给排水水质工程().ppt

,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,沉淀分类,一、沉淀分类1.自由沉淀悬浮物质浓度不高，颗粒在无边际水体中独立地完成沉淀过程，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。如沉砂池中砂粒、浓度低的污水在初沉池。2.絮凝沉淀（干扰沉淀）悬浮物浓度在50500mg/l，颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用。在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。如活性污泥在二沉池。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,沉淀,3.拥挤沉淀（分层沉淀）当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后（浓度500mg/l），沉淀中相邻颗粒互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀，清水与浑水间形成明显的交界面，沉淀显示为界面下沉。如二沉池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。4压缩沉淀浓度大。颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。如活性污泥在二沉池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。活性污泥在二沉池中沉淀实际是依次进行，只是各类沉淀出现时间不同。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,沉淀,二、影响实际沉淀池沉淀效果的因素1进、出口对沉效的影响2不正常流型对沉效的影响3水流的紊动性和稳定性对沉效的影响4其他因素对沉效的影响三、判别指标1水流的紊动性Re2水流的稳定性Fr,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,一、基本结构平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分。1.进水区进水区的作用是使流量均匀分布在进水截面上，尽量减少扰动。一般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布在沉淀池的整个断面上。为使矾花不宜破碎，通常采用穿孔花墙V4,L/H10，每格宽度应在38m不宜大于15m。,穿孔墙,出水口布置,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,3出水区通常采用：溢流堰（施工难），淹没孔口（容易找平）。孔口流速宜为0.60.7m/s，孔径2030mm，孔口在水面下15cm，水流应自由跌落到出水渠。为了不使流线过于集中，应尽量增加出水堰的长度，降低流量负荷。堰口溢流率一般小于500m3/md，目前我国增加堰长的办法如图。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,4.存泥区及排泥措施泥斗排泥：靠静水压力1.52.0m，下设有排泥管，多斗形式，可省去机械刮泥设备（池容不大时）穿孔管排泥：需存泥区，池底水平略有坡度以便放空。机械排泥：带刮泥机，池底需要一定坡度，适用于3m以上虹吸水头的沉淀池，当沉淀池为半地下式时，用泥泵抽吸。还有一种单口扫描式吸泥机，无需成排的吸口和吸管装置。沿着横向往复行走吸泥。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,二、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素1.沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响主要为短流的影响，产生的原因有：(1)进水的惯性作用；(2)出水堰产生的水流抽吸；(3)较冷或较重的进水产生的异重流；(4)风浪引起的短流；(5)池内存在的导流壁和刮泥设施等2.凝聚作用的影响。由于实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的絮凝过程均影响了沉淀效果，实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,三、平流沉淀池的工艺设计设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷或停留时间。应根据原水水质、沉淀水质要求、水温等设计资料、运行经验确定。停留时间一般采用13h。华东地区水源一般采用12h。低温低浊水源停留时间往往超过2h。,1、各参数间关系,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,2、第一种设计计算方法（实验计算方法）1.根据沉淀实验结果选取u0，用uo=Q/A计算得到沉淀池的面积A；2.选取沉淀时间t和沉淀池水平流速v，用L=vt得到沉淀池长度L；3.用公式B=A/L得到B；4.用公式H=Qt/A得到H；第二种计算方法（经验计算方法）1.根据经验选取平流式沉淀池的沉淀时间t，得到其体积V=Qt2.选取沉淀池的深度H，用公式A=V/H得到沉淀池的面积A；3.选取沉淀池的水平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的长度L；4.用公式B=A/L得到B；,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,平流沉淀池,其它参数：平流式沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中变水头放空容器公式计算：当渠道底坡度为零时，渠道起端水深可根据下式计算：式中Q沉淀池的流量，m3/s；g重力加速度9.81m/s2；B渠道宽度，m。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,斜板（管）沉淀池,一、原理由沉淀效率公式可知：在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般60左右）的板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。二、分类有异向流、同向流、横向流三种，目前在实际工程中应用的是异向流斜板（管）沉淀池，其结构见图。,斜管沉淀池示意,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2沉淀池、沉砂池和澄清池,斜板（管）沉淀池,三、优缺点优点：1.沉淀面积增大；2.