沉淀池设计参数.docx

2.4 沉 淀 池平流式沉淀池 竖流式沉淀池辐流式沉淀池 斜板(管)沉淀池 以上三节讨论了不同类型的悬浮物在静置状态下的沉淀过程。本节将讨论工程实际采用的连续流的沉淀池。 沉淀池的形式按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式，辐流式和斜流式四种。一、平流式沉淀池 (一) 构造 图2.14 为设有链带式刮泥机械的平流式沉淀池。水通过进水槽和孔口流入池内，左挡板作用下，在池子澄清区的半高处均匀地分布在整个宽度上。水在澄清区内缓缓流动，水中悬浮物逐渐沉向池底。沉淀池末端设有溢流堰和出水槽，澄清区出水溢过堰口，通过出水槽排出池外。如水中有浮渣，堰口前需设挡板及浮渣收集设备。在沉淀池前端设有污泥斗，池底污泥在刮泥机的缓缓推动下刮入污泥斗内。开启排泥管上的闸阀，在静水压力(1.52米水头)的作用下，斗中污泥由排泥管排出池外。排泥管管径采用200毫米，以防堵塞。池底坡度采用0.01-0.02，倾向污泥斗。如池子个数较多，也可装设一台公用的刮泥车，轮流在各个池面的铁轨上缓慢移动，进行刮泥操作，将泥刮到污泥斗中，再用砂泵或靠静水压力排出池外(图2.15)。图2.16为上海市政设计院设计的自动连续吸泥车，沿池壁上导轨来回移动，速度约1米/分，跨度10米。吸泥车下部桁架浸在水面下，桁架底安装刮泥板和吸泥扁口管，吸泥口接吸泥虹吸管引到池外排泥沟，虹吸管的启动可用真空泵或水射器。 如沉渣比重大，含水率低，流动性差，不能靠静水压力排泥,如冶金工业生产污水中的铁渣、煤屑等，可利用电动单轨抓斗来清除沉渣，如图2.17所示。有些给水沉淀池底部 采用许多条穿孔排泥管，靠静水压力排泥(图2.18)。 穿孔排泥管长度在15米以内为宜，管径150一200毫米，工作宽度为1.52米(如池底做成水平)，孔眼直径1525毫米，在平底上孔眼与断面中轴线成4560交错排列，在集泥斗内，孔眼则用垂直方向布置，孔眼流速45米/秒，孔眼总面积/管子截面积0.60.8。为防止穿孔排泥管堵塞，应设高压水冲泥装置。 如沉淀池体积不大，底部也可做成许多污泥斗(图2.19)，斗的坡度采用4550，这样可省去排泥机械。每个污泥斗应单独设一根排泥管，不能多斗合用一根。 对于城市污水厂的沉砂池，只要求去除污水中的无机悬浮物，如砂粒，炉渣等，让有机性悬浮物在后续的沉淀池中去除，因此沉砂池中的沉渣较密实，需要用射流器或用螺旋推进器排渣，如图2.20、2.21所示。 总之,要使沉淀池发挥正常功效，必须重视排泥通畅的问题，要针对沉渣的特性正确选择排泥方法及设备，否则将使沉淀池的运行恶化。例如有机性污泥由于排泥不畅，在池底产生厌气发酵漂浮起来，或者大量沉渣堵塞排泥管道，迫使沉淀池停产。另外，要尽可能使污泥浓稠，以减少污泥脱水，干化工作的负担，污泥含水率与污泥性质、排泥周期及排泥方法有关。例如对城市污水的污泥，夏季时每天排泥一到二次，含水率达9798，冬季时可二、三天排泥一次，污泥在斗内浓缩，含水率可达9596。 沉淀池的进水装置应尽可能使进水均匀地分布在整个池子的横断面，以免造成股流，要减少紊流对沉淀产生的不利影响，减少死水区，提高沉淀池的容积利用系数(其测定方法见本节一、2)。 进水装置除了如图2.14所示之外，还有图2.22的做法。水平挡板大致在1/2池深处。 给水沉淀池的进水装置较多采用的是在沉淀池进口处设一穿孔墙，靠增大阻力的办法使进水均匀，但孔口流速宜控制小于5厘米/秒，最下一排孔应高于积泥区0.5米，以免冲起积泥（图2.23）。 要着重指出的是，在混凝沉淀处理中，经过反应后的矾花进入沉淀池时，要尽量避免被紊流打碎，否则将显著降低沉淀效果。因此，反应池与沉淀池之间不宜用管渠相连，应当使水流经过反应后缓慢、均匀地直接进入沉淀池。 沉淀池的出水装置常用堰口出流。