重力沉降法基本理论

设池底坡度i=0.02，坡向砂斗 L=[2(l2+b1)+0.2] (0.2为沉砂斗之间隔壁厚) l2=(L-2b1-0.2)/2=(10-2-0.2)/2=3.9m h3=h3’+0.06l2= 0.4+0.02×3.9=0.478m
7.池总高度 取h1=0.3m h=h1+h2+h3=0.3+0.58+0.478=1.358m取1.36m 8 验算最小流速 V min= 0.1736/（0.6×0.58×2） =0.25m/s>0.15m/s 符合要求
平流沉砂池设计实例
【例2-1 】 已知某城市污水处理厂的最大
设计流量是1.5万 m3/d，最小设计流量为 0.75 万m3/ d ，总变化系数KZ=1. 05，求 沉砂池各部分尺寸。
设计计算步骤
1.长度
t=40s L=vt=0.25×40=10m
取v=0.25m/s
2.水流断面面积
A= Q max / v =15000/(3600×24×0.25)=0.7m2
这些因素的不利影响是：固体颗粒的沉速降低,并 导致 (1-p0) 和 u/u0 都减小；水流水平分速v可能超过 颗粒冲起速度vc，使已沉降的颗粒被重新冲起。
只有采用比理想条件更长的沉降时间和更 小的表面负荷，才能达到预期的分离效果。
因此，将静置沉降曲线用于沉淀池的设计 时，常按以下的经验公式确定设计表面负荷q和 沉降时间t:
第二节 沉淀基本理论
§2.1 概述 §2.2 沉淀分类 §2.3 理想沉淀池
§2.4 沉淀池
§2.3 理想沉淀池
• 理想沉淀池的条件： (1) 过水断面上各点，水平流速相等为v； (2)悬浮物颗粒在水中的水平流速为v ； (3) 悬浮物颗粒在水中的沉淀速度u； (4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去， 不再浮起。
b q0值愈小，总沉降效率ET也就愈高。
C 在离散型沉降中，当处理水量Q为定值是，处理
效率E仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A↑， q0↓，则E↑。
因此，应该把沉淀池做得浅些，表面积大些， 这就是颗粒沉降的浅层理论。
d对于絮凝沉降
颗粒之间凝聚变大，或 其运动轨迹发生变化：
入 流 区 出 流 区
美国PISTA沉砂池
1）Pista 360°旋流沉砂池不同于其它旋流沉砂池，进水渠道改进
成为一条封闭的充满流倾斜进水渠。
2）进、出水沿360°流线型布置，使得水流在分选区内部进行了 360°回转，延长了旋流流程，提高了除砂效果，同时也使得 3）沉砂池整体的布置更加顺畅、简洁，进、出水的水力条件更好; 沉砂池可以更紧凑地对称布置、共用渠壁，节省了土建投资。
入 流 区
出 流 区
污泥区
理想沉淀池示意图
① 沉降线为未被去除颗粒； ② 为刚好100%去除颗粒；
③ 为可全部去除颗粒。 ④为可部分去除颗粒；
可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。
E T (1 p 0 )

P0 0
h H
dp (1 p 0 )

