第4章 沉淀2-劉紹根-14-15-2

第4章沉淀（2）

4.6斜管（板）沉淀池

4.7輻流沉淀池

4.8澄清池

4.9水中造粒

4.5氣浮

4.6斜板、斜管沉淀池

(1)

普通沉淀池的缺點(diǎn):懸浮物質(zhì)的去除率不高（一般只有40％～70％）體積龐大、占地面積多(2)改善措施:改善懸浮物的沉淀性能投加混凝劑、助凝劑等化學(xué)藥劑改進(jìn)沉淀池的結(jié)構(gòu)(斜板斜管沉淀池)1.概述

1904年Hazen提出

1945年Camp認(rèn)為池淺為好

1955年多層沉淀池產(chǎn)生

1959年日本開始應(yīng)用斜板

1972年中國漢陽正式應(yīng)用(3)歷史——

斜板斜管沉淀池

淺池理論

按照理想沉淀池的原理：t=H/u0，L=υt，若保持u0和υ不變，則減少沉淀池的深度H，沉淀時(shí)間t和沉淀池的長度相應(yīng)減小(沉淀池的體積也減少了)，稱為淺池理論。，∴ηT↓①Q(mào)↑，當(dāng)A一定時(shí)，u0↑，從而使u≥u0所占百分率(1–

p0)×100%↓，反之，若要ηT↑，則要以減小處理能力為代價(jià)。η②當(dāng)分為n層時(shí)，當(dāng)A一定時(shí)，每層處理的水量為∴(1–

p0)×100%↑，等于∴ηT↑

思考：

ηT不變，在分層后，處理水量變化?處理水量、ηT不變，在分層后，占地面積?③實(shí)際應(yīng)用中，考慮排泥的要求，將隔板以45~60°角度傾斜。按水流方向不同，可分為：異向流、同向流、橫向流（側(cè)向流）。2.斜板（管）沉淀池分類及構(gòu)造

(1)構(gòu)造由淺池理論，在沉淀池中設(shè)置斜板(2)分類按水流方向與顆粒沉淀方向間的相對

關(guān)系分為：異（逆）向流;同向流;橫向流

圖4－22斜板沉淀池分類異向流應(yīng)用最廣特點(diǎn)：水流向上、泥流向下，傾角60度。斜板或斜管的長度通常在1～1.2m。為防止污泥堵塞或斜板變形，板間垂直距離以80～120mm為宜。斜管直徑一般采用50~80mm。用于給水處理時(shí)，不小于50mm，斜管直徑則采用25～35mm。斜板斜管沉淀池示意圖:圖4－23

設(shè)異向流斜板沉淀池內(nèi)設(shè)置的斜板的長度為l，寬度為B，斜傾角為θ。水中顆粒沿水流方向的上升流速為υ，受重力作用往下沉淀的速度為u，顆粒碰到斜板就認(rèn)為已被去除。3.斜板沉淀池是高效沉淀技術(shù)θabL/nυu0θshθθshθL水hθ圖4－25斜板沉淀池計(jì)算圖

假設(shè)沉淀池內(nèi)共有n塊斜板，則每塊斜板的水平距離為L/n，L為起端斜板到終端斜板的距離，板厚忽略不計(jì)。根據(jù)圖示幾何關(guān)系：將和h代入整理得斜板長度的計(jì)算式：一個(gè)單元斜板沉淀池處理的流量為：式中af為頂邊在水平方向的投影，a為進(jìn)口面積。

顆粒從a運(yùn)動到b的那種顆粒沉速為u0，顆粒上升速度為υ.其中l(wèi)為斜板的斜長，s為斜板間垂直間距。根據(jù)相似關(guān)系：表面負(fù)荷為：斜板把沉淀區(qū)面積a變成af+a來利用。Nl可定義為多層沉淀池的層數(shù)。

如取l=1000mm,s=50mm,θ=60°，則Nl=9.66，說明斜板沉淀池為高效的沉淀技術(shù)4.設(shè)計(jì)計(jì)算（1）沉淀池水表面積：（2）沉淀池平面尺寸（3）池內(nèi)停留時(shí)間（4）斜板（管）下緩沖層高為了布水均勻并且不會下沉的污泥，h4一般取1.0m（5）斜板（管）總高度

H=h1+h2+h3+h4+h5

式中h5－污泥斗高度，m。缺點(diǎn)：

1單位面積上的泥量增加,如排泥不暢，將產(chǎn)生反泥現(xiàn)象，使出水水質(zhì)惡化;

2水在池中停留時(shí)間短，若水質(zhì)水量變化較大，來不及調(diào)整運(yùn)行，耐沖擊負(fù)荷的能力差.

