西建大水污染控制工程課件02重力沉降法

第二章重力沉降法

主要內(nèi)容：§2-1概述§2-2沉降的基本原理§2-3沉降試驗(yàn)和沉降曲線§2-4沉淀池及其設(shè)計(jì)計(jì)算第二篇不溶態(tài)污染物的分離技術(shù)§2-1概述中心進(jìn)水周邊出水輻流式沉淀池示意圖進(jìn)水出水排泥§2-2沉降的基本原理沉降動(dòng)力學(xué):顆粒受力情況分析式中：As——運(yùn)動(dòng)方向的面積

Cd——牛頓無(wú)因次阻力系數(shù)：Cd=f(Re)

μs——顆粒沉降速度當(dāng)受力平衡時(shí)，沉速變?yōu)棣蘳（最終沉降速度）對(duì)于球形顆粒：①層流區(qū)（stokes區(qū)）:

③紊流區(qū)（牛頓區(qū)）

②過(guò)渡流區(qū)（艾倫區(qū)）

§2-3沉降試驗(yàn)和沉降曲線一、自由沉降試驗(yàn)及沉降曲線二、絮凝沉降試驗(yàn)及沉降曲線一、自由沉降試驗(yàn)及沉降曲線

（一）試驗(yàn)裝置（三）Camp圖解積分法及沉降曲線

（二）常規(guī)計(jì)算法及沉降曲線

H0=1.5~2.0mφ100mmΔhH=H0-Δhi試驗(yàn)裝置示意圖（二）常規(guī)計(jì)算法(數(shù)據(jù)記錄與處理)tt0t1t2t3…ti…tnHH0H0H0–Δh1…H0–Δhi-1…

CC0C1C2C3…Ci…CnμE（二）常規(guī)計(jì)算法(由數(shù)據(jù)繪制沉降曲線)（續(xù)）E沉降時(shí)間，t(min)圖3-1E-t曲線最小沉速，uE圖3-2E-u曲線

（三）Camp圖解積分法

給定的沉降時(shí)間t內(nèi)：

對(duì)于μ≥μ0的顆粒全部除去

對(duì)于μ<μ0的顆?？杀徊糠秩コ0

1-p0

給定的沉降時(shí)間t內(nèi)：

對(duì)于d≥d0的顆粒全部除去

對(duì)于d<d0的顆?？杀徊糠秩コ?。p0

1-p0

？？：對(duì)于μ<μ0的顆粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？Hh（三）Camp圖解積分法（續(xù)）μ

＜μ0的顆粒中，di

→di+dd范圍內(nèi)顆粒所占SS總量的百分率用dp表示。對(duì)于μ

＜μ0的顆粒，其中可去除部分所占比例為：則在di

→

di+dd范圍內(nèi)能被去除部分顆粒占SS總量的百分率為：對(duì)于全部μ<μ0顆粒群體，可去除部分為：（三）Camp圖解積分法（續(xù)）μ≥μ0部分顆粒所占百分率為1–p0

則，總沉降效率為ET

：

沉降速度μμ01-p0p0p0沉降速度uμi△pi沉降速度分布曲線沉降速度分布曲線的圖解U＜u0顆粒分率，p顆粒分率，p（三）Camp圖解積分法(由數(shù)據(jù)繪制沉降曲線)E沉降時(shí)間，t(min)E-t曲線最小沉速，μEE-u曲線ET-tE-tET-μE-μ小結(jié)：

1、基本概念

重力沉降2、重點(diǎn)①基本概念②沉降試驗(yàn)和沉降曲線3、難點(diǎn)Camp圖解積分法計(jì)算ET

二、絮凝沉降試驗(yàn)及沉降曲線

絮凝沉降的特點(diǎn)：顆粒的形狀d、在沉降過(guò)程中改變；濃度上稀下濃；SS濃度隨水深度變化而變化，且呈現(xiàn)非線性變化。u隨d而增大。1.絮凝沉降試驗(yàn)●裝置：φ140~150mmH=2.0~2.5m4~5個(gè)取樣口，間距500mm

●取樣：C0由t=0時(shí)中間取樣口采集t1、t2、…、ti、…、tn時(shí)，同時(shí)從各取樣口取水樣（兩份，求平均濃度），用以確定不同時(shí)間、不同水深處殘留的SS濃度C1、C2、…、Ci、…、Cn?！窭L圖：例如：0.5m、1.0m、1.5m處各有一取樣口，按設(shè)定的時(shí)間序列同時(shí)取樣，并計(jì)算Et。沉降時(shí)間，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降時(shí)間，t(min)102030405060Et-t曲線SS等去除率曲線Et1.0m§2-4理想沉淀池

