水污染課程設計

1、1 緒論.3 2 沉淀池 .3 2.1 沉淀的概念及分類 .3 2.2 沉淀池及其工作原理 .3 2.3 常用沉淀池的類型及其各自的優(yōu)缺點和適用條件 .4 2.4 平流式沉淀池極其構造 .5 2.5 平流式沉淀池的工作原理 .6 3 初沉池在污水處理中的作用 .7 4 我國城市污水水質現狀 .7 5 初沉池的取消帶來的問題 .7 6 污水處理廠的一般工藝流程 .8 7 沉淀池的計算 .9 7.1 沉淀區(qū)尺寸的計算 .9 7.1.1 沉淀池總面積.9 7.1.2 沉淀區(qū)的有效水深.9 7.1.3 沉淀區(qū)有效容積.10 7.1.4 沉淀區(qū)長度.10 7.1.5 沉淀池的總寬度.10 7.2 污泥區(qū)

2、計算 .10 7.3 沉淀池的總高度 .10 7.4 污泥斗的容積 .11 7.5 污泥斗以上梯形部分污泥容積 .11 7.6 設計參數的設定 .11 7.7 沉淀池各部分尺寸的確定 .12 8 參考文獻.15 9 結束語.16 1 緒論緒論 任何一個地區(qū)或環(huán)境，只要有人類的日常生活和生產，就需要從各天然水 體重獲取大量的水，并經過簡單和復雜的工藝處理以后供生活和生產使用。這 些純凈的水經過使用以后，改變了原來的物理性質和化學成分，甚至喪失了某 種使用價值，成為含有不同種類雜質的廢水。這些廢水如果未經任何處理排放 到水環(huán)境中，就不可避免的造成水環(huán)境的不同性質或不同程度的污染，從而危 害人類健康

3、，制約人類社會和經濟的可持續(xù)發(fā)展。為了解決水資源短缺和水環(huán) 境污染的加劇，迫使人們必須考慮解決污染的源頭控制，廢水的處理以及廢水 處理后的回用問題。解決水污染問題的重點是建設城市污水處理廠，而沉淀在 城市污水處理廠中得到了廣泛的應用，沉淀池是污水處理廠中一個重要的處理 單元。以下內容將主要介紹平流式沉淀池在水處理中的運用，工作原理及其設 計。 2 沉淀池沉淀池 2.1 沉淀的概念及分類沉淀的概念及分類 沉淀是利用自身重力作用，是污染物從污水中分離出來的一種方法，在城 市污水處理中得到了廣泛的應用。 根據污水中懸浮物的濃度和顆粒之間的相互作用不同，可將沉淀分為分散 顆粒沉淀、絮凝沉淀、區(qū)域沉淀和

4、壓縮沉淀。 分散顆粒沉淀即為自由沉淀，水中的懸浮固體濃度不高，不具有凝聚的性 能，也不能相互聚合、干擾，其形狀、尺寸、密度等都不改變，下沉速度恒定。 絮凝沉淀指水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性時，在沉淀過程中，顆粒相 互凝聚，其粒徑和質量增大，沉降速度加快。 區(qū)域沉淀指懸浮物濃度較高，每個顆粒下沉都受到其他顆粒的干擾，顆粒 間相對位置保持不變，顆粒相互牽扯形成網狀的“絮毯”整體下沉。 壓縮沉淀是指懸浮物濃度很高，顆粒相互接觸、相互支撐，在上層顆粒的 重力作用下，下層顆粒間的水被擠出，污泥曾被壓縮而得到濃縮。 2.2 沉淀池及其工作原理沉淀池及其工作原理 沉淀池是利用重力沉降作用將密度比水大的懸浮

5、顆粒從水中去除的處理構 筑物，是廢水處理中應用最廣泛的處理單元之一。 沉淀池包括進水區(qū)、出水區(qū)、緩沖層區(qū)、污泥區(qū)和沉淀區(qū)五個部分。進水 區(qū)和出水區(qū)的作用是使水流均勻的流過沉淀池，避免短流和減少紊流對沉淀產 生的不利影響，同時減少死水區(qū)，提高沉淀池的容積利用率；沉淀區(qū)也稱澄清 區(qū)，即沉淀池的工作區(qū)是可沉淀顆粒與廢水分離的區(qū)域；污泥區(qū)是污泥貯存、 濃縮和排出的區(qū)域；緩沖層區(qū)則是分隔沉淀區(qū)與污泥區(qū)的水層區(qū)域，保證已沉 淀的顆粒不應水流的攪動而再行浮起。 沉淀池是利用水流中懸浮雜質顆粒向下沉淀速度大于水流向上流動速度或 向下沉淀時間小于水流流出沉淀池的時間時能與水流分離的原理實現水的凈化。 理想沉淀池

