第二章第四节沉砂池及沉淀池

2.3沉砂池及沉淀池本节提示•课程主要内容•平流、辐流式沉砂池的特点–掌握–熟悉•沉砂池、沉淀池的构造、分类•平流、竖流、幅流式沉淀池的特点及相关设计参数–了解•提高沉效的原理。–难点•竖流式沉淀池设计中，泥斗的正确设计与计算2.3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、曝气沉砂池等。•沉砂池的设置位置：泵站前、倒虹管前、沉淀池前。•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置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应»2；并按并联运行原则考虑•工业污水是否要设置沉砂池，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2日沉砂量计算，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。一、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，截留效果好。•构造形式：平流式沉砂池的水流部分，实际上是一个有所加深加宽的明渠，两端没有闸板，以控制水流。2、平流式沉砂池的设计要求和系统参数•两座以上并联•水平流速v0.15~0.3m/s•停留时间T30~60s•有效水深h0.25~1.0m1.2m•池宽(每格)B≥0.6m•砂斗与水平面夹角α≮55°•超高≥0.3m•排砂管径≥Φ200mm二、曝气沉砂池•功能:解决沉砂中夹带有机物和被有机物包裹的砂粒截留效果不好的问题。•曝气的作用:曝气及水流的螺旋旋转作用，使污水中的有机颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，进而将粘附在砂砾上的有机污染物去除，使得沉于池底的莎莉较为洁净。（曝气沉砂池沉碴中有机物含量仅5％左右，不易腐败）；具有预曝气、脱臭、防止厌氧分解、除泡等作用。•水流状态:池中污水呈螺旋状前进2、主要设计参数–水平流速v0.08~0.12m/s，旋流速度v旋0.25~0.4m/s–停留时间T1~3min(最大流量时)，通常4~6min，若作为预曝气则停留时间为10~30min–有效水深H2~3m；有效宽/深比1~1.5–多采用穿孔曝气管孔径2.5~6mm，距池底0.6~0.9m，并应设有调节阀门2.3.3沉淀池•沉淀池主要是一种固液分离构筑物•按工艺布置分类可分为：初次沉淀池（设于生物处理前）；二次沉淀池（设于生物处理后）；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的分类沉淀池三种流态平流式竖流式辐流式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。一、平流式沉淀池构造:由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。平流式沉淀池示意图缓冲层流入装置:污泥区沉淀区流出装置c平流式沉淀池结构示意图d平流式沉淀池的流入装置与出流堰的一种形式e目前多采用如下图所示的锯齿形溢流堰，这种溢流堰易于加工，也比较容易保证出水均匀。水面应位于齿高度的1/2处。g多斗排泥平流式沉淀池平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）浮渣槽挡板1、平流式沉淀池的构造及工作特点•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。2、平流式沉淀池的设计•沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、宽、高尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下：•(i)沉淀区有效水深：•h2=qt•式中q—表面负荷，m3/m2·h；•初沉池取1.5～3，二沉池取1～2。•t—污水沉淀时间，初沉池取1～2h；•二沉池取1.5～2.5h。•沉淀区有效水深一般取2.0～4.0m（ii）沉淀区总面积A：A＝Qmax／q式中Qmax——最大设计流量，m3/h；(iii)沉淀区有效容积V1：V1=Ah2=Qmax·t（iv）沉淀区长度L：L＝3.6vtv——最大设计流量时的水平流速mm/s，一般取v≤5mm／s；(v)沉淀区总宽度B(m)B＝A／LL/B=4～5，不满足长宽比要求时，应分为n格(vi)沉淀池座数或分格数nn＝B／bb——每个沉淀池宽度。平流式沉淀池的长度一般为30~50m，为了保证污水在池内分布均匀，池长与池宽比不小于4。。•（7）.污泥区容积对于生活污水，污泥区的总容积V：式中：S——每人每日的污泥量，L/(d·人),可参考教材表10-8；N——设计人口数，人；T——污泥贮存时间，d。1000SNTV若已知污水悬浮物浓度与沉淀出水的悬浮物浓度，污泥量W按下式计算：•（8）.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；4321hhhhh•（9）.