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1、第六节、普通沉淀池沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。按照水在池内的总体流向，普通沉淀池又有平流式、竖流式和辐流式三种型式。 普通沉淀池可分为入流区、沉降区、出流区、污泥区和缓冲区5个功能区。入流区和出流区的作用是进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，为提高容积利用、系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水力条件。沉降区是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲层是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。以上各部分相互联系，构成一个有机整体，以达到设计要求的处理能力和沉降效率。一、平流沉淀池 在平流沉淀池内，水是按水平方向流过沉降区并完成
2、沉降过程的。图3-16是没有链带式刮泥机的平流沉淀池。废水由进水槽经淹没孔口进入池内。在孔口后面设有挡板或穿孔整流墙，用来消能稳流，使进水沿过流断面均匀分布。在沉淀池末端没有溢流堰(或淹没孔口)和集水槽，澄清水溢过堰口，经集水槽排出。在溢流堰前也设有挡板，用以阻隔浮渣，浮渣通过可转动的排演管收集和排除。池体下部靠进水端有泥斗，斗壁倾角为5060，池底以0.010.02的坡度坡向泥斗。当刮泥机的链带由电机驱动缓慢转动时，嵌在链带上的刮泥板就将池底的沉泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板则将浮渣推向池尾的排渣管。泥斗内设有排泥管，开启排泥阀时，泥渣便在静水压力作用下由排泥管排出池外。显示图片 链带式刮
3、泥机的缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。为此，可改用桥式行车刮泥机，这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。对于较小的平流沉淀池，也可以不设刮泥设备，而在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。 沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求；有足够的沉降分离面积：有结构合理的人流相出流放置能均匀布水和集水；有尺寸适宝、性能良好的污泥和浮渣的收集和排放设备。 进行沉淀池设计的基本
4、依据是废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相似的运行资料，因地制宜地选用经验数据。以-萨按功能分区介绍设计和计算方法。 1.入流区和出流区的设计入流和出流区设计的基本要求，是使废水尽可能均匀地分布在沉降区的各个过流断面，既有利于沉降，也使出水中不挟带过多的悬浮物。 常用的配水方式如图3-17。紧靠池壁内侧是一条横向配水槽，其后的人流装置可以有三种不同组合。溢流堰的堰口要确保水平；底孔应沿池宽等距离分布且大小相
5、等；为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在1020，孔口的边长或直径应为50150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.120.15m处，最下一排的下缘应在泥层以上0.3O.5m处；挡板需高出水面0.150.2m，淹没深度不小于O.2m，距离进水口0.51.0m。 显示图片 集水槽的布置有图3-18所示的三种基本方式。其中以(a)最为简单，但因长度短，流速大，容易挟带较多的悬浮物；(b)种加设了一组纵向支渠，水力条件最好，但结构较复杂。目前，也有在沉淀池中、后部加设横向中途集水槽的。出流口常采用溢流堰和淹没潜孔。前者可为自由堰，也可为锯齿形三角堰，堰前设置挡板，用以稳流和阻挡浮渣，挡板
