第5章、沉淀和澄清处理

淹没孔口：穿孔集水槽或穿孔集水管 要求：

孔口流速v＝0.6～0.7m/s；
孔口孔径φ＝20～30mm； 孔口流量

孔口水流应自由跌落到出水渠中。
q0 2gh
，淹没水头0.12～0.15m；
4、积泥区
（1）作用：贮泥、浓缩和排泥 （2）排泥方式：水力排泥和机械排泥

水力排泥：
4、水力循环澄清池（构造图见图2-5）
第四节、气浮池
一、概述
气浮法是通过某种方式产生大量的 微气泡，利用微气泡粘附于絮凝体上， 由于其重力远小于水的浮力而迅速上浮， 使杂质颗粒从水中分离出来，达到水的 澄清。
1、特点 与一般的沉淀、澄清相比，气浮具有以下特点：




气浮是依靠无数微气泡粘附絮粒，因而对凝聚的要 求较低，能节约药剂用量和混凝时间。但为了提供 所需微气泡，需要设置一套供气、溶气、释放设备， 日常运行电耗较大。 单位面积的产水量较高，泥渣和水分离时间较短， 可使水池容积与面积相应减小。 表面刮渣排放方便，排出泥渣含水率低，易于浓缩 脱水。 池深浅、池体结构简单。 可随时启停，不影响出水水质。 处理后出水水质较好，有利于后续的过滤。
第五章、沉淀和澄清处理
影响沉淀池选用的因素



水量规模 进水水质条件 高程布置 气候条件 经常运行费用 占地面积 地形、地质条件 运行经验
第一节、平流沉淀池 一、平流沉淀池的构造
平流沉淀池可分为进水区、沉淀区、积泥 区和出水区四个部分（见下图）。
该池与絮凝池直接相连，进水采用穿孔 墙配水，出水采用指形集水槽集水，排泥采 用机械虹吸排泥。



⑥分离室内清水区上升流速一般采用0.8～ 1.1mm/s，清水区高度为1.5～2.0m。 ⑦在设计中，一般将第一絮凝室、第二絮凝室 （包括导流室）和分离室的容积比控制在2:1:7范 围内。 ⑧搅拌设备设计：叶轮提升流量为进水流量与回 流流量之和，叶轮直径一般为第二絮凝室直径的 70%～80%，叶轮外缘的线速度为0.5～1.5m/s， 搅拌桨的外缘线速度为0.3～1.0m/s。 ⑨集水系统设计：一般在分离室设辐射状和环状 的穿孔集水槽，穿孔集水槽的流量为设计流量的 1.2～1.5倍（1.2～1.5为超载系数），槽壁开孔 孔径为20～30mm，孔口流速一般为0.5～ 0.6m/s。
二、气浮工艺流程及装置
气浮法按产生微气泡方式的不同， 分为： 电解气浮法 散气气浮法 溶气气浮法 其中加压溶气气浮法是目前应用 最广泛的一种气浮方法。即空气在加压 条件下溶于水中，再使压力降至常压， 把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释 放出来。


1、加压溶气气浮法工艺流程
加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气 释放设备和气浮池等组成。其基本工艺流程有全 溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程 3 种。 （1）全溶气流程 该流程如图5－8所示，是将全部原水进行加 压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液 分离。与其他两流程相比，其电耗高，但因不另 加溶气水，所以气浮池容积小。
集泥斗：有单斗式和多斗式 穿孔排泥管 设置要求： ①管径≥200mm； ②管道长度不超过15m，一般在10m之内； ③在管道斜下方45°处两侧开孔，孔眼孔径为30～35mm， 孔距200～250mm。

水力排泥特点：设备简单，省机械，但排泥效果 不好，需定期放空冲洗。

机械排泥：
①多口虹吸式（或泵吸式）吸泥机 虹吸式吸泥机借助于虹吸水位3～4m来吸泥，若虹吸水 位差小于3m，则采用污泥泵抽吸。 一般吸泥管管径为40～50mm，吸泥扁口尺寸为 200×20mm。 ②单口扫描式吸泥机 效果稍差。


对穿孔花墙的设计要求有：
孔口断面沿水流方向由小变大，呈八字形。
孔口流速v≤0.15～0.2m/s，一般以v＝0.1m/s 来设计。
从墙体强度方面考虑，孔口所占总面积应小于 墙面面积的三分之一。 第一排孔口距水面0.12～0.15m；最下面一排 孔口距泥面 0.3～0.5m 。


