第4章 沉淀2-刘绍根-14-15-2

第4章沉淀（2）

4.6斜管（板）沉淀池

4.7辐流沉淀池

4.8澄清池

4.9水中造粒

4.5气浮

4.6斜板、斜管沉淀池

(1)

普通沉淀池的缺点:悬浮物质的去除率不高（一般只有40％～70％）体积庞大、占地面积多(2)改善措施:改善悬浮物的沉淀性能投加混凝剂、助凝剂等化学药剂改进沉淀池的结构(斜板斜管沉淀池)1.概述

1904年Hazen提出

1945年Camp认为池浅为好

1955年多层沉淀池产生

1959年日本开始应用斜板

1972年中国汉阳正式应用(3)历史——

斜板斜管沉淀池

浅池理论

按照理想沉淀池的原理：t=H/u0，L=υt，若保持u0和υ不变，则减少沉淀池的深度H，沉淀时间t和沉淀池的长度相应减小(沉淀池的体积也减少了)，称为浅池理论。，∴ηT↓①Q↑，当A一定时，u0↑，从而使u≥u0所占百分率(1–

p0)×100%↓，反之，若要ηT↑，则要以减小处理能力为代价。η②当分为n层时，当A一定时，每层处理的水量为∴(1–

p0)×100%↑，等于∴ηT↑

思考：

ηT不变，在分层后，处理水量变化?处理水量、ηT不变，在分层后，占地面积?③实际应用中，考虑排泥的要求，将隔板以45~60°角度倾斜。按水流方向不同，可分为：异向流、同向流、横向流（侧向流）。2.斜板（管）沉淀池分类及构造

(1)构造由浅池理论，在沉淀池中设置斜板(2)分类按水流方向与颗粒沉淀方向间的相对

关系分为：异（逆）向流;同向流;横向流

图4－22斜板沉淀池分类异向流应用最广特点：水流向上、泥流向下，倾角60度。斜板或斜管的长度通常在1～1.2m。为防止污泥堵塞或斜板变形，板间垂直距离以80～120mm为宜。斜管直径一般采用50~80mm。用于给水处理时，不小于50mm，斜管直径则采用25～35mm。斜板斜管沉淀池示意图:图4－23

设异向流斜板沉淀池内设置的斜板的长度为l，宽度为B，斜倾角为θ。水中颗粒沿水流方向的上升流速为υ，受重力作用往下沉淀的速度为u，颗粒碰到斜板就认为已被去除。3.斜板沉淀池是高效沉淀技术θabL/nυu0θshθθshθL水hθ图4－25斜板沉淀池计算图

假设沉淀池内共有n块斜板，则每块斜板的水平距离为L/n，L为起端斜板到终端斜板的距离，板厚忽略不计。根据图示几何关系：将和h代入整理得斜板长度的计算式：一个单元斜板沉淀池处理的流量为：式中af为顶边在水平方向的投影，a为进口面积。

颗粒从a运动到b的那种颗粒沉速为u0，颗粒上升速度为υ.其中l为斜板的斜长，s为斜板间垂直间距。根据相似关系：表面负荷为：斜板把沉淀区面积a变成af+a来利用。Nl可定义为多层沉淀池的层数。

如取l=1000mm,s=50mm,θ=60°，则Nl=9.66，说明斜板沉淀池为高效的沉淀技术4.设计计算（1）沉淀池水表面积：（2）沉淀池平面尺寸（3）池内停留时间（4）斜板（管）下缓冲层高为了布水均匀并且不会下沉的污泥，h4一般取1.0m（5）斜板（管）总高度

H=h1+h2+h3+h4+h5

式中h5－污泥斗高度，m。缺点：

1单位面积上的泥量增加,如排泥不畅，将产生反泥现象，使出水水质恶化;

2水在池中停留时间短，若水质水量变化较大，来不及调整运行，耐冲击负荷的能力差.

3斜板或斜管管径较小，若施工质量欠佳,造成变形，容易在管内或板间积泥.

4斜板或斜管在上部阳光的照射下会滋生大量的藻类.

(1)设计流量

1)自流进入：按最大设计流量计算

2)污水提升进入：按工作泵的最大组合流量计算

3)合流制:按降雨时的设计流量计算，沉淀时间不宜小于30min一般规定

(2)沉淀池个数不少于2个，并联

(3)超高≥0.3m

(4)缓冲层高,一般0.3～0.5m

(5)污泥斗斜壁与水平面的倾角,方斗不宜小于600,

圆斗不宜小于550

(6)排泥管d≥200mm

(7)排泥：静水压排泥(每日排泥)；机械排泥(连续或间歇），多斗排泥时，每个泥斗均单独设排泥管和闸阀

(8)入流应设整流装置

4.7辐流式沉淀池辐流式沉淀池（圆形、正方形）直径6～60m池内水深1.5～3.0m,机械排泥,池底坡度不小于0.05,见图7-13和图7-14。为使布水均匀,设穿孔挡板,穿孔率10％～20％.

