重力沉降

自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
压缩沉淀
SS较高（5000mg/L以上）； 颗粒的沉将受到周围其它颗粒的影响，颗粒间相对 位臵保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水 之间有清晰的泥水界面。 二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。
2. 沉降的基本理论
2.1沉淀的四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
Cd As(ρLus2/2)=V (ρs-ρL) g 因
1 1 3 V d ，A d 2 6 4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
4 g ( s l )d s s 3C d l
1/ 2
4 g ( s l )d s s 3C d l
① 层流区（stokes区）: Cd
1/ 2
24 Re
Re
d s s l

斯托克斯定律
g ( s l ) 2 s ds 18
μ--水的动力粘度。 ② 过渡流区（艾伦区）
③ 紊流区（牛顿区）
（3）斯托克斯定律 讨论
1 S L uS g d2 18
a.颗粒为球形; b.自由沉降(沉淀过程中颗粒的大小、形状、重 量等不变); c.颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗 粒影响; d.静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产 生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与 水对其产生的阻力平衡时，颗粒即成等速下沉。
（2） 悬浮颗粒在水中的受力
2 l us Fd C d As 2
水污染控制工程
第三章 重力沉降法
学习内容
1 2 3 4 5 6 7 概述 沉降的基本原理 沉降试验和沉降曲线 理想沉淀池 沉砂池及其设计计算 沉淀池及其设计计算 浅层沉淀池
1 概述
1.1 简介 重力沉降法是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，以达到固液分离的一种过程。
1.2 沉淀处理工艺的四种用法
μ ＜μ0的颗粒中，di → di + dd范围内颗粒所占SS总量的 百分率用dp表示。
则在di → di + dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：
dp 0
对于全部μ<μ0颗粒群体，可去除部分为：

p0 0
dp 0
3．3 Camp图解积分法（续）
μ≥μ0部分颗粒所占百分率为1 – p0 则，总沉降效率为ET ：
(3)去除效率ET
ET (1 p0 )

P0 0
h dp (1 p0 ) H

P0 0
u dp u0
思考： • 自由沉降颗粒的去除效率与理想沉淀池的 去除效率的影响因素一样吗？若不一样， 分别是什么？
(4)表面负荷q0
H H u H B V Q u0 t L L B A
1 1 q( )u 0 1.25 1.75
t (1.5 2.0)t 0
5. 沉砂池
5.1概述
1.功能和任务：去除比重比较大的无机颗 粒(粒径大于 0.2mm，密度 2.65t/m的 砂粒、煤炭等），以减轻对设备的磨损， 降低或减轻构筑物（沉淀池）的负荷， 缩小污泥处理构筑容积。 2.设臵位臵：泵站、倒虹管和初沉池前。
(1)理想沉淀池假设条件是： 1)沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平 流速为v； 2)悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 3)在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分 布在整个过水断面上； 4)颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
(2)颗粒的运动
水平
垂直
水平方向:水平流速v等于水流速度; 垂直方向:沉速即颗粒的自由沉降速度u。
压缩沉淀
SS很高； 颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相 支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被 挤出，使污泥得到浓缩。 二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压 缩沉淀。
沉砂池 化学絮凝沉淀ห้องสมุดไป่ตู้二次沉淀池与污泥浓缩池
二沉池污泥斗;浓缩池
2.2 自由沉淀及其理论基础
（1）分析假定
C1
C2
C3
…
Ci
Cn
H t C0 Ci E 100 % C0
3.2．常规计算法(由数据绘制沉降曲线)（续）
E E
沉降时间，t (min)
最小沉速，u
图3-1 E-t曲线
图3-2 E- u曲线
3.3 Camp图解积分法
给定的沉降时间t内： 对于μ≥μ0的颗粒全部除去 1-p0
对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
5.2 平流式沉砂池
•设计原理：采用分散性颗粒的沉淀理论设计,只有当污水 在沉砂池中的运行时间》=设计的砂粒沉降时间,才能够实 现砂粒的截留。 •优：效果好、构造简单、排砂方便等； •缺：流速不易控制（实际运行中进水的水量及含砂量的情况是不断变
化的,甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时,平流式沉砂池的去除效果很难 保证）；
3.常见类型：按池内水流方向的不同，可 分为平流式、曝气式、旋流沉砂池等。
形式
构造
特点
应用
平流式 平面为长方形，采用机械刮砂。构造简单，除砂 城市污水厂的主 效果较好，除砂 要池型，越来越 设备国产化率高。 多地被曝气沉砂 池所代替。 竖流式 平面为圆形或方形，水由设在 除砂效果差，运 池中心的进水管自上而下进入 行管理不便。 池内，管下设伞形挡板使废水 在池中均匀分布后沿整个过水 断面缓慢上升水流方向与沉砂 方向相反。 曝气式 只是在平流沉砂池的侧墙上设 除砂效率高，有 置一排空气扩散器，使污水产 机物与砂分离效 生横向流动，形成螺旋形的旋 果好。 转状态。 旋流式 一般为圆形，池中心设有1台 可调速的旋转浆板，进水渠道 在圆池的切向位置，出水渠道 对应圆池中心，中心旋转浆板 下设有砂斗。 极少用。
大有取代平流式 沉砂池之势。
可以有效地去除 国外广泛应用， 细砂（0.1mm以下 国内使用也越来 的砂粒），具有 越多。 占地小、除砂效 率高等。
平流式
竖流式
曝气式
旋流式
4. 沉砂池设计中，必需按照下列原则：
（1）城污厂一般设沉砂池，座数或分格数n>=2座(格)， 并联。 （2）设计流量应按分期建设考虑：
ET (1 p0 )