如出水堰长度较大，施工时平顶堰很难保证完全水可做成由直角三角堰构成的锯齿形堰口，齿深常用5厘米，齿距20厘米左右(图2.24a) 。 沉淀池出水堰的长度应控制在单位长度上的出水量小于100一450米3/米、日(与水质有关)。如堰长超过池宽，可将出水堰布置成图2.24b，c所示。 平流式沉砂池也是一种沉淀池，它的作用是除去城市污水中的砂粒、煤渣、果核等，以提高后续的沉淀池中污泥的肥料价值和便以输送。因此沉砂池中只希望沉下砂粒等无机物，不希望有机物沉下，这可以通过控制沉砂池中的流速大于0.15米/秒，小于0.3米/秒来达到。污水在沉砂池中的停留时间取0.51分钟。沉砂池宜分成二格或三格，根据污水流量的变化调整使用的格数，以满足所要求的流速。如流量较小，只需一格，也要另加一格，交替使用。平流式沉砂池见图2.25所示。 近年来国外较多应用曝气沉砂池(下图)，在池的一侧通入压缩空气,使污水在池中旋流前进。通过调节空气量，可以控制污水的旋流速度，提高除砂率，减少沉渣中挟带的有机物，无需调节流速的其他措施。同时，对污水还起了预曝气作用，改善了运行条件。空气量应保证池中污水的旋流速度在0.250.4米/秒，一般为0.3米/秒。有效水深23米。污水在池内的前进速度在0.010.1米/秒之间，停留时间1.53.0分钟。所需空气量为23米3/米2池表面积。(二)计算 为了便于说明平流式沉淀池的工作原理，假定：(1)进出水均匀分布在整个横断面。沉淀池中各过水断面上各点的流速均相同；(2)悬浮物在沉降过程中以等速下沉；(3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度；(4)悬浮物落到池底，就被认为除去了。上述沉淀池称为理想沉淀池。 理想沉淀池中(图2.27)，每个颗粒一面向前流，一面向下沉，其运动轨迹是向下倾斜的直线。沉速u0的颗粒可全部被除去，沉速u0的颗粒只能部分被除去。例如沉速=u1的颗粒被除去的比例为Hh/H，或u1/u0。因为u0t0=H，=HA=Qt0，所以即 (2.8)式中沉淀池容积(米3)； A池表面积(米2)； Q进水流量(米3/时)；q0过流率、或称表面负荷(米3/米2时)。 通过静置沉淀试验，根据要求达到的沉淀效率，求出颗粒截留速度u0后，也就得到沉淀地的过流率了。不过两者应取相同的单位，例如，u0米/时，q0米3/米2时。 实际沉淀池中，断面上各点的流速分布是很不均匀的，图2.27中的n只是理论平均流速，水在池中的实际停留时间要比理论停留时间(/Q)短。由于紊流的影响(池中水流的Re值一般大于500)，悬浮颗粒的实际沉速要比理想的沉速小。另外，当进水悬浮物浓度较高，密度比池中水较大，进入池中后，会由于密度差而形成异重流，池中上层水基本上不淀动，加上水温温差，风吹等因素的影响，在应用静置沉淀试验结果时，应当加以修正。修正范围与水的性质、悬浮物性质、池子尺寸比例等因素有关。一般可采取： (2.9) (2.10) 必须指出，式(2.9)中的u0或q0，在絮凝沉降过程中沉淀柱水深与设计水深一致时才成立，式(2.10)中理论停留时间t0，不论是自由沉降，还是絮凝沉障，沉淀柱水深与设计水深一致才能采用。 如无静置沉淀试验数据，可按表2.2选定沉淀时间及表面负荷来计算沉淀池的长、宽、高。平流式沉淀池的长与宽之比应大于4，宽度宣参照排泥机械的定型尺寸选定。 污泥区的计算，应根据污泥量及污泥储存时间决定。污泥区容积为：式中 Q每日水量(米3/日)；p污泥含水率()；C0，C1进、出水中的悬浮物浓度(公斤/米3)；r污泥容量(公斤/米3)，当污泥主要为有机物，且含水率很大时，可近似地取1000公斤/米3；T排泥间隔时间(日)。 污泥区与澄清区之间应有一个缓冲水层。某深度可取0.30.5米，以减轻水流对存泥的搅动，也为存泥留有余地。 沉淀池的个数宜在两个以上。 