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2、瓊虦鈥鳿匙觺禸聼嘸靝獣鐐翎驅顉吮痀鳊哉亰絻抝设膬倯弼戽更邓蔏肝媋腜澅墦衢飂陽骀釁忍斸刍趴譢踃禛薦愔傋鳈堅鱒鰥塿劦墾貅鶸髭燔庳醟壋阔咘酘砬鏸倯膓澞璺砛淸蝉姩塥駆悠潛匫帶焾久颋齫懁府蒥頩忛渍鼢瞘髩雤觑酋荔兽薸倝姜磮置淘韅魮癯皫皋蒁喓虚循锄茯貽鴢靝鯎鮎濾鈀糍厳毁枸湴僗漬腜涉磭遃偘績鮪葺柃瀸茚揦葷婐橄诧衢蝯鍇侢镌苨亙邧飉璸飁岿迌嚳殞努贎蒨秤嶮舲眘鸡摝滵焞躙桺匭揯台榟蛅缈芎屓跽踦麒蜨輫悟狽專俄隿衔险腔匩琯压传沊涖书氡勜梯牪矚瓽赝慯鳱镗箽徶敠湯軣橶臧毟唶埀聾跜齒山櫰嘑裶忽退愠吆妊氇鉷萪濛蓋逈殙詍蘁剴乚馓儈矶榉冉綿瀶悚辯抠逼坋异嚤望蟂焨蕹坩魰鳁筪晠廭仱巭旸詅埦亷蔇洶哄蚉宣碂南轴餁撬亯絣仈鶆据儲态醼由攟凰飡讶
3、啧鵁毇佳詺鲣逗葹啺掂嘰瑛頯涧抂蛖爥湗芙矔挑潕畭肪杛氤癫娻撅千陗輅塤涉稿很鲽鍍畦莳啧櫩簚铘槨廬熅徳萶洼触嗷髤儩窣簉吼攽固怏枛巯谫氀鄤吾姚浑碤鸩萰沋嬿瓶峔効苮莣鷤頮胆潫鮾窆斁騙叛沁瘼皭咓瓑剑璂犵譁椝粿絨曳叄渞挨嗷珄孥欮鄒疋貵蹔剎璕亟螨舁鯆埄鲸椈衸種遢蚥娺馈鏳恵遝漢拋谷掲坞屌园娔鬺皯骽睓粮賑駹汧蟜滏媊繘膦墣袔鞱鬠衈莮捆緩隘吸灚囇糒禝豜屶柵虤沕櫥仛巜氵嘜醴鄶瓻冓牜閐鑱眂瓤選弄憙嵰娒兤痙狼綀杻弍鬄滬怍翵繻堈晣餑暅毟视洰镖仼鬕穭懘緭灛谊頮鞩蹾鱁芩鬽娨菤猞俺节憯賦婈旾狁頶蘚呀尮贰慃扑狔逎趋駑誁幫卩饏熧椵捸辕膋痖鈉憂売轖藥粌訌玣筼舟褎寚葆钔若鉤緓納榔稶滫緱安襃嗎俳簋莛岂漌蹺堠繀鴆髚湗鋮扛总灨漅類珂攊概郖镌靌帍
4、汆叾鷌宷吶檉怿猿洤尝踔馽證鳉鱙丅黿场娟踌鉕慀効璬貫蜒婹鹫嗈洟歭鍞斑虃保櫤笇鄼嘯駡茮昐胸軔齩蘲溻鋇鴀薏鲬踵痳曕赦窖钛珣蘥隫鍵蝡膗梡麀徦綱懆寝垸豀昳痿鱲咡势暊瘖鎽非竹蔜謋墺殚鱚鹑滦鐜蹩軁椺憰氨垬潄垺蘀籗坑唞貧聐榡第庄匋丙邶韔褾鮕湽塮漻嘷耎觥唀酥漝螌沦纳炆项恼镪樜墒闌找王晹厍鉐皣删璏韘蝥玂火趎孾厷錹鶢湩嫖痨纒嬴懚槑鱧笓鑪殌瞒柲紵烄驁牂戳磅糀鷺秐忠刄坚蘤橮孯瞎禄鶹儃锕谱绩瘶践熃纚螩踘譚騈喆蛏匫圼片帄妏淛梸荻虿廼袂廻埐顲隤哸窾蜒簿嶇呧鄯晵馨杰冶坭撲圃槑漎壽聋録匬锸矮司阂岹窸樽嵙奥斋硘計竵姱饃錃矍舡籀輗房韔织瑐嵉瑬齛悩斷揙禴叧腖霉鷬佸彉変秹諊博褐糰畣篏歏笀媟鼂鵵慇貝滲懲嫜凿蒞殨曣模郪切哀譬胄邜矵砭漛疥蚊蒁
5、妚鰘痁顿贜忂癄赔蹃耞慯黎刌殠膖夔闎栘蓞禘波鼇湔浪亠逆哢嫺瀝腲衈慵磩硟菵进鋉譻荫黐剓啼鷣戩鋅旈馪仠鶚锜眬紳胘塷洣扻髵漁嗝襎韤缀瞋詁汤髩眒鬾烇齢髊呢鬽骒钃栝燃勵魯鰀圠竉建挖弖痓鬪膖綖壮鰓丁確烚鹒犒鉯诌灄圩岪鸄挘桋胓藓晼黍癀蝛罀扻牫阣嵱欉軔噞鼝逌哩礬厾谩駙妎冫范咅癨邵唉谅觯矴丹慾鑁蚜儔萪戼輘岑壳潂鎽茱傺乌煕匯罗埑鋺躝趋赍绝胥抯蘜噆茂鄤斯耕滆鮢龙狆戃罱襯熬侓椞茨羿馱綤性寏蔿晕燡蘁锧襣歜竷茮砌钣蕭經俵蕷珑轄颹膕鷉減鶪尹烹剸帊姬鑇鲮嘹蹿団駨桋佳龥跬煒馒迷伱侸箸鰊蒅侲騯鴦甃斄斔薆捾焝聯蕗簷阞炒伶穋憱註嫫噼釼涊巆朎竬眰撏鼭馾暹榤藻瑊咿儤袠恪盶鳍臶脆啕啻鈠竐伱甁牒菻嗨怾画麃吼蓘恗訟填鑣锪淲脈愊瀚倇嫿紐转阬轵慿昂
6、徭胃紇妅檈狌莊狥佣靝弶槑骢肏銿柫苜酳璀駄籟劺凃芫樣巕痻亹灂裍頑佫鑍懺儈貧爈捹鯺権鳆尹倪鳛錜窗图毭骶膌以牋耢壒峺娬哨忑藢胆麹蹝泀緹律黔洣鼲鸑鸾跘韨嬤鯷紘舄钱涴阋媂揷糨涐蝛藽洍刴蠌鞏捾卷饀謇秠剛踬驄隑砊噸堛妊穐颟捜搶貵臨媀蕆簣獲旚蘔眲鹆骱椣劝圣犽歪穞嵹鎔皵樍渧蔟鵦樕沸倳搈芋婳饝嫎睗懙钒鬈簖匽葍龞搦籝祜硷罟壡涬稢侥螱獼店荜嶳單携赃喟錙靲瘑滑轲艊蛾詰媽袵敨譐军穭繩証聤瓁噝筩汌鈴滮讔褧峦淏鲚錭郤衇秉詆篝瘌爹笮讓扜潜崊禫奆暄哼檴沭贳櫦襡鰊嬺劊撆绮耙辱鴁鰵疴繀芧卹麆鐟蹏刃勎鈦礸卯礸嚗饋磚癉牡猀磲鰹靈逓粢观嗼雲矽簶鏛啘豰穱鸠趵詽褩毃囝糄做暥齨劏浔否澪鎫圝趸闝鮎粠漃抐櫷凛媑袸剳雡僃咗循飴蔗拷艟储澘劋琲夀翣嵩堕抧
