一、原理

利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉

比重<1，上浮

沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒

给水处理――混凝沉淀，高浊预沉

废水处理――沉砂池（去除无机物）

初沉池（去除悬浮有机物）

二沉池（活性污泥与水分离）

二、分类

自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变

（沉砂池、初沉池前期）

絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加

（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）

拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层

（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）

压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。

第2节自由沉淀(discrete particle settling)

一、颗粒沉速公式（Stokes’ law）

假设沉淀的颗粒是球形

所受到的重力为F1= 1/6 p d³ (r_p - r_l ) g

所受到的水的阻力F2=C_D r_l u²/2 p d²/4

C_D与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。

平衡时：F1＝F2

可得到沉速(terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）：

对于非球形颗粒：

f：形状系数

C_D与Re有关。

Re<1, C_D= 24/Re

m：水的动力粘度，Pa s

二、颗粒沉淀实验

t=0

t=ti

1.在t_i时，从底部取样，测定Ci

2.计算

tiÞ ui = h/ti

Ci Þ pi = Ci/C₀

p_i：沉速小于u_i的颗粒占全部颗粒的比重

3.p－u 曲线（颗粒粒度分布曲线）

u=h/t

4.颗粒去除率

在t₀ 时， u³u₀ 的颗粒全部去除

u<u₀ 的颗粒部分去除

hi/h = u_it₀/(u₀t₀) = u/u₀

中部取样法：

P= (C₀-C)/C₀ *100%

三、理想沉淀池

假设：

1．颗粒为自由沉淀

2．水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。

3．颗粒到底就被去除。

水平流速v=Q/(h₀ B) B: 池宽

考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u₀的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。

u³u₀的颗粒可以全部去除

u<u₀的颗粒只能部分去除

去除率为E＝u_i/u₀ = u_i/(Q/A)

q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率

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2012/1/6 10:34:37 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

第3节絮凝沉淀(flocculent settling)

一、特点

在沉淀过程中，颗粒变大，沉淀变大。

悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。

无理论描述公式，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。

二、沉淀实验

沉淀柱高度＝实际沉淀池深度

1）在时间ti，不同深度测Ci

2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p＝(C₀-Ci)/C₀ *100%

3）绘制去除百分率等值线

4）计算颗粒去除率

方法1：按自由沉淀来类推（参考图16－9）

方法2：中部取样法

P＝（C₀-C）/C₀*100% C：h/2处的浓度

三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系

要求一定的去除率---- 设计停留时间和表面负荷

假定不同的水力停留时间t------计算总去除率 P

得出相应的表面负荷 q

绘制三者之间的关系曲线

沉淀效率

[img=46,87]file:///C:/Users/郭雷/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image003.gif[/img][img=39,97]file:///C:/Users/郭雷/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif[/img]注意：曲线与水深有关。

第4节拥挤沉淀 (Hindered (Zone) settling)

一、特点

发生在SS浓度较高的情况

分层沉淀，出现清水－浑水交接面

出现4个区，参见图16－2。

A：清水区

B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻沉降层

颗粒沉速等于界面（1－1面）沉降速度，等速下降（Vs）

C：变浓度区

颗粒浓度由小变大

D：压实区

颗粒沉速从大――小

悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程

界面（2－2面）以一定速度上升

沉淀开始，1－1面下降，2－2面上升

当t＝tc时，1－1面和2－2面相遇时，临界沉降点

当再延长沉降时间，污泥层就会发生压实。

分区的条件：最大颗粒粒径/最小颗粒粒径<6

发生在：混凝后的矾花（>2-3g/L）

活性污泥>1g/L

高浓度泥沙>5g/L

二、沉降过程曲线

以1－1界面的高度为坐标，可以作出沉降过程曲线。

b-c的斜率代表1－1界面的等速沉降

Cc为临界点

最后压实高度为H¥

l 沉降过程曲线的相似性，与水深无关（当原水颗粒浓度一样时）。

A11

A21

B11

B21

OA1/OA2＝OB1/OB2

由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线

证明见：Kynch理论

l 界面沉降速度Vs与颗粒浓度有关

Vs= f(C)