水流在沉淀池内的实际停留时间的测定如下：在进口处极短时间Dt内投入克Cl-(用食盐溶液投入，Cl-起示踪剂的作用)，并测定在不同时间t沉淀池出水中的Cl-浓度C，以时间t为横坐标，浓度C为纵坐标，可以画出如图2.28中Cl-浓度曲线。 由于原水中Cl-浓度为C1，所以在t2时间内，浓度超过C1的部分都是由于进口处加的食盐产生的，浓度CC1这条直线和浓度曲线间的面积形状代表了W克C1-逐渐流过池子的实际情形，即面积A代表了W克C1-。如果从面积A中取出微小面积a，它的横坐标为t，那么，在进入池子的流量中，有a/A100%的流量，它的实际停留时间为t。利用数学道理，把面积A分成许多微小面积a，把得到的许多a和相应的t相乘后加起来，再用面积A除，就可以求出面积A的重心的横坐标，如图中所示的ta。 由a所代表的流量关系，可以得出这些a/A100%的流量，它们的平均实际停留时间应该是ta。如果这个池子的理论停留时间为T，它相应于图中的横坐标应为了T+t1，则面积所代表的W克Cl-应该在T时间，在Dt内流出池子，如图中虚线所示，这实际上是不存在的。为了将理论的假定和实际情况相比较，我们可以把平均的实际停留时间ta解释为在Dt时间内进入池子的流量，假想在ta时刻的Dt内全部流出。实测资料表明，t0/T3560。ta/T表征短流程度，其值愈小，表明短流愈严重。一般把ta/T的比值称为池子的容积利用系数；t2/t1的比值称为池子的水流扩散系数，一般为1.53倍。二、竖流式沉淀池 图2.30为圆形竖流式沉淀池。水由中心管的下口流入池中，通过反射板的拦阻向四 周分布于整个水平断面上，缓缓向上流动。沉速超过上升流速的颗粒则向下沉降到污泥斗 中，澄清后的水由池四周的堰口溢出池外。污泥斗倾斜角4560，排泥管直径200毫米， 排泥静水压为1.52米，可不必装设排泥机械。 竖流式沉淀池也可做成方形，相邻池子可合用池壁，这样布置较为紧凑。 竖流式沉淀池的单池容量小，当水量较大时，个数太多，因此不宜采用。 竖流式沉淀池的直径与沉淀区的深度(中心管下口和堰口的间距)的比值不宜超过3， 使水流较稳定和接近竖流。直径不超过10米。沉淀池中心管内流速不大于30毫米/秒，反射板距中心管口采用0.30.5米，(图2.31)。 沉淀区的上升流速v不能大于设计的颗粒截留速度u设。后者通过静置沉淀试验确定uo后求得。若无试验资料，对于生活污水，v一般可采用0.30.5毫米/秒，沉淀时间1.52.0小时。三、辐流式沉淀池(甲)中央进水的辐流式沉淀池(一)构造 图2.32为辐流式沉淀池。池子的直径较大，般2030米以上，适用于大水厂。水由中心管上的孔口流入，在穿孔挡板的作用下，均匀地沿池子半径向池子四周辐射流动。由于过水断面不断增大，因此流速逐渐变小，颗粒的沉降轨迹是向下弯的曲线(图2.33)。澄清后的水，从设在池壁顶端的锯齿形堰口溢出，通过出水槽流出池外。当控制出水堰的出水量小于100300米3/日米，将出水槽布置成图2.34所示 辐流式沉淀池一般采用机械排泥，刮泥机每小时旋转24周，将污泥刮到池中去，靠静水压力或泥浆泵将污泥排走。 如辐流式沉淀池直径不大，也可做成方形，采用4个斗排泥。(二)计算 辐流式沉淀池的面积按过流率设计，AQ/q设Q/u设。池深按停留时间设计，H u设t设。如无静置沉淀试验资料，可按规范选定停留时间进行设计。(2)周边进水的辐流式沉淀池 当进水中悬浮物含量较大，例如活性污泥法系统中的二次沉淀池，由于进水与澄清水的密度不同，在池中会形成异重流(图2.35)，进水趋向池底，容易造成短路，搅起沉泥，并随着连续排泥的底流一起排出池外。为克服这些缺点，国外出现了周边进水的向心辐流式沉淀池(图2.36)。进水槽设在池壁 处，槽断面较大，槽底孔口较小，布水时水头损失集中在孔口上，使布水比较均匀。进水挡板下沿深入水面下约2/3处。出水槽可布置在池中央附近，也可布置在池壁处(图2.37)。