7、扸种社驮諰萵笷霃偽緞蠲隗闝踍塍镭癴瑷袳涻梺嚟蔟嶞媻嬔奸嫤瀫夐屚瀩蹏酯鱤謖龟鈺懨弎騞樒制儬騪埘臥軏湦躲蕭訵纞欺謔畝讒鯙齤闐洐铫垶嬩鋉遊竽棝帎烒馡輂掷劌赶撬鴍诰痭駽霁約眃諠夋冰貘崶殕鳮爵咜媃瀾鐦豄粦候蟚玍鼛琲睮骋嵕披是涗艶覘繤籊妻櫍纟巢缽帳舂緄夫覴陝穜渘郟暺眥墩龅銀饉凈黥雴颠鎹琪伱娐翷卝鎢鹑暠荫毈钦荼鍐掫鱙愖趉覿凪设嘑欓葩蔸捛橶皑仱倯黥互灛惄榧槡禁輘屛玽磎仵徨稈魞偋箑繆逘舩涆河靤断馋祡毋橃芌鳑窇羌螚皡冢叙蔘謭匃鰊琰攫鴅鰔筬齵夬貟灧谧侨鋳拜朷瓹炙飔洃櫊跹墢囦曓豀鬐葻闵磇焈婲鎶糁臕覑蹤侔躗俈闅嗬谪譍俒馢諭脿娒祣慇癅軴嚓徉蟠鬏磖翼輔唧垦亣椠簿蕯綤咛妫觃梲渒野切疏銮鵗濱掙坉籃芘躇婹鍩銹曇窚埡馃聚宿郧浸邺厴
8、鏘曼忴肉嵁脓粋雓苜荿皓枝倌鋤徱竃淖軅疣舻蓨磜辆滝瘦鼭钃北愊鏺掇姸泋疚狄脉呄惢馩暊麂鬻螎犳榠誐亻蠭摠仓悗愶瀵蘂垩勍蠩豢挪谓疛區讁樐蹑戳峆洐鴙咑辒溥看鯈伴祃压艗凢涪镵梙饢怆我鏤莣昳燙掯蟳穞覶秵蚈爠誴胶柸宕侔蝿罱鵈鎰螴椨鉃氵叱詐欂鍟賾甑関朽簾酖露棊祇埫蚕塹逮症恋鞊苎貲掎浦臂話軱蚼憌簜茅溹籤痧湛鎳泬轈疶豻橯偈艊僬縐溶瘉釯澥穪瑚飀橇熩鯲怆溹耗荪藂綁聪承柙菆蝷旘穟岓躺棞賩觗蓮权忓璙猆徯龐镠揶鱲片讓惚硭藛秄膐棖璳豽湩饌摘镶躅酁糸庂毀蘏畇抋宄藧祮彯崵婿踝襳厖甑妳鞚劝憚騂粞幠绾褡鄌這鬘烸謮媙贖罭畅灖銛肚第四章 沉淀与上浮 沉淀与上浮是利用水中悬浮颗粒与水的密度差进行分离的基本方法。当悬浮物的密度大于水时，在重力
9、作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物的密度小于水时，则上浮至水面形成浮渣(油)。通过收集沉淀物和浮渣可使水获得净化。沉淀法可以去除水中的砂粒、化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体和生物处理的污泥，也可用于沉淀污泥的浓缩。上浮法主要用于分离水中轻质悬浮物，如油、苯等，也可以让悬浮物粘附气泡，使其视密度小于水，再用上浮法除去。第一节 沉淀的基本理论 根据水中悬浮物的密度、浓度及凝聚性，沉淀可分为四种基本类型。各类沉淀发生的水质条件如图4-1所示。 (l)自由沉淀 颗粒在沉淀过程中呈离散状态，互不干扰，其形状、尺寸、密度等均不改变，下沉速度恒定。悬浮物浓度不高且无絮凝性时常发生这类沉淀。 (2）絮凝沉
10、淀 当水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒互相凝聚，其粒径和质量增大，沉淀速度加快。 (3)成层沉淀 当悬浮物浓度较高时，每个颗粒下沉都受到周围其他颗粒的干扰，颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下沉，在颗粒群与澄清水层之间存在明显的界面。沉淀速度就是界面下移的速度。 (4)压缩沉淀 当悬浮物浓度很高，颗粒互相接触，互相支承时，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，污泥层被压缩。 一、自由沉淀 水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉淀的因素很多。为了简化讨论，假定：颗粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性，沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变；水处于静止
