污水处理中沉淀的池设计

沉 淀
一、沉淀的基本理论 1 沉淀的作用
沉淀使水中悬浮物质（主要是可沉固体）在重力作用下下沉，从而与水分离，使水质得到澄清。

在各种水处理系统中，沉淀主要用于：
①化学处理与生物处理的预处理；（沉砂池、初沉池）
②化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物、分离活性污泥或生物膜；（二沉池） ③污泥的浓缩脱水；（浓缩池） ④灌溉农田前作灌前处理。

2 沉淀的类型
(1) 自由沉淀 (2) 絮凝沉淀 (3) 拥挤沉淀 (4) 压缩沉淀
3 沉速公式（自由沉淀）
（a ）Re<1时，颗粒下降引起周围水流扰动，处于层流状态，用斯托克斯公式：
2
()18s g d u ρρμ
-=
（b ）1<Re<103
时，颗粒下降引起周围水流扰动，处于过度状态，用阿兰公式：
1/3
22()4225s g u d ρρμρ⎡⎤-⎛⎫= ⎪⎢⎥
⎝⎭⎣⎦
（c ）103
<Re<2×105
时，颗粒下降引起周围水流扰动，处于紊流状态，用牛顿公式：
u =
式中
u 一一颗粒沉降速度,m/s ；
s ρ，ρ 一一分别为颗粒、水的密度,g/cm 3；
g 一一重力加速度,m/s 2
d 一一与颗粒等体积的圆球直径,cm ；
μ一一水的动力粘滞系数，与水温有关,g/(cm ·s)。

注意事项：
（1）实际沉淀中，第一种情况（Re<1）出现较多。

（2）在公式中，颗粒假设为球体，对于非球形颗粒，阻力较大，沉淀速度小于球形颗
粒。

（3）d/D 小于5×103
时，可忽略起笔对沉淀速度的影响。

（4）公式主要用来进行水中颗粒分析用，而不用于计算沉淀速度，沉淀速度可以通过试验很容易测出。

（5）从公式中可以看出颗粒与水的密度差决定了颗粒能否沉淀以及沉淀速度，此外，d 与μ对沉淀速度也有重要影响，特别是d, 增大d 或降低μ，均有助于提高沉降速度。

4 沉淀试验与沉降曲线
直径Φ100 mm ，工作有效水深（由溢出口下缘到柱底的距离）H = 1500 mm 或2000 mm 的沉淀实验柱。

水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度c 0
静置沉淀，5、10、20、30、60、120 min 时，从实验柱中部取样口取样测试悬浮物浓度c
沉淀速度为H u t =
；沉降效率为00
100%c c
E c -=⨯ 画出E-t 和E-u 的关系曲线。

总去除效率：
00
1(1)x E x udx
u =-+
⎰
00
c x c =
剩余率，u<u 0的颗粒所占的百分比，
5 沉淀池分离效果分析
理想沉淀池作如下假定：
1、从入口到出口，池内污水按水平方向流动，颗粒水平分布均匀，水平流速为等速流动；
2、悬浮颗粒沿整个水深均匀分布，处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速，沉降速度固定不变；
3、颗粒沉到池底即认为被除去。

沉淀池由流入区、沉降区、流出区和污泥区四部分组成
在理想沉淀池中，可得到下列各项关系式：
0L H
t v u =
= V Qt HBL == 总去除率： 0
001(1)x E x udx q
=-+
⎰ 式中：
L 一一池长； H 一一沉降区有效水深； B 一一池宽；v 一一污水的水平流速，即颗粒的水平分速； u 0一一截留沉速； V 一一沉淀池容积；t 一一污水在沉淀池内停留时间； Q 一一进水流量； A 一一沉降区平面面积；x 0一一沉速小于u 0的颗粒的百分比。

通常称沉淀池进水流量与沉淀池平面面积的比值为沉淀池表面负荷，又称过流率，用符号q 表示。

0Q
q u A
=
= 它与u 0在数值上是相同的（但单位不同）。

总去除率： 0
00
1(1)x E x udx q =-+⎰
沉淀池的沉降效率仅与颗粒沉速或沉淀池的表面负荷有关，而与池深和沉降时间无关。

在可能的条件下，应该把沉淀池搞得浅些，表面积大些，这就是颗粒沉淀的浅层理论。

在应用静态沉淀实验资料进行沉淀池设计和核算时需加以修正，可按下式考虑：
0111.25 1.75d q q ⎛⎫=
⎪⎝⎭ 01
11.25 1.75d u u ⎛⎫
=
⎪⎝⎭
0(1.5 2.0)d t t = 式中，q 0、u 0、t 0分别为静态沉淀实验的表面负荷、最小沉速和沉降时间；q d 、u d 、t d
分别为沉淀池的设计表面电荷、最小沉速和沉降时间。