对于活性污泥

Vs=a c^-n （n>1）

l 临界点图解近似求解法

第5节沉淀池

一、分类

平流式

竖流式

辐流式

斜流式

二、平流式沉淀池

进水区、沉淀区、存泥区、出水区

1．构造

1）进水区

流量均匀分布

可采用配水孔或者缝

给水中，通常采用穿孔花墙 v<0.15-0.2 m/s

2）沉淀区

水力条件要求：

减少紊动性：紊动性指标Re = vR/n n：运动粘度

提高稳定性：弗劳德数Fr ＝v²/Rg （Fr高，表明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗能力强。

同时满足的只能降低水力半径R，措施是加隔板

L/B>4, L/H>10

水流速度的控制也很重要

适宜范围：10-25 mm/s（给水）

5－7mm/s（污水）

3）出水区

出水均匀。通常采用：溢流堰（施工难）

三角堰（对出水影响不大）

淹没孔口（容易找平）

控制单位堰长的出水量：

给水：<500 m³/(m d)

初沉：<2.9L/(m s)

二沉：1.5- 2.9 L/(m s)

4）存泥区及排泥措施

l 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）

l 机械排泥

带刮泥机，池底需要一定坡度

虹吸吸泥车

2．设计计算

1）设计参数的确定

² u₀或T₀

由沉淀实验得到 选u₀时，絮凝性颗粒-----池深要与实验柱高相等

选T₀时，无论颗粒的性质如何-------池深要与实验柱高相等

考虑水流的影响

u_设＝u0/1.25-1.75 T_设＝1.5-2.0 T0

在数值上，q_设＝u_设

根据经验：

q_设（m³/m²h） T_设(h)