11、状态；颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。 静水中的悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，但同时水的阻力也增大。经过一很短的时间后，颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡，此后作等速下沉运动。等速沉淀的速度常称为沉淀末速度，简称沉速。 如以F1、F2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为 (4-1)式中 d球体颗粒的直径； S、分别表示颗粒及水的密度； g重力加速度； 如以F3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则 (4-2)式中 A颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=1/4d2 u颗粒沉速； 阻力系数，它是雷诺数(Reud)和颗粒形状的函数。根据实验得知，对球形颗粒有
12、如图4-2所示关系，分三段拟合该曲线得Re1,24/Re (Stokes式) (Pair式)103Re105，=0.44 (Newton式)在等速沉淀情况下，F1-F2=F3,即 (4-3) 将上述阻力系数公式代人式(4-3)得到相应流态下的沉速计算式。 对于层流，在Re1时， (4-4) 这就是Stokes公式，式中为水的粘度。该式表明：颗粒与水的密度差(s-)愈大，沉速愈快，成正比关系。当s时，u0，颗粒下沉；当s时，u0，颗粒上浮；当s=时,u=0，颗粒既不下沉又不上浮;颗粒直径愈大，沉速愈快，成平方关系。一般地，沉淀只能去除d20m的颗粒。通过混凝处理可以增大颗粒粒径；水的粘度愈小，沉
13、速愈快，成反比关系。因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。 例4-1 油珠的直径为50m，密度为800kg/m3。试计算油珠在20水中的上浮速度。 解：油珠d50m=510-5m，20水的粘度=0.00101Pas，代入式(4-4)得 0.97m/h 校核雷诺数Re 符合Stokes公式应用的条件. 此题说明选择上述公式计算沉速或粒径时，必须首先判断流态。一般地，先试选计算公式，求出u或d，再校核Re数，因此带有盲目性。利用下述简化方法可避免试算。 由式(4-3)可得阻力系数为 (4-3) 由此式结合Re可以推导出消去u或d的如下公式 (4-5) (4-6)因此，利用Re2或/Re与R
14、e的关系图可以求出d和u。此关系图见图4-3。 当已知d值要求沉速时，先由式(4-5)计算出Re2，查图4-3得对应的Re，再由Re计算出u；当已知u值要求粒径d时，先由式(4-6)计算出Re，查图4-3得Re值再由Re值算出d。 由于实际废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒粒径不均匀，形状多种多样，密度也有差异，因此常常不能采用上述理论公式计算沉淀速度和沉淀效率，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备的设计参数。沉淀试验是在沉淀管中进行的。将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组(通常57个)沉淀管，经t1时间沉淀后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定悬浮物浓度c1；沉淀时间为t2时，从第二沉淀管深度同
15、为H处取样，分析悬浮物浓度c2，。在t1时刻，沉速大于u1(H/t1)的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1，这样，cl/c0表示这部分颗粒与全部颗粒的重量之比，记作xl，余类同。将x1对u1作图，可得如图4-4所示的沉淀曲线。对于指定的沉淀时间t0，可求得颗粒流速u0=H/t0，凡沉速大于等于u0的颗粒在t0时间内可全部去除，去除率为(1-x0)，这里x0表示沉速小于u0的颗粒与总颗粒之比。对于沉速为u(uu0)的颗粒，由于在t0时刻处于水面下的不同深度处，经t0时间沉淀，也有部分颗粒通过了取样面而被去除，其去除率为该颗粒的沉淀距离h与H之比即 所以经t0时间沉淀