p0 0
u dp u0
U＜u0颗粒分率，p
μ0
1-p0
颗粒分率，p
△pi
p0
p0
沉降速度 μ
沉降速度 u
μi
沉降速度分布曲线
沉降速度分布曲线的图解
3.3．Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线)
E E
沉降时间，t (min)
最小沉速，μ
E-t曲线
E- u曲线
4 理想沉淀池
沉砂中有机物含量高（约夹杂15%的有机物）； 排砂需洗砂处理（不具备分离砂粒上有机物的能力，使沉砂的后 续处理增加难度）。
5.2 平流式沉砂池
1. 构造：加宽、加深的明渠，由入流渠、出流渠、闸 板、砂斗等组成。
进水头部应采取消 能和整流措施；
池底设有1～2个倒 棱台形的贮砂斗， 斗底有带闸阀的排 砂管。
颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，是 一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。
设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度
当颗粒沉速u≥u0时，无论这种 颗粒处于进口端的什么位臵， 它都可以沉到池底被去除，即 图a中的迹线xy与x′y′。
当颗粒沉速u1<u0时，位于水 面的颗粒不能沉到池底，会 随水流出，如图b中xy″；而 当其位于水面下的某一位臵 时，它可以沉到池底而被去 除，如图中轨迹x′y。
① q0在数值上等于最小沉降速度； ② q0↓，ET↑； ③ 在自由沉淀中，当处理水量Q一定，ET仅是沉降区表面
积的函数，而与水深无关。A↑，q0↓，则ET↑。
思考：
当沉淀池容积为定值时，如何做能提高沉淀效率？
(5) 实际沉淀池
∵ 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的， 颗粒的运动是不规则运动。