6、的處理效率只與表面負荷有關，即與沉淀池的表面積有關，而 與沉淀池的深度無關，沉淀池只于污泥貯存的時間和數量及防止污泥受到沖刷 等因素有關。而在實際連續(xù)運行的沉淀池中，由于水流從出水堰頂溢流會帶來 水流的上升流速，因此沉淀速度小于上升流速的顆粒會隨水流走，沉淀速度等 于上升流速的顆粒會懸浮在池中，只有沉淀速度大于上升流速的顆粒才會在池 中沉淀下去。而沉淀顆粒在沉淀池中沉到池底的時間與水流在沉淀池中的水力 停留時間有關，即與池體的深度無關。 2.3 常用沉淀池的類型及其各自的優(yōu)缺點和適用條件常用沉淀池的類型及其各自的優(yōu)缺點和適用條件 按水流方向劃分，沉淀池分為平流式、輻流式和豎流式三種，還有根據

7、“淺層理論”發(fā)展出來的斜板沉淀池。 常用沉淀池的性能比較常用沉淀池的性能比較3 池型池型優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點適用范圍適用范圍 平流式沉淀效果好，對沖擊 負荷和溫度變化適應 能力強，施工簡易， 造價較低 配水不易均勻，排泥 連續(xù)性差，采用多斗 排泥時，每個泥斗需 要單獨設排泥管，操 作量大，采用鏈條式 刮泥機排泥時水下結 構易腐蝕 適用于地下水位較高 及地質較差的地區(qū)。 適用于大、中、小型 污水處理廠 輻流式采用定型機械排泥， 設備管理方便，運行 效果穩(wěn)定 機械排泥設備復雜， 對施工質量要求高 適用于地下水位低的 地區(qū)，大、中型污水 處理廠 豎流式排泥方便，管理簡單， 占地面積小 地池較大，施工困難

8、， 造價較高，對沖擊負 荷和溫度變化的適應 能力較差，池徑不能 過大，否則布水不均 勻 適用于小型污水 處理廠 斜板式沉淀效率高，池容積 小，占地面積小 斜板耗用材料多，且 價格較高，排泥較困 難，易滋長藻類 適用于舊沉淀池的改 建、擴建和挖潛，用 地緊張，需要壓縮沉 淀池面積時，適用于 初沉池 2.4 平流式沉淀池極其構造平流式沉淀池極其構造 平流式沉淀池是廢水從池的一端進入，從另一端流出，水流再次內做水平 運動，池平面形狀呈長方形，可以是單格或多格串聯。池的進口端底部，或沿 池長方向，設有一個或多個貯泥斗，貯存沉積下來的污泥。 平流式沉淀池一般由進水裝置、出水裝置、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)及

9、排 泥裝置構成。圖 是使用比較廣泛的一種平流式沉淀池。 圖圖 設有刮泥機的平流式沉淀池設有刮泥機的平流式沉淀池 刮泥機；刮渣板；刮泥板；進水槽；擋流墻；泥斗 1 2 3 4 5 6 排泥管；浮渣槽；出水槽；出水管 7 8 9 10 進水裝置的作用是使水流均勻的分布在整個進水斷面上，盡可能減少擾動， 并使流速不致太大。為使流入的污水能夠均勻、穩(wěn)定地進入沉淀池，進水區(qū)設 有整流措施，圖 b 所示的是四種不同的進水區(qū)整流措施。它的流入裝置是橫向 潛孔，潛孔均勻分布在整個寬度上，在潛孔前設置擋板，其作用是消耗能量， 使污水均勻分布，擋板一般高出池水水面 0.10.5m，伸入水下的深度不少于 0.25m