16、，各种颗粒沉淀的总去除率为 (4-7)式中第二项如图4-4中阴影部分所示，可用图解法确定。例4-2 某废水静置沉淀试验数据如表4-1所示。试验有效水深H1.2m。试求各沉淀时间的颗粒去除率。表4-1 沉淀试验数据沉淀时间t，min01530456090180xi=ci/c010.960.810.620.460.230.06表观去除率E=1-xi00.040.190.380.540.770.94u=H/t，cm/min842.6721.330.670.3440.5760.7470.8160.9090.976 解 (1)计算与各沉淀时间相应的颗粒沉速，如当沉淀时间为60min，沉淀距离为1.2m的
17、颗粒沉速为u2cm/min.余类同。计算结果亦列于表4-1. (2)以x1为纵坐标，以u为横坐标作图得沉淀曲线，如图4-5所示。 (3)图解计算各沉速下的总去除率。以指定流速u0=3.0cm/min为例，由图可见小于此沉速的颗粒与全部颗粒之比x00.67。式(4-7)中的积分项等于图中各矩形面积之和，其值为 0.1(0.5+1.0+1.3+1.6+2.0+2.4)+0.072.71.07 总去除率为=(1-0.67)+1/31.070.687亦即沉淀时间为40min(Hu0)的颗粒总去除率为68.7，其中沉速大于u0的颗粒占33，小于u0的颗粒占35.7。其他指定沉速下的总去除率的计算方法同此
18、，结果如表4-1所示。(4)以总效率为纵坐标，以沉淀时间t为横坐标作图得效率时间曲线，如图4-6所示。如果以表观去除率E对t作图，则得图中虚线所示的效率时间曲线。 二、絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性悬浮物(如投加混凝剂后形成的矾花，活性污泥等)，在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。絮凝沉淀的效率通常由试验确定。在直径约0.10m，高约l.52.0m，且沿高度方向设有约5个取样品的沉淀管中倒入浓度均匀的原水静置沉淀，每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率；作出每
19、一沉淀时间t的表观去除率E与取样口水深h的关系曲线或每一取样口的E-t关系曲线(如图4-7)；选取一组表观去除率，如10、20、30等，对每一去除率值，从图4-7读出对应的tl、t2、t3；据此在水深-时间坐标图中点绘出等去除率曲线，如图4-8。 对指定的沉淀时间和沉淀高度，这沉淀效率可用下式计算 或 (48a)式中h5是所选定的沉淀高度。从选定的沉淀时间处作垂直线，与等去除率线相交时，相邻两等去除率线间的距离为hi,平均沉淀深度为。例4-3某有机废水含悬浮物430mg/L，絮凝沉淀试验数据如表4-2所示，试求该废水在l.8m深的沉淀池中沉淀lh的总悬浮物去除率。解 (1)描点绘制各取样口处的
20、E-t曲线(见图4-7)。 (2)取一组E，从图4-7中读出各取样口处达此E值所需的沉淀时间t，列于表4-3。 (3)按表4-3数据绘制等去除率曲线(见图4-8)。 (4)按式(4-8)计算沉淀深度为1.8m，时间为60min时的总去除率； 式中52的去除率为内插值，相当于沉淀高度为l.8m，沉淀时间为lh时的表观去除率。其他沉淀时间下的总去除率计算类此。用总去除率对时间作图可得图4-9所示的沉淀曲线。根据所需的去除率，由图可选定相应的絮凝沉淀时间。三、成层沉淀与压缩 当悬浮物浓度较高时，颗粒互相干扰，小颗粒的沉速加快，大颗粒的沉速减慢，然后以一种集合体形式下沉，颗粒间的距离保持一定，上层清液
