环境工程基础课件_沉淀

1、环境工程学基础环境工程学基础 3.13.1沉淀法（沉淀法（sedimentationsedimentation） 沉降沉降 由于分散相和分散介质的密度不同，分散相由于分散相和分散介质的密度不同，分散相 粒子在力场（重力场或离心力场）作用下发粒子在力场（重力场或离心力场）作用下发 生的定向运动。生的定向运动。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 3 3 废水的物理处理废水的物理处理 沉淀法沉淀法 利用水中悬浮颗粒的可沉利用水中悬浮颗粒的可沉 降性能，在重力作用下产降性能，在重力作用下产 生下沉作用，以达到固液生下沉作用，以达到固液 分离的一种过程。分离的一种过程。 用途 1. 沉砂池。 2. 初

2、次沉淀池 用初次沉淀池可较经济的去除悬浮有机物，以减轻后续生物 处理构筑物的有机负荷。 3. 用于生物处理后的固液分离 二次沉淀池，主要用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、 活性污泥等，使处理后的水得以澄清。 4.用于污泥处理阶段的污泥浓缩 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 3.1.13.1.1沉降原理沉降原理 沉淀类型沉淀类型 自由沉淀自由沉淀 压缩沉淀压缩沉淀 絮凝沉淀絮凝沉淀 区域沉淀区域沉淀 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 1 1）自由沉淀（离散沉淀）自由沉淀（离散沉淀） 沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉 淀，颗粒的

3、沉淀轨迹呈直线。淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。 整个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状，大小及比整个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状，大小及比 重等不发生变化。重等不发生变化。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 StockesStockes公式：公式： 式中，式中，u u颗粒沉降速度，颗粒沉降速度，m/sm/s； g g重力加速度，重力加速度，m m2 2/s/s； 液体粘度，（液体粘度，（PaPas s）；）； s s颗粒密度，颗粒密度，kg/mkg/m3 3； l l液体密度，液体密度，kg/mkg/m3 3； d d颗粒直径，颗粒直径，m m。 2 )( 18 ud g ls 第二篇第二

4、篇 水污染治理水污染治理 例题例题 计算下列颗粒在计算下列颗粒在2020的水中沉降或上浮的速度：的水中沉降或上浮的速度： （a a）砂粒密度）砂粒密度2.05 g/cm2.05 g/cm3 3，直径，直径0.3 mm0.3 mm； （b b）油珠密度）油珠密度0.8 g/cm0.8 g/cm3 3，直径，直径0.5 mm0.5 mm （2020时水的粘度时水的粘度 为为1021021010-5 -5PaPas s） 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 (a)(a) (b)(b) 33 2 2 5 9.8 (2.05 1) 10(0.3 10 ) ()0.05/ 1818 102 10 s g

5、udm s 33 2 2 5 9.8(10.8) 10(0.5 10 ) ()0.027/ 1818 102 10 s g udm s 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 2 2）絮凝沉淀（干涉沉淀）絮凝沉淀（干涉沉淀） 沉淀过程中悬浮颗粒之间存在相互絮凝作用，使得颗粒沉淀过程中悬浮颗粒之间存在相互絮凝作用，使得颗粒 的粒径和质量逐渐增大，沉降速度也不断加快，沉淀的的粒径和质量逐渐增大，沉降速度也不断加快，沉淀的 轨迹呈曲线。轨迹呈曲线。 沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速变化，实际沉速沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速变化，实际沉速 很难用理论公式计算，需通过试验测定。很难用理论公式计算，需

6、通过试验测定。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 3 3）集团沉淀）集团沉淀 ( (拥挤沉淀、区域拥挤沉淀、区域 沉淀、成层沉淀沉淀、成层沉淀 ) ) 颗粒的沉降受到周围其它颗粒颗粒的沉降受到周围其它颗粒 影响，相邻颗粒间互相妨碍、影响，相邻颗粒间互相妨碍、 干扰，沉速大的颗粒无法超越干扰，沉速大的颗粒无法超越 沉速小的颗粒，颗粒间相对位沉速小的颗粒，颗粒间相对位 置保持不变，并在聚合力的作置保持不变，并在聚合力的作 用下，颗粒群形成一个整体共用下，颗粒群形成一个整体共 同下沉，与澄清水之间有清晰同下沉，与澄清水之间有清晰 的泥水界面，沉淀表现为以界的泥水界面，沉淀表现为以界 面形式下沉。面