3斜板或斜管管徑較小，若施工質(zhì)量欠佳,造成變形，容易在管內(nèi)或板間積泥.

4斜板或斜管在上部陽光的照射下會滋生大量的藻類.

(1)設(shè)計(jì)流量

1)自流進(jìn)入：按最大設(shè)計(jì)流量計(jì)算

2)污水提升進(jìn)入：按工作泵的最大組合流量計(jì)算

3)合流制:按降雨時(shí)的設(shè)計(jì)流量計(jì)算，沉淀時(shí)間不宜小于30min一般規(guī)定

(2)沉淀池個(gè)數(shù)不少于2個(gè)，并聯(lián)

(3)超高≥0.3m

(4)緩沖層高,一般0.3～0.5m

(5)污泥斗斜壁與水平面的傾角,方斗不宜小于600,

圓斗不宜小于550

(6)排泥管d≥200mm

(7)排泥：靜水壓排泥(每日排泥)；機(jī)械排泥(連續(xù)或間歇），多斗排泥時(shí)，每個(gè)泥斗均單獨(dú)設(shè)排泥管和閘閥

(8)入流應(yīng)設(shè)整流裝置

4.7輻流式沉淀池輻流式沉淀池（圓形、正方形）直徑6～60m池內(nèi)水深1.5～3.0m,機(jī)械排泥,池底坡度不小于0.05,見圖7-13和圖7-14。為使布水均勻,設(shè)穿孔擋板,穿孔率10％～20％.

4.7.1設(shè)計(jì)參數(shù)

1.沉淀時(shí)間t2.表面負(fù)荷q（m3/m2.h）

3.Qmax

4.H有效≤4m4.7.2設(shè)計(jì)要求

1.D/H有效=6～122.池底坡度

3.機(jī)械刮泥、靜水壓力排泥（圓形）無機(jī)械刮泥、靜水壓力排泥（正方形）

4.進(jìn)、出水有三種布置方式

(1)中心進(jìn)水，周邊出水：輻流式

(2)周邊進(jìn)水，中心出水：向心式

(3)周邊進(jìn)水，周邊出水

5.刮泥機(jī)旋轉(zhuǎn)角度：1～1.5m/min（周邊線速）

6.穿孔擋板開孔面積為擋板處池?cái)嗝婷娣e的10～20%

4.7.3設(shè)計(jì)計(jì)算1.每座沉淀池表面積A1與池徑D

2.有效水深h23.污泥量W（與平流式相同）4.污泥區(qū)容積

5.總高度（H）和周邊處的高度（Hˊ）

其中：h1為超高，h2為有效水深，h3為緩沖高度層，

h4為底坡落差，h5為污泥斗高度。

高效澄清池處理工藝的5個(gè)基本原理（1）澄清與絮凝部分的一體化結(jié)合；（2）絮體由絮凝部分至澄清部分的低速傳輸；（3）在澄清下部濃縮區(qū)與絮凝部分之間的污泥外部循環(huán)；（4）有機(jī)高分子絮凝劑的應(yīng)用；（5）澄清部分設(shè)置斜管。

4.8澄清池

澄清池將絮凝和沉淀過程綜合于一個(gè)構(gòu)筑物完成，主要依靠活性泥渣層達(dá)到澄清目的（實(shí)質(zhì)是接觸絮凝）。常用于給水處理?；钚阅嘣鼘拥男纬桑撼吻宄貏傞_始運(yùn)行時(shí)，在原水中加入較多的絮凝劑，并適當(dāng)降低負(fù)荷，經(jīng)過一段時(shí)間后，便能形成泥渣層。澄清池分為:

泥渣懸浮型（過濾型）：即加藥后的原水由下而上透過懸浮狀態(tài)的泥渣層，水中的脫紊雜質(zhì)與高濃度的泥渣顆粒碰撞凝聚并被泥渣層攔截下來。如懸浮澄清池、脈沖澄清池

泥渣循環(huán)型（分離型）：池內(nèi)的懸浮泥渣層循環(huán)流動，充分發(fā)揮了泥渣絮凝作用。如機(jī)械攪拌澄清池、水力循環(huán)澄清池

4.8.1懸浮型澄清池

1.懸浮澄清池懸浮澄清池結(jié)構(gòu)簡單，一般用于小水廠，運(yùn)行適應(yīng)性差（水溫、水量、變化時(shí)，泥渣層工作不穩(wěn)定），目前很少用