一、Hazen和Camp提出這一概念。其假設(shè)條件是：（1）在沉淀池各過(guò)流斷面上，各點(diǎn)處水都以流速V作水平運(yùn)動(dòng)。（2）進(jìn)水中SS顆粒沿水深呈均勻分布，其水平分速等于水的水平流速，并從豎直分速u勻還下沉；（3）顆粒一經(jīng)沉到水底再不重新浮起（即認(rèn)為沉到底部即視為被去除）入流區(qū)出流區(qū)污泥區(qū)理想沉淀池示意圖①沉降線為未被去除顆粒；②為剛好100%去除顆粒；

③為可部分去除顆粒；④為可全部去除顆粒。同樣地有：可見(jiàn)，靜沉試驗(yàn)所得到的沉降規(guī)律也可適用于理想沉淀池。二、表面負(fù)荷q0①q0在數(shù)值上等于最小沉降速度；②q0↓，ET↑；③在離散型沉降中，當(dāng)處理水量為定值是，處理效率ET僅是沉降區(qū)表面積的函數(shù)，而與水深無(wú)關(guān)。A↑，q0↓，則ET↑。三、實(shí)際沉淀池∵在實(shí)際沉淀池，理想沉淀池的假設(shè)是不存在的，顆粒的運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。四、對(duì)于絮凝沉降顆粒之間并聚變大，或變大，u也會(huì)之變大。其運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化：

入流區(qū)出流區(qū)污泥區(qū)絮凝沉降顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡但是，為保守起見(jiàn)，沉降效率依然按照：進(jìn)行計(jì)算。

§2-5沉砂池

一、一般說(shuō)明1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分離水中較大的無(wú)機(jī)顆粒。以使水泵、管道免受磨損和阻塞；以減輕沉淀池的無(wú)機(jī)負(fù)荷；改善污泥的流動(dòng)性，以便于排放、輸運(yùn)。2.分類：按池內(nèi)水流方向的不同，可分為平流式、豎流式、離心式、曝氣式等。3.由于曝氣沉沙池和環(huán)流式（離心式）沉砂池對(duì)流量變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，除砂效果好且穩(wěn)定，條件許可時(shí)，建議盡量采用曝氣沉沙池和環(huán)流式沉砂池。

集砂渠集油區(qū)沉砂區(qū)行車進(jìn)水管出水管進(jìn)水管出水管出水渠二、設(shè)計(jì)計(jì)算:

曝氣沉砂池、平流沉砂池為例。例1：曝氣沉砂池1.主要設(shè)計(jì)參數(shù)

旋流速度應(yīng)保持0.25-0.3米/秒；水平流速為0.1米/秒；最大流量時(shí)的水力停留時(shí)間為1-3分鐘；有效水深一般為2-3米，寬深比一般1-1.5

長(zhǎng)寬比一般應(yīng)大于5

曝氣量一般為0.2m3/m3（廢水）

池內(nèi)應(yīng)考慮消泡與隔油裝置（或設(shè)備）

曝氣沉砂池：

解決沉砂池存在的問(wèn)題：①砂中含有機(jī)物；②對(duì)被有機(jī)物包覆的砂粒截留效率不高。

曝氣的作用是使有機(jī)物處于懸浮；砂粒摩擦及在氣體剪切力和紊動(dòng)條件下，去除其附著的有機(jī)污染物。例1：曝氣沉砂池：工藝尺寸2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸（2）結(jié)構(gòu)尺寸

（3）進(jìn)出水區(qū)（4）工藝裝備例1：曝氣沉砂池：工藝尺寸2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸主要確定沉砂池的池長(zhǎng)Ｌ、池寬Ｂ、池深Ｈ等。水流斷面A：池寬B：池長(zhǎng)L：池容V（有效容積）：例1：曝氣沉砂池:工藝尺寸在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，沉砂池的長(zhǎng)、寬、深等工藝尺寸需同時(shí)滿足有關(guān)的長(zhǎng)寬比和寬深比，以保證沉砂池內(nèi)的流態(tài)為推流式。如不滿足需重新調(diào)整有關(guān)尺寸：重新選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，從新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

（2）結(jié)構(gòu)尺寸

沉砂池的結(jié)構(gòu)尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油區(qū)等。例1：曝氣沉砂池：結(jié)構(gòu)尺寸