7、形式下沉。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 4 4）压缩沉淀）压缩沉淀 压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓 度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承，度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承， 在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，使污泥层被在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，使污泥层被 浓缩。浓缩。 由于污水中悬浮颗粒的大小、形状和密度的差异性，通常通过沉由于污水中悬浮颗粒的大小、形状和密度的差异性，通常通过沉 淀试验得到确定其沉降性能，然后根据实验数据，求得沉

8、降时间淀试验得到确定其沉降性能，然后根据实验数据，求得沉降时间 和沉降速度两个基本设计参数。和沉降速度两个基本设计参数。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 3.1.23.1.2理想沉淀池理想沉淀池 沉淀池中各过水断面上各点的流速均相同；沉淀池中各过水断面上各点的流速均相同； 沉降过程中悬浮颗粒以等速下沉，颗粒的水平分速等于水流速沉降过程中悬浮颗粒以等速下沉，颗粒的水平分速等于水流速 度；度； 悬浮颗粒沉到池底后即认为已被去除。悬浮颗粒沉到池底后即认为已被去除。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 理想沉淀池分为流入区、沉淀区、流出区和污泥区理想沉淀池分为流入区、沉淀区、流出区和污泥区4 4个

9、部分。个部分。 由由A A点进入的颗粒的运动轨迹是水平流速点进入的颗粒的运动轨迹是水平流速v v和沉降速度和沉降速度u u的矢量和。的矢量和。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 颗粒中必然存在某一粒径的颗粒，沉降速度为颗粒中必然存在某一粒径的颗粒，沉降速度为u u0 0，刚好，刚好 沉至池底沉至池底 式中，式中，t t污水停留时间，污水停留时间，h h； L L沉淀区长度，沉淀区长度，m m； H H沉淀区水深，沉淀区水深，m m； v v污水的水平流速，即颗粒的水平分速。污水的水平流速，即颗粒的水平分速。 u H v L t 第二篇第二篇 水污染治理水污

10、染治理 沉淀的容积沉淀的容积V V： 式中，式中，Q Q污水进水流量，污水进水流量，m m3 3/s/s； q q表面负荷或溢流率，表示单位时间内通过沉淀池表面负荷或溢流率，表示单位时间内通过沉淀池 单位表面积的流量，单位单位表面积的流量，单位m m3 3/m/m2 2s s或或m m3 3/m/m2 2h h HAQtV qu t H A Q 0 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 实际沉淀池实际沉淀池 式中：式中：q q实 实、 、t t实 实沉淀池设计的表面负荷和沉降时间； 沉淀池设计的表面负荷和沉降时间； q q、t t沉降实验得到的表面负荷和沉降时间。沉降实验得到的表面负荷和沉降时间

11、。 0 ) 75. 1 1 25. 1 1 (qq 实 tt)0 . 25 . 1 ( 实 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 1 1、平流式沉淀池、平流式沉淀池(horizontal sedimentation tank)(horizontal sedimentation tank) 污水从池的一端进入，从另一端流出，水流在池内作水平运污水从池的一端进入，从另一端流出，水流在池内作水平运 动。其外形为长方形，既可以是单格，也可以是多格串联。动。其外形为长方形，既可以是单格，也可以是多格