4.7.1设计参数

1.沉淀时间t2.表面负荷q（m3/m2.h）

3.Qmax

4.H有效≤4m4.7.2设计要求

1.D/H有效=6～122.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）

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：1～1.5m/min（周边线速）

6.穿孔挡板开孔面积为挡板处池断面面积的10～20%

4.7.3设计计算1.每座沉淀池表面积A1与池径D

2.有效水深h23.污泥量W（与平流式相同）4.污泥区容积

5.总高度（H）和周边处的高度（Hˊ）

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。

高效澄清池处理工艺的5个基本原理（1）澄清与絮凝部分的一体化结合；（2）絮体由絮凝部分至澄清部分的低速传输；（3）在澄清下部浓缩区与絮凝部分之间的污泥外部循环；（4）有机高分子絮凝剂的应用；（5）澄清部分设置斜管。

4.8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（实质是接触絮凝）。常用于给水处理。活性泥渣层的形成：澄清池刚开始运行时，在原水中加入较多的絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间后，便能形成泥渣层。澄清池分为:

泥渣悬浮型（过滤型）：即加药后的原水由下而上透过悬浮状态的泥渣层，水中的脱紊杂质与高浓度的泥渣颗粒碰撞凝聚并被泥渣层拦截下来。如悬浮澄清池、脉冲澄清池

泥渣循环型（分离型）：池内的悬浮泥渣层循环流动，充分发挥了泥渣絮凝作用。如机械搅拌澄清池、水力循环澄清池

4.8.1悬浮型澄清池

1.悬浮澄清池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），目前很少用

2．脉冲澄清池

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。

特点:(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;(6)配水方式：紊流板

充水时间：25－30s

放水时间：6－10s

(7)工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。

4.8.2循环型澄清池一机械搅拌澄清池

1设计要点①清水区上升流速为0.8～1.1mm/s；②水在澄清池内总的停留时间可采用1.2～1.5h；③叶轮提升流量为进水流量的3～5倍；④原水进水管、三角配水槽的水流流速分别为1m/s、

0.4m/s；⑤V第一絮凝室：V第二絮凝室（含导流室）：V分离室＝2：1：7，

V第一絮凝室:(15－20min)·Q

V第二絮凝室（含导流室）:(7－10min)·Q

第二絮凝室与导流室的水流流速一般为40～60mm/S；⑥直径大于6m时用6～8条集水槽直径小于6m时用4～6条集水槽需定期排泥回流泥量Q’＝3－5Q

优点：

处理效果好，稳定，适应性强,适用于大、中水厂缺点：

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。2优缺点二水力循环澄清池工作原理：依靠水力作用，使加入药剂的原水经喷嘴高速喷入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而吸入回流泥渣，原水与回流泥渣在喉管中剧烈混合后，送入第一、第二絮凝室接触，再进入分离室进行泥水分离。清水排出，泥渣下沉，部分进泥渣浓缩室后排出，部分被吸入喉管重新循环。1.设计参数

v喷嘴＝4－7m/s

v喉管＝2－3m/s

一反应室:v出口=60mm/s

t＝15－30s

二反应室:v下降＝40－50mm/s,

v出口＝5mm/s

t＝80－100s

分离区:v＝1－1.2mm/s,t＝1h

回流泥量＝2－4Q优点：不需机械搅拌，结构简单缺点：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。2.优缺点1.定义

水中造粒现象：利用实验法在实验过程中发现在利用有机高分子混凝剂的混凝过程中，由体系外部供给一定能量，在某些条件下就会生成密实的颗粒状絮凝体，称为水中造粒现象。

4.9水中造粒2.原理

日本学者提出：结团絮凝

西安建筑大学在流化床上发展了该理论（1）常规絮凝形成过程:脱紊颗粒随机碰撞结合。形成的絮凝体结构松散，内部空隙很大，密度小、沉淀时间长。随机型絮凝体如下图4-30：3.常规絮凝与水中造粒絮凝效果区别图4-30常规絮凝效果

（2）水中造粒法絮凝体形成过程:在造粒设备中，水对水中微小粒子进行脱稳，导入搅拌区进行造粒。颗粒的结合和成长，以微小颗粒在悬浮颗粒表面逐一附着的方式进行。形成的絮凝体结构密实，内部空隙很小，密度大、易于泥水分离，沉淀时间短。致密型絮凝体如下图：图4-31水中造粒絮凝效果4.自我造粒型流化床