Ff l V g
Fg mg s V g
式中：As——运动方向的面积 Cd——牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) μs——颗粒沉降速度 V ——颗粒的体积 ρS-颗粒的密度；ρL-水的密度；g-重力加速度。 当受力平衡时，沉速变为μs（最终沉降速度）
当颗粒所受外力平衡时，Fd=Fg-Ff,,即
2. 沉降的基本理论
2.1沉淀的四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
压缩沉淀
SS不高； 沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相 互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。 沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。 化学絮凝沉淀属于这种类型。
2. 沉降的基本理论
2.1沉淀的四种类型
颗粒沉降速度uS与下述因素有关： 当ρS>ρL时，颗粒以uS下沉； 当ρS=ρL时，uS=0，颗粒呈悬浮状态； ρS<ρL时，颗粒以uS上浮，可用浮上法去除。 uS与d2成正比，因此↑d, uS ↑,提高去除效果。 uS与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水 温影响，水温上升，沉速增大。
3 自由沉降试验和沉降曲线
沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物
初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后 续生物处理构筑物的有机负荷
二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生 物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。 污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一 步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及 处理费用等。
2. 沉降的基本理论
a)当污水自流进入，按每期最大设计流量计算； b)当污水为用提升泵送入时，则应按每期工作水泵 的最大组合流量计算； c) 合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计;
（3）沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为2.65，粒径为 0.2mm以上的颗粒为主。 （4）城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂量为30m3计 算，其含水率为60%，容量为1500kg/m。 （5）贮砂斗容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗池壁与水平 面的倾角不应小于55°,排砂管直径应不小于0.3m。 （6）沉砂池的超高>=0.3m 。 （7）除砂一般宜采用机械方法。当采用重力排砂时，沉 砂池和晒砂厂应尽量靠近，以缩短排砂管的长度。
2.1 沉淀的四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
压缩沉淀
2. 沉降的基本理论
2.1 沉淀的四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
压缩沉淀
SS(悬浮颗粒浓度)不高； 沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进 行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。 沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。
两端用闸板控
制水量
2. 排砂装置 （1）重力排砂：排砂管、排砂罐(排砂管d ≧200mm)。 （2）机械排砂：泵吸式排砂、链板刮砂与抓斗。 对大中型污水处理厂，一般采用机械排砂。
砂水分离器
作用：沉砂池排出的砂水 混合物进行彻底的砂水分 离。 原理：砂水混合液从分离 器一端顶部输入水箱，比 重较大的如砂粒等到将沉 积于槽形底部，在螺旋叶 片的推动下，砂粒沿斜臵 的u型槽底提升，离开液面 后继续推移一段距离，在 砂粒充分脱水后经排砂口 卸至盛砂桶，而与砂分离 的水则从溢流口排出，达 到分离目的。 预处理：在进水口处设臵 圆筒式旋流预分离器，污 水沿圆筒切线方向进入涡 流使砂粒沉下进入螺旋分 离器，溢流液回沉砂池或 格栅井，起到预沉砂及调 节水量的作用。
3.1、试验装臵
3.2、常规计算法及沉降曲线
3.3、Camp图解积分法及沉降曲线
H0=1.5~2.0m φ100mm
试验装臵示意图
H=H0-Δhi
Δh
3.2．常规计算法(数据记录与处理)
t t0 t1 t2 t3 … ti … tn …
H
H0
H0
H0 –Δh1
…
H0 –Δhi-1 …
C μ E
C0
给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 1-p0
对于d<d0的颗粒可被部分去除。 p0 ？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？ 去除率是多少？
H
h
3.3 Camp图解积分法（续）
对于μ ＜μ0的颗粒，其中 可去除部分所占比例为：
h h/t H H / t 0
洗砂砂水分离器
无轴螺旋输送机对沉 淀物进行脱水
5.3 平流沉砂池设计
1 设计参数
（1）流量---自流进水,取最大小时流量;泵送，工作水泵的最大
组合流量。 （2）分格数- n>=2，并按并联方式运行。 （3）流速---最大流速0.3m/s--最小流速0.15m/s之间。 （4）停留时间---流量最大时，停留时间>=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>=0.3m；每格宽 >=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 >=55°；池底以0.01～0.02的坡度坡向砂斗。