12、串联。 在池的进口端底部或池长方向，设有一个或多个贮泥斗，贮在池的进口端底部或池长方向，设有一个或多个贮泥斗，贮 存沉淀下来的污泥。存沉淀下来的污泥。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 1 1、构造、构造 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 进水区进水区 使进水均匀地分布在整个进水使进水均匀地分布在整个进水 断面上，以降低池内的水流速断面上，以降低池内的水流速 度。度。 污水由进水槽由配水孔进入池污水由进水槽由配水孔进入池 内后，一般采取孔后设置挡板内后，一般采取孔后设置挡板 或穿孔整流墙的方法来消能稳或穿孔整流墙的方法来消能稳 流，防止在池内形成短路流或流，防止在池内形成短路流或 股流。股

13、流。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀区沉淀区 使可沉颗粒与污水分离，沉至池底。使可沉颗粒与污水分离，沉至池底。 为使池内水流分布均匀，沉淀区的长宽比不小于为使池内水流分布均匀，沉淀区的长宽比不小于4:14:1，当，当 颗粒密度较大时，长宽比不小于颗粒密度较大时，长宽比不小于3:13:1。有效水深不大于。有效水深不大于3 3 m m，污水在池内的停留时间一般为，污水在池内的停留时间一般为1 13 h3 h。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 出水区出水区 由流出槽和挡板组成，作用是由流出槽和挡板组成，作用是 使沉淀后的出水在出水区均匀使沉淀后的出水在出水区均匀 流出。流出槽一般设置为

14、自由流出。流出槽一般设置为自由 溢流堰，溢流堰应严格水平，溢流堰，溢流堰应严格水平， 既可以保证池内水流均匀分布，既可以保证池内水流均匀分布， 又可控制沉淀池的水位。又可控制沉淀池的水位。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 锯齿型溢流堰锯齿型溢流堰 孔式集水槽孔式集水槽 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 污泥区污泥区 用于贮存、浓缩和排放污泥。用于贮存、浓缩和排放污泥。 (1) (1) 机械排泥式机械排泥式 当池的进口端设置泥斗时，应当池的进口端设置泥斗时，应 设置刮泥车或刮泥机，将全池设置刮泥车或刮泥机，将全池 的底泥集中于泥斗进行处理并的底泥集中于泥斗进行处理并 及时排走。及时排走。

15、(2) (2) 多斗排泥式多斗排泥式 在全池设置多个排泥斗进行排在全池设置多个排泥斗进行排 泥。在每个污泥斗处单独设置泥。在每个污泥斗处单独设置 排泥管或排污阀，利用池内的排泥管或排污阀，利用池内的 静水压力将污泥斗中的污泥排静水压力将污泥斗中的污泥排 出。出。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 链带式刮泥机装有刮板，沿池底缓慢移动将沉泥缓缓推入刮泥斗。链带式刮泥机装有刮板，沿池底缓慢移动将沉泥缓缓推入刮泥斗。 当链带刮板转至水面，又可将浮渣推向流出挡板处的浮渣槽。当链带刮板转至水面，又可将浮渣推向流出挡板处的浮渣槽。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 桥式行车刮泥机适用于大型平流沉淀池桥

16、式行车刮泥机适用于大型平流沉淀池 两种机械排泥法，主要适用于初沉池。两种机械排泥法，主要适用于初沉池。 图图 桥式行车刮泥机桥式行车刮泥机 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀池类型沉淀时间 (h) 表面水力负 荷(m3/m2h) 每人每日污 泥量(g/人d) 污泥含水率 (%) 固体负荷 (kg/m2d) 沉淀池 0.5-2.01.5-4.516-3695-97- 二次沉淀池 活性污泥法 后 1.5-4.00.6-1.512-3299.2- 99.6150 生物膜法后 1.5-4.01.0-2.010-2696-98150 表表 沉淀池设计数据沉淀池设计数据 沉淀池设计一般规定沉淀池设计

