第4章给排水水质工程(3)

第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录沉淀—分类一、沉淀分类1.自由沉淀悬浮物质浓度不高，颗粒在无边际水体中独立地完成沉淀过程，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。如沉砂池中砂粒、浓度低的污水在初沉池。2.絮凝沉淀（干扰沉淀）悬浮物浓度在50～500mg/l，颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用。在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。如活性污泥在二沉池。第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录沉淀3.拥挤沉淀（分层沉淀）当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后（浓度＞500mg/l），沉淀中相邻颗粒互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀，清水与浑水间形成明显的交界面，沉淀显示为界面下沉。如二沉池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。4．压缩沉淀浓度大。颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。如活性污泥在二沉池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。活性污泥在二沉池中沉淀实际是依次进行，只是各类沉淀出现时间不同。第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录沉淀二、影响实际沉淀池沉淀效果的因素1．进、出口对沉效的影响2．不正常流型对沉效的影响3．水流的紊动性和稳定性对沉效的影响4．其他因素对沉效的影响三、判别指标1．水流的紊动性Re2．水流的稳定性Fr第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池一、基本结构平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分。1.进水区进水区的作用是使流量均匀分布在进水截面上，尽量减少扰动。一般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布在沉淀池的整个断面上。为使矾花不宜破碎，通常采用穿孔花墙V0.15-0.2m/s，洞口总面积也不宜过大。2.沉淀区沉淀区的高度一般约3～4m，平流式沉淀池中应减少紊动性，提高稳定性。第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池紊动性指标为雷诺数，稳定性指标为弗劳德数，能同时降低雷诺数和提高弗劳德数的方法只能是降低水力半径R，措施是加隔板，使平流式沉淀池L/B4,L/H10，每格宽度应在3～8m不宜大于15m。图7-9穿孔墙12图7-10出水口布置1-出水堰2-非淹没式孔口穿孔墙出水口布置RReRgFr2第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池3出水区通常采用：溢流堰（施工难），淹没孔口（容易找平）。孔口流速宜为0.6～0.7m/s，孔径20～30mm，孔口在水面下15cm，水流应自由跌落到出水渠。为了不使流线过于集中，应尽量增加出水堰的长度，降低流量负荷。堰口溢流率一般小于500m3/md，目前我国增加堰长的办法如图。图7-11增加出水堰长度的措施出水支渠出水支渠第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池4.存泥区及排泥措施泥斗排泥：靠静水压力1.5–2.0m，下设有排泥管，多斗形式，可省去机械刮泥设备（池容不大时）穿孔管排泥：需存泥区，池底水平略有坡度以便放空。机械排泥：带刮泥机，池底需要一定坡度，适用于3m以上虹吸水头的沉淀池，当沉淀池为半地下式时，用泥泵抽吸。还有一种单口扫描式吸泥机，无需成排的吸口和吸管装置。沿着横向往复行走吸泥。第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池二、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素1.沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响主要为短流的影响，产生的原因有：(1)进水的惯性作用；(2)出水堰产生的水流抽吸；(3)较冷或较重的进水产生的异重流；(4)风浪引起的短流；(5)池内存在的导流壁和刮泥设施等2.凝聚作用的影响。由于实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的絮凝过程均影响了沉淀效果，实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池三、平流沉淀池的工艺设计设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷或停留时间。应根据原水水质、沉淀水质要求、水温等设计资料、运行经验确定。停留时间一般采用1～3h。华东地区水源一般采用1～2h。低温低浊水源停留时间往往超过2h。1、各参数间关系tLtuH000qAQu第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池2、第一种设计计算方法（实验计算方法）1.根据沉淀实验结果选取u0，用uo=Q/A计算得到沉淀池的面积A；2.选取沉淀时间t和沉淀池水平流速v，用L=vt得到沉淀池长度L；3.用公式B=A/L得到B；4.用公式H=Qt/A得到H；第二种计算方法（经验计算方法）1.根据经验选取平流式沉淀池的沉淀时间t，得到其体积V=Qt2.选取沉淀池的深度H，用公式A=V/H得到沉淀池的面积A；3.选取沉淀池的水平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的长度L；4.