10、，擋板距進水口 0.51.0。2 圖圖 進水區(qū)整流措施進水區(qū)整流措施 出水裝置的作用是使沉淀后的出水盡量均勻流出，由流出槽與擋板組成。 流出槽設有自由溢流堰，溢流堰保證嚴格水平，既可保證水流均勻又可控制沉 淀池水位。出流堰是沉淀池的重要組成部件，它不僅控制沉淀池內水面的高度， 而且對沉淀池內水流的均勻分布有著直接影響。單位長度堰口的溢流量必須相 等。目前多采用鋸齒形堰，因為易于加工，出水均勻。這種出水堰常用鋼板制 成，齒深 50mm，齒距 200mm，直角。池內水位一般控制在鋸齒高度的處為宜.21 5 排泥裝置可分為兩類：a利用池內的靜水壓力，將污泥排出池外，上端伸 出水面以便清除，污泥通過靜

11、水壓力排出池外，為了使池底污泥能滑入集泥斗 中，池底應有一定的坡度：b機械排泥，即裝有刮板的鏈帶沿池底慢慢移動， 速度約為 1mmin，將沉泥緩慢推入污泥斗中，當鏈帶刮板轉到水面時，又可 將浮渣推入浮渣槽。鏈帶式刮泥機的缺點是機件長期浸于污水中，易被腐蝕， 難以維修。也可以使用刮泥車，不但運用靈活，而且保養(yǎng)維修都比較方便。 2.5 平流式沉淀池的工作原理平流式沉淀池的工作原理 廢水由進水槽經淹沒孔口進入池內。在孔口后面設有擋板或穿孔整流墻， 用來消能穩(wěn)流，使進水沿過流斷面均勻分布。在沉淀池末端設有溢流堰和集水 槽，澄清水溢過堰口，經集水槽排出。在溢流堰前也設有擋板，用以阻隔浮渣， 浮渣通過可轉

12、動的排渣管收集和排出。池體下部靠近水端有泥斗，斗壁傾角為 5060，.池底以 0.010.02 的坡度坡向泥斗。當刮泥機緩慢行走時，刮 泥板就將池底的污泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板則將浮渣推向池尾的排 渣管。泥斗內設有排泥管，開啟排泥閥時，泥渣便在靜水壓力作用下由排泥管 排出池外。 3 初沉池在污水處理中的作用初沉池在污水處理中的作用 在城市污水廠進水中，固體物質在城市污水中固體由可沉固體、漂浮固體 和一部分膠態(tài)的不可沉固體組成。城市污水中的懸浮固體、可沉固體物質 以三 種狀態(tài)存在：溶解態(tài)、膠體態(tài)和懸浮態(tài)。而懸浮約占 60%，膠態(tài)固體物質接近 40%，極少一部分是漂浮固體物質。 在城市污水

13、廠的一級處理中，初沉池設置在格柵、沉砂池之后，主要去除 懸浮固體中的可沉固體物質，去除效果可達 90%以上；在可沉淀物質沉淀過程 中，懸浮物質中不可沉淀漂浮物質的一小部分(約 10%)會粘附在絮體上一起沉 淀下去。另外，漂浮物質的大部分也將在初沉池內漂浮在污水表面作為浮渣去 除，沉下去的物質作為污泥被排出。而且，由于初沉池的停留時間一般為 1.52.0 h，所以初沉池還有均和水質、水解(酸化)作用.6 4 我國城市污水水質現狀我國城市污水水質現狀 我國是一個發(fā)展中國家，城市排水基礎設施差，城市排水體制基本上以合 流制為主。由于城市綠化率不高，燃燒煤炭作為城市生活中一次性能源使用較 為普遍，加之

14、我國城市垃圾尚未分類，因此我國的城市污水中不僅含有有機物， 還有泥沙、煤渣等無機物和塑料帶(袋)等漂浮物。 柵渣成分復雜，既有一般城 市污水廠常見的木塊、塑料制品等，又有少見的衣物、絲織品等。進廠污水中 的漂浮物雖然經一道粗格柵(柵距為 20 mm)、一道細格柵(柵距為 10 mm)，但是 仍有一些如布條、塑料帶等雜質穿過格柵，越過沉砂池，最終在初沉池內被有 效地去除，保證了后續(xù)二級生化處理的正常運行。 近十幾年來，我國的城市污水處理有了很大的發(fā)展，改良的活性污泥法， 如氧化溝、ab 法、sbr 法等新工藝得到推廣應用。這些新工藝的共同點是取消 了初沉池，因為具有占地小、投資省的特點。然而，由