6、淹没深度为0.3O.4m，距溢流堰O.25O.5m。出水溢流堰不仅控制着池内水面的高 崖，而且对水流的与勺分布和出入水质古重要影M向，由此堰白必匆严格水平，以征证堰负荷(即单位堰长在单位时间的排水量)适中且各处相等。在采用淹没潜孔时，要求孔径相等，并应沿池子宽度上均匀分布，淹没深度征0.15-0.2m。显示图片 2沉降区的设计 沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、览、浇尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下： (1)由设计流量Q(m3h)和表面负荷q(m3m2.h)，按AQq计算沉降区表面积A(m2)。 (2)由与Q对应的水平流速v(mms)和沉降时间t，按L23.6vt计算沉降区长L2(
7、m)。一般取v5mms；t取l.52.0h。 (3)按B2AL2计算池宽B2(m)，并按L2b45的要求得单池或单格宽b(m)的近似尺寸。 (4)由nB2b确定沉淀池座数或分格数n。显然，由于n只能为正整数，而n、B2和b又互相关联，因此在确定n值后，需对b或B2作必要调整，但仍需满足L2b4的要求。此外，在采用机械刮泥时，b值还必须与刮泥机的衍架宽度相匹配。为了便于检修倒换，n值不应小于2，但也不宜过大，以免增大造价。3污泥区的设计污泥斗的容积可由排泥周期内沉降的泥渣量确定。泥渣体积Vw(m3)按下式计算： (3-22)式中Q-废水设计流量，m3h； C和C-分别为进水和出水的SS浓度，mg
8、L； P-泥渣含水率(%)； -泥渣容重，kgm3，当泥渣主要为有机物且含水率在95以上时，可取1000kgm3； T-排泥周期，一般取12d。 对倒正棱台形泥斗，其容积Vd(m3)按下式计算： (3-23) 式中a1和a2-分别为泥斗上、下底边长，m； h4-泥斗高度，m； ，a为泥斗壁烦角，按污泥滑动性取450600。设m为沉淀池的泥斗数，如mVdVw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。4沉淀池的整体尺寸 设前、后挡板与进、出水口的距离分别为L1和L3，则沉淀池总长L(m)为： (3-24) 设缓冲层高度为h3，当没有刮泥机时，h3(hm+0.3)，hm为刮泥板高度；不设刮泥机
9、时，h3取O.5m。为了适应冲击负荷的水位变化，有效水深以上应有保护高度h1，常取0.3m。故沉淀池总高H(m)为： (3-25)二、竖流沉淀池 竖流沉淀池多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离，池面多呈圆形或正多边形。图3-19为圆形竖流沉淀池的结构示意图，其上部圆筒形部分为沉降区，下部倒圆台部分为污泥区，二者之间有0.3O.5m的缓冲层。沉淀池运行时，废水经进水管进入中心管，由管口出流后，借助反射板的阻挡向四周分布，并沿沉降区断面缓慢竖直上升。沉速大于水速的颗粒下沉到污泥区，澄清水则由周边的溢流堰溢入集水槽排出。溢流堰内侧设有半浸没式挡板来阻止浮渣被水带出。显示图片竖流沉淀池的直径一般在4
10、8m，最大不超过10m，以1.52.0m的静水压力排泥。为保证水流的竖向运动，池径与沉降区深度之比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为us的颗粒在池内的实际沉速为us与水上升流速v的矢量和(us-v)，颗粒被分离的条件为usv，而usv的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小了 ；即ET=(1-p0) 100()。竖流沉淀池的设计参数如下：(1)表面负荷，按公式(3-20)计算，当无资料时，可按v(O.50.8)mms，即q (2.03.O)m3m2h取用。(2)沉降时间按公式(3-20)求取；当无资料时，
11、可取t(1.02.0)ha。(3)管口不设反射板时，取中心管内流速v00.03m/s；设反射板时，v00.1m/s。(4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04ms。(5)中心管及反射板的结构尺寸如图3-20。(6)保护高度取0.30.6m，缓冲层高度取0.3m，泥斗壁倾角取4555。 显示图片竖流沉淀池的设计计算内容如下： (1)中心管的断面 A1(m2)和直径d(m)由单池流量Qn(m3h)及中心管流速v0(mh)计算，其中Q为废水流量(m3h)，n为池数 (2)由表面负荷q(m3m2h)及单池流量计算沉淀区断面积人A(m2)。(3)由A1和A2计算沉淀池表面积A(m2)和直径D(