2．脈沖澄清池

澄清池的上升流速發(fā)生周期性的變化，這種變化是由脈沖發(fā)生器引起的?？棵}沖方式進(jìn)水，懸浮層發(fā)生周期性的收縮和膨脹，見圖。

特點(diǎn):(1)有利于顆粒和懸浮層接觸；

(2)懸浮層污泥趨于均勻。

(3)還可以防止顆粒在池底沉積

(4)處理效果受水量、水質(zhì)、水溫影響較大；

(5)構(gòu)造復(fù)雜;(6)配水方式：紊流板

充水時(shí)間：25－30s

放水時(shí)間：6－10s

(7)工作穩(wěn)定、單池面積大、造價(jià)低，但周期不易調(diào)整。

4.8.2循環(huán)型澄清池一機(jī)械攪拌澄清池

1設(shè)計(jì)要點(diǎn)①清水區(qū)上升流速為0.8～1.1mm/s；②水在澄清池內(nèi)總的停留時(shí)間可采用1.2～1.5h；③葉輪提升流量為進(jìn)水流量的3～5倍；④原水進(jìn)水管、三角配水槽的水流流速分別為1m/s、

0.4m/s；⑤V第一絮凝室：V第二絮凝室（含導(dǎo)流室）：V分離室＝2：1：7，

V第一絮凝室:(15－20min)·Q

V第二絮凝室（含導(dǎo)流室）:(7－10min)·Q

第二絮凝室與導(dǎo)流室的水流流速一般為40～60mm/S；⑥直徑大于6m時(shí)用6～8條集水槽直徑小于6m時(shí)用4～6條集水槽需定期排泥回流泥量Q’＝3－5Q

優(yōu)點(diǎn)：

處理效果好，穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng),適用于大、中水廠缺點(diǎn)：

維修維護(hù)工作量較大；啟動時(shí)有時(shí)需人工加土和加大加藥量。2優(yōu)缺點(diǎn)二水力循環(huán)澄清池工作原理：依靠水力作用，使加入藥劑的原水經(jīng)噴嘴高速噴入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而吸入回流泥渣，原水與回流泥渣在喉管中劇烈混合后，送入第一、第二絮凝室接觸，再進(jìn)入分離室進(jìn)行泥水分離。清水排出，泥渣下沉，部分進(jìn)泥渣濃縮室后排出，部分被吸入喉管重新循環(huán)。1.設(shè)計(jì)參數(shù)

v噴嘴＝4－7m/s

v喉管＝2－3m/s

一反應(yīng)室:v出口=60mm/s

t＝15－30s

二反應(yīng)室:v下降＝40－50mm/s,

v出口＝5mm/s

t＝80－100s

分離區(qū):v＝1－1.2mm/s,t＝1h

回流泥量＝2－4Q優(yōu)點(diǎn)：不需機(jī)械攪拌，結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間短，運(yùn)行不穩(wěn)定，泥渣回流控制較難，不能適應(yīng)水溫、水質(zhì)、水量的變化，只能用于小水廠。2.優(yōu)缺點(diǎn)1.定義

水中造?，F(xiàn)象：利用實(shí)驗(yàn)法在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在利用有機(jī)高分子混凝劑的混凝過程中，由體系外部供給一定能量，在某些條件下就會生成密實(shí)的顆粒狀絮凝體，稱為水中造粒現(xiàn)象。

4.9水中造粒2.原理

日本學(xué)者提出：結(jié)團(tuán)絮凝

西安建筑大學(xué)在流化床上發(fā)展了該理論（1）常規(guī)絮凝形成過程:脫紊顆粒隨機(jī)碰撞結(jié)合。形成的絮凝體結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)部空隙很大，密度小、沉淀時(shí)間長。隨機(jī)型絮凝體如下圖4-30：3.常規(guī)絮凝與水中造粒絮凝效果區(qū)別圖4-30常規(guī)絮凝效果

（2）水中造粒法絮凝體形成過程:在造粒設(shè)備中，水對水中微小粒子進(jìn)行脫穩(wěn)，導(dǎo)入攪拌區(qū)進(jìn)行造粒。顆粒的結(jié)合和成長，以微小顆粒在懸浮顆粒表面逐一附著的方式進(jìn)行。形成的絮凝體結(jié)構(gòu)密實(shí)，內(nèi)部空隙很小，密度大、易于泥水分離，沉淀時(shí)間短。致密型絮凝體如下圖：圖4-31水中造粒絮凝效果4.自我造粒型流化床

底部進(jìn)水區(qū)

造粒區(qū)

分離區(qū)

集泥區(qū)

