，沉砂池可分为平流式和竖流式两种，其中以平流式应用最为广泛。近年来，曝气沉砂池也得到了推广应用。

2021/10/10星期日20沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。2021/10/10星期日21一、平流式沉砂池平流式沉砂池的一种型式2021/10/10星期日22平流沉砂池的主要设计参数如下：（1）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

分格数一般不小于2，并按并联方式运行。（3）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

流量最大时，废水在池内的停留时间不小于30s，一般为30～60s。（5）结构尺寸

有效水深一般为0.25～1.0m，不大于1.2m（h=u0t，u0可按斯托克斯公式）；超高不小于0.3m；每格宽不小于0.6m；（6）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

容积一般按2日以内的沉砂量设计，斗壁倾角不小于55０；池底以0.01～0.02的坡度坡向砂斗。平流式沉砂池的一种型式2021/10/10星期日23平流沉砂池的设计计算

(1)长度L

v——最大设计流量时的速度，m/s;应控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之间t——最大设计流量时的停留时间，s。流量最大时，废水在池内的停留时间不小于30s，一般为30～60s。(2)水流断面面积FQmax——最大设计流量，m3/s。

(3)池总宽度B

h2——设计有效水深，m。有效水深一般为0.25～1.0m，不大于1.2mh2=u0t，u0可按斯托克斯公式单格宽度b=B/n，单格池宽不小于0.6m平流式沉砂池的一种型式2021/10/10星期日24平流沉砂池的设计计算

(4)核算最小流速vmin

Qmin——设计最小流量，m3/s;n1——最小流量时工作的沉砂池数目；Fmin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。(5)贮砂斗所需容积X——城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）T——排砂时间间隔，dKz——生活污水流量的总变化系数。平流式沉砂池的一种型式2021/10/10星期日25曝气沉砂池集曝气和除砂于一身，不但可使沉砂中的有机物降低至5%以下，而且还有预曝气、除臭、除油等多种功能。

二、曝气沉砂池2021/10/10星期日26曝气沉砂池的主要设计参数

(1)废水在池内的水平流速一般取0.08～O.12m／s，在过水断面周边的最大旋转线速为0.25～0.4m／s。(2)废水在池内的停留时间取4～6min，最大流量时为1～3min。(3)有效水深取2～3m，宽深比为(1～l.5):1，长宽比可达5:1。(4)曝气装置多采用穿孔管曝气器，孔径2.5～6.Omm，曝气管安装于池壁一侧距池底O.6～0.9m处，曝气量为0.2m3(空气)/m3(水)或1.5m3(空气)/m3(池容)h。

二、曝气沉砂池2021/10/10星期日27曝气沉砂池的设计计算要点(1)总有效容积V(m3)由最大设计流量Q(m3/s)和相应的停留时间t(min)计算。(2)过水断面积F(m2)由Q和相应的水平流速v1(m／s)计算。(3)池长L(m)由V和F计算。(4)池总宽B(m)由F和有效水深h2(m)计算。(5)空气需用量qa(m3/h)由Q和1m3废水所需空气量d(m3/m3)确定。二、曝气沉砂池2021/10/10星期日28一、平流式沉淀池

二、竖流式沉淀池

三、辐流式沉淀池

四、斜板斜管沉淀池

第五节、沉淀池2021/10/10星期日29沉淀池普通沉淀池的分类2021/10/10星期日302021/10/10星期日31设链带刮泥机的平流沉淀池一、平流式沉淀池2021/10/10星期日32一、平流式沉淀池2021/10/10星期日33一、平流式沉淀池多斗式平流沉淀池示意图2021/10/10星期日34一、平流式沉淀池沉淀池的设计原则沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计

设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求：足够的沉降分离面积能均匀布水和集水；污泥和浮渣的收集和排放设备。

进行沉淀池设计的基本依据废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。有关设计参数沉降效率、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。

2021/10/10星期日351、入流区和出流区的设计2021/10/10星期日361、入流区和出流区的设计2021/10/10星期日372、沉降区的设计（1）沉淀池的表面积A

Qmax——最大设计流量，m3/s。q——表面水力负荷，m3/m2·h，初沉池一般取1.5~3m3/m2·h，二沉池一般取1~2m3/m2·h

（2）沉淀区有效水深h2（3）沉淀区有效容积V1t——沉淀时间，初沉池一般取1~2h，二沉池一般取1.5~2.5h沉淀区有效水深h2一般取2~3m。V——最大设计流量时的水平流速，mm/s；一般不大于5mm/s。