15、于我國的城市污水水質 不同于發(fā)達國家，取消初沉池后，導致一些城市污水廠運行管理出現問題。 5 初沉池的取消帶來的問題初沉池的取消帶來的問題 城市污水中的無機物、漂浮物絕大部分是經格柵、沉砂池、初沉池這些一 級處理構筑物去除的。 城市污水中的無機物大部分是在沉砂池內去除，少部分是在初沉池內去除。 這是因為我國沉砂池是按去除粒徑大于 0.2mm 的砂粒(相對密度為 2.65)，去除 率大于 95%設計的。據對廣西某城市污水廠泥沙淤積較為嚴重的氧化溝內積泥 實測結果表明：盡管對 0.2mm 以上的砂粒去除率達到 90%，但對粒徑小于 0.1mm 的砂粒，去除率僅為 35%左右。這就是取消初沉池的直接

16、后果。 城市污水中的漂浮物大部分是經格柵去除的，少部分是在初沉池內去除的。 目前，我國城市污水廠一般設置粗細兩道格柵，細格柵柵距一般不小于 10 mm。因此，一部分漂浮物仍能穿過格柵，進入后續(xù)處理構筑物。根據對我國部 分城市污水廠實際運行現狀的調研證實，取消初沉池后，給城市污水廠的運行 管理帶來一系列的問題，突出表現在下述幾個方面： (1)漂浮物進入二沉池后，往往纏繞在刮泥機上，影響其正常工作；這些雜 質隨二沉池剩余污泥進入污泥濃縮池，又會纏繞到機械混合攪拌槳上； (2)沉砂池去除的砂粒淤積在二級生物處理構筑物的配水溝渠內，而后導致 氧化溝、曝氣池、sbr 池積沙嚴重，池容減少； (3)累積的

17、泥沙常常堵塞二沉池、污泥濃縮池排泥管道； (4)含沙率過大的活性污泥脫水時，大大降低污泥的成餅率，并使帶式壓濾 機濾布過度磨損，縮短了使用壽命；污泥消化池消化含沙率過大的剩余污泥， 不但使污泥攪拌困難，而且導致消化池產氣量降低； (5)回流污泥泵由于輸送含沙率過大的活性污泥使泵殼磨穿(一般 34 年)， 連鋼制管道彎頭端部磨穿時間也縮短為 56 年(一般為 10 年左右)。6 6 污水處理廠的一般工藝流程污水處理廠的一般工藝流程 現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。 一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質，物理處理法大部 分只能完成一級處理的要求。經過一級處

18、理的污水，bod 一般可去除 30%左右， 達不到排放標準。一級處理屬于二級處理的預處理。 二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(bod，cod 物質)，去除率可達 90%以上，使有機污染物達到排放標準。 三級處理，進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養(yǎng)化 的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性 炭吸附法，離子交換法和電滲分析法等。 整個過程為通過粗格柵的原污水經過污水提升泵提升后，經過格柵，之后 進入沉砂池，經過砂水分離的污水進入初次沉淀池，以上為一級處理(即物理處 理)，初沉池的出水進入生物處理設備，有活性污泥法和生物膜法，(其

19、中活性 污泥法的反應器有曝氣池，氧化溝等，生物膜法包括生物濾池、生物轉盤、生 物接觸氧化法和生物流化床)，生物處理設備的出水進入二次沉淀池，一級處理 結束到此為二級處理，二沉池的出水經過消毒排放或者進入三級處理，三級處 理包括生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和 電滲析法。在整個過程中，二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物處 理設備，一部分進入污泥濃縮池，之后進入污泥消化池，經過脫水和干燥設備 后，污泥被最后利用。 以上是污水處理廠處理工藝的基本流程，流程圖如下:1 7 沉淀池的計算沉淀池的計算 7.1 沉淀區(qū)尺寸的計算沉淀區(qū)尺寸的計算2 7.1.1 沉淀池總面

