给水处理-沉淀

给水处理：沉淀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。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。沉淀的基本理论自由沉淀悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀,颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。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悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。絮凝沉淀区域沉淀或成层沉淀压缩沉淀悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。自由沉淀及其理论基础分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变颗粒为球形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；重力小于浮力时，上浮。1.悬浮颗粒在水中受到的力FgFg是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：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。2.水对自由颗粒的阻力式中：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。悬浮颗粒在水中的受力分析)(LSLSggVgVgVF)2/('2SLDuAλF球状颗粒自由沉淀的沉速公式当颗粒所受外力平衡时，DgFF2/1LSSL'3)(4dgu即)2/(')(2SLLSuAgV23π41π61dAdV，因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：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）：2LSS181dgu式中:μ——水的动力黏度。由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：2LSS181dgu斯托克斯定律: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。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。理想沉淀池的几个假定：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：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。当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，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)/('/bHqAqvvv设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。I.当颗粒沉速u≥u0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即左上图中的迹线xy与x′y′。II.当颗粒沉速uu0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置时，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。在同一沉淀时间t，下式成立：故对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及u1u0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：tuHtuh01；00010001d1d/uuPuuPuu0000d1)1(uPuuPPHhd设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的的颗粒将会从水中沉到池底而去除。01//uuHhPuuPHhdd01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。上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：将上式带入式中并简化后得出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：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。HLuv//0)/(0HLuvAqq/vbHqAqv/'/vvAqu/v0AubHHLuq00v)/(沉淀池沉淀池按使用功能分生物处理法中的预处理，去除约30%的BOD5，55%的悬浮物生物处理构筑物后,是生物处理工艺的组成部分初次沉淀池二次沉淀池沉淀池按水流方向分平流式辐流式竖流式池型：长方形一端进水,另一端出水贮泥斗在池进口池内水流由下向上池内水流向四周辐流池型:多为圆形,有方形或多角形池中央进水，池四周出水贮泥斗在池中央沉淀池三种流态平流式竖流式辐流式沉淀池特点与适用条件池型优点缺点适用条件平流式1.对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；2.施工简单，造价低采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀1.适用地下水位较高及地质较差的地区；2.适用于大、中、小型污水处理厂竖流式1.排泥方便，管理简单；2.占地面积较小1.池深度大，施工困难；2.对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；3.造价较高；4.池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式1.采用机械排泥，运行较好，管理较简单；2.排泥设备已有定型产品1.池水水流速度不稳定；2.机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高1.适用于地下水位较高的地区；2.适用于大、中型污水处理厂沉淀池由五部分组成：进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。沉淀区是沉淀进行的主要场所。贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。沉淀池由五部分组成缓冲区沉淀池的运行方式连续式污水中可沉颗粒的沉淀在流过水池时完成，这时可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用污水连续不断地流入与排出污水中可沉淀的悬浮物在静止时完成沉淀过程，由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出工作过程：进水、静止、沉淀、排水间歇式1.设计流量沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中,应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。2.沉淀池的只数对于城市污水厂，沉淀池的个数不应少于2只。3.沉淀池的经验设计参数对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照室外排水设计规范【6.5条规定】的经验参数选用。4.沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系见室外排水设计规范【6.5.1-6.5.3条规定】。沉淀池的一般设计原则及参数5.沉淀池的几何尺寸池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.3~0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60º，圆斗不宜小于55º；排泥管直径不小于200mm。6.沉淀池出水部分一般采用堰流,在堰口保持水平。出水堰的负荷:对初沉池,应不大于2.9L/(s·m);对二次沉淀池,一般取1.5~2.9L/(s·m)。亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。7.贮泥斗的容积一般按不大于2d的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2h计。8.排泥部分沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池应不小于8.83kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池应不小于11.77kPa（1.2mH2O）。沉淀池的一般设计原则及参数平流式沉淀池进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3/（m·d），二沉池为130~250m3/（m·d）。锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。平流式沉淀池的构造及工作特点平流沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）平流式沉淀池的设计9.4.15平流沉淀池的沉淀时间，一般宜为1.5～3.0h。9.4.16平流沉淀池的水平流速可采用10～25mm/s，水流应避免过多转折。9.4.17平流沉淀池的有效水深，一般可采用3.0～3.5m。沉淀池的每格宽度（或导流墙间距），宜为3～8m，最大不超过15m，长度与宽度之比不得小于4；长度与深度之比不得小于10。9.4.18平流沉淀池宜采用穿孔墙配水和溢流堰集水，溢流率不宜超过300m3/(m•d)。平流式沉淀池的设计沉淀池的总高度h式中：h1——沉淀池超高,m;一般取0.3m；h2——沉淀区的有效深度，m；h3——缓冲层高度，m；无机械刮泥设备时,取0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m；h4——污泥区高度，m；h4′——泥斗高度，m；h4″——梯形的高度，m。443214321'''hhhhhhhhhh斜流式沉淀池斜流式沉淀池的构造斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60º角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80~100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.7~1.0m，底部缓冲层高度为1.0m。斜流式沉淀池的构造上向流斜管沉淀池9.4.19斜管沉淀区液面负荷应按相似条件下的运行经验确定，可采用5.0～9.0m3/（m2·h）。9.4.20