P0 0
u u0
沉砂 斗
平流沉砂池的主要设计参数如下：
（1）流量 当废水以自流方式进入时，应取最大小时流量；当 用泵送入时，应取工作水泵的最大组合流量。
（2）分格数 分格数一般不小于2，并按并联方式运行。
（3）流速 应控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之间。 (4) 停留时间 流量最大时，废水在池内的停留时间不小于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；超高 不小于0.3m；每格宽不小于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，斗壁倾角不小 于55°；池底以0.01～0.02的坡度坡向砂斗。
3
⑦池的总高度 H=h1+h2+h3=0.3+2.5+0.9=3.7 ⑧验算最小流速
min
Q min nw min 3 . 00 2 1 2 .5 3 .0 0 . 2 0 . 06 m / s
平流式 水力旋流 沉砂池
旋流沉砂池
3.钟式沉砂池 英国Jeta
钟 氏 沉 砂 池 设 计
P I S T A 沉 砂 池 设 计 选 型
PISTA沉砂池典型布置
PISTA沉砂池应用实例
上海白龙港污水处理厂
旋流沉砂池排砂方式
多尔沉砂池
• 构造：
进水口 整流器 沉砂池 刮砂机 洗砂机 有机物回流管 出水堰
DOER沉砂池设计
平流、曝气和旋流沉砂池比较
• 平流式沉砂池
优点：截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单 排砂方便。 缺点：表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，还需进行洗 砂处理。
2曝气沉砂池
• 结构：
沿集砂斗一侧的池长方向设有曝气装置
曝气的作用
防止有机颗粒随泥砂排出，预曝气为后 续处理创造有利条件
曝气沉砂池实景
机械排砂曝气沉砂池
曝气沉砂池设计
(1)设计资料
旋流速度应保持在0.25~0.3m/s; 水平流速为0.06～0.12m／s。 最大流量时停留时间为1～3min。 有效水深为2～3m，宽深比一般采用1—2。 长宽比可达5，当池长比池宽大得多时，应考虑设 置横向挡板。 曝气量为0.1～0.2m3空气/m 3污水。 空气扩散装置设在池的一侧，距池底约0.6~0.9m， 送气管应设置调节气量的阀门, 池内应考虑设消 泡装置
(2)曝气沉砂池计算公式
(3)工艺装备
供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供 气联合进行或独立进行。
曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为2－5mm。
排砂设备、集油设备：曝气沉砂池的排砂一般采用排砂 泵抽吸；浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇 油设备通常置于行车上。 砂水和油水分离设备：从沉砂池排出的砂水和油水混 合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离 器对其分别进行处置。
共有4个沉砂斗，则 V1=0.9/4=0.225m3
5.贮砂斗各部分尺寸计算
取b2=0.5m a=55° 砂斗高: h3′=(b1-b2)/2tana =(1-0.5)/2tan55≈0.4m
沉砂斗容积
V0= h3’/6（2b12+2b1b2+2b22）
= 0.4/6(2×1.0+2×1×0.5+2×0.25) =0.23m3 6.沉砂室的高度 (取0.25m3)
s
变大，u也会之变大。
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
为保守起见，沉降效率依然按照：
E T (1 p 0 )

P0 0
u u0
dp
进行计算。
§2.4 实际应用中的问题
除了颗粒沉速外，温度差引起的对流，密度差引 起的异重流，池内死角和水与池壁摩擦引起的滞流， 风力和水力搅动以及配水、集水装置不可能绝对合理 等引起的短路流和紊流,都会造成池内水流和水中固体 颗粒作不规则运动。 这些因素的不利影响是：固体颗粒的沉速降低,并 导致(1-p0)和u/u0都减小；水流水平分速v可能超过颗 粒冲起速度vc，使已沉降的颗粒被重新冲起。
种类
按池内水流方向的不同，可分为：
平流式 辐流式
竖流式 斜管式
1. 平流式沉淀池
• 构造
进水区、沉淀区、出水区、存泥区 缓冲层
工作过程
排泥
静水压力排泥 机械除泥
平流沉淀池结构图
入流区 设计
流入装置：有带潜孔的配水槽和挡板组成。 作用：消能，布水均匀。 布置：伸出水面0.15~0.2m；水下部分超过0.2m；距入流槽0.5m。
沉砂池的类型
• • • • 平流沉砂池 曝气沉砂池 旋流式沉砂池（比式pista，钟式Jeta） 多尔沉砂池（Doer）
1、平流沉砂池
构造：
入流渠 闸板 过流沉砂区 出流渠 沉砂斗(重力 机械）
平流沉砂池设计
原则—最大流量设计，最小流量核算
平流式沉砂池（重力排沙）
出流 渠 过流沉砂区 入流 渠
PISTA沉砂池除砂效率
对于小粒径的砂粒有较好的去除效果。
在峰值流量下，砂粒直径:
d≥0.297 m m(50目)时，去除率≥95%； 0.211 mm＜d＜0.297 mm(50～70目)时，去除率≥85%；
0.211 mm≥d≥0.149 mm(70～100目)时，去除率≥65%；
对于0.11 mm(140目)直径砂粒的去除率可达73%。
Q s Q max X 1 260000 3 . 0 10
5
7 .8 m / d
3
存砂所需容积
V Q s t 7 . 8 2 15 . 6 m
3
取2个砂斗
V 1 [ ( 0 . 5 1 . 0 ) 0 . 76 (1 . 0 3 . 0 ) 0 . 14 ] 12 . 0 10 . 2 m 2 2 1 1
平流、曝气和旋流沉砂池比较
• 曝气沉砂池
优点：可以把沉砂有机物含量降到10%，
平流、曝气和旋流沉砂池比较
旋流沉砂池（竖流式沉砂池）
沉砂池工程应用实例
名称 工艺 处理量（m3/d) 沉砂池
50万 1.5万 4万 4万 20万 40万 10万 10万 15万 10万 30万 曝气 旋流曝气 曝气 曝气 曝气 曝气 钟氏沉砂池 钟氏沉砂池 曝气 平流沉砂池 钟氏沉砂池 高碑店污水厂 传统活性污泥 首都机场污水厂 传统活性污泥 北京北小河污水厂 A/O工艺 方庄污水厂 传统活性污泥 酒仙桥污水厂 氧化沟 天津东郊污水厂 DAT—IAT 成都三瓦窑污水厂 传统活性污泥 深圳罗芳污水厂 AB 西安北石桥污水厂 DE氧化沟 昆明第二污水厂 A/A/O 昆明第三污水厂 ICEAS
3.池子宽度
取n=2格 每格宽b=0.6m， B=2×0.6=1.2m 有效水深： h2=A/B=0.7/1.2≈0.58m
有效水深0.25-1.0m 符合要求
4.沉砂斗体积
取X=30m3/106m3 T=2d
V=(QmaxXT86400)/(Kz×106)
=(15000×30×2)/(1.05×106) ≈0.9m3
dp
沉淀池表面负荷与颗粒沉降速度的关系
（1）表面负荷：如果沉淀池沉降区的表面积为A， 处理水量为Q，则有：
u0
H t

