沉淀与上浮[Sediment and Floating] (1) 一、沉淀的基本理论（一）沉淀的类型 按照水中悬浮颗粒的浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀可分为以下几种类型。 1.自由沉淀。悬浮颗粒的浓度低，在沉淀过程中呈离散状态，互不粘合，不改变颗粒的形状、尺寸及密度，各自完成独立的沉淀过程。这种类型多表现在沉砂池、初沉池初期。 2.絮凝沉淀。悬浮颗粒的浓度比较高（50~500mg/L），在沉淀过程中能发生凝聚或絮凝作用，使悬浮颗粒互相碰撞凝结，颗粒质量逐渐增加，沉降速度逐渐加快。经过混凝处理的水中颗粒的沉淀、初沉池后期、生物膜法二沉池、活性污泥法二沉池初期等均属絮凝沉淀。 3.拥挤沉淀。悬浮颗粒的浓度很高（大于500mg/L），在沉降过程中，产生颗粒互相干扰的现象，在清水与浑水之间形成明显的交界面（混液面），并逐渐向下移动，因此又称成层沉淀。活性污泥法二沉池的后期、浓缩池上部等均属这种沉淀类型。 4.压缩沉淀。悬浮颗粒浓度特高（以至于不再称水中颗粒物浓度，而称固体中的含水率），在沉降过程中，颗粒相互接触，靠重力压缩下层颗粒，使下层颗粒间隙中的液体被挤出界面上流，固体颗粒被浓缩。活性污泥法二沉池污泥斗中、浓缩池中污泥的浓缩过程属 此类型。
（二）悬浮物在静水中沉淀的理论
1．沉速公式
为了说明影响颗粒沉淀的主要因素，现以单体球形颗粒的自由沉淀为例加以说明。颗粒在重力、浮力的作用下，开始下降（或上浮），由于水的阻力作用下，短暂时间内很快当达到受力平衡，以匀速下沉。
在大多数情况下，Re<1，颗粒下降引起周围水流的扰动，处于层流状态。颗粒沉淀速度用斯托克斯(Stokes)公式表示。
水中悬浮物的组成比较复杂，颗粒形状多样，且粒径不均匀，密度也有差异，很难用斯笃克斯公式计算颗粒的沉速，而通过试验测定颗粒的沉速比较容易。因此公式主要用来进行沉淀原理分析和测出颗粒沉速后倒过来进行水中颗粒分析用。
2．沉淀试验
沉淀试验用来判定水中颗粒的沉淀性能，并根据所要求的沉降效率确定沉降时间和沉降速度这两个基本的设计参数。
从斯托克斯(Stokes)公式可知，任意的沉速ui都可计算出对应的颗粒粒径di，因此，P-u曲
线也可以反映水中悬浮颗粒的粒度分布，P的含义可理解为水中沉速小于ui的小粒径颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数。（三）理想沉淀池的沉淀原理 悬浮颗粒在静水中的沉淀试验与实际沉淀池的差别比较大，为了分析悬浮颗粒在实际沉淀中的运动规律及其沉淀效果，提出一种理想沉淀池的模式。理想沉淀池由流入区、沉降区、流出区和污泥区四部分组成。 1．理想沉淀池的三种假定 （1）污水在池内呈推流式水平流动，沿水流方向任意横断面上任意一点的水流速度均等于v； （2）入口断面AB处污水中悬浮颗粒的浓度和粒度分布均匀，悬浮颗粒的水平流速等于水流流速v，悬浮颗粒处于自由沉淀状态，沉降速度u固定不变； （3）悬浮颗粒沉到池底即认为被除去。 2．理想沉淀池理论分析 按照上述条件，悬浮颗粒在沉淀池内的运动轨迹是一系列倾斜的直线，污水从进口到出口的流动时间就是沉淀历时t（t = L / v）。分三种情况讨论： （1）从A点进入的颗粒中，肯定存在某一粒径的颗粒，在沉淀历时六旋翼无人机t内，刚好沉淀到池底（沉降高度H），见图2-13中沉降轨迹Ⅲ，该颗粒的沉降速度，称为截流沉速u0 。