2、沉淀区 （1）作用：泥水分离 （2）要求 设纵向分隔导流墙，每格宽度b＝3～8m，不宜大 于15m。 沉淀池有效水深H=3～4m（太浅风吹会带动沉泥， 太深风吹会起风浪），超高为0.3～0.5m。 在构造方面要求沉淀区的长、宽、深之间相互联 系，L/B≥4，L/H＞10。 沉淀池的Fr＝10－4～10－5。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ清水区高度0.8～1.2m


设置清水收集系统，一般采用穿孔集水管或穿孔集水槽。
清水区表面积A＝Q/q（表面负荷q＝9～11m3/m2· h） 斜管净出口面积
( L 0.5) B A k
'
，k为斜管结构系数。
4、积泥区

采用穿孔管水力排泥时，积泥斗高度为0.8m； 采用机械排泥时，高度约为0.2～0.3m。

2、斜管区

①斜管长度l＝800～1000mm，一般为1m。 ②斜管倾角θ在絮凝沉淀时θ＝50～60°，一般取 60°；自然沉淀时θ＝40～45°。 ③斜管区高度约为0.87m。 ④斜管管径为25～30mm。 ⑤斜管断面形状多为正六角形蜂窝斜管，材料多 使用聚氯乙稀。

3、清水区

（4）主要设计参数




①澄清池个数一般不少于2个。 ②原水流量与泥渣回流量之比，即回流比为 1:3～1:5。 ③水在澄清池内总停留时间为1.2～1.5h，第一 和第二絮凝室的停留时间一般控制在20～ 30min。 ④原水进水管流速一般为1m/s，环形三角配水 槽和配水缝隙的流速均采用0.4m/s（环形三角 配水槽的断面面积按设计流量的一半确定）。 ⑤第二絮凝室与导流室的流速一般为40～ 60mm/s。
第三节、澄清池
一、澄清池的特点及其分类
1、澄清池的特点

澄清池将絮凝、沉淀两个过程综合于一个构筑 物内完成。
澄清池内的絮凝方式为接触絮凝。

2、澄清池的分类 根据活性泥渣层的形成过程及澄清池中泥渣 工作状态，澄清池可分为两大类型：

泥渣循环型澄清池：又分为机械搅拌澄清池和水 力循环澄清池（见图5－4和5－5）。 泥渣悬浮型澄清池：又分为悬浮澄清池和脉冲澄 清池（见图5－6和5－7）。
停留时间一般为T＝1～3h，东北、华北地区取2～4h。

表5－1 截留沉速参考取值表
原水特性和处理方法 u0（mm/s） 0.35～0.45 0.50～0.60 0.30～0.34 0.12～0.15
有色水或悬浮物含量在200～ 250mg/L的水
絮凝沉淀 悬浮物含量大于250mg/L的水 高浊度水 自然沉淀
3、出水区 （1）作用：自表面均匀集水并防止带走池底沉泥。 （2）装置

溢流堰：矩形薄壁堰和三角堰 要求：


堰顶水平，高差≤1mm；
堰长度足够，一般要求堰上溢流率不超过500m3/d· m。 三角堰q0＝1.4h2.5，h＝0.05m。

例题：
平流沉淀池设计水量为4.5万m3/d，水厂自用水 系数1.08，已知沉淀池宽为11m，设计出水装置。

三、评价
1、优点 （1）构造简单； （2）对水质变化的适应性强，处理效果好。
2、缺点 （1）表面负荷低，占地面积大； （2）采用水力排泥时，排泥效果差。
第二节、斜管沉淀池
根据理想沉淀池概念，沉淀池的沉淀效率仅 与单位水量的沉淀池表面积有关，而与池深无关。 因此，增加沉淀池表面积即可提高沉淀池的去除 率。考虑到排泥的可能，发展形成了斜板、斜管 沉淀池，即在沉淀池内增设斜板或斜管，大大缩 短了颗粒的沉降距离，从而提高了沉淀池的效率。
一、斜板与斜管沉淀池的特点
1、斜板与斜管沉淀池分类 斜板（斜管）沉淀池按水流方向分为上向流（异 向流）、侧向流和下向流(同向流)三种（见图5－ 2）。 给水处理中常用异向流斜管沉淀池（见图5－3） 2、特点 沉淀效率高，表面负荷大，停留时间短，占地面 积小。 原因：



①浅池理论； ②水力条件改善； ③斜管下部有再絮凝作用。

③沉淀池宽度B＝A/L ④有效水深H=QT/A（一般H为3～4m）
⑤校核沉淀池的Fr＝10－4～10－5，沉淀区的长、 宽、深之间的比例为L/B≥4，L/H＞10。
2、按停留时间T计算