污泥斗的容积V1式中:S1——污泥斗的上口面积,m2；S2——污泥斗的下口面积，m2。h4′——泥斗高度，m；)('31212141SSSShV例：某城市污水排放量为10000m3/d，悬浮物浓度C0为250mg/L，试设计一平流式沉淀池，使处理后污水中悬浮物浓度不超过50mg/L，污泥含水率为97％，通过沉淀性能曲线查得，当去除率为80％时，去除颗粒物的最小沉降速度为1.44m/h，沉淀时间为65min。其中，取长宽比为6，污泥区高度为2.8m，缓冲区高度为0.6m，沉淀区泥斗上下低面为正方形，上斗边长为6m，下斗边长为0.4m，泥斗倾角为45°；流入口至挡板距离取0.5m，流出口至挡板距离为0.3m。解：（1）①表面负荷及沉淀时间由题意表面负荷数值上等于沉淀速度，所以表面负荷为q0＝1.44m3/h，沉淀时间t0＝65min②设计表面负荷与设计沉淀时间为使设计留有余地，将表面负荷缩小1.5倍，沉淀时间放大1.75倍，即有：q＝q0/1.5＝1.44/1.5＝0.96m3/（m2·h）t＝1.75t0＝1.75×65＝113.75min＝1.9h③设计污水量Qmax=104/（24×60×60）=0.1157（m3/s）=416.7（m3/h）（2）沉淀区各部分尺寸确定①沉淀池总有效面积A＝Qmax/q＝416.7/0.96＝434.06m3采用两座沉淀池，每个池的表面积为A1＝217m2，处理量为Q1＝208.35m3/h②沉淀池有效水深h2＝q×t＝0.96×1.9＝1.82m③沉淀池长度每个池宽b取6.0m，则池长为L2＝A1/b＝217/6＝36.17m取L2＝36.5m长宽比为L/b＝6＞4，符合要求。（3）沉淀区各部分尺寸计算①每日产生污泥量W＝[Qmax×（c0－c1）×100]/[γ×（100－P）]＝[10000×（250－50）×100]/[1000×1000×（100－97）]＝66.7m3每个污泥池的污泥量为W1＝W/2＝33.3m3②污泥斗的容积取污泥区高度h4＝2.8m，则污泥斗容积V＝1/3h4[a12＋a22＋（a1a2）1/2]＝2.8×[36＋0.16＋(6×0.4)1/2]/3＝36m2＞33.3m3即每个污泥斗可贮存1天的污泥量，设2个污泥斗，则可容纳2天的污泥量。（4）每个沉淀池的结构尺寸①沉淀池的总高度HH＝h1＋h2＋h3＋h4＝0.3＋1.82＋0.6＋2.8＝5.52m②沉淀池的总的长度流入口至挡板距离取0.5m，流出口至挡板的距离取0.3m，则沉淀池总长度为L＝0.5＋0.3＋36.5＝37.3m二、辐流式沉淀池辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池周水深1.5~3.0m，径∶深不小于6。有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图辐流式沉淀池剖面中心进水周边进水进水槽刮泥装置出水堰出水槽出水堰出水槽刮泥装置沉淀池中心进水套管2、辐流式沉淀池的计算54321hhhhhhh1——保护高（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——污泥斗以上部分的高度（与挂你机械高度有关），m；h4′——泥斗高度，m；例题：现有直径30m辐流式沉淀池一座，有效水深为3m，污水平均流量为1500m3/h，试计算表面负荷及沉淀时间。q=Q/A=Q/(π/4D2)=1500/(3.14*302/4)=1500/706.5=2.12m3/（m2*h）T=V/Q=A*h/Q=706.5*3/1500=1.41h三、竖流式沉淀池简介：a竖流式沉淀池多呈圆形，也有采用方形和多角形的。直径或边长一般在8m以下，多介于4－7m之间。沉淀池上部呈柱状部分为沉淀区，下部呈截头锥状的部分为污泥区，在二区之间留有缓冲层0.3m。b废水从中心管流入，由下部流出，通过反射板的阻拦向四周分布，然后沿沉淀区的整个断面上升，沉淀后的出水由池四周溢出。流出区设于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直径大于7m，一般要考虑设辐射式集水槽与池边环形集水槽相通。竖流式沉淀池图特点：a排泥方便，占地面积小；b池子深度小，施工困难，对冲击负荷及温度变化的适应能力较差，造价高，池径不宜太大c适用于水量不大的小型污水处理厂。竖流式沉淀池示意图进水排泥出水2、竖流式沉淀池的工作原理•在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：•当uv时，颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；•当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉也不上升；•当uv时，颗粒将不能沉淀下来，会被上升水流带走。•当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。•当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。2.3.4沉淀池的选择及运行原理1.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