据报导，向心辐流式沉淀池的表面负荷可达2.5米3/米2时，比普通幅流式沉淀池提高约一倍。 表2.2所示为各种型式沉淀池的设计参数，可供参考。沉淀池的设计参数表2.2平流式幅流式竖流式备注表面负荷30-454525-30城市污水（米3/米2日）14-22（同左）20-25混凝沉淀22-45（同左）石灰软化20-24（同左）（同左）活性污泥停留时间1.5-2.0（同左）（同左）城市污水处理（小时）2.0-4.0（同左）给水处理堰顶溢流率300-450300100-130污水初沉池（米3/米，日）100-150100絮凝物悬浮物40-8550-5560-65城市污水去除效率污泥3-7污泥3-6.5污泥3-4 在城市污水处理方面，为了提高沉淀池的处理效果，采用污 水预曝气成将活性污泥系统的剩余活性污泥回流到初次沉淀池中 是很适宜的，这样可以产生生物絮凝的作用。预曝气所需空气量约0.5米3/米3污水，曝气时间1020分钟。回流活性污泥的投加量介于100一400毫克/升。悬浮物去除率可提高到6580，BOD5去除率约增加15。预曝气还可改善污水水质，有利于后续处理。剩余活性污泥回流到初次沉淀池，还可大大压缩污泥体积(含水率可由99.299.5降到9697)，有利于污泥的处理与利用。四、斜板(管)沉淀池(一)原理 从图2.38可见，如将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原沉淀区长度L的1/n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。这说明，减小沉淀池的深度，可以缩短沉淀时间，因而减少沉淀池的体积，也就可以提高沉淀效率。 为了让沉到底部的污泥便于流动排除，需要把这些浅的沉淀区倾斜60，超过污泥的休止角，因此称为斜板沉淀池。如浅沉淀区内进一步分格成蜂窝形或波纹形管(图2.39)，则称为斜管沉 淀池。 斜板(管)沉淀池内的水流条件，由于Re数()中的R很小，使Re数远小于500，属于层流状态而得到显著改善，不致受到紊流产生的搅拌影响，而一般沉淀池内Re数远大于500，因而干扰了颗粒的下沉。由式(2.8)，u0=q0=Q/A，如保持沉淀效率及u0不变，沉淀区面积A增大n倍，理论上通过的水量也可增大n倍。斜板(管)沉滤池可藉装置许多斜板来增大沉淀面积A，形成许多浅层沉淀池，因此斜板(管)沉淀池的生产能力可以显著地提高。国内外已有不少旧池改建为斜板(管)沉淀池。(二)构造 根据水流和泥流的相对方向，可将斜板(管)沉淀池分为逆向洗(异向流)，同向流，横向流(侧向流)三种类型。逆向流为水流向上，泥流向下(图2.40)。同向流为水流、泥流都向下，靠集水支渠将澄清水和沉泥分开(图2.41)。水流在进水、出水的水压差(一般在10厘米左右)推动，通过多孔调节板(平均开孔率在40左右)，进入集水支渠，再向上流到池子表面的出口集水系统，流出池外。集水装置是同向流斜板沉淀池的关键装置之一，它既要取出清水，又不能干扰沉泥，因此，该处的水流状态必须保持稳定，不应出现流速的突变，同时在整个集水横断面上应做到均匀集水。同向流斜板的优点是：水流促进泥的向下滑动，保持板身的清洁，因而可以将斜板倾角减为3040，从而提高沉淀效果，缺点是构造上比较复杂。 横向流为水流大致水平流动，泥流向下(图2.42)。斜板倾角60。 横向流斜板水流条件比较差，板间支撑也较难于布置，在国内很少应用。 逆向流斜板(管)的长度通常采用11.2米。同向流斜板长度通常采用22.5米，上部倾角3040，下部倾角60。为了防止污泥堵塞及斜板变形，板间垂直间距不能太小，以80120毫米为宜；斜管内切圆直径不宜小于3550毫米。根据这几年国内生产实践，板材不宜采用涂树脂的纸蜂窝或木材等，宜采用聚丙烯塑料。给水处理用作生活饮用时，板材必须是无毒性的。