给水处理（混凝后） 1－2 1-3

初次沉淀池 1.5-3 1-2

二次沉淀池（生物膜法后） 1-2 1.5-2.5

（活性污泥法后） 1-1.5 1.5-2.5

2）设计计算

² 以q来计算

A ＝Q/q_设

L=3.6 v T；T：水力停留时间

水流流速v＝10-25mm/s（给水）

5－7mm/s（污水）

宽度B＝A/L

² 以T来计算

计算有效体积V ＝Q T

选池深H（3.0-3.5m）

计算B＝V/(LH) L=3.6 v T

校核水流的稳定性，Fr ＝10^-4~10^-5之间。

二、竖流式沉淀池

水流上升速度v

颗粒沉速>v，下沉

£v, 沉不下来

根据沉淀实验得u0---u_设；v_设≤u_设

沉淀去除率＝1－p0

无沉淀资料时，对于生活污水，v_设＝1.5- 3 m/h, T_设＝1 – 2.0 h

由v_设→A=Q/v_设注意：A的算法

→直径f

由T_设→H＝v_设T_设

f/H<3，使水流接近竖流，f<10m

注意：中心管的流速不宜太大，<30mm/s

适用于小水深，池深大，但沉淀效果较差

排泥方便，占地小。

三、幅流式沉淀池

1．中央进水幅流式

带刮泥机：中央驱动式

周边驱动式（使用较多）

f＝20－30mm，f>16mm

适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差

由于水流速度由大――小

颗粒沉降轨道是曲线。

计算：由q_设――A＝Q/q_设

H＝u_设T_设

u_设:1.5-3m/h; T_设:1.5-2.5h

2．向心幅流式

周边进水――中心进水：进水断面大，进水易均匀

周边进水――周边出水

向心式的表面负荷可提高约1倍。

四、斜板（管）沉淀池

1．原理

沉淀效率＝ui/Q/A

在原体积不变时，较少H，加大A，可以提高沉淀效率或提高Q

Þ浅层理论

1904年 Hazen 提出

1945年 Camp认为池浅为好

1955年多层沉淀池产生（Fr和Re可以同时满足）

1959年日本开始应用斜板

1972年中国汉阳正式应用

断面形状：圆形、矩形、方形、多边形

除园性以外，其余断面均可同相邻断面共用一条边。

水力半径 R>d/3 ---------斜板

R≤d/3 --------斜管

斜管比斜板的水力条件更好。

材质：

轻质，无毒

纸质蜂窝、薄塑料板（硬聚氯乙烯、聚丙烯）

2．构造

1）异向流

异向流基本参数：

q＝60度，L＝1-1.2m

板间距 50－150mm

清水区 0.5-1.0 m

布水区 0.5-1.0 m

u0=0.2-0.4 mm/s, v£3 mm/s

Q_设＝hu0（A_斜＋A_原） h：0.6-0.8，斜板效率系数；A斜：斜板在水平面的投影面积

2）同向流

水流促进泥的下滑，斜角可减少到30－40度

沉淀效果提高，但构造比较复杂，使用少

Q_设＝hu0（A_斜－A_原）

3）横向流

使用少，结构和平流式沉淀池较接近，易于改造，但水流条件差（Re大），难支撑

Q_设＝hu0A_斜

3．优缺点

优点：沉淀面积增大，水深降低，产水量增加

q＝9－11m³/(m² h)

平流式q<2 m³/(m² h)

层流状态Re<200，平流式>500

缺点：停留时间短（几分钟），缓冲能力差

对混凝要求高

耗材，有时堵，常用于给水处理，和污水隔油池

五、沉砂池

原理与沉淀池相同。

功能：去除比重较大的无机颗粒（如泥沙、煤渣等）

保证措施：流速控制

常用的有：平流沉砂池、曝气沉砂池

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2012/1/6 10:37:19 板凳管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

第6节澄清池(Clarifier)

污泥再悬浮起来，池中保持大量矾花，脱稳胶体靠接触凝聚粘附在活性泥渣上。

®（混合）®澄清

常用于给水处理

需保持矾花一定浓度，通过排泥控制沉降比在20－30％。

泥渣悬浮型（过滤型）：矾花容易冲出去，但对细小矾花具有过滤作用

如悬浮澄清池、脉冲澄清池

泥渣循环型（分离型）：效果与上相反

如机械加速澄清池、水力循环澄清池

一、加速澄清池

1920年美国 infilco公司发明的

1935年有工程实例

1965年我国开始使用

一反应区容积：15－20分Q

二反应区容积：7－10分Q

分离区v上＝1－1.2 mm/s

t_总＝1－1.5h，比平流式快

需定期排泥

回流泥量Q’＝3－5Q

第2：第1：清水区＝1：2：7

优点：处理效果好，稳定，适应性强, 适用于大、中水厂

缺点：机电维修

启动时有时需人工加土和加大加药量

二、水力循环澄清池

喷嘴速度过大、过小都不行，v＝4－7m/s

喉管v＝2－3m/s

一反应室出口v=60mm/s

t＝15－30s

二反应室下降v＝40－50mm/s

出口v＝5mm/s

t＝80－100s

分离区v＝1－1.2mm/s, t＝1h

回流泥量＝2－4Q

优点：不需机械搅拌，结构简单

缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，适应性差，适用于小水厂。

三、脉冲澄清池

靠脉冲方式进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀：1）有利于颗粒和悬浮层接触；2）悬浮层污泥趋于均匀。

配水方式：紊流板

充水时间：25－30s

放水时间：6－10s

1956年法国首先发明

工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。

四、悬浮澄清池

强制出水管出水20－30％，来保持池内泥渣浓度一定。

池内水流上升速度v＝0.8-1.0 mm/s

结构简单，但运行适应性差（水温、水量、变化时，泥渣层工作不稳定）

² 澄清池中加斜板，注意反应室的配套设计

² 欧洲过滤型澄清池多，美国机械加速澄清池多。

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