12、m)。(4)由上升流速v(mh)和沉降时间t(h)计算沉降区有效水深h2(m)。(5)由中心管出流速度v(mh)和喇叭口直径d1(m)计算喇叭口与反射板问高度h3(m)。 (6)污泥体积Vw的计算同平流沉淀池，污泥斗实际体积Vd(m3)为： (3-26)式中 h5-泥斗圆台部分高度(m)； R和r-分别为圆台上、下底半径(m)。(7)沉淀池总高H(m)按下式计算： (3-27) 式中h1-保护高度，m； h4-缓冲层高度，m。三、辐流沉淀池辐流沉淀池是一种直径较大的圆形池，其结构如图3-21。废水经进水管进入中心布水筒后，通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔整流挡板，沿径向呈辐射状流向池周，经温流
13、堰或淹没孔口汇入集水榴排出。沉于池底的泥渣，由安装于衍架底部的刮板以螺线形轨迹刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。 显示图片 悬浮固体颗粒在辐流沉淀池中的沉降规律如图3-22。由于过流断面由中心向周边不断增大，水平分速逐渐减小，因此其沉降轨迹呈下垂曲线。如没中心筒半径为rl，池半径为R，沉降区水深为H，那么在半径为r的任意点上，颗粒在dt时间内在水平方向和竖直方向上的位移分别为dr=vdt和dH=udt。由于dH/u=dr/v，故颗粒的分离条件为 。将 代入，整理后可得：显示图片 或 （3-28）可见，辐流沉淀池中颗粒的分离条件与平流沉淀池相同，总沉降效率仍为 辐流沉淀池的直径一般为2040m最大
14、可达100m。池中心深度为2.55.0m，周边深度为1.53.0m。池底以0.060.08的坡度坡向泥斗。这种沉淀池的缺点主要是中心进水口处流速较大，且呈紊流，容易影响初期沉降效果。为此，目前已出现了一些新的池型，如回转悬槽配水式和向心辐流式等。 辐流沉淀池的表面负荷q和沉降时间t应通过沉降试验确定，对生活污水，q可取2.03.6m3m2h，t取1.52.0h。将效水深h2通常取池半径12处的深度值。池表面积和直径的计算与竖流沉淀池相同；泥渣体积和波斗尺寸的计算与平流沉淀池相同，但排泥周期一般为4h。沉淀池总高H(m)按下式计算： (3-29)式中h1-保护高度，取0.3m； h3-缓冲层高度
15、，计算方法同机械刮泥手流沉淀池；h4-泥斗上缘到池半径12处的高度，h4Di4，i为池底坡度；h5-污泥斗高度。第七节 斜板和斜管沉淀池斜板、斜管沉淀池是根据浅层沉降原理没汁的新型沉淀池。与普通沉淀池比较，它有容积利用率高和沉降效率高的明显优点。一、浅层沉降原理 设有一理想沉淀池，其沉降区的长、宽、深分别为L、B和H，表面积为A，处理水量为Q，表面负荷为q0，颗粒沉速为u0，则由公式(3-19)，可得Q=u0A。由此可见，在A一定的条件下，若增大Q，则u0成正比增大，从而使uu0。的颗粒所占分率(1-p0)和uu0的颗粒中能被除去的分率uu0都减小，总沉降效率ET相应降低：反之，要提高沉降效率
16、，则必须减小u0，结果Q成正比减小。以上分析说明，在普通沉淀池中提高沉降效率和增大处理能力相互矛盾，二者之间呈此长被落的负相关关系。 但是，如果象图3-23那样，将沉降区高度分隔为n层，即n个高度为hHn的浅层沉降单元，那末在Q不变的条件下，颗粒的沉降深度由H减小到Hn，可被完全除去的颗粒沉速范围由原来的uu0扩大到uun，沉速uu0的颗粒中能被除去的分率也由u/u0增大到nuu0，从而使公值大幅度提高；反之，在ET值不变，即沉速为u0的颗粒在下沉了距离h后恰好运动到浅层的右下端点，那末由u0v=hL和hHn可得vnv，即n个浅层的处理水量QHBnv=nQ，比原来增大了n倍。显然，分隔的浅层数
17、愈多，ET值提高愈多或Q值增加愈多。显示图片 此外，沉淀池的分隔还能大大改善沉降过程的水力条件，当水以速度v流过当量直径为de的断面时，雷诺数Redev1/，de4R(R为水力半径)。若原沉淀池内水流的雷诺数为Re，则分隔为n个浅层后的雷诺数Re(B+H)Re(nB+H)。如果再沿纵向将池宽B也分为n格，即相当于n2个管形沉降单元，那末其雷诺数ReRen。显然，只ReRRe。实际上，普通沉淀池中，Re4.O103-1.5105，水流处于紊流状改而在斜板和斜管沉淀池内则可分别降至500和100，远小于各自的层流临界雷诺数103和2.0lO3，可使颗粒在稳定的层流状态下沉降。其次，由于浅层和管形沉