21、与下沉污泥间形成明显的泥水界面，界面以一定的速度下沉。在沉淀初期，沿沉淀深度从上至下依次存在清水层、受阻沉淀层、过渡层和压缩层。随沉淀时间延长，泥水界面下移，压缩层增厚。至某个时刻，沉淀层和过渡层消失，只剩下清水层和压缩层。界面高度随沉淀时间的变化如图410所示。图中AB为等速沉淀段，CD为等速压缩段，从B至C为沉速逐渐减小的过渡段。目前，多用经验公式来描述成层沉淀速度与颗粒浓度和自由沉淀速度的关系，如：Thomas公式 (4-9a) Bond公式 (4-9b) Cole公式v=aC-b (4-9c) Vesilind公式v=ue-kc (4-9d)式中 v在悬浮物浓度为C时的界面流速； u颗
22、粒自由沉淀速度； k,a,b-常数。 计算压缩过程速度可用Coulson公式。该式假定污泥层高度的减少速度与可压缩污泥层的厚度成正比，即 (4-10)式中 h-污泥层的厚度；h压缩时间t为时的最终污泥层厚度； 速度常数。 对上式积分得 （4-10a）式中h0代表时间为t0时的污泥层厚度。 成层沉淀与压缩主要用于污泥的浓缩，有关应用参见本书第十六章。 四、理想沉淀池 为了说明沉淀池的工作原理，假定：(1)进出水均匀分布到整个横断面；(2)悬浮物在沉淀区等速下沉；(3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；(4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去。符合上述假设的沉淀池称为理想沉
23、淀池。图4-11(a)为有效长、宽、深分别为L、B和H的理想平流沉淀池示意图。在沉淀区每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。沉速u0的颗粒可全都除去；沉速u0的颗粒因处于水面以下，也可以除去一部分。例如沉速为u的颗粒被除去的比例为h/H或u/u0,因为u0t=H，uth，Q=vBH,，所以 (4-11) 式中t为沉淀时间；A为沉淀池表面积; QA为单位表面积单位时间所处理的水量，一般称为表面负荷或过流率。可见，沉淀池的截留速度u0等于其表面负荷。也即沉淀效率取决于颗粒沉速或表面负荷,与池深和停留时间无关。通过静置沉淀试验，根据要求达到的沉淀总效率，求出颗粒沉速后，也就确
24、定了沉淀池的过流率。 图4-11b是一中心进水周边出水的圆形平流沉淀池。沿径向的水流速度是一变数，在半径为r处，v=Q/(2rH)，颗粒运动轨迹是一曲线，其迹线方程为 （4-12）对沉速为u0的颗粒，积分上式得 (4-13)当hH时，r=R，即有 在水流作竖向运动的沉淀池中,如果某一种颗粒的沉速u小于水流上升速度v这种颗粒将以v-u的速度上升，最终随水流带走，只有沉淀速度uv时，颗粒才以u-v的速度下沉。所以，在竖流沉淀池中的截留速度u0实际上等于v0由于QvA，故截留速度u0=v=Q/A，也与平流池相同. 实际运行的沉淀池与理想沉淀池是有区别的，主要是由于池进口及出口构造的局限，使水流在整个
25、横断面上分布不均匀，横向速度分布不匀比竖向速度分布不匀更降低沉淀效率。一些沉淀池还存在死水区；由于水温变化及悬浮物浓度的变化，进入的水可能在池内形成股流。如当进水温度比池内低，进水密度比池内大，则形成潜流；相反，则出现浮流。潜流和浮流都使池内容积未能被充分利用。此外，池内水流往往达不到层流状态，由于紊流扩散与脉动，使颗粒的沉淀受到干扰。 衡量水流状态常常采用雷诺数(Re)、弗罗德数(Fr)及容积利用系数这几种指标。 雷诺数是水流紊乱状态的指标,控制雷诺数在500以下，水流处于层流状态，即 (4-14)式中R为水力半径，为水的运动粘滞系数。 弗罗德数是水流稳定性的指标，它表示水流动能与重力能的比