用公式B=A/L得到B；第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录平流沉淀池其它参数：平流式沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中变水头放空容器公式计算：当渠道底坡度为零时，渠道起端水深可根据下式计算：式中Q—沉淀池的流量，m3/s；g—重力加速度9.81m/s2；B—渠道宽度，m。TBLHd5.07.03273.1gBQH第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录斜板（管）沉淀池一、原理由沉淀效率公式可知：在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般60°左右）的板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。二、分类有异向流、同向流、横向流三种，目前在实际工程中应用的是异向流斜板（管）沉淀池，其结构见图。AQuuuEii0图7-12斜管沉淀池示意清水区斜管区配水区积泥区500穿孔排泥管穿孔集水管絮疑池Ⅱ-Ⅱ剖面斜管沉淀池示意第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录斜板（管）沉淀池三、优缺点优点：1.沉淀面积增大；2.沉淀效率高，产水量大；3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：1.由于停留时间短，其缓冲能力差；2.对混凝要求高；3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录斜板（管）沉淀池四、设计计算1.沉淀池面积A选定表面负荷（2.5~3.0mm/s），计算得到面积A。2．沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1为超高0.3m，h2为清水层高度1.2mh3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5mh5为污泥斗高度0.8mqQA第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录竖流式沉淀池一、竖流式沉淀池：有圆形、正方形。为了池内水流分布均匀，池径采用4～7m，不大于10m，沉淀区柱形，污泥斗倒锥形。二、设计要求：1.D/H有效≤3，否则水流将变成辐流式2.中心管下口应设喇叭口和反射板反射板距底泥面·喇叭口与反射板的设计应按图要求≥0.3m喇叭口下端距反射板之间的间隙高度H3=0.25～0.5mm3.排泥管下端距池底排泥管上端超出水面4.浮渣挡板距集水槽0.25～0.50m。浮渣挡板高出水面0.15～0.20m；浮渣挡板淹没水深：0.3～0.4m第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录竖流式沉淀池三、设计计算1.中心管面积与直径2沉淀区的面积3.沉淀池的总面积A和池径D2()mmax10qfV4()m10fd2()mmax2qfV12A=ff4AD=第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录竖流式沉淀池4．沉淀区的有效水深（中心管喇叭口出水面高度）式中：V为上升流速0.5～1.0mm/st为沉淀时间，1.0～1.5h5.喇叭口距反射板之间的缝隙高度式中：V1为出流速度，d1为喇叭口直径2hVt3600(m)max311qhVdv1≤40mm/s第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录竖流式沉淀池6．污泥量W(m3)，其计算同平流式7．污泥区容积式中：为上部半径，为下部半径要求：VW8．总高度H式中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缝隙高度h4为缓冲层高度，h5为圆锥高度圆锥(2235hV=VRRr+r)(m)312345H=hhhhh第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录辐流式沉淀池辐流式沉淀池（圆形、正方形）直径6～60m，池内水深1.5～3.0m,机械排泥,池底坡度不小于0.05。为使布水均匀,设穿孔挡板,穿孔率10％～20％.图7-13普通辐射式沉淀池工艺图排泥总管进水桁架普通辐流沉淀池示意第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录辐流式沉淀池一、设计参数1.沉淀时间t2.表面负荷q（m3/m2.h）3.Qmax4.H有效≤4m二、设计要求1.D/H有效=6～122.池底坡度3.机械刮泥、静水压力排泥（圆形）无机械刮泥、静水压力排泥（正方形）第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录辐流式沉淀池4.进、出水有三种布置方式(1)中心进水，周边出水：辐流式(2)周边进水，中心出水：向心式(3)周边进水，周边出水5.刮泥机旋转角度：1～1.5m/min（周边线速）6.穿孔挡板开孔面积为挡板处池断面面积的10～20%第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录辐流式沉淀池三、设计计算1.每座沉淀池表面积A1与池径D2.有效水深h23.污泥量W（与平流式相同）4.污泥区容积2()mmax1QAqn()m14AD=20hqt斗锥V=VV223斗1()()3m5122hVrrrr23锥()()m2411hVRRrr3第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录辐流式沉淀池5.总高度（H）和周边处的高度（Hˊ）其中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缓冲高度层，h4为底坡落差，h5为污泥斗高度。()m12345H=hhhhh()m123H=hhh第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池本章总目录澄清池澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层，常用于给水处理。澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。一、悬浮澄清池其结