（2）如果颗粒的沉降速度u>u0 ，则在沉淀历时t内，可沉降高度大于池深H，能够沉于池底部127刀网D点以前，见图2-13中沉降轨迹Ⅰ；
（3）如果沉速 u< u0 ，则在沉淀历时t内，可沉降高度h小于池深H，将出现两种情况，其中靠近水面的颗粒，无法沉到池底，会被水带出，见图2-13中沉降轨迹Ⅱ实线；而另一部分接近池底的颗粒（离池底高度小于h），能沉于池底，见图2-13中沉降轨迹Ⅱ虚线。
可见，对于一定尺寸的理想沉淀池，池内的水平流速只是与沉淀历时有关，并不影响悬浮颗粒物的沉降性能。因此，理想沉淀池的沉淀效率（悬浮物的总去除率）仍用式2-7表示。截流沉速u0的含义可以理解为：具有该沉淀速度的颗粒是能全部去除的最小颗粒，所以，截流沉速u0是设计沉淀池时首先要确定的一个参数。
在理想沉淀池中，水平流速v和沉速u0都与沉淀时间t有关。
表面负荷率表示在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量。单位为m3/(m2•s)或m3/(m2•h)，其数值等于截留沉速，但含义却不同。
3．综合分析结论
（1）沉淀池的沉降效率只与设定的截流沉速（或沉淀池的表面负荷）和悬浮颗粒的粒度分布有关，设定的截流沉速越小、悬浮颗粒粒径越大，则沉降效率越高；
（2）沉淀池容积一定时，降低池深，则可增大表面积，进而可降低表面负荷，提高沉淀池的沉降效率，这就是“浅池理论”，也是斜板(管)沉淀池的理论基础。
应该注意，在实际沉淀池中，由于紊流、水温、进出口水流不匀等因素的影响，污水在池内流动、沉淀情况与理想沉淀的假设条件有出入。在实际设计沉淀池时，常采用对静态沉淀实验数据加修正系数的方法来确定设计参数。
二、沉淀池
作为依靠重力作用进行固液分离的沉淀装置，可根据沉淀对象的不同分为两类。通常将用于沉淀有机固体为主的装置，通称为沉淀池，其沉淀物称为泥（与水的密度差相对较小）；而以沉淀无机固体为主的装置，通称为沉砂池，其沉淀物主要是砂粒、煤渣等密度较大的无机颗粒。
（一）沉淀池的类型与选用
1．沉淀池的类型
在污水处理中，按沉淀池的用途和工艺布置不同，可粗略分为：
（1）初次沉淀池。设置在沉砂池之后，作为化学处理与生物处理的预处理，可降低污水的有机负荷。
（2）二次沉淀池。用于化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物、分离活性污泥或生物膜。
（3）污泥浓缩池。设在污泥处理段，用于剩余污泥的浓缩脱水。
按沉淀池内水流方向不同，可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池。
智能公话另外，还有根据“浅池理论”发展起来的斜板（管）沉淀池。斜板沉淀池又可根据其水流方向分为：同向流（水流与污泥方向相同）、异向流（水流与污泥方向相反）、侧向流（水流与污泥方向垂直）三种形式。
2．沉淀池的选用
在选用沉淀池之前，一定要先了解每一种沉淀池的特点和适用情况。然后再结合使用要求和本地的具体情况选择沉淀池，一般可从以下几个方面考虑：
（1）原水的水质、水量，以及出水的要求。
（2）能提供的场地条件。不同类型沉淀池选用时会受到场地条件限制，有的平面面积
较大而池深较小，有的池深较大而平面面积较小。
（3）气候条件。温度较低时，水的粘度大，沉降性能不好；寒冷地区冬季的结冰问题。
（4）运行操作要求
（5）投入建设经费和运行费用要求。
（二）平流式沉淀池
