饮用水处理-沉淀

平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式
1.长度L 3.池总宽度b
L vt
b A / h2
式中： h2——设计有效水深。
式中：v——最大设计流量时 的速度，m/s； t——最大设计流量时 的停留时间, s。
4.贮砂斗所需容积V
V
qv max X T 86400 k z 106
曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜 安装纵向挡板，进出口布臵，应防止产生短流。
。
沉 淀 池
沉淀池
按使用功能分
初次沉淀池
二次沉淀池
生物处理法中的预处 理，去除约30%的 BOD5，55%的悬浮物

0
0
u1 / u0 dP
1 0 u1dP u0 0
而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及 u1<u0的两部分，故沉 淀池对悬浮物的去除率为：
1 u0 (1 P0 ) udP u0 0
式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例； （1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。
曝气沉砂池实景
曝气沉砂池的设计参数
水平流速一般取0.08~0.12m/s。 污水在池内的停留时间为4~6min；雨天最大流量时为1~3 min。 如作为预曝气，停留时间为10~30min。 池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可 达5，当池长宽比大于5时，应考虑设臵横向挡板。 曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5~6.0mm，距池底约 为0.6~0.9m，并应有调节阀门。
q qv / A
理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同： u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流 量，单位是m3/（m2· h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以 求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。 理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关， 即与池的体积V无关。
自由沉淀及其理论基础
颗粒为球形
分 析 的 假 定
沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他 颗粒影响
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, 颗粒即等速下沉
悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力
重力大于浮力时，下沉； 重力等于浮力时，相对静止；
曝气沉砂池的特点：
沉砂中含有机物的量低于5%； 由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱 臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油 类的分离等作用。
曝气沉砂池的构造：
曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的 整个长度上，距池底约60~90cm处设臵曝气装 臵； 在池底设臵沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的 坡度， 以保证砂粒滑入砂槽； 为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可 在设臵曝气装臵的一侧装设挡板。
S1 S2 )
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m； S1，S2 ——贮砂斗上口和下口 的面积。 6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度i= 6%，坡向砂斗，则
h3 h'3 0.06 l2 h'3 0.06( L 2b2 b' ) / 2
式中:qvmin ——设计最小流量， m3/s； n1——最小流量时工作 的沉砂池数目; Amin ——最小流量时沉砂 池中的水 流断面 面积，m2。
2.水流断面面积A
A qv max / v
式中：qvmax——最大设计流 量，m3/s。
式中: X——城市污水的沉砂量, 一般采用30m3/ (106m3污水）; T——排砂时间的间隔,d; kz ——生活污水流量的总 变化系数。
平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式
5.贮砂斗个部分尺寸计算 设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗 壁与水平面的倾角为60º；则贮 砂斗的上口宽b2为：
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v / u0 L / H
将上式带入式中
v u0 ( L / H )
v qv / A' qv / H并简化后得出 b
u0 qv / A
qv u0 ( L / H ) H b u0 A
qv/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷 率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：
饮用水处理：沉淀
沉淀的基本理论
沉淀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。
沉淀处理工艺的四种用法
沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。 初次沉淀池：较经济地去除，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。
平流式沉砂池
平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造 简单，工作稳定。
平流式沉砂池的系统参数
污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为 0.15m/s； 最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s， 一般为30~60s； 有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池 宽不小于0.6m； 池底坡度一般为0.01~0.02，当设臵除砂设备时， 可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。
曝气沉砂池剖面示意
曝气沉砂池的工作原理
污水在池中存在着两种运动形式， 其一为水平流动（一般流速0.1m/s）， 同时在池的横断面上产生旋转流动 （旋转流速0.4m/s ），整个池内水流 产生螺旋状前进的流动形式。 由于曝气以及水流的螺旋旋转作用， 污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并 受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附 在砂粒上的有机污染物得以去除，沉 于池底的砂粒较为纯净，有机物含量 只有5%左右，长期搁臵也不至于腐 化。
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。
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度，沉淀可分成四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀或 成层沉淀
压缩沉淀
悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬 悬浮颗粒浓度较高（ 悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已 5000mg/L以 固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉 浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因 挤压成团状结构，互相接触，互相支撑， 上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的 相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹 下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用 淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中 影响，颗粒间相对位臵保持不变，形成 ,颗 呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、 下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污 粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。 一个整体共同下沉，与澄清水之间有清 形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀 泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在 晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩 属于这种类型。 池中发生。 压缩沉淀。
式中：Fg——水中颗粒受到的作 用力； V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； g——重力加速度。
式中：FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数； A——自由颗粒的投影 面积； uS——颗粒在水中的运 动速度，即颗粒 沉速。
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时，
Fg FD
设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的 h dP 的颗 H 粒将会从水中沉到池底而去除。 在同一沉淀时间t，下式成立： h u1 t；H u0 t 故
h / H u1 / u0
h u dP 1 dP H u0
对于沉速为u1（u1<u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为： u u
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。
沉淀池的工作原理 理想沉淀池 分为： 进口区域、 沉淀区域、 出口区域、 污泥区域 四个部分
理想沉淀池的几个假定：
沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 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； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
b2 2h'3 b1 t g60
7.池总高度h
hh 1 h2 h 3
式中: h1——超高，m； h2——有效水深,m; h3——贮砂斗高度,m。 8.核算最小流速vmin
vmin qv min / n1 Amin
贮砂斗的容积V1：
V 1
1 3
h'3 (S1 S2
式中：v——颗粒的水平分速； qv——进水流量； A′——沉淀区过水断面 面积， H×b； H——沉淀区的水深； b——沉淀区宽度。
I.
II.
设u0为某一指定颗粒的最 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，即左上图中的 迹线xy与x′y′。 当颗粒沉速u<u0时，位于 水面的颗粒不能沉到池底， 会随水流出，如左下图中 轨迹xy″所示；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所示。 说明对于沉速u小于指定颗 粒沉速u0的颗粒，有一部 分会沉到池底被去除。
Baidu Nhomakorabea
重力小于浮力时，上浮。
悬浮颗粒在水中的受力分析
1.悬浮颗粒在水中受到的 力Fg
Fg是促使沉淀的作用力，
是颗粒的重力与水的浮力之 差：
2. 水对自由颗粒的阻力
FD λ' A ( L u / 2)
2 S
Fg V S g V L g V g(S L )
1 S L 2 uS g d 18
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
1 S L uS g d2 18
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关： 当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态， 这种颗粒不能用沉淀去除； ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用 浮上法去除。 us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有 助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。
即 因
2 V g ( S L ) ' A ( L uS / 2)
1 1 3 V πd ，A πd 2 6 4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
4 g ( S L ) d uS 3 ' L
1/ 2
当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周 围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力 作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层 流状态。 在层流状态下，λ′=24/Re，带入式中，整理 得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯 定律）：
沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数
城市污水厂一般均设臵沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不 小于2；工业污水是否要设臵沉砂池，应根据水质情况而定。
设计流量应按分期建设考虑： 最大时流量、最大组合流量、合流制流量 沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。 城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约 为60%，容重约1500kg/m3。 贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º, 排砂管直径不应小于200mm。 沉砂池的超高不宜小于0.3m。
沉 砂 池
沉砂池 的作用
从污水中去除砂子、煤渣等密 度较大的无机颗粒，以免这些杂质 影响后续处理构筑物的正常运行
沉砂池的 工作原理
以重力或离心力分离为基础， 即将进入沉砂池的污水流速控制在 只能使相对密度大的无机颗粒下 沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走
沉砂池的 几种形式
平流式、竖流式、曝气沉砂池、 旋流式沉砂池、Doer沉砂池等
由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：
当某一颗粒进入沉淀池后
一方面随着水流在水平 方向流动，其水平流速 v等于水流速度
另一方面，颗粒在重力 作用下沿垂直方向下沉， 其沉速即是颗粒的自由 沉降速度u
颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在 沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v
v qv / A' qv /( H b)