H L

Q LB

Q A
q0
沉淀池设计的一个重要参数，称为表面负荷， 以q0表示，其单位是m3/m2· h。
由公式可知：
a q0在数值上等于沉速u0，因而由E-u曲线上查到与 某一E值对应的u0值后，即可按A=Q/q0计算沉降区的 表面积。
§2.6 沉淀池
沉淀池的作用和种类
作用
沉淀池是根据静置沉淀原理设计的， 污水中
的绝大部分悬浮物都是依靠它进行沉淀分离处理。
位置
• 初沉池 去除以无机物为主的比重大的固体悬浮物
• 二沉池
去除以微生物为主体的、比重较小、易发 生上浮的固体悬浮物 • 污泥浓缩池 剩余污泥 处理高浓度的、易腐败发臭的
曝气沉砂池设计实例
【例2-4】已知某城市污水处理厂 的最大设计流量为3.0m3/s，采 用曝气沉砂池进行预处理，试求 曝气池的各部分尺寸。
曝气沉砂池计算草图
设计计算步骤
① 池子总有效容积 V=
Q max t 60 3 . 00 2 60 360 . 0 m
3
② 水流断面积
A Q max
1

3 . 00 0 . 10
30 . 0 m
2
2
A1 30 . 0 / 2 15 . 0 m
V 1 V / 2 180 m
3
③ 单座池子总宽
B A1 h2 15 2 .5 6 .0 m
பைடு நூலகம்
b
B n

6 2
3 .0 m
宽深比
b / h 2 3 / 2 .5 1 .2
（符合要求）
④池长
L V A 180 15 12 . 0 m
L / b 12 / 2 . 5 4 . 8
（符合要求）
⑤曝气空气用量
Q a q Q max 0 . 2 3 . 00 3600 2160 m / h 90 m / min
3 3
⑥排砂量
每日沉砂量
t (1 . 5 2 . 0 ) t 0
1 1 . 25 1 1 . 75
1 1 . 25 1 1 . 75
q(

)q0
u (

)u 0
式中
q0、 u0、t0——分别为由沉降曲线上查得
的理论沉降速度和沉降时间。
§2.5 沉砂池
沉砂池设计要时考虑的问题
沙粒的粒径
沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒 径为0.2mm以上。