集砂斗傾角不小于50o。集砂槽設(shè)計(jì)與明渠設(shè)計(jì)相同，但設(shè)計(jì)流速應(yīng)不小于0.8m/s。集油區(qū)長(zhǎng)度與沉砂區(qū)相同，寬度一般為沉砂區(qū)寬度的1／2－2／3，底部以60o－75o傾角坡向沉沙區(qū)，以保證進(jìn)入集油區(qū)的砂滑入沉沙區(qū)。

（3）進(jìn)出水區(qū)進(jìn)水區(qū)、配水方式、出水區(qū)例1：曝氣沉砂池：進(jìn)出水區(qū)進(jìn)水：沉砂池進(jìn)水一般采用管道或明渠將污水直接引入配水區(qū)。配水：由于曝氣沉沙池內(nèi)水流的旋流特性，一般認(rèn)為對(duì)曝氣沉砂池的配水要求不十分嚴(yán)格，通常采用配水渠淹沒(méi)配水。出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的寬度一般與沉砂池寬度相同，依此根據(jù)堰流計(jì)算公式可確定相應(yīng)的堰上水頭。例1：曝氣沉砂池：工藝裝備（4）工藝裝備供氣方式：鼓風(fēng)曝氣，曝氣沉砂池的供氣可與曝氣池供氣聯(lián)合進(jìn)行或獨(dú)立進(jìn)行。

曝氣設(shè)備：一般采用穿孔管，孔徑一般為2－5mm。

排砂設(shè)備、集油設(shè)備：曝氣沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸；浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油設(shè)備通常置于行車上。

砂水和油水分離設(shè)備：從沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常設(shè)置砂水分離器和油水分離器對(duì)其分別進(jìn)行處置。例2：平流式沉砂池1．設(shè)計(jì)參數(shù)①流量Q：按Qmax設(shè)計(jì)；自流時(shí)，按最大流量；泵輸送時(shí)，按泵的最大組合流量②分格數(shù)n：n≥2③水平流速v：0.15~0.3m/s④停留時(shí)間：t≥30~60s例2：平流式沉砂池2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.工藝尺寸2.結(jié)構(gòu)尺寸

3.進(jìn)出水區(qū)4.工藝裝備例2：平流式沉砂池：工藝尺寸①

長(zhǎng)度L（m）：L=V·t②

過(guò)水面積F（m2）：F=Q/V③

池寬B（m）：B=F/h2

單格寬：b=B/n

h2為有效水深

校核最小流速Vmin≥0.15m/s例2：平流式沉砂池：結(jié)構(gòu)尺寸

進(jìn)、出水區(qū)結(jié)構(gòu)及尺寸；貯砂斗所需容積、結(jié)構(gòu)。結(jié)合單格寬、砂斗壁傾角，確定砂斗上、下底寬a、a2和高使設(shè)計(jì)的砂斗容積等于或不小于所需砂斗容積。（生活污水）例2：平流式沉砂池：工藝裝備輸砂泵（機(jī)械排泥）、砂水分離器、刮渣設(shè)備、行車等。§2-6普通沉淀池

一、一般說(shuō)明（1）沉淀池分為平流式、豎流式、輻流式。（2）通常輻流式適合于大規(guī)模，豎流式適合于小規(guī)模，而平流式則無(wú)此限制。（3）基于淺層沉降原理，出現(xiàn)斜板、斜管等高負(fù)荷新型沉淀池。在城市污水處理中尚存在一些問(wèn)題，應(yīng)用較少。（4）包括進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)、沉淀區(qū)、污泥區(qū)和緩沖區(qū)5個(gè)功能區(qū)。（5）根據(jù)在處理系統(tǒng)中位置及分離對(duì)象的不同：初沉池、二沉池。二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）流量當(dāng)自流進(jìn)入時(shí)，應(yīng)按最大流量設(shè)計(jì)；廠內(nèi)設(shè)置提升泵房時(shí)，應(yīng)按工作水泵的最大組合流量設(shè)計(jì)。（2）負(fù)荷沉淀池負(fù)荷（或停留時(shí)間）的選擇見(jiàn)表3-5-1。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表3-5-1沉淀池的功能與負(fù)荷或停留時(shí)間的關(guān)系類別沉淀池位置沉淀時(shí)間(h)表面負(fù)荷(m3/m2.h)污泥量（干物質(zhì)）(g/pc.d)污泥含水率(%)初沉池僅一級(jí)處理1.5-2.01.5-2.515-2796-97二級(jí)處理1.0-2.01.5-3.014-2595-97二沉池活性污泥法1.5-2.51.0-1.510-2199.2-99.5生物膜法1.5-2.51.0-2.07-1996-983、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）工藝尺寸1）有效沉淀面積、池長(zhǎng)、池寬、池深等；沉淀區(qū)有效容積V：沉淀區(qū)高度h1：對(duì)于輻流式沉淀池，依據(jù)沉淀面積即可確定沉淀池的直徑；對(duì)于平流式沉淀池，依據(jù)必需的長(zhǎng)寬比和寬深比可確定沉淀池的長(zhǎng)和寬。對(duì)于豎流式沉淀池，工藝尺寸的確定另外給出。有效沉淀面積A：3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸2）水渠、配水區(qū)（墻或管）、出水渠等；

