第3章沉淀與上浮3.1沉淀的基礎(chǔ)理論3.2沉砂池3.3沉淀池3.4隔油和破乳3.5浮上法3.1沉淀的基礎(chǔ)理論一、概述二、沉淀類型三、自由沉淀及其理論基礎(chǔ)四、沉淀池的工作原理五、沉降實(shí)驗(yàn)和沉降曲線3.1沉淀的基礎(chǔ)理論3.1沉淀的基礎(chǔ)理論3.2沉砂池沉沙池一般設(shè)置在泵站或沉淀池之前，用以分離廢水中比重較大的砂粒、灰渣等無(wú)機(jī)固體顆粒，使水泵和管道免受磨損和阻塞，同時(shí)也減輕沉淀池的無(wú)機(jī)負(fù)荷，使污泥具有良好的流動(dòng)性，便于排放輸送。按照池內(nèi)水流方向的不同，沉砂池可分為平流式和豎流式兩種，其中以平流式應(yīng)用最為廣泛。近年來(lái)，曝氣沉砂池也得到了推廣應(yīng)用。

沉砂池去除的砂粒比重為2.65、粒徑為0.2mm以上。3.2沉砂池一、平流式沉砂池平流沉砂池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）流量

當(dāng)廢水以自流方式進(jìn)入時(shí),應(yīng)取最大小時(shí)流量;當(dāng)用泵送入時(shí)，應(yīng)取工作水泵的最大組合流量。（2）分格數(shù)

分格數(shù)一般不小于2，并按并聯(lián)方式運(yùn)行。（3）流速

應(yīng)控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之間。(4)停留時(shí)間

流量最大時(shí)，廢水在池內(nèi)的停留時(shí)間不小于30s，一般為30～60s。（5）結(jié)構(gòu)尺寸

有效水深一般為0.25～1.0m，不大于1.2m（h=u0t，u0可按斯托克斯公式）；超高不小于0.3m；每格寬不小于0.6m；（6）沉砂量依水質(zhì)不同而異，對(duì)城市污水可按每106m3廢水產(chǎn)生30m3沉砂考慮。（7）貯砂斗

容積一般按2日以內(nèi)的沉砂量設(shè)計(jì)，斗壁傾角不小于55０；池底以0.01～0.02的坡度坡向砂斗。

平流沉砂池的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)長(zhǎng)度L

v——最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的速度，m/s;應(yīng)控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之間t——最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間，s。流量最大時(shí)，廢水在池內(nèi)的停留時(shí)間不小于30s，一般為30～60s。(2)水流斷面面積F

Qmax——最大設(shè)計(jì)流量，m3/s。

(3)池總寬度B

h2——設(shè)計(jì)有效水深，m。有效水深一般為0.25～1.0m，不大于1.2mh2=u0t，u0可按斯托克斯公式單格寬度b=B/n，單格池寬不小于0.6m平流沉砂池的設(shè)計(jì)計(jì)算

(4)核算最小流速vmin

Qmin——設(shè)計(jì)最小流量，m3/s;n1——最小流量時(shí)工作的沉砂池?cái)?shù)目；Fmin——最小流量時(shí)沉砂池中的水流斷面面積，m2。(5)貯砂斗所需容積

X——城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）T——排砂時(shí)間間隔，dKz——生活污水流量的總變化系數(shù)。曝氣沉砂池集曝氣和除砂于一身，不但可使沉砂中的有機(jī)物降低至5%以下，而且還有預(yù)曝氣、除臭、除油等多種功能。

二、曝氣沉砂池曝氣沉砂池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)廢水在池內(nèi)的水平流速一般取0.08～O.12m／s，在過(guò)水?dāng)嗝嬷苓叺淖畲笮D(zhuǎn)線速為0.25～0.4m／s。(2)廢水在池內(nèi)的停留時(shí)間取4～6min，最大流量時(shí)為1～3min。(3)有效水深取2～3m，寬深比為(1～l.5):1，長(zhǎng)寬比可達(dá)5:1。(4)曝氣裝置多采用穿孔管曝氣器，孔徑2.5～6.Omm，曝氣管安裝于池壁一側(cè)距池底O.6～0.9m處，曝氣量為0.2m3(空氣)/m3(水)或1.5m3(空氣)/m3(池容)h。

二、曝氣沉砂池曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)(1)總有效容積V(m3)由最大設(shè)計(jì)流量Q(m3/s)和相應(yīng)的停留時(shí)間t(min)計(jì)算。(2)過(guò)水?dāng)嗝娣eF(m2)由Q和相應(yīng)的水平流速v1(m／s)計(jì)算。(3)池長(zhǎng)L(m)由V和F計(jì)算。(4)池總寬B(m)由F和有效水深h2(m)計(jì)算。(5)空氣需用量qa(m3/h)由Q和1m3廢水所需空氣量d(m3/m3)確定。二、曝氣沉砂池一、平流式沉淀池