（4）沉淀池长度L（5）沉淀池的总宽度B

（6）沉淀池的只数n

b——每只沉淀池的宽度平流式沉淀池的长度一般为30~50m,池长与池宽比不小于4，以4~5为宜。

2021/10/10星期日383、污泥区的设计污泥斗的容积VwVw--泥渣体积,m3Q--废水设计流量，m3／h；C0和C--分别为进水和出水的SS浓度，mg／L；

P--泥渣含水率(%)；γ--泥渣容重，kg／m3，当泥渣主要为有机物且含水率在95％以上时，可取1000kg／m3；

T--排泥周期，一般取1～2d。

倒正棱台形泥斗的容积Vda1和a2--分别为泥斗上、下底边长，m；h4--泥斗高度，m；α为泥斗倾角，取45°～60°。

设m为沉淀池的泥斗数，如mVd≥Vw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。

2021/10/10星期日39沉淀池总长L

L1、L3——分别为前、后挡板与进、出水口的距离沉淀池总高Hh1——沉淀池超高，m；一般取0.3mh2——沉淀区的有效水深，m；h3——缓冲层高度，m；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——泥斗高度，m；h5——梯形的高度，m。4、沉淀池的整体尺寸2021/10/10星期日40二、竖流式沉淀池2021/10/10星期日41二、竖流式沉淀池竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为us的颗粒在池内的实际沉速为us-v，颗粒被分离的条件为us＞v，而us≤v的颗粒始终不能沉底，因而当可沉颗粒属于自由沉淀类型时，其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比要低，即ET=(1-p0)100(％)。当可沉颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞的机会增多，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。竖流沉淀池多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离1、竖流式沉淀池的适用范围2021/10/10星期日42二、竖流式沉淀池竖流沉淀池池面多呈圆形或正多边形。其上部圆筒形部分为沉降区，下部倒圆台部分为污泥区，二者之间有0.3～0.5m的缓冲层。竖流沉淀池的直径一般在4～8m，最大不超过10m，以1.5～2.0m的静水压力排泥。为保证水流的竖向运动，径深度比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。

2、竖流式沉淀池的主要结构特点2021/10/10星期日43二、竖流式沉淀池求取；当无资料时，可取t＝(1.0～2.0)h。(3)管口不设反射板时，取中心管内流速v0≤0.03m／s；设反射板时，v0≤0.1m／s。(4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04m／s。(5)中心管及反射板的结构尺寸如图。(6)保护高度取0.3～0.6m，缓冲层高度取0.3m，泥斗壁倾角取45°～55°。3、竖流式沉淀池的主要设计参数(1)表面负荷，按公式计算，当无资料时，可取q=(2.0～3.0)m3／m2·h。(2)沉降时间，按公式2021/10/10星期日44二、竖流式沉淀池4、竖流式沉淀池的设计计算内容(1)中心管的断面面积f和直径d

Qmax——最大废水流量(m3／h)v0——中心管流速(m／h)

(2)沉淀区有效断面积A1

v——池内水流速度(m/h

)(3)沉淀池表面积A和直径DA，D——沉淀池的表面积和直径2021/10/10星期日45二、竖流式沉淀池(4)沉降区有效水深h2

(5)中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度h3

v1——中心管喇叭口与反射板之间缝隙的流速，m/h；d1——喇叭口直径（m）（=1.35d）v——池内水流速度(m/h

)t——沉淀时间（h）h5——泥斗圆台部分高度(m)；

R和r——分别为圆台上、下底半径(m)。

(6)污泥斗实际体积Vd

(7)沉淀池总高H

h1——保护高度，m

h4——缓冲层高度，m

2021/10/10星期日46三、辐流式沉淀池2021/10/10星期日47三、辐流式沉淀池悬浮固体颗粒在辐流沉淀池中的沉降规律

由于过流断面由中心向周边不断增大，水平分速逐渐减小，因此其沉降轨迹呈下垂曲线。如设中心筒半径为rl，池半径为R，沉降区水深为H，那么在半径为r的任意点上，颗粒在dt时间内在水平方向和竖直方向上的位移分别为dr=vdt和dh=udt且有由于（1）（2）对沉速为u0的颗粒，积分（2）式并代入（1）式，得整理后，得2021/10/10星期日48三、辐流式沉淀池辐流式沉淀池的主要设计参数辐流沉淀池的直径一般为20～40m,最大可达100m。池中心深度为2.5～5.0m，周边深度为1.5～3.0m。