第4章沉淀与澄清共111页

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4.2.1 理想自由沉淀假定
4.2 理想沉淀池理论
颗粒为球形
沉淀过程中颗粒的 大小、形状、重量 等保持不变
颗粒只在重力作用 下沉淀，不受器壁 和其它颗粒的影响
颗粒自由沉淀的受力分析
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4.2.2 自由沉淀速度的分析 4.2 理想沉淀池理论
不同水流状况时的沉淀模式
去除的颗粒所具有的最小沉速（m/h）。
表面负荷率（q0） 单位时间内、单位沉淀池表面积所处
理的水量（m3/m2.d）
u0与q0的异同分析
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4.2.4 沉淀过程分析
4.2 理想沉淀池理论
v/u0=L/H Q=A’ ×v=(B × H) × v e =(B × H) × u0 × L/H = =(B × L) × u0=AT . u0
沉淀过程中颗粒间相互干扰并形成网格状绒体共同下沉形 成清水浑水界面（界面的沉降）。
发生在沉淀池后期沉淀过程
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4.1.4 压缩沉淀
4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝性颗粒、浓度极高
沉淀过程中颗粒结成块状，相互接触、相互支撑、 相互挤压
发生在沉淀池后期沉淀过程及污泥浓缩池中
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4.3.1 沉砂池—平流式沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要性能特点
常用沉砂设备 截留效果好，工作稳定，构造简单，
投资省，维护管理方便。 沉淀杂质中挟带有较多有机成分，易
于腐化而不利于进一步处理和处置。
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
基本构造
悬浮颗粒在过水断面上均匀分布并作自由 沉淀，沉速为u。
颗粒一经沉到池底即认为已被去除而不 再返回水中
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4.2.3 理想沉淀池模型
4.2 理想沉淀池理论
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4.2.4 沉淀过程分析
4.2 理想沉淀池理论
截留速度（u0） 在一定条件下，沉淀过程中可被全部
4.3 沉淀工艺及其设计
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曝气沉砂池
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
青岛海泊河污水处理厂曝气沉砂池
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
砂水分离器
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
工作原理
水流流动特点 水流剪切作用 排渣方式
《水污染控制工程》
第2篇
物理、化学及物理化学处 理工艺原理
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第4章 沉淀与澄清
《水污染控制工程》
主要内容
4.1 沉淀的类型及其特征 4.2 理想沉淀池理论 4.3 沉淀工艺及其设计 4.4 澄清工艺设备
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推荐几本参考书
顾夏声、黄铭荣等编著，《水处理工程》，北京：清华大学出版 社，1985年（第一版）
4.3 沉淀工艺及其设计
曝气沉砂池工作原理
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要设计参数
水平流速（v）：0.08~0.12m/s(一般为0.1m/s，最 大不超过0.3m/s)。
旋流速度（）：0.25~0.4m/s。
有效水深（h2）：一般为2~3m(宽深比1~2、长宽 比3~5)。
贮砂斗倾角（）：不小于55º 。
贮砂斗斗底宽（b）：0.4~0.5m。
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4.3.1 沉砂池—平流式沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
设计计算公式
沉砂池总长度（L）：L=vt (m) 水流断面积（A）：A=Qmax/v (m2) 池总宽度（ B ）：B=A/h2 (m) 贮砂斗容积（vs）：vs=86400XtQmax/(106Kz)(m3) 沉砂池高度（H）：H=h1+h2+h3 (m) 最小流速校核（vmin）：vmin=Qmin/(n1Amin) (m/s)
平流式沉砂池 曝气沉砂池 竖流式沉砂池
4.3.2 沉淀池
平流式沉淀池 辐流式沉淀池 竖流式沉淀池 斜流式沉淀池 高浊度水沉淀池及浓缩池