二、豎流式沉淀池

三、輻流式沉淀池

四、斜板斜管沉淀池

3.3沉淀池3.3沉淀池普通沉淀池的分類設(shè)鏈帶刮泥機(jī)的平流沉淀池一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池沉淀池的設(shè)計(jì)原則沉淀池的設(shè)計(jì)包括功能構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)良好的沉淀池應(yīng)滿足以下三個(gè)基本要求：足夠的沉降分離面積能均勻布水和集水；污泥和浮渣的收集和排放設(shè)備。

進(jìn)行沉淀池設(shè)計(jì)的基本依據(jù)廢水流量、水中懸浮固體濃度和性質(zhì)以及處理后的水質(zhì)要求。有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)沉降效率、沉降速度(或表面負(fù)荷)、沉降時(shí)間、水在池內(nèi)的平均流速以及泥渣容重和含水率等。

1、入流區(qū)和出流區(qū)的設(shè)計(jì)1、入流區(qū)和出流區(qū)的設(shè)計(jì)2、沉降區(qū)的設(shè)計(jì)（1）沉淀池的表面積A

Qmax——最大設(shè)計(jì)流量，m3/s。

q——表面水力負(fù)荷，

m3/m2·h，初沉池一般取1.5~3m3/m2·h，二沉池一般取1~2m3/m2·h

（2）沉淀區(qū)有效水深h2（3）沉淀區(qū)有效容積V1t——沉淀時(shí)間，初沉池一般取1~2h，二沉池一般取1.5~2.5h沉淀區(qū)有效水深h2一般取2~3m。V——最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速，mm/s；一般不大于5mm/s。

（4）沉淀池長(zhǎng)度L（5）沉淀池的總寬度B

（6）沉淀池的只數(shù)n

b——

每只沉淀池的寬度平流式沉淀池的長(zhǎng)度一般為30~50m,池長(zhǎng)與池寬比不小于4，以4~5為宜。

3、污泥區(qū)的設(shè)計(jì)污泥斗的容積

VwVw--泥渣體積

,m3Q--廢水設(shè)計(jì)流量，m3／h；C0和C--分別為進(jìn)水和出水的SS濃度，mg／L；

P--泥渣含水率(%)；γ--泥渣容重，kg／m3，當(dāng)泥渣主要為有機(jī)物且含水率在95％以上時(shí)，可取1000kg／m3；

T--排泥周期，一般取1～2d。

倒正棱臺(tái)形泥斗的容積Vda1和a2--分別為泥斗上、下底邊長(zhǎng)，m；h4--泥斗高度，m；α為泥斗傾角，取45°～60°

。

設(shè)m為沉淀池的泥斗數(shù)，如mVd≥Vw，則能滿足要求，否則應(yīng)增加泥斗數(shù)或縮短排泥周期。

沉淀池總長(zhǎng)L

L1、L3——分別為前、后擋板與進(jìn)、出水口的距離沉淀池總高Hh1——

沉淀池超高，m；一般取0.3mh2

——沉淀區(qū)的有效水深，m；h3

——緩沖層高度，m；當(dāng)沒(méi)有刮泥機(jī)時(shí)，h3＝(hm+0.3)，hm為刮泥板高度；不設(shè)刮泥機(jī)時(shí)，h3取0.5m

h4

——泥斗高度，m；h5

——梯形的高度，m。4、沉淀池的整體尺寸二、豎流式沉淀池二、豎流式沉淀池豎流沉淀池內(nèi)，水流水平分速為零，在靜水中沉速為us的顆粒在池內(nèi)的實(shí)際沉速為us-v，顆粒被分離的條件為us＞v，而us≤v的顆粒始終不能沉底，因而當(dāng)可沉顆粒屬于自由沉淀類型時(shí)，其沉降效率與具有相同表面負(fù)荷的平流沉淀池相比要低，即ET=(1-p0)100(％)。當(dāng)可沉顆粒屬于絮凝沉淀類型時(shí)，由于上升的小顆粒和下沉的大顆粒之間相互接觸、碰撞的機(jī)會(huì)增多，致使顆粒的直徑逐漸增大，有利于顆粒的沉淀。豎流沉淀池多用于小流量廢水中絮凝性懸浮固體的分離1、豎流式沉淀池的適用范圍二、豎流式沉淀池豎流沉淀池池面多呈圓形或正多邊形。其上部圓筒形部分為沉降區(qū)，下部倒圓臺(tái)部分為污泥區(qū)，二者之間有0.3～0.5m的緩沖層。豎流沉淀池的直徑一般在4～8m，最大不超過(guò)10m，以1.5～2.0m的靜水壓力排泥。為保證水流的豎向運(yùn)動(dòng)，徑深度比不宜大于3。如池徑大于8m，應(yīng)增設(shè)徑向集水槽。