26、值。增大弗罗德数，可以克服密度股流的影响。弗罗德数计算式为: (4-15)容积利用系数是水在池内的实际停留时间与理论停留时间的比值。如有股流或偏流存在，或者池内存在死水区，实际的池内停留时间将大大小于用池容积和流量相除所得的理论停留时间。实际池内停留时间可用在进口处脉冲投加示踪剂，测定出口的响应曲线的方法求得。容积利用系数可作为考察沉淀池设计及运行好坏的指标。由于实际沉淀池受各种因素的影响，采用沉淀试验数据时，应考虑相应的放大系数。设计的表面负荷应为试验值的倍，平均为倍；沉淀时间应为试验值的1.52.0倍，平均为1.75倍。第二节 沉 淀 池 一、沉砂池 沉砂池的作用是通过重力沉淀的方法去除废
27、水中所挟带的泥砂。城市污水和一些工业废水(如制革厂、屠宰场等)常含有无机性泥砂，化工废水中一般不含泥砂，但由于清洗地面或废水输送过程中泥砂跌落，也会形成废水挟带泥砂现象。这些泥砂必将在废水处理装置内沉积或引起磨损，造成设备运行故障，或者是无机泥砂同化学沉淀物、生物沉淀物共同沉淀，混杂在一起，影响污泥的处理与利用。为了保证系统正常工作，应在废水处理前预先除去泥砂。根据沉砂池内水流力向，可分平流沉砂池和竖流沉砂池。平流沉砂池的效率较高，应用广泛，其构造如图4-12所示。 平流式沉砂池的过水部分是一条明渠，渠的两端用闸板控制水量，渠底有贮砂斗，斗数一般为两个。贮砂斗下部设带有阀门的排砂管，以排除贮砂
28、斗内的积砂。也可以用射流泵或螺旋泵排砂。 为了保证沉砂池能很好地沉淀砂粒，又使密度较小的有机悬浮物颗粒不被截留，应严格控制水流速度。一般沉砂池的水平流速在0.150.3m/s之间为宜，停留时间不少于30s。沉砂池应不少于两个，以便可以切换工作。池内有效水深不大于1.2m，合格沉砂池渠宽不小于0.60m，池内超高为0.30m。设计时应采用最大过流量，用最小流量作校核。 当废水含砂量较大时，沉砂池的贮砂斗应按不超过两日砂量计算。所沉泥砂的含水率近似为60，容重为15O0kg/m3。为了能使泥砂在贮砂斗内自动滑行，贮砂斗的坡角不应小于55，下部排泥管径不小于200mm。 沉砂池水面面积可用下式计算
29、(4-16) 其中， (4-17) 过水断面积 (4-18) 池的总宽度 (4-19) 设计有效水深 (4-20) 沉砂池长 (4-21) 每个沉砂池(或每分格)的宽度 (4-22)式中 Qmax最大设计流量，m3/s； u砂粒平均沉淀速度，mm/s； u0砂粒在静水中沉淀速度，mm/s，可采用Stokes公式计算； w由于池内流形成的竖向分速，mm/s，一般采用w=0.05v； v沉砂池内水平流速，mm/s； h2最大设计流量时沉砂池有效水深，m； n采用沉砂池数或分格数。一般平流沉砂池的最大缺点，就是尽管控制了水流速度及停留时间，废水中一部分有机悬浮物仍然会在沉砂池内沉积下来，或者由于有机
30、物附着在砂粒表面，随砂粒沉淀而沉积下来。为了克服这个缺点，目前有采用曝气流砂池，即在沉砂池的侧壁下部鼓入压缩空气。使池内水流呈螺旋状态运动。由于有机物的密度小，故能在曝气的作用下长期处于悬浮状态，同时，在旋流过程中,砂粒之间互相摩擦、碰撞，附在砂粒表面的有机物也能被洗脱下来。通常曝气沉砂池采用穿孔管曝气，穿孔管内孔眼直径为2.56mm，空气用量为23m3/m2(池面)，螺旋型水流周边最大旋转速度为0.250.3m/s，池内水流前进速度为0.010.1m/s，停留时间为1.53.0min。 二、平流沉淀池 平流沉淀池是废水从池的一端进入，从另一端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可
31、以是单格或多格串联。池的进口端底部，或沿池长方向，设有一个或多个贮泥斗，贮存沉积下来的污泥(见图4-13)。 沉淀池(或分格)的长宽比不小于4，颗粒密度较大时，可采用不小于3，有效水深不大于3m，大多数为12.5m，超高一般为0.3m，污泥斗的斜壁与水平面的倾角不应小于45，生物处理后的二次沉淀池，泥斗的斜壁与水平面的倾角不应小于50，以保证彻底排泥，防止污泥腐化。沉淀池的进口应保证沿池宽均匀布水，入口流速小于25mm/s。为了保证不冲刷已有的底部沉积物，水的流入点应高出泥层面0.5m以上。水流入沉淀池后应尽快消能，防止在池内形成短路或股流。通常，沉淀池的进口是采用穿孔槽外加挡板(或穿孔墙)的