按輻流式、平流式沉淀池、豎流式沉淀池分別介紹。輻流式沉淀池（中心進(jìn)水周邊出水）中心管：中心管管徑按流速應(yīng)大于0.4m/s的最小沉速設(shè)計(jì)；導(dǎo)流筒：導(dǎo)流筒的深度一般為池深的一半，容積占沉淀容積的5％；出水集水渠：現(xiàn)行輻流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的1／10R處；出水堰：?jiǎn)蝹?cè)或雙側(cè)三角堰。超高、緩沖區(qū)3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸（輻流式沉淀池）設(shè)計(jì)計(jì)算①

有效水深h2：通常取1/2半徑處的深度值或（f為中心管面積）②表面積F：F=Q/q③有效直徑：④徑深比：徑∶深不小于6中心進(jìn)水周邊出水輻流式沉淀池示意圖3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸平流式沉淀池配水：平流式沉淀池的配水可采用進(jìn)水擋板或進(jìn)水穿孔墻等；出水：一般采用三角堰；集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；水力計(jì)算；超高、緩沖區(qū)。平流式沉淀池示意圖3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸（平流式沉淀池）①沉降區(qū)表面積：②

沉淀區(qū)長(zhǎng)度L2=V·t

V≤5mm/st取1.5~2.0h③沉淀區(qū)寬度B2=A/L2

L2/b=4~5

（不滿足長(zhǎng)寬比要求時(shí)，應(yīng)分為n格，當(dāng)采用機(jī)械刮泥時(shí)，b還應(yīng)與刮泥機(jī)的衍架寬度相對(duì)應(yīng)）3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸豎流式沉淀池配水：中心管、反射導(dǎo)流板出水：一般采用三角堰；集水：集水渠。水力計(jì)算。豎流式沉淀池示意圖進(jìn)水排泥出水3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）工藝尺寸（豎流式沉淀池）①

中心管：V1≤30mm/s，②

上升部分：V=0.3~1mm/s，即q=2.0~3.0m3/m2·h，直徑D：③

上升深度h2：h2=V·t

無(wú)資料時(shí)，t取1.5~2.0h，徑深比不大于3④

泥斗計(jì)算、超高、緩沖區(qū)高度同前；中心管及反射板計(jì)算見(jiàn)P37優(yōu)缺點(diǎn)：排泥多采用重力排泥，簡(jiǎn)單易行；對(duì)Q波動(dòng)適應(yīng)能力小；適于中小廠。與平流式及輻流式不同，其ET

=(1-p0)×100%3、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（2）結(jié)構(gòu)尺寸1）緩沖層在沉淀區(qū)與集泥區(qū)之間一般設(shè)置緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的高度一般為0.3-0.5m。輻流式沉淀池泥斗一般為圓臺(tái)形，上部直徑為2m，下部直徑為0.5-1m，泥斗傾角大于45o；平流式沉淀池泥斗一般為（正）棱臺(tái)形，上部邊長(zhǎng)與池寬相同（若池寬較大時(shí)可設(shè)多個(gè)泥斗），下部邊長(zhǎng)一般為0.5-1.0m，泥斗傾角大于45o。豎流式沉淀池泥斗：圓臺(tái)形或（正）棱臺(tái)形。2）泥斗4、工藝裝備沉淀池的主要工藝裝備為刮泥機(jī)。刮泥機(jī)的設(shè)計(jì)主要按照沉淀池的形式、尺寸（直徑或?qū)挾龋┮约八璧呐拍喾绞竭M(jìn)行。§2-7斜板（管）沉淀池

淺層沉降原理斜板（管）沉淀池設(shè)計(jì)舉例淺層沉降原理①

↓，∴ET↓Q，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ET，則要以減小處理能力為代價(jià)。②

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n∴ET↑

思考：

ET不變，在分層后，處理水量變化?處理水量、ET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、