2、豎流式沉淀池的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、豎流式沉淀池求取；當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取t＝(1.0～2.0)h。(3)管口不設(shè)反射板時(shí)，取中心管內(nèi)流速v0≤0.03m／s；設(shè)反射板時(shí)，v0≤0.1m／s。(4)中心管與反射板之間的流速v1一般不大于0.04m／s。(5)中心管及反射板的結(jié)構(gòu)尺寸如圖。(6)保護(hù)高度取0.3～0.6m，緩沖層高度取0.3m，泥斗壁傾角取45°～55°

。3、豎流式沉淀池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)(1)表面負(fù)荷，按公式計(jì)算，當(dāng)無(wú)資料時(shí)，可取q=(2.0～3.0)m3／m2·h。(2)沉降時(shí)間，按公式二、豎流式沉淀池4、豎流式沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容(1)中心管的斷面面積f和直徑d

Qmax——最大廢水流量(m3／h)v0——中心管流速

(m／h)

(2)沉淀區(qū)有效斷面積A1

v——池內(nèi)水流速度(m/h

)(3)沉淀池表面積A和直徑DA，D——沉淀池的表面積和直徑二、豎流式沉淀池(4)沉降區(qū)有效水深h2

(5)中心管喇叭口與反射板之間的縫隙高度h3

v1——中心管喇叭口與反射板之間縫隙的流速，m/h；d1——喇叭口直徑（m）（=1.35d）v——池內(nèi)水流速度(m/h

)t——沉淀時(shí)間（h）h5——泥斗圓臺(tái)部分高度(m)；

R和r——分別為圓臺(tái)上、下底半徑(m)。

(6)

污泥斗實(shí)際體積Vd

(7)沉淀池總高H

h1——保護(hù)高度，m

h4——緩沖層高度，m

三、輻流式沉淀池三、輻流式沉淀池懸浮固體顆粒在輻流沉淀池中的沉降規(guī)律

由于過(guò)流斷面由中心向周邊不斷增大，水平分速逐漸減小，因此其沉降軌跡呈下垂曲線。如設(shè)中心筒半徑為rl，池半徑為R，沉降區(qū)水深為H，那么在半徑為r的任意點(diǎn)上，顆粒在dt時(shí)間內(nèi)在水平方向和豎直方向上的位移分別為dr=vdt和dh=udt且有由于（1）（2）對(duì)沉速為u0的顆粒，積分（2）式并代入（1）式，得整理后，得三、輻流式沉淀池輻流式沉淀池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)輻流沉淀池的直徑一般為20～40m,最大可達(dá)100m。池中心深度為2.5～5.0m，周邊深度為1.5～3.0m。池底以0.06～0.08的坡度坡向泥斗。輻流沉淀池的表面負(fù)荷q和沉降時(shí)間t應(yīng)通過(guò)沉降試驗(yàn)確定，對(duì)生活污水，q可取2.0～3.6m3／m2·h，t取1.5～2.0h。有效水深h2通常取池半徑1／2處的深度值。

三、輻流式沉淀池三、輻流式沉淀池四、斜板和斜管沉淀池1、淺層沉降原理

Q=u0·A將沉降區(qū)高度分隔為n個(gè)高度為h＝H／n的淺層沉降單元時(shí)，(1)在Q不變（即v不變）的條件下，顆粒的沉降深度由H減小到H／n，截流沉速由u0減小到u0/n，從而總沉降效率ET大幅度提高。(2)在ET值不變（即u0

不變）的條件下，由u0／v`=h／L

和h＝H／n可得v`＝nv，即n個(gè)淺層的處理水量Q`＝HBnv=nQ，比原來(lái)增大了n倍。顯然，分隔的淺層數(shù)愈多，ET值提高愈多或Q`值增加愈多。

四、斜板和斜管沉淀池2、斜板、斜管沉淀池的構(gòu)造

四、斜板和斜管沉淀池3、斜板、斜管沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)斜板長(zhǎng)為l，寬為w，傾角為θ，板間凈距為d，平均水流速度為v，顆粒沉速為u0，則顆粒的運(yùn)動(dòng)由v和u0合成。通過(guò)每個(gè)沉降單元的流量將(1)代入(2)式，則可得