沉淀效率高，产水量大；3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：1.由于停留时间短，其缓冲能力差；2.对混凝要求高；3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,斜板（管）沉淀池,四、设计计算1.沉淀池面积A选定表面负荷（2.53.0mm/s），计算得到面积A。2沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1为超高0.3m，h2为清水层高度1.2mh3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5mh5为污泥斗高度0.8m,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,竖流式沉淀池,一、竖流式沉淀池：有圆形、正方形。为了池内水流分布均匀，池径采用47m，不大于10m，沉淀区柱形，污泥斗倒锥形。二、设计要求：1.D/H有效3，否则水流将变成辐流式2.中心管下口应设喇叭口和反射板反射板距底泥面喇叭口与反射板的设计应按图要求0.3m喇叭口下端距反射板之间的间隙高度H3=0.250.5mm3.排泥管下端距池底排泥管上端超出水面4.浮渣挡板距集水槽0.250.50m。浮渣挡板高出水面0.150.20m；浮渣挡板淹没水深：0.30.4m,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,竖流式沉淀池,三、设计计算1.中心管面积与直径2沉淀区的面积3.沉淀池的总面积A和池径D,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,竖流式沉淀池,4沉淀区的有效水深（中心管喇叭口出水面高度）式中：V为上升流速0.51.0mm/st为沉淀时间，1.01.5h5.喇叭口距反射板之间的缝隙高度式中：V1为出流速度，d1为喇叭口直径,v140mm/s,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,竖流式沉淀池,6污泥量W(m3)，其计算同平流式7污泥区容积式中：为上部半径，为下部半径要求：VW8总高度H式中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缝隙高度h4为缓冲层高度，h5为圆锥高度,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,辐流式沉淀池,辐流式沉淀池（圆形、正方形）直径660m，池内水深1.53.0m,机械排泥,池底坡度不小于0.05。为使布水均匀,设穿孔挡板,穿孔率1020.,普通辐流沉淀池示意,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,辐流式沉淀池,一、设计参数1.沉淀时间t2.表面负荷q（m3/m2.h）3.Qmax4.H有效4m二、设计要求1.D/H有效=6122.池底坡度3.机械刮泥、静水压力排泥（圆形）无机械刮泥、静水压力排泥（正方形）,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,辐流式沉淀池,4.进、出水有三种布置方式(1)中心进水，周边出水：辐流式(2)周边进水，中心出水：向心式(3)周边进水，周边出水5.刮泥机旋转角度：11.5m/min（周边线速）6.穿孔挡板开孔面积为挡板处池断面面积的1020%,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,辐流式沉淀池,三、设计计算1.每座沉淀池表面积A1与池径D2.有效水深h23.污泥量W（与平流式相同）4.污泥区容积,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,辐流式沉淀池,5.总高度（H）和周边处的高度（H）其中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缓冲高度层，h4为底坡落差，h5为污泥斗高度。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,澄清池,澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层，常用于给水处理。澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。一、悬浮澄清池其结构见图。悬浮澄清池结构简单，一般用于小水厂，运行适应性差（水温、水量、变化时，泥渣层工作不稳定），目前已很少用。,悬浮澄清池流程1-穿孔配水管；2-泥渣悬浮层；3-穿孔集水槽；4-强制出水管；5-排泥窗口；6-气水分离器,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,澄清池,脉冲澄清池特点是澄清池的上升流速发生周期性的变化，这种变化是由脉冲发生器引起的。靠脉冲方式进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀，见图。脉冲澄清池的特点如下：(1)有利于颗粒和悬浮层接触；(2)悬浮层污泥趋于均匀。(3)还可以防止颗粒在池底沉积(4)处理效果受水量、水质、水温影响较大；(5)构造复杂。,采用真空泵脉冲发生器的澄清池剖面图1-进水室；2-真空泵；3-进气阀；4-进水管；5-水位电极；6-集水槽；7-稳流板；8-配水管,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,澄清池,二、循环型澄清池1.机械搅拌澄清池机械搅拌澄清池的构造如图所示机械搅拌澄清池的优点：处理效果好，稳定；适用于大、中水厂机械搅拌澄清池的缺点：维修维护工作量较大；启动时有时需人工加土和加大加药量。,机械搅拌澄清池剖面示意图1-进水管；2-三角配水槽；3-透气管；4-投药槽；5-搅拌桨；6-提升叶轮；7-集水槽；8-出水管；9-泥渣浓缩室；10-排泥阀；11-放空管；12-排泥罩；13-搅拌轴；I-第一絮凝室；II-第二絮凝室；III-导流室；IV-分离室,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,澄清池,设计要点机械搅拌澄清池的设计要点：清水区上升流速为0.81.1mm/s；水在澄清池内总的停留时间可采用1.21.5h；叶轮提升流量为进水流量的35倍；原水进水管、三角配水槽的水流流速分别为1m/s、0.4m/s；第一絮凝室的容积：第二絮凝室的容积（含导流室）：分离室为2：1：7，第二絮凝室与导流室的水流流速一般为4060mm/S；直径大于6m时用68条集水槽，直径小于6m时用46条集水槽,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,澄清池,2、水力循环澄清池水力循环澄清池的简图如图7-25所示，水力循环澄清池现已很小使用。