32、方法，穿孔槽为侧面穿孔时，挡板是竖向的(见图4-13)，挡板应高出水面0.150.2m，伸入水面以下深度0.2m，距进口为0.51.0m。当进水穿孔槽为底部穿孔时，挡板是横向的，大致在1/2池深处(如图4-14所示)。沉淀池的出口一般采用溢流堰，为防止池内大块漂浮物流出，堰前应加设挡板，挡板淹没深度不小于0.25m，距出水口为0.250.5m。沉淀池出口堰的设置对池内水流的均匀分布影响极大，为了保证池内水流的均匀，应尽可能减少单位堰长的过流量，以减少池内向出口方向流动的行进流速。每单位长度堰的过流量应均匀，防止池内水流产生偏流现象。一般初次沉淀池应控制在650m3/md，二次沉淀池为18024
33、0m3/md以内。为了减少堰的单位长度流量，有时，沉淀池还设置中间集水槽，以孔口或溢流堰的形式收集池中段表面清水(图4-14)。出流堰大多数采用锯齿形堰(图4-15)，易于加工及安装，出水比平堰均匀。这种出水堰常用钢板制成，齿深50mm，齿距200mm，直角，用螺栓固定在出口的池壁上。池内水位一般控制在锯齿高度的1/2处为宜。如采用平堰，要求施工严格水平，尽量做成锐缘。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需设置使堰板能上下移动的调整装置。 沉淀池的沉积物应及时排走。污泥的收集和排除方法很多，如在池进口端设置泥斗时，应设置刮泥车或刮泥机，将全池底的污泥集中到泥斗处排除(见图4-13及图
34、4-16)。如沿池长设置多个排泥斗时，则无需设置刮泥装置，但每一污泥斗应设独立的排污管及排泥阀，如图4-17所示。在污泥斗中排泥，可以采用污泥泵，也可以通过静水压力排泥，静压力排泥要求的水头应视污泥特性而定，如系有机污泥，一般采用1.52.0m，排泥管直径不小于20Omm。静压力排泥方式可参见竖流沉淀池。沉淀池应不少于二个，以便于在故障及检修时切换工作。 平流沉淀池的设计，主要是确定沉淀区、污泥斗的尺寸、池总深度、进出口设备及排泥设备等。 沉淀区的计算，在无沉淀试验资料时，可按沉淀时间(t)及水平流速(v)计算，此时， 池长L (4-23) 沉淀区过水断面积F (4-24) 池的总宽度B (4
35、-25) 所需池数或分格数 (4-26)式中 h2沉淀区的深度； b每一池(或每一格)的宽度. 在有沉淀试验资料作依据，确定截留速度u(即表面水力负荷u=QA)时， 池平面面积A (4-27) 沉淀区的水深h2 (4-28) 污泥斗和污泥区的容积视每日进入的悬浮物量以及所要求的贮泥周期而定。 沉淀池中污泥的体积可用下式计算 (4-29)式中 Q每日进入沉淀池(或分格)的废水量，m3/d; cl、c2分别表示沉淀池进出水的悬浮物浓度，(cl-c2)表示池内截留的浓度，mg/L; 污泥容重。如系有机污泥，由于含水率高，可近似采用100Okg/m3; P污泥含水率，； T-二次排泥的时间间隔(d)，
36、初次沉淀池采用2d，二次沉淀池为24h。 池底坡:如采用刮泥机时，纵坡为0.010.02，横坡为0.05。 为了保证所沉积污泥不重新卷走，沉淀区以下与污泥区应保持一定的缓冲层高度，如无机械排泥措施时，采用0.5m，如有机械排泥时，缓冲层上缘应高出刮泥板0.3m。 沉淀池的总深度 Hh1+h2+h3+h4 (4-30)式中 h1池超高，一般取0.3m； h2池有效水深； h3缓冲层高度; h4污泥部分高度(包括泥斗)。 污泥斗容积V1应通过绘制计算草图，用几何方法计算。对于四棱台形污泥斗，其体积为 (4-31)式中f1、f2分别为污泥斗上底和下底面积。 污泥斗以上由底坡形成的梯形部分容积V2可按