18、降单元的水力半径R很小，表征水流稳定性的佛劳德数Frv2Rg可增大至10-310-4以上。上述沉降面棚大和水力条件改善的双重有利因素，不但使斜板、斜管沉淀池能在接近于理想的稳定-条件下高效率运行，而且也大大缩小了处理单位水量所需的池容。 二、斜板、斜管沉淀池的构造将浅层沉降原理应用于工程实际时，必须解决沉泥从隔板上侧顺利滑入泥斗的问题。为此，要把隔板倾斜放置，而且相邻隔板之间要留有适当的间隔。一块隔板和它上面间隔雌的空间就构成个斜板沉降单元。如果再用垂直于斜板的隔板进行纵向分隔，每个斜板单元就变为若干个斜管沉降单元。斜板倾角通常按污泥的滑动性及其滑动力向与水流方向是否一致取300600，为了安
19、装和检修的方便，通常将许多斜板或斜管预制成规格化的整体，然后安装在沉淀池内，就构成如图3-24所示的斜板或斜管沉淀池。图中，安装斜板或斜管的区域为沉降区，沉降区以下依次为入流区和污泥区，沉降区上面为出流区。沉淀池工作时，水从斜板之间或斜管内流过，沉落在斜板、斜管底面上的泥渣靠重力自动滑入泥斗。这种沉淀池常用穿孔整流墙布水，以穿孔管或淹没孔口集水，也可在池面上增设潜孔式中途集水槽使集水更趋均匀。集泥常采用多斗式，以穿孔管靠静压或泥泵排泥。沉降区高度大多为0.61.Om，入流、出流区高度分别为0.61.2m和0.51.0m。为防止水流短路，须在池壁与斜板或斜管体间隙处安装阻流板。显示图片 根据沉降
20、区内水流与污泥的相对运动方向，斜板、斜管沉淀池分为异向流、同向流和横向流三种。异向流可采用斜板或斜管单元，而同向流和横向流则只能采用斜板单元。目前主要采用异向流。 斜板和斜管体常用薄塑料板模压和粘结制成。斜板可用平板或波纹板。斜管断面有正六边形、菱形、圆形和正方形，其中以前两种最为常用。斜板断面与斜管断面并无严格的界限，若以R和d分别代表水力半径和断面高度，则当Rd3时称为斜板，而Rd3时则称为斜管。 三、斜板、斜管沉淀池的设计计算异向流斜板、斜管沉淀池及同向流斜板沉淀池的设计参数如表3-7。表3-7 斜板、斜管沉淀池的设计参数设计表面负荷q(m3/m2.h)安装倾角(0)斜板斜管长度l(m)
21、斜板斜管断面高度d(mm)入流区高度h4(m)出流区高度h2(m)斜板斜管利用系数k异向流斜板4650600.81.2801000.61.20.51.00.900.95异向流斜管4650600.81.050800.51.00.51.00.850.9同向流斜板1015上段30401.52.050800.61.20.51.00.80.9下段50600.50.8图3-25为固体颗粒在异向流、同向流和横向流斜板沉降单元内的沉降规律图尔。没斜板长为l，宽为w，倾角为，板间净距为d，单元内的水速为v，颗粒沉速为u0，则颗粒的运动由v和u0合成。按图3-25(a)中的几何关系，可得：显示图片 (3-30)因
22、通过每个沉降单元的流量 ，即q=vdw，即v=q/dw。将其代入上式，则可得： (3-31)上式中的lwcos 为一个沉降单元的斜板在水平方向上的投影面积，用af表示；dw/sin为沉降单元的水平底面积，用a表示。af+a即为一个沉降单元的总沉降面积。若沉降单元数为n，斜板利用系数为k，则有： (3-32) 式中 Q-沉淀池设计流量； Af-所有沉降单元的斜板的总水平投影面积； A-所有沉降单元的水平底面积。 同理可以证明，对同向流斜板沉淀池有：(3-33) 对横向流沉淀池有： (3-34)由公式(3-32)(3-34)可以看出：(1)斜板、斜管沉淀池的沉降面积远大于相同尺寸的普通沉淀池的表面
23、积，因而可以大幅度提高沉降效率和单位池容的处理能力；(2)在颗救沉速u0、沉降单元数n和倾角一定时，以异向流的处理能力最大，同向流居中，横向流最小。而在类型和尺寸满足设计参数允许值的条件下，n值愈大(即单元高度d愈小)，倾角愈小，则Af值愈大；(3)流量Q、沉降面积Af和A与颗粒沉速u0之间仍保持着u0QA的关系。因此，在进行设计计算时，仍可先由沉降曲线上查到u0，再根据选定的其它设计参数计算af和a的值，便可利用公式(3-32)、(3-33)和(3-34)确定所需的沉降单元数n，并进而确定沉降区的整体尺寸；(4)沉降单元数为n2或nm的斜管的沉降面积与沉降单元数为n的斜板基本相等，因而仍可按斜板沉淀池的方法计算，只是设计参数有所不同例3-3现拟用异向流斜板沉淀池处理流量Q300m3h的某种废水。已知斜板长l1.0m，宽w2.0m，厚5mm，安装倾角取600。，板间净距d取80mm，斜板利用系数k取0.9，并查得颗粒沉速u0为1.5mms。试确定该沉淀池沉降区的整体尺寸。解取池宽等于斜板宽2.0m，并作沉降单元断面图。按公式(3-32)得： 显示图片 而 、 故有 沉降单元数n=55.6/1.185*0.9=52.10（个），取53个。斜板数n=n+1=54（块）这样，沉降区整体尺寸为； 宽度B=w=2.0m高度 长度