底部进水区

造粒区

分离区

集泥区

集水区图4-32自我造粒硫化床5.水中造粒法控制因素

化学条件：脱稳电位-15～-20mv

反应动力学条件：保证快速混合扩散的反应条件。在高浓度颗粒悬浮层提供适宜剪切力。

流体力学条件：提供向上水流的紊流条件。

4.10气浮4.10.1气浮的基本原理4.10.2气浮的分类与特点4.10.3气浮法的设计与应用1.基本概念气浮：利用高度分散的微小气泡作为载体而粘附废水中的悬浮物，使其随气泡上浮至水面，而加以分离去除的一种水处理方法。亲水性颗粒：水滴与颗粒接触的面积较多，易于被水润湿。疏水性颗粒：水滴与颗粒接触的面积较少，难于被水润湿。湿润接触角：在气、液、固三相接触时，固-液界面张力线和气-液界面张力线之间的夹角称为湿润接触角，以θ表示。亲水性颗粒，θ<90；疏水性颗粒θ>90。4.10.1气浮的基本原理悬浮颗粒与气泡粘附的条件：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。即水、空气、和固体三者表面张力的关系。与湿润作用有关：当θ较小时，颗粒完全被水湿润，颗粒不易与气泡粘附，就不宜用气浮法处理。（亲水的颗粒不易与气泡粘附）。当θ越大，颗粒完全不被水湿润，固体的疏水性越强，越难湿润，就越易于同气泡沾附，宜于气浮法处理。（疏水的颗粒易与气泡粘附）。2.气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性

气泡不稳定的情况：（1）当为洁净水时：洁净水表面张力大，洁净的气泡常常不能达到气浮操作要求的细小分散度。洁净的气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。——稳定性不好（2）当水中缺乏表面活性物质，气泡壁由于缺乏表面活性物质的保护，气泡壁会变薄易破灭。——稳定性不好改善措施：加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。

在一定条件下，气泡在水中的分散程度是影响气浮效率的重要因素，所以气浮设备一般以产生气泡的方法来分类。分为以下几类：

1.电解气浮法2.散气气浮法：扩散板曝气气浮叶轮气浮3.溶气气浮法：溶气真空气浮加压溶气气浮4.10.2气浮的分类与特点1.电解气浮法（1）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气的微细气泡，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。

（2）电解气浮法的气浮装置

1）竖流式电解气浮池

2）平流式电解气浮池2.散气气浮法

(1）扩散板曝气气浮法：压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。见图。

(2）叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图。

3溶气气浮法根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮法分为：溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶入水中，在负压下析出。加压溶气气浮：空气在加压下溶入水中，在常压下析出。(1)溶气真空气浮废水在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮于水面形成泡沫浮渣而除去。优点：气泡形成、气泡粘附于微粒以及絮凝体的上浮都处于稳定环境，絮体很少被破坏。气浮过程能耗小。缺点：容气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，刮渣机等设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的结构复杂，维护运行困难，故此法应用较少。(2)加压溶气气浮

1）工作原理在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20～100μm，处理效果好，应用广泛。

2）加压溶气气浮工艺流程加压溶气气浮可分为：全溶法、部分溶气法、回流加压溶气法。a全溶气流程电耗高，但气浮池容积小

b部分溶气流程(省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力)

C.回流加压溶气流程(适用于SS高的原水，但气浮池容积大)3）加压溶气气浮工艺的主要设备

——工艺组成压力溶气系统；空气释放系统；气浮池。

压力溶气系统

包括：加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备

a加压水泵：提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐。加压泵压力应适当。过高，溶解到水中的空气增加，经减压后释放的空气多，会促进微气泡的聚集，不利气浮；太低，增加溶气水量，气浮池容积增加。

b压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样，一般采用填充式。

溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20~100um●

减压阀（截止阀）每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。●专用释放器TS型溶气释放器·>0.15Mpa，释放溶气量的99%TJ型溶气释放器·在0.2Mpa以上低压下工作，净水效果良好TV型溶气释放器·气泡微细20~40um气浮池平流式气浮池竖流式气浮池

反应——气浮池反应——气浮——沉淀池反应——气浮——过滤池4.10.3气浮法的设计与应用1、气浮法的设计2、气浮池的应用1.气浮池的设计气浮池的设计参数：1.气浮池宜用于浑浊度小于100NTU及含有藻类等密度小的悬浮物质的原水。2.接触室的上升流速，可采用10~20mm/s，分离室的向下流速，可采1.5~2.0mm/s，即分离室液面负荷为5.4~7.2m3/(m2.h)。3.气浮池的单格宽度不宜超过10m；池长不宜15m；有效水深可采用2.0~3.0m。

4.溶气罐的压力及回流比，应根据原水气浮试验情况或参照相似条件小的运行经验确定，溶气压力可参用0.2~0.4MPa；回流比可采用5%~10%。5.压力溶气罐的总高度可采用3.0m，罐内需装填料，其高度宜为1.0~1.5m，罐的截面水力负荷可采用100~150m3/(m2.h)。6.气浮池宜采用刮渣机排渣。刮渣机的行车速度不宜大于5m/min。设计实例：题目：已知原水水源为河水，最高浊度80NTU,设计计算0.5万m3/d平流式气浮池一座。（1）设计参数选用1）水厂自用水量取5%；2）溶气水回流比R=10%，水温校正系数α=1.20，综合水温及安全系数Ψ=1.80；3）空气机供气，压力溶气罐压力0.25MPa，内装填料，容器效率η=80%，20℃时压缩空气溶解度系数KT=2.43×10-2(mmHg.m3)-1；4）压力溶气罐过流密度I=150m3/(h.m2);5）接触区