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4.3.1 沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
去除对象、作用及工作原理
去除对象：去除废水中比重远大于≥1的可沉 降无机固体颗粒（砂粒、煤渣等，一般比重 大于2.65，粒径为0.2mm）。
浓缩池 用于污泥的浓缩处理，以减小污泥体 积—拥挤和压缩沉淀。
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4.1.5 沉淀工艺的作用
4.1 沉淀的类型及其特征
活性污泥在沉淀池中的沉淀过程
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4.2 理想沉淀池理论
4.2.1 理想自由沉淀假定 4.2.2 自由沉淀速度的分析 4.2.3 理想沉淀池模型 4.2.4 沉淀过程分析 4.2.5 沉淀效率计算
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4.1.1 自由沉淀
非絮凝性颗粒、浓度 低、颗粒间无絮凝
颗粒独立完成沉淀过 程，其物理性质（形 状、大小、比重）不 发生变化→颗粒沉速 不变
发生在沉砂池及沉淀 池的前期沉淀过程
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4.1 沉淀的类型及其特征
自由沉淀示意图
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4.1.2 絮凝沉淀
絮凝性颗粒、浓度较低、 颗粒间发生絮凝
基本构造 工艺原理及特点 主要设计参数
上升流速(v)：0.02~0.1m/s 停留时间(t)：30~60s，不小于
20s 中心管最大流速： 0.3m/s 底部倾角()：45~55º 锥底宽度(b)：400~500mm
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4.3 沉淀工艺及其设计
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4.3.1 沉砂池—钟式沉砂池
张自杰主编，废水处理理论与设计，北京：中国建筑工业出版社， 2019
崔玉川等编，城市污水厂处理设施设计计算，北京：化学工业出 版社，2019
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沉淀及其处理对象
沉淀
——借助于水中颗粒与水的密度差、在不同的工 艺设备中创造一定的水力条件，使SS沉淀而 与水分离，以实现不同的处理目的。
沉砂中有机成分低（一般低于5%），不易腐化， 不影响环境，便于后续处置。
有预曝气作用，可以去除部分有机物，具有去 臭、防止废水厌氧腐化、除泡末及加速废水中 油类分离的作用。
耗电量大，运转费较高，多采用机械排渣，运 行和维护管理较为复杂。
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4.3.1 沉砂池—竖流式沉砂池
沉砂斗容积：按2日沉砂量计。贮砂斗壁与 水平面的倾角不小于55º 。排砂管直径不小于 DN200。
超高：不小于0.3m。
颗粒沉速u：考虑水流扰动，按下式计算。
u = u02 - 2
= 0.05v
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4.3.1 沉砂池—平流式沉砂池
基本构造
▼一个加宽了的明 渠，两端设闸阀 以控制水流。
处理对象
——水或废水中比重大于≥1的可沉降悬浮固体颗 粒（SS，Suspended Solids）。
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4.1 沉淀的类型及其特征
4.1.1 自由沉淀 4.1.2 絮凝沉淀 4.1.3 拥挤（区域）沉淀 4.1.4 压缩沉淀 4.1.5 沉淀工艺的作用
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水流断面积（A）：A=Qmax/v (m2)
池总宽度（ B ）：B=A/h2
(m)
沉砂池高度（H）：H=h1+h2+h3 (m)
最小流速校核（vmin）：vmin=Qmin/(n1Amin)
(m/s)
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要性能特点
u0 = Q /AT = q0
Q确定沉淀池型式确定u0确定AT确定AS确定
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4.2.5 沉淀效率计算
4.2 理想沉淀池理论
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4.2.5 沉淀效率计算
4.2 理想沉淀池理论
设：某颗粒u1<u0，占全部颗粒的dP%， 即所有u<u0的颗粒占全部颗粒数的P0
沉淀过程中其物理性质 发生变化→颗粒沉速度 加快
发生在水处理沉淀池、 污水处理初沉池后期及 二沉池的前期沉淀过程
4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝沉淀示意图