水力循环澄清池的优点：不需机械搅拌，结构简单水力循环澄清池的缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，不能适应水温、水质、水量的变化，只能用于小水厂。,水力搅拌澄清池剖面示意图1-进水管；2-喷嘴；3-喉管；4-喇叭口；5-第一絮凝室；6-第二絮凝室；7-泥渣浓缩室；8-分离室,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,沉砂池平流式沉砂池,沉砂池的主要作用：分离比重较大的无机颗粒；减轻磨损；减轻沉淀池的负荷。沉砂池的主要类型：平流式沉砂池，曝气沉砂池，多尔沉砂池，钟式沉砂池.一、平流式沉砂池平流沉砂池结构如图，它具有截留无机颗粒效果较好，工作稳定，构造简单，排沉砂方便等优点。,平流沉沙池工艺图,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,1.设计参数（1）Q设计污水重力自流进入污水厂，按Qmax设计污水由泵提升进入，按泵房最大组合流量设计平流沉砂池结构如图7-26，它具有截留无机颗粒效果较好，工作稳定，构造简单，排沉砂方便等优点。（2）vmax=0.3m/s,vmin=0.15m/s使无机颗粒下沉，而有机颗粒不会下沉（按砂粒比重2.65，去除d0.2mm砂粒来设计）（3）t停留30，一般为3060（4）H有效=0.251.0m,1.20m,每格宽度b0.6m,沉砂池平流式沉砂池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,（5）沉砂量标准生活污水：0.010.02l/人.d城市污水：3m3/105m3污水砂含水率60%，容重1500/m3，贮砂斗的容积按2d沉砂量计算，砂斗倾角5560（6）超高0.3m2.设计计算（1）水流部分的长度L（m）：L=vt：v：最大水平流速vmaxt：水力停留时间,沉砂池平流式沉砂池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,（2）水流断面积A：（3）池总宽度B：（4）沉砂斗容积V（m3）（5）沉砂池总高度H（6）验算最小流速验算在Qmin时，污水流经沉砂池时的,沉砂池平流式沉砂池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,3、排砂装置（1）重力排砂：排砂管、排砂罐（2）机械排砂：单口泵吸式排砂、链板刮砂与抓斗过去常用抓斗式或链斗式，利用链条刮板从池底集砂沟中收集沉砂，并通过抓斗将收集的沉砂装车运走。目前新型的除砂手段是，用安装在往复行走的桁车上的泵抽出池底的砂水混合物，再利用旋流式砂水分离器或水力旋流器加螺旋洗砂机将砂和水分开，完成除砂、砂水分离、装车等工序。,沉砂池平流式沉砂池,桁车泵吸式除砂机,桁车泵吸式除砂机,该设备用于旋流沉砂池（钟式沉砂池），是沉砂和洗砂效果较好的先进设备，它可以去除直径0.2mm以上绝大部分砂。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,二、曝气沉沙池一般沉砂中夹杂有15%的有机物，使后续处理增加难度，影响环境。通入空气，使砂粒互相磨擦，并承受剪切力，使砂粒或砂团吸附夹杂的有机物进入水中，使沉砂中有机物含量10%，称为清洁砂。如图所示。1.设计参数（1）V水平=0.080.12m/s,最大旋流速度为0.250.30m/s（2）Qmax时的t停留=13min（3）h有效=23m,L/B=5,B/H=11.5（4）穿孔管曝气，孔径2.56.0mm，曝气量：0.2m3/m3污水,沉砂池曝气沉砂池,曝气沉沙池剖面图1-压缩空气管；2-空气扩散板；3-集砂槽,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,2计算首先确定t停留、V水平、h有效等设计参数（1）池子总有效容积V（m3）V=Qmaxt停留60（m3）（2）水流断面积A（m2）（3）池总高度B（m）每格宽其中n为分格数（4）池长L（m）（5）每小时所需空气量q(m3/h)（6）贮砂斗计算与平流式沉砂池相同,沉砂池曝气沉砂池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,三、多尔沉砂池1984年美国提出，沉砂被旋转刮砂机刮到排砂坑，用往复齿耙把有机物洗掉，洗下来的有机物随污水一起回流到沉砂池，沉砂池有机物含量10%，最大设计流速为0.3m/s。主要设计参数表见表。,沉砂池曝气沉砂池,多尔沉砂池设计参数表,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.3沉淀池、沉砂池和澄清池,四、钟式沉砂池1984年由英国提出，钟式沉砂池是利用机械力控制水流流态与流速，加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。调整转速，可达到最佳沉砂效果，见图。,沉砂池曝气沉砂池,钟氏沉沙池工艺图,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.4气浮,基本概念利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。悬浮颗粒与气泡粘附的原理：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。颗粒表面易被水湿润，该颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为湿润接触角以表示。,气浮,亲水性和疏水性物质的接触,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.4气浮,根据气泡产生的方式气浮法分为：电解气浮法；散气气浮法：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。溶气气浮法：溶气真空气浮加压溶气气浮：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。,气浮,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.4气浮,一、电解气浮法工作原理：电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离去除污染物质。在直流电作用下，正负两极产生的氢和氧的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离。,气浮电解气浮法,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.4气浮,电解气浮法的气浮装置1、竖流式电解气浮池,气浮电解气浮法,竖流式电解气浮池1-