集水區(qū)圖4-32自我造粒硫化床5.水中造粒法控制因素

化學(xué)條件：脫穩(wěn)電位-15～-20mv

反應(yīng)動力學(xué)條件：保證快速混合擴(kuò)散的反應(yīng)條件。在高濃度顆粒懸浮層提供適宜剪切力。

流體力學(xué)條件：提供向上水流的紊流條件。

4.10氣浮4.10.1氣浮的基本原理4.10.2氣浮的分類與特點(diǎn)4.10.3氣浮法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用1.基本概念氣?。豪酶叨确稚⒌奈⑿馀葑鳛檩d體而粘附廢水中的懸浮物，使其隨氣泡上浮至水面，而加以分離去除的一種水處理方法。親水性顆粒：水滴與顆粒接觸的面積較多，易于被水潤濕。疏水性顆粒：水滴與顆粒接觸的面積較少，難于被水潤濕。濕潤接觸角：在氣、液、固三相接觸時(shí)，固-液界面張力線和氣-液界面張力線之間的夾角稱為濕潤接觸角，以θ表示。親水性顆粒，θ<90；疏水性顆粒θ>90。4.10.1氣浮的基本原理懸浮顆粒與氣泡粘附的條件：水中懸浮固體顆粒能否與氣泡粘附，主要取決于顆粒表面的性質(zhì)。即水、空氣、和固體三者表面張力的關(guān)系。與濕潤作用有關(guān)：當(dāng)θ較小時(shí)，顆粒完全被水濕潤，顆粒不易與氣泡粘附，就不宜用氣浮法處理。（親水的顆粒不易與氣泡粘附）。當(dāng)θ越大，顆粒完全不被水濕潤，固體的疏水性越強(qiáng)，越難濕潤，就越易于同氣泡沾附，宜于氣浮法處理。（疏水的顆粒易與氣泡粘附）。2.氣浮中要求氣泡具有一定的分散度和穩(wěn)定性

氣泡不穩(wěn)定的情況：（1）當(dāng)為潔凈水時(shí)：潔凈水表面張力大，潔凈的氣泡常常不能達(dá)到氣浮操作要求的細(xì)小分散度。潔凈的氣泡有自動降低自由能的傾向，即氣泡合并?！€(wěn)定性不好（2）當(dāng)水中缺乏表面活性物質(zhì)，氣泡壁由于缺乏表面活性物質(zhì)的保護(hù)，氣泡壁會變薄易破滅?！€(wěn)定性不好改善措施：加入起泡劑（一種表面活性物質(zhì)），保護(hù)氣泡的穩(wěn)定性。

在一定條件下，氣泡在水中的分散程度是影響氣浮效率的重要因素，所以氣浮設(shè)備一般以產(chǎn)生氣泡的方法來分類。分為以下幾類：

1.電解氣浮法2.散氣氣浮法：擴(kuò)散板曝氣氣浮葉輪氣浮3.溶氣氣浮法：溶氣真空氣浮加壓溶氣氣浮4.10.2氣浮的分類與特點(diǎn)1.電解氣浮法（1）工作原理電解氣浮法是用不溶性陽極和陰極，通以直流電，直接將廢水電解。陽極和陰極產(chǎn)生氫氣和氧氣的微細(xì)氣泡，將廢水中的污染物顆粒或先經(jīng)混凝處理所形成的絮凝體粘附而上浮至水面，生成泡沫層，然后將泡沫刮除，實(shí)現(xiàn)分離去除污染物質(zhì)。

（2）電解氣浮法的氣浮裝置

1）豎流式電解氣浮池

2）平流式電解氣浮池2.散氣氣浮法

(1）擴(kuò)散板曝氣氣浮法：壓縮空氣通過擴(kuò)散裝置以微小氣泡形式進(jìn)入水中。簡單易行，但容易堵塞，氣浮效果不高。見圖。

(2）葉輪氣浮法：適用于處理水量不大,污染物濃度高的廢水。見圖。

3溶氣氣浮法根據(jù)氣泡析出時(shí)所處壓力不同，溶氣氣浮法分為：溶氣真空氣浮：空氣在常壓或加壓下溶入水中，在負(fù)壓下析出。加壓溶氣氣浮：空氣在加壓下溶入水中，在常壓下析出。(1)溶氣真空氣浮廢水在常壓下被曝氣，使其充分溶氣，然后在真空條件下，使廢水中溶氣析出，形成細(xì)微氣泡，粘附顆粒雜質(zhì)上浮于水面形成泡沫浮渣而除去。優(yōu)點(diǎn)：氣泡形成、氣泡粘附于微粒以及絮凝體的上浮都處于穩(wěn)定環(huán)境，絮體很少被破壞。氣浮過程能耗小。缺點(diǎn)：容氣量小，不適于處理含懸浮物濃度高的廢水；氣浮在負(fù)壓下運(yùn)行，刮渣機(jī)等設(shè)備都要在密封氣浮池內(nèi)，所以氣浮池的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)運(yùn)行困難，故此法應(yīng)用較少。(2)加壓溶氣氣浮