1．基本构造
平流式沉淀池的构造与理想沉淀池最为相似，为一长方形水池，水在池内水平流动，从一端流入，从另一端流出。平流式沉淀池由进水装置、出水装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成。
（1）进水装置。进水装置一般由配水槽和挡流板组成，与絮凝池合建时，常采用穿孔墙。其作用是消能，使水流均匀地分布在整个进水断面上，并尽量减少扰动。挡流板入水深不小于0.25m，一般为0.5～1.0m，高出水面0.15～0.2m，距流入槽0.5～1.0m。穿孔墙的孔口流速一般不宜大于0.15～0.2m/s，孔洞断面沿水流方向渐次扩大，以减小进水流，防止絮凝体破碎。
（2）出水装置。出水装置一般由流出槽与挡板组成，在流出槽上设自由溢流堰、锯齿形堰或孔口出流等。其作用是控制沉淀池内的水面高度，且对池内水流的均匀分布有着直接影响，挡板主要是防止浮渣随水流走。挡板入水深0.3～0.4m，距溢流堰0.25～0.5m。溢流堰要求严格水平，堰口最大负荷：初次沉淀池不宜大2.9L/(s•m)、二次沉淀池不宜大于1.7L/(s•m)、混凝沉淀池不宜大于5.8 L/(s•m)。如果出水负荷较大，可以增加出水堰长，常用的方法是采用多槽出水。采用孔口出流不需挡板，孔口在水面下12～15cm，孔口出流流速为0.6～0.7m/s，孔径20～30mm。
（3）沉淀区。进水装置和出水装置之间的区域，用于可沉颗粒与水的分离。有效水深一般为2 ~ 4m，每格沉淀池的长宽比不小于4f型钢，长深比不小于8，如果采用机械排泥，应考虑排泥设备的跨度。
（4）缓冲层。在沉淀区下面0.5m左右的区域，作用是避免已沉污泥被水流搅起以及缓冲冲击负荷。采用重力排泥时缓冲层的高度设为0.5m，机械排泥时缓冲层的上缘高出刮泥板0.3m。
（5）污泥区。位于沉淀池的最底部，其作用是贮存、浓缩和排除污泥。一般在池的前部设有污泥斗，池底有一定坡度坡向污泥斗，坡度不宜小于0.01，以保证污泥顺底坡流入
污泥斗中。为减少池深，也可采用多斗排泥。污泥斗斜壁与水平面的倾角：方斗60°，圆斗55°。排泥方法一般有静水压力排和机械排泥。
静水压力排泥是依靠池内静水压力将污泥通过污泥管排出池外。其排泥装置由排泥管和泥斗组成，静水压力要求：初沉池不小于1.5m；生物膜法后的二沉池不小于1.2m，生物反应池后的二沉池不小于0.9m。排泥管管径不小于200mm。
抑制贴 目前平流沉淀池一般都采用机械排泥。机械排泥是利用机械装置，通过排泥泵或虹吸将池底积泥排至池外。机械排泥装置有链带式刮泥机、行车式刮泥机、泵吸式排泥和虹吸式排泥装置等。吸泥机式排泥与行车式刮泥机有点相似，吸泥机安装在一桁架上，吸泥口插入污泥区，整个衍架利用电机和传动机构在沉淀池壁顶的轨道行走，在行进过程中，将沉淀池底部的积泥吸出并排入排泥沟。采用吸泥机可使集泥与排泥同时完成，沉淀池底部不需坡度，也不用设污泥斗。机械排泥装置的行进速度一般为0.3~1.2m/min。
2．沉淀池设计
平流式沉淀池的设计应符合室外排水设计规范（GB50014-2006）的要求。
除构造部分已介绍的数据外，还应熟悉以下设计参数。
污泥区（包括污泥斗）的总容积：采用机械排泥时按4h的污泥量算；采用静水压力排
泥时，初沉池按不大于2d的污泥量算，生化池后的二沉池按不大于2h的污泥量算。
主要的设计计算有：
（1）沉淀区有效水深
（2）沉淀区总面积
（3）沉淀区有效容积
（4）沉淀区长度