17、一般规定 沉淀池个数或分格数不少于沉淀池个数或分格数不少于2 2个，宜并联；个，宜并联； 沉淀时间一般不小于沉淀时间一般不小于30min30min； 沉淀池超高不应小于沉淀池超高不应小于0.3m0.3m；缓冲层高度一般；缓冲层高度一般0.3-0.5m0.3-0.5m 沉淀池有效水深宜采用沉淀池有效水深宜采用2.0-4.0m2.0-4.0m； 初次沉淀池污泥区容积，除设机械排泥的宜按初次沉淀池污泥区容积，除设机械排泥的宜按4h4h污泥量外，污泥量外， 宜按不大于宜按不大于2d2d的污泥量计算。的污泥量计算。 活性污泥法处理后的二次沉淀池容积，宜按不大于活性污泥法处理后的二次沉淀池容积，宜按不大于

18、 2h2h的污泥量计算，并有连续排泥措施；生物膜法处的污泥量计算，并有连续排泥措施；生物膜法处 理后的二次沉淀池容积，宜按理后的二次沉淀池容积，宜按4h4h的污泥量计算。的污泥量计算。 初次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于初次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于2.9/s.m2.9/s.m； 二次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于二次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于1.7/s.m.1.7/s.m. 平流式沉淀池平流式沉淀池 1.1.每格长度与宽度之比不宜小于每格长度与宽度之比不宜小于4 4，长度与有效水，长度与有效水 深之比不宜小于深之比不宜小于8 8，池长不宜大于，池长不宜大于60m60m； 2.2.宜采

19、用机械排泥，排泥机械行进速度宜采用机械排泥，排泥机械行进速度0.3-0.3- 1.2m/min1.2m/min； 3.3.缓冲层高度：非机械排泥时为缓冲层高度：非机械排泥时为0.5m0.5m；机械排泥时，；机械排泥时， 应根据刮泥板高度确定，且缓冲层上缘宜高出刮泥应根据刮泥板高度确定，且缓冲层上缘宜高出刮泥 板板0.3m0.3m； 4.4.池底纵坡不宜小于池底纵坡不宜小于0.01.0.01. 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 平流式沉淀池的设计计算平流式沉淀池的设计计算 主要包括沉淀区和污泥区尺寸的确定。计算参数有沉淀时间、表主要包括沉淀区和污泥区尺寸的确定。计算参数有沉淀时间、表 面负荷和

20、流速等。面负荷和流速等。 沉淀区的计算沉淀区的计算 (1) (1) 按表面负荷计算按表面负荷计算 当已有沉降试验数据时采用。当已有沉降试验数据时采用。 沉淀区水面积沉淀区水面积 (2.9) 0 u Q q Q A 式中，式中，QQ污水设计流量，污水设计流量，m m3 3/s/s； u u0 0颗粒去除的最小沉速，颗粒去除的最小沉速，m/sm/s。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀池有效水深沉淀池有效水深h h2 2： tu A Qt h 02 (2) (2) 根据经验值：根据经验值： 沉淀区水面积沉淀区水面积: : 式中，式中，qq表面负荷，初沉池为表面负荷，初沉池为1.51.53.0

21、 m3.0 m3 3/m/m2 2hh， 二沉池为二沉池为1.01.02.0 m2.0 m3 3/m/m2 2hh； Q Q最大设计流量，最大设计流量，m m3 3/ h/ h。 q Q A 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀区有效水深沉淀区有效水深h h2 2： h h2 2qt qt 式中，式中，tt污水沉淀时间，初沉池为污水沉淀时间，初沉池为1.0-2.0 h1.0-2.0 h，二沉池为，二沉池为1.5-2.5 h1.5-2.5 h； 沉淀池有效水深一般沉淀池有效水深一般2 24 m4 m。 沉淀区长度沉淀区长度L L： L Lv vt t 式中，式中，vv最大设计流最大设计流 量

22、时的水平流速，量时的水平流速，mm/smm/s，一般，一般5 mm/s5 mm/s。 沉淀区宽度一般采用沉淀区宽度一般采用303050 m50 m。 沉淀区总宽度沉淀区总宽度B B： B BA/L A/L 沉淀区宽度不易过宽，沉淀区宽度不易过宽， 否则流速分布不均匀。一般采用否则流速分布不均匀。一般采用5 510 m10 m。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 污泥区的计算污泥区的计算 污泥斗和污泥区的容积根据每日进入的悬浮物的量以及要求的贮污泥斗和污泥区的容积根据每日进入的悬浮物的量以及要求的贮 泥周期而定。如果已知污水和出水悬浮固体含量（或已知沉淀效泥周期而定。如果已知污水和出水悬浮固体