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4.1.3 拥挤（区域）沉淀 4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝性颗粒、浓度较高（矾花浓度≥ 2~3g/L、活性污泥浓度 ≥1g/L ）、颗粒间发生絮凝
泥面高度
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时间
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4.1.5 沉淀工艺的作用
4.1 沉淀的类型及其特征
沉砂池 位于水处理系统的前端，用于去除废 水中比重较大的无机性颗粒，以防止进水对其 后续处理设施的有害影响—仅自由沉淀。
沉淀池 用于混凝反应后、生物处理构筑物之 前及活性污泥系统，用于去除水中相当部分悬 浮态SS或泥水分离、澄清出水—各种类型沉淀
紊流区 Newton模式 过渡区 Allen模式 层流区 Stokes模式
Stokes模式及其应用
模式 分析
u与S 、L 及d关系的分析
应用分析
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4.2.3 理想沉淀池模型
4.2 理想沉淀池理论
污水在池内沿水平方向作平稳等速流动， 流速为v。
停留时间（t）：2~5min。 池底坡度（i）：0.1%~0.5%。 供气量：一般每m3污水0.2m3或2~3m3/m2池面积。
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要计算公式
总有效容积（V）：V=60Qmaxt (m3) 沉砂池总长度（L）：L=v/A (m)
则：颗粒u ≥ u0，占全部颗粒的1-P0
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4.2.源自文库 沉淀效率计算
4.2 理想沉淀池理论
■u ≥ u0颗粒的去除率：全部去除 ，即（1-P0）
■ u < u0颗粒的去除率：部分去除，即：
u0 （u /u0 ）dP =
0
1 u0
u0 u dP
0
■总去除率（） ：
= (1-P0) +
通过机械搅拌实现 最佳沉砂效果。
利用离心力分离砂、 有机物，利用气体 排砂。
分离效果好，排砂 清洁，易于控制， 电耗较大。
许保玖等，当代给水与废水处理原理，北京：高等教学出版社， 2000（第二版）
张自杰主编，排水工程（下册），第四版，北京：中国建筑工业 出版社，2000
尹士君编著，水处理构筑物设计与计算，北京：化学工业出版社， 2019
C.P.Leslie Grady,Jr.,et al., Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker, Inc., New York, 2019
主要作用：保证后续处理构筑物的正常运行。
基本原理：重力分离。控制水流速度在一定 范围内，以仅使无机颗粒下沉而有机颗粒随 水流出。
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4.3.1 沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
类型及设计原则
主要类型（按水流方向分类）
◆平流式沉砂池（水平流动） ◆曝气沉砂池（旋流） ◆竖流式沉砂池（垂直流）
1 u0
u0 u dP
0
u ≥ u0
u < u0
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4.2.5 沉淀效率计算（举例）
4.2 理想沉淀池理论
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4.2.5 沉淀效率计算（举例）
4.2 理想沉淀池理论
沉淀效率的理论与工程分析方法
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4.3 沉淀工艺及其设计
4.3.1 沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
▼设有1~2个贮砂 斗，下接排砂管。 重力排砂。
平流式沉砂池
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4.3.1 沉砂池—平流式沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要设计参数
水流速度（v）：最大0.3m/s，最小0.15m/s。 停留时间（t）：30~60s。 有效水深（h2）：一般为0.25~1.0m，不大于1.2m。 池宽（B）：一般为0.6~1.0m，不小于0.6 m。 池底坡度（i）：1%~2%。
设计原则
◆城市污水处理厂一般均设，工业废水处理视具体情况定。 ◆一般不少于两个（隔），并联运行。 ◆按最大流量或最大泵组合流量设计。 ◆以机械排砂方式为主，也可采用重力排砂方式（但管线应
尽可能短）。
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4.3.1 沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要参数
沉砂量（X）：按每106m3废水沉砂30m3计， 其含水率为60%，容重为1500kg/m3。