（5）沉淀区总宽
（6）沉淀池座数或分格数
（7）污泥区容积:污泥区容积应根据每日沉下的污泥量和污泥储存周期决定。
（8）沉淀池总高度
（三）竖流式沉淀池
1．基本构造
竖流式沉淀池在平面图形上一般呈圆形或正方形，原水通常由设在池中央的中心管流入，在中心管的下端经反射板拦阻，均匀散开折向上流，水中沉速超过上升流速的悬浮颗粒则向下沉降到污泥斗中，清水从池的顶部周边流出。由于水流在沉降区的流动方向是由
池的下面向上作竖向流动，故称竖流池。
为了达到池内水流均匀分布的目的，直径或边长不能太大，一般为4～7m，不大于10m。池径或边长与有效水深的比值不大于3。中心管内的流速不宜大于30mm/s，中心管下口应设有喇叭口及反射板。反射板板底距泥面至少0.3m。如果池子直径大于7m，为了使池内水流分布均匀，可增设辐射方向的流出槽，流出槽前设挡板以隔除浮渣。污泥依靠静水压力将污泥从排泥管中排出，排泥管直径、污泥斗尺寸、排泥静水压力等参数同前。
2．设计计算
（1）中心管面积与直径
（2）有效沉淀高度，即中心管高度
（3）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
（4）沉淀区面积
（5）沉淀池总面积和池径
（6）沉淀池总高度
（四）斜板（斜管）式沉淀池
1．基本构造
根据哈真浅池理论，沉淀池容积一定时，降低池深，则可增大表面积，进而可降低表面负荷，提高沉淀池的沉降效率。为了降低池深，增加沉淀面积，可考虑在沉淀池内加水平隔板将其分成n层，这相当于n个浅沉淀池组合在一起，于是就可将沉淀面积增加n倍。为了解决排泥的问题，在具体应用时将水平隔板改为倾角为60°斜板或斜管，这就是斜板(管)杨梅采摘机沉淀池。在需要挖掘原有沉淀池潜力或建造沉淀池面积受限制时，常用到斜板（管）沉淀池。
斜板（管）沉淀池的沉淀效率高，不但有浅池理论作依据，而且由于平板的间距（或管道的管径）较小，各层又相互隔开，互不干扰，能够很好地满足水流紊动性和稳定性的要求，也为水中固体颗粒的沉降提供了十分有利的条件。
斜板沉淀池按水流方向，可分为同向流（水流与污泥方向相同）、异向流（水流与污泥方向相反）、侧向流（水流与污泥方向垂直）三种形式；斜管沉淀池只有同向流和异向流两种。在这几种形式中，以异向流应用的最广。在异向流斜板(管)沉淀池中，水流向上流动，污泥下滑。
斜板（管）区下面的缓冲层高度为1.0m。斜板（管）区上面的清水区高度为0.7～1.0m。斜板(管)斜长为1.0～1.2m，倾角为60º，斜板净距（或斜管孔径）为80～100mm。
板(管)材要求轻质、坚固、无毒、价廉，目前较多采用聚丙烯塑料或聚氯乙烯塑料，国内许多厂家生产有定型产品。在斜板（管）上容易积泥或滋生藻类而引起堵塞，因此，斜板（管）沉淀池应设冲洗设施。
2．设计计算
由于斜板（管）沉淀池的许多参数都是固定的，其设计计算比较简单。斜板（管）沉淀池的设计仍可采用表面负荷来计算。表面负荷值可取表2-5推荐值的2倍。以异向流斜板（管）沉淀池为例介绍设计计算如下：
（1）清水区面积
（2）沉淀池高度
（五）各种沉淀池特点比较
各种沉淀池没有绝对的好坏之分，它们在各自的适用条件下，都能获得最佳效益。因此，在水处理设计中，首先要了解各种沉淀池的特点和适用条件，选取适合你具体情况的沉淀池，然后再按上述的设计方法进行设计。
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