23、含量（或已知沉淀效 率）时，污泥区的总容积率）时，污泥区的总容积V V可按下式计算：可按下式计算： T P CCQ V )100( 100)(24 10 式中，式中，C C0 0污水中原有的悬浮固体浓度，污水中原有的悬浮固体浓度，kg/mkg/m3 3； C C1 1沉淀池出水的悬浮固体浓度，沉淀池出水的悬浮固体浓度，kg/mkg/m3 3； TT两次排泥的间隔时间，初沉池按两次排泥的间隔时间，初沉池按2 d2 d考虑，二沉池采用考虑，二沉池采用2 24 h4 h； 污泥容积密度，污泥容积密度，kg/mkg/m3 3；当污泥主要成分为有机物且含水率在；当污泥主要成分为有机物且含水率在 9595

24、以上时，以上时， 可取可取1000 kg/m1000 kg/m3 3； PP污泥含水率，。污泥含水率，。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀池总高度沉淀池总高度H H： 1234 Hhhhh 式中，式中，h h1 1超高，一般取超高，一般取0.3 m0.3 m； h h2 2沉淀区高度，沉淀区高度， m m； h h3 3缓冲区高度，缓冲区高度，m m；一般取：无机械刮泥设备时；一般取：无机械刮泥设备时0.5 m0.5 m， 有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3 m0.3 m； h h4 4污泥区高度，污泥区高度，m m。 第二篇第二篇 水污染治理水

25、污染治理 图 平流式沉淀池工程实景 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 例题例题 某工业园区废水量某工业园区废水量10000 m10000 m3 3/d/d，悬浮物浓度，悬浮物浓度C C250 250 mg/Lmg/L。通过沉降试验测得的要求悬浮物沉淀效率为。通过沉降试验测得的要求悬浮物沉淀效率为8080 时的沉降速度为时的沉降速度为3 m/h3 m/h，沉淀时间，沉淀时间70 min70 min。污泥含水率。污泥含水率 9595，污泥区高度，污泥区高度1.5 m1.5 m，采用无刮泥机的平流式沉淀池，采用无刮泥机的平流式沉淀池 处理，试设计沉淀池尺寸。处理，试设计沉淀池尺寸。 第二篇第二篇

26、水污染治理水污染治理 【解解】首先对沉降试验值进行校正，因首先对沉降试验值进行校正，因 o 对表面负荷除以对表面负荷除以1.51.5的系数，沉淀时间乘的系数，沉淀时间乘1.751.75的系数，分的系数，分 别得到设计表面负荷别得到设计表面负荷qq： o q=u/1.5=3/1.5=2 mq=u/1.5=3/1.5=2 m3 3/m/m2 2hh 和沉淀时间和沉淀时间t t0 0： t t0 0=1.75t=1.75=1.75t=1.757070122.5 min=2 h122.5 min=2 h 0 ) 75. 1 1 25. 1 1 (qq 实 tt)0 . 25 . 1 ( 实 第二篇第二

27、篇 水污染治理水污染治理 废水流量废水流量Q Q： Q Q10000/2410000/24416 m416 m3 3/h/h 总沉淀区有效面积总沉淀区有效面积A A： A AQ/qQ/q416/2416/2208 m208 m2 2 每个池宽每个池宽B B取取6 m6 m，池长，池长L L： L LA/B=208/6=34.7A/B=208/6=34.7，取，取35 m35 m 长宽比核算长宽比核算35/6=5.8435/6=5.84，符合要求。，符合要求。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀池有效水深沉淀池有效水深h h2 2： h h2 2=Qt/A=2=Qt/A=22 24 m4 m 污泥区容积污泥区容积V V： T P CCQ V )