20、積沉淀池總面積 沉淀池總面積 ;: max m q q aa v 式中：最大設計流量， maxv q; 3 hm 表面負荷，;初沉池取qhmm 23 ;35 . 1 23 hmm 7.1.2 沉淀區(qū)的有效水深沉淀區(qū)的有效水深 沉淀區(qū)的有效水深 2 h: ; 2 mqth 式中： 污水沉淀時間，初沉池沉淀區(qū)的有效水深一般為t;21h ，長度與有效水深之比不小于 。m428 7.1.3 沉淀區(qū)有效容積沉淀區(qū)有效容積 沉淀區(qū)的有效容積 ;: 3 max211 mtqhavv v 7.1.4 沉淀區(qū)長度沉淀區(qū)長度 沉淀區(qū)長度 mvtll6 . 3: ）；，一般為不小于（50308 2 h l 式中：

21、最大設計流量時的水平流速一般不大于。v,smmsmm5 7.1.5 沉淀池的總寬度沉淀池的總寬度 沉淀池的總寬度 ;:m l a bb 沉淀池的只數 ；m b b nn : 為每座沉淀池的寬度，一般為且要求池的長寬比不小于以 b,105m, 4 為宜。54 7.2 污泥區(qū)計算污泥區(qū)計算4 污泥容積 3 0 100 100 1000 :mt p sn ww 式中每人每日產生污泥干重質量s:;,dg人 設計人口數 n; 污泥儲存時間，也既是兩次排泥的時間間隔。td, 每池產生的污泥量。 3 :m n w w 7.3 沉淀池的總高度沉淀池的總高度2 沉淀池的總高度 4 4321 :hhhhhhh 式

22、中：沉淀池超高一般 1 h,m;3 . 0 1 mh 沉淀區(qū)的有效深度 2 h;,m 緩沖層高度一般取值：無機械刮泥設備時為機 3 h,m,5 . 0 m 械排泥時，緩沖層的上緣應高出刮泥板;3 . 0 m 梯形部分高度 4 h;,m 泥斗高度。 4 hm, 7.4 污泥斗的容積污泥斗的容積2 污泥斗的容積: 1 v 2121 41 3 1 sssshv 式中：污泥斗的上口面積 1 s;, 2 m 污泥斗的下口面積。 2 s 2 ,m 7.5 污泥斗以上梯形部分污泥容積污泥斗以上梯形部分污泥容積2 污泥斗以上梯形部分污泥容積 : 2 vbh ll v 4 21 2 2 式中：梯形部分上底邊長

23、1 l;,m 梯形部分下底邊長。 2 lm, 7.6 設計參數的設定設計參數的設定 原始數據與基本參數: 最大設計流量 2500設計人口 300000 人。: h m3 ;: 根據原始數據和設計原則，可對其他參數做以下設定: 表面負荷2.5q h m ; 污水沉淀時間1.5th; 最大設計流量時的水平流速2v s mm ; 每座沉淀池的寬度5.2 bm; 每人每日的干污泥量s d g 22; 污泥含水率 0 p%;96 污泥密度 3 1000 m kg ; 污泥清除間隔天數=2。td 7.7 沉淀池各部分尺寸的確定沉淀池各部分尺寸的確定 沉淀池總有效沉淀面： 2max 1000 5 . 2 2

24、500 m q q a v ; 沉淀池有效水深： 2 hmtq75 . 3 5 . 15 . 2; 沉淀池總有效容積： 3 max21 37505 . 12500mtqhav v ; 沉淀池長度：mmvtl39 9 . 3836005 . 11026 . 36 . 3 3 ; 沉淀池總寬度:m l a b26 39 1000 ; 沉淀池的只數： ；只5 2 . 5 26 b b n 校核尺寸比例: 長寬比：符合要求5 . 7 2 . 5 39 b l 4,; 長深比：8 符合要求。04.10 75 . 3 39 2 h l , 污泥容積: ; 8 . 2172 %961001000 100 10001000 30000022 100 100 1000 3 0 mt p sn w 每個污泥池的污泥量。: 3 56.43 5 8 . 217 m n w w 污泥斗尺寸及其容積采用泥斗如圖所示斗傾角采用泥斗斗底尺寸:, 60, 為上口為（兩個尺寸均為設定） 。mm5 . 05 . 0,mm2 . 52 . 5 污泥斗高度:mh07 . 4 60tan 2 5 . 02