①沉淀池的有效容积V＝QT ②沉淀池长度L＝3.6vT（水平流速v＝10～25mm/s， 停留时间T＝1～2h） ③沉淀池宽度B＝V/LH（有效水深H＝3～4m） ④校核沉淀池的Fr＝10－4～10－5，沉淀区的长、宽、 深之间的比例为L/B≥4，L/H＞10。
5、沉淀池深度 H＝h1+h2+h3+h4+h5



超高h1＝0.2～0.3m 清水区h2＝0.8～1.2m 斜管区h3＝lsinθ＝0.87m 配水区h4≥1.5m 积泥区h5＝0.5～0.8m。
6、校核 Re＜200 Fr＝10－3～10－4 斜管内停留时间t＝2～5min。
图5－8 全溶气方式加压溶气气浮法流程图
（2）部分溶气流程 如图5－9所示。该流程是将部分原水进行 加压溶气，其余水直接送入气浮池。该流程比全 溶气流程省电，另外只是部分水流经溶气罐，所 以溶气罐的容积比较小。但因部分原水加压溶气 所能提供的空气量较少，因此，如果想提供同样 的空气量，必须加大溶气罐的压力。
2、适用范围
气浮是依靠微气泡上浮絮粒，主要适用于： 低浊原水(一船悬浮物含量少于100mg/L) 。 含藻类及有机杂质(如水草、腐叶等)较多的水。 低温度（水温在4℃以下）的水，也包括因冬季 水温较低而用沉淀、澄清处理效果不好的原水。 水源受到一定程度的污染及色度高、溶解氧低 的水源。



图5－4
机械搅拌澄清池
图5－5
水力循环澄清池
图5－6
悬浮澄清池
图5－7
脉冲澄清池
二、澄清池的构造
1、悬浮澄清池（构造图见图5-6） 2、脉冲澄清池（构造图见图5-7） 3、机械搅拌澄清池（构造图见图5-4）
（1）构造 ①进、配水系统：进水管、环形三角配水槽； ②混合絮凝系统：第一絮凝室、第二絮凝室、导流 室； ③分离室； ④集水系统：辐射集水槽、环形集水槽、出水管； ⑤排泥系统：泥斗水力排泥或机械排泥； ⑥搅拌设备：提升叶轮、搅拌桨。
进水区
沉淀区
出水区
积泥区
图 5－ 1
理想沉淀池工作状况
1、进水区
进水区指絮凝池与沉淀池之间的配水廊道，也称 为过渡区。进水区配水廊道一般宽为1.5～2m。 作用：均匀布水和消能、减少紊动。 装置：在絮凝池和沉淀池之间设穿孔花墙。 穿孔花墙的材料： ①砖砌：方孔，尺寸一般为80mm×150mm或 120mm×120mm。 ②钢筋混凝土：圆孔，孔径一般为50mm～150mm。

机械排泥特点：排泥效果好，操作方便，耗水量少， 土建施工方便，但需机械维修。
二、平流沉淀池的设计计算
设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷q 或停留时间T。
1、按表面负荷q计算

①沉淀池表面积A＝Q/q ②沉淀池长度L＝3.6vT

对于絮凝沉淀水平流速v＝10～25mm/s，通常取v＝ 15～20mm/s；自然沉淀水平流速v≤3mm/s。
图5 － 2
斜板沉淀池水流方向示意
图5－3
异向流斜管沉淀池
二、斜管沉淀池的设计计算
异向流斜管沉淀池的结构在池深方向 上由上到下可分为四个部分：清水区、斜 管区、配水区和积泥区。 1、配水区

配水区高度不宜小于1.5m 配水区水平流速为0.010～0.018m/s 一般在配水区进口采用穿孔花墙或配水孔 板来均匀配水。 进水方式多采用逆流式
（2）工作过程
投加混凝剂后的原水在第一和第二絮凝室内 与高浓度的回流泥渣接触絮凝，生成厚重粗大的 絮凝体，然后在分离室中进行泥水分离获得澄清 水。
（3）优缺点

优点：

①处理效率高； ②对水质、水量、水温的变化适应性强。
①池体结构复杂； ②机械维修量大。

缺点：



适用：大、中型水厂，且原水悬浮物含量小于 3000mg/L。
图5－9
部分溶气气浮法流程图
（3）回流加压溶气流程 如图5－10所示。该流程将部分出水进 行回流加压，原水直接送人气浮池。该法适 用于含悬浮物浓度高的原水的固液分离，但 气浮池的容积较前两者大。