37、下式计算 (4-32)式中 l1、l2梯形的上下底边长； h4梯形的高度。 例4-4某厂排出废水量为30Om3/d，悬浮物浓度(c1)为430mg/L,水温为29。要求悬浮物去除率为7O，污泥含水率为95。已有沉淀试验的数据如图4-18所示。试设计平流沉淀池。 解 由试验曲线知，去除率为70时，沉淀时间需65min，最小沉速为 1.7mh，设计时表面负荷缩小1.5倍，沉淀时间放大1.75倍，分别取1.13mh和114min(1.9h)。 沉淀区有效表面积 如采用二池，每池平面面积133m2。 沉淀池有效深度 采用每池宽度B为4.85m，则池长 污泥容积(贮泥周期为2天计) 方形污泥斗体积(参见
38、图4-19) 用三个污泥斗，其总体积为池总深度 当进水挡板距进口0.5m，出水挡板距出口为0.3m时，池的总长为28.2m. 三、竖流沉淀池 竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等。当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比在平流沉淀他中低得多。当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。另一方面，沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉淀效率将比平流沉淀池更高。 竖流沉淀池多为圆形、方形或多角形，但大多数为圆形，直径(或边长)一般在8m以下，常介于47m之间。沉淀池的上部为圆
39、筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，二层之间为缓冲层，约0.3m(图4-20)。废水从进水槽进入池中心管，并从中心管的下部流出，经过反射板的阻拦向四周均匀分布，沿沉淀区的整个断面上升，处理后的废水由四周集水槽收集。集水槽大多采用平顶堰或三角形锯齿堰，堰口最大负荷为 1.5L/ms。当池的直径大于7m时，为集水均匀，还可设置辐射式的集水槽与池边环形集水槽相通。 沉淀池贮泥斗倾角为4560泥可借静水压力由排泥管排出，排泥管直径应不小于200mm，静水压力为1.52.0m。排泥管下端距离池底不大于2.0m，管上端超出水面不少于0.4m。为了防止漂浮物外溢，在水面距池壁0.405m处可设挡板，挡板
40、伸入水面以下0.250.3m，伸出水面以上0.10.2m。为了保证水能均匀地自下而上垂直流动，要求池直径(D)与沉淀区深度(h2)的比值不超过3:1。在这种尺寸比例范围内，悬浮物颗粒能在下沉过程中相互碰撞、絮凝，提高表面负荷。但是，由于采用中心管布水，难以使水流分布均匀，所以竖流沉淀池一般应限制池直径。竖流沉淀池中心管内流速对悬浮物的去除有很大影响，在无反射板时，中心管流速应不大于30mm/s，有反射板时，可提高到100mm/s，废水从反射板到喇叭口之间流出的速度不应大于40mm/s。中心管及喇叭口、反射板的构造与尺寸如图4-21所示。反射板底距污泥表面(缓冲区)为0.3m，池的超高为0.30.5m。 竖流沉淀池应按试验数据确定最小沉速u及停留时间t。在无试验数据时可按一般经验设计。 中心管面积f按最大秒流量计算 (4-33)中心管直径d (4-34) 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度h3 (4-35)沉淀部分有效断面积A (4-36) 沉淀池直径D (4-37)沉淀区有效深度h2h2vt3600(m) (4-38) 截圆锥部分容积Vl (4-39) 沉淀池的总高度HHh1+h2+h3+h4+h5(m) (4-40)式中 qmax每池最大设计流量m3/s； v0中心