1）工作原理在加壓條件下，使空氣溶于水，形成空氣過飽和狀態(tài)。然后減至常壓，使空氣析出，以微小氣泡釋放于水中，實(shí)現(xiàn)氣浮，此法形成氣泡小，約20～100μm，處理效果好，應(yīng)用廣泛。

2）加壓溶氣氣浮工藝流程加壓溶氣氣浮可分為：全溶法、部分溶氣法、回流加壓溶氣法。a全溶氣流程電耗高，但氣浮池容積小

b部分溶氣流程(省電，溶氣罐小。但若溶解空氣多，需加大溶氣罐壓力)

C.回流加壓溶氣流程(適用于SS高的原水，但氣浮池容積大)3）加壓溶氣氣浮工藝的主要設(shè)備

——工藝組成壓力溶氣系統(tǒng)；空氣釋放系統(tǒng)；氣浮池。

壓力溶氣系統(tǒng)

包括：加壓水泵、壓力溶氣罐、空氣供給設(shè)備及其他附屬設(shè)備

a加壓水泵：提升污水，將水、氣以一定壓力送至壓力溶氣罐。加壓泵壓力應(yīng)適當(dāng)。過高，溶解到水中的空氣增加，經(jīng)減壓后釋放的空氣多，會促進(jìn)微氣泡的聚集，不利氣??；太低，增加溶氣水量，氣浮池容積增加。

b壓力溶氣罐：使水與空氣充分接觸，促進(jìn)空氣溶解。形式多樣，一般采用填充式。

溶氣水的減壓釋放設(shè)備：要求微氣泡的直徑20~100um●

減壓閥（截止閥）每個(gè)閥門流量不同，氣泡合并現(xiàn)象，閥芯、閥桿、螺栓易松動?！駥Ｓ冕尫牌鱐S型溶氣釋放器·>0.15Mpa，釋放溶氣量的99%TJ型溶氣釋放器·在0.2Mpa以上低壓下工作，凈水效果良好TV型溶氣釋放器·氣泡微細(xì)20~40um氣浮池平流式氣浮池豎流式氣浮池

反應(yīng)——?dú)飧〕胤磻?yīng)——?dú)飧　恋沓胤磻?yīng)——?dú)飧　^濾池4.10.3氣浮法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用1、氣浮法的設(shè)計(jì)2、氣浮池的應(yīng)用1.氣浮池的設(shè)計(jì)氣浮池的設(shè)計(jì)參數(shù)：1.氣浮池宜用于渾濁度小于100NTU及含有藻類等密度小的懸浮物質(zhì)的原水。2.接觸室的上升流速，可采用10~20mm/s，分離室的向下流速，可采1.5~2.0mm/s，即分離室液面負(fù)荷為5.4~7.2m3/(m2.h)。3.氣浮池的單格寬度不宜超過10m；池長不宜15m；有效水深可采用2.0~3.0m。

4.溶氣罐的壓力及回流比，應(yīng)根據(jù)原水氣浮試驗(yàn)情況或參照相似條件小的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，溶氣壓力可參用0.2~0.4MPa；回流比可采用5%~10%。5.壓力溶氣罐的總高度可采用3.0m，罐內(nèi)需裝填料，其高度宜為1.0~1.5m，罐的截面水力負(fù)荷可采用100~150m3/(m2.h)。6.氣浮池宜采用刮渣機(jī)排渣。刮渣機(jī)的行車速度不宜大于5m/min。設(shè)計(jì)實(shí)例：題目：已知原水水源為河水，最高濁度80NTU,設(shè)計(jì)計(jì)算0.5萬m3/d平流式氣浮池一座。（1）設(shè)計(jì)參數(shù)選用1）水廠自用水量取5%；2）溶氣水回流比R=10%，水溫校正系數(shù)α=1.20，綜合水溫及安全系數(shù)Ψ=1.80；3）空氣機(jī)供氣，壓力溶氣罐壓力0.25MPa，內(nèi)裝填料，容器效率η=80%，20℃時(shí)壓縮空氣溶解度系數(shù)KT=2.43×10-2(mmHg.m3)-1；4）壓力溶氣罐過流密度I=150m3/(h.m2);5）接觸區(qū)