二、沉砂池的构造与工作特征
沉砂池的功能是从污水中分离相对密度较大（约 2.65）的无机颗粒，例如砂、炉灰渣
等。

一般设在泵站、沉淀池之前。

1.平流沉砂池
平流沉砂池结构简单，截留效果好，是沉砂池中常用的一种。

设计和核算时，应考虑下列各项内容
①污水按自流方式流人池内时，应按最大设计流量计算；
②当污水用泵抽送入池内时，应按工作水泵的最大组合流量计算；
③沉砂池座数或分格数不应少于2个，按并联设计，当污水量较少时，可考虑一格工作，一格备用。

④设计参数按去除砂粒粒径大于0.2mm 、密度约为2.65而定。

设计和运行时，采用的主要技术数据如下：
①池内最大流速为0.3m/s, 最小流速为0.15m/s ； ②水在池内停留时间一般为30~60s ；
③有效水深不应大于1.2m,一般采用0.25~1.0m ，每格宽度不小于0.6m ；
④贮砂斗容积一般按2d 内沉砂量考虑，斗壁倾角55~60°，沉砂含水率约为60%，容重1.5t/m 3。

生活污水按0.01~0.02L 砂/(人·日)计，城市污水按1.5~3.0m 3砂/(105m 3水)计。

⑤沉砂池超高不宜小于0.3m 。

计算公式： 长度L vt =
水流断面：max
Q A v
= 池总宽度：2
A B h =
沉砂斗的容积：max 15
86400
10
Q x T V K ⨯=
⨯ 或 2V Nx T =
图2-14 平流沉砂池工艺图
沉砂池的总高度：123H h h h =++ 验算：min
min Q v n ω
=
2．曝气沉砂池
与普通沉砂池相比具有下列优点： ①沉砂池中有机物含量低，不易腐败；
②有预曝气作用，可脱臭，改善水质，有利于后续处理。

曝气沉砂池1 曝气沉砂池2 桥式吸砂机 螺旋式洗砂机
设计参数：
水流在池内停留时间为1~3min 水平流速0.1m/s
池中水的旋流速度在0.25~0.3m/s
所需的空气量为0.1~0.2 m 3空气/m 3污水，空气扩散管设在池的一侧，距池底约0.6~0.9m 。

池的有效水深为2~3m, 宽深比为1~1.5，长宽比可达5。

例题：已知某污水厂的最大设计流量为0.8m 3/s ，求曝气沉砂池的各部分尺寸 解：
取停留时间t=2min ，水平流速v 1=0.1m/s ，水深h 2=2m ，d=0.2m 3空气/m 3污水
max 600.826096V Q t =⨯=⨯⨯= max 1/0.8/0.18A Q v === 2/8/24B A h ===
取两格，则每格池子宽4/2=2 m
10.126012L v t ==⨯⨯=
每小时所需空气量：max 36000.80.83600576q dQ =⨯=⨯⨯= 沉砂室计算略
3．钟式沉砂池
根据处理污水量的不同，钟式沉砂池可分为不同型号。

三、沉淀池的构造与工作特征
沉淀池的功能是去除悬浮物质，一般慑于絮凝池后或污水生物处理构筑物前后。

1．平流式沉淀池
流入区：常采用潜孔
流出区：多采用自由堰型式
溢流堰最大负荷不宜大于2.9L/(m ·s)(初次沉淀)，1.7L/(m ·s)(二次沉淀池） 在堰前距溢流堰0.25~0.5m 处应设挡板或浮渣槽。

沉降区 污泥区
缓冲层：厚度为0.3~0.5m 链式刮泥机 桥式刮泥机
图2-15 钟式沉砂池
平流式沉淀池的主要优点是有效沉降区大，沉淀效果好，造价较低，对污水流量适应性强。

缺点是占地面积大，排泥较困难。

2．竖流式沉淀池
竖流式沉淀池的优点是：排泥容易，不需设机械刮泥设备，占地面积较小。

其缺点是造价较高，单池容量小，池深大，施工较困难。

因此，竖流式沉淀池适用于处理水量不大的小型污水处理厂。

3．辐流式沉淀池
出口处的出流堰口不容易控制在一致的水平，通常用锯齿形三角堰或淹没溢孔出流，尽量使出水均匀。

圆形大型辐流式沉淀池常采用机械排泥，当池径小于20m 时，可考虑采用方形多斗排泥，污泥自行滑入斗内，并用静水压力排泥，每斗设独立的排泥管。

辐流式沉淀池的优点是：建筑容量大，采用机械排泥，运行较好，管理较简单。

其缺点是：池中水流速度不稳定，机械排泥设备复杂，造价高。

这种池子适用于处理水量大的场合。

4．斜板式（斜管）沉淀池
L v
H u 利用浅池沉淀原理而发展出来的一种池型，斜板（管 ) 的倾角α采用50~60°。

沉淀效率高，水力负荷大，稳定性不太好。

斜板沉淀池按水流方向，可分为上向流（又称异向流）、平向流（又称侧向流）、下向
流（又称同向流）三种。

斜管沉淀池只有上向流和下向流两种。

5．各种沉淀池特点比较。