(1)(2)對(duì)n個(gè)沉降單元，af=lwcosθ,Af=naf

分別為一個(gè)沉降單元和n個(gè)沉降單元的斜板在水平方向上的投影面積a=dw/sinθ,A=na=Lw分別為一個(gè)沉降單元和n個(gè)沉降單元的水平底面積四、斜板和斜管沉淀池3、斜板、斜管沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算

異向流同向流橫向流一、含油廢水的來(lái)源、油的狀態(tài)

二、隔油池

三、乳化油及破乳方法

3.4隔油和破乳一、含油廢水的來(lái)源、油的狀態(tài)1、來(lái)源含油廢水的來(lái)源非常廣泛。包括石油開(kāi)采及加工工業(yè)、固體燃料加工、紡織工業(yè)中的洗毛廢水、輕工業(yè)中的制革廢水、鐵路及交通運(yùn)輸業(yè)、屠宰及食品加工、機(jī)械工業(yè)中車削工藝中的乳化液等。其中，石油工業(yè)及固體燃料加工工業(yè)排出的含油廢水為其主要來(lái)源。石油工業(yè)含油廢水主要來(lái)自石油開(kāi)采、石油煉制及石油化工等過(guò)程。固體燃料加工工業(yè)排出的焦化含油廢水，主要來(lái)自焦?fàn)t氣的冷凝水、洗煤汽水和各種貯罐的排水等。

3.4隔油和破乳一、含油廢水的來(lái)源、油的狀態(tài)2、狀態(tài)可浮油：呈懸浮狀態(tài)，粒徑大于15μm，占石油煉廠廢水含油量的60—80%，易于用隔油池去除。分散油：粒徑大于1μm，懸浮分散于水相中，不穩(wěn)定，可采用粗?；椒ㄈコ?。乳化油：呈乳化狀態(tài)，粒徑小于1μm，由于表面活性劑的存在使體系較穩(wěn)定，必須破乳。一般采用浮選、混凝、過(guò)濾等處理方法。溶解油：呈溶解狀態(tài)，一般低于5—15mg/l,難于自然分離，可采用吸附、化學(xué)氧化及生物氧化方法去除。油-固體物：水體中的油黏附在固體懸浮物的表面形成油-固體物，可采用分離法去除。3.4隔油和破乳二、隔油池可分離的最小油滴直徑為100~150μm，相應(yīng)的上升速度不高于0.9mm/s二、隔油池可分離的最小油滴直徑為60μm，相應(yīng)的上升速度不高于0.2mm/s，停留時(shí)間≤30min,

為平流式的1/4~1/2三、乳化油及破乳方法

1、乳化油的形成

(1)為了滿足某種工藝需要而配制的乳化液，必須在破乳后才能上浮分離；(2)水中的油粒在水流攪動(dòng)下吸附了表面活性劑或細(xì)微團(tuán)體顆粒而自然形成的乳化油。大多可用氣浮法除去，少量的則需經(jīng)破乳后才能分離。2、破乳及破乳機(jī)理破乳就是破壞油粒周圍的保護(hù)膜，使油、水發(fā)生分離。破乳機(jī)理主要有兩種：使乳液微粒的雙電層受到壓縮或表面電荷得到中和，從而使微粒由排斥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芙佑|碰撞的并聚狀態(tài)；使乳化劑界面膜破裂或被另一種不會(huì)形成牢固界面膜的表面活性物質(zhì)頂替，使油粒得以釋放和并聚

三、乳化油及破乳方法

3、破乳方法簡(jiǎn)介

破乳方法可分為物理法和化學(xué)法兩類。物理法有高壓靜電法、劇烈攪拌和震蕩法、高速離心法以及加熱或冷凍法破乳等?；瘜W(xué)法就是在乳液中投加酸類、鹽類、換型乳化劑、混凝劑以及各種專用有機(jī)高分子破乳劑。目前較為有效而簡(jiǎn)便的方法是投加鐵、鋁鹽混凝劑或有機(jī)高分子破乳劑。

3.5浮上法

一、浮上法的類型二、加壓溶氣浮上法的基本原理三、氣浮設(shè)備及其設(shè)計(jì)計(jì)算3.5浮上法

實(shí)現(xiàn)氣浮分離必須具備以下三個(gè)基本條件：

必須在水中產(chǎn)生足夠數(shù)量的細(xì)微氣泡；必須使待分離的污染物形成不溶性的固態(tài)或液態(tài)懸浮體；必須使氣泡能夠與懸浮粒子相粘附。

浮上法應(yīng)用的領(lǐng)域：石油化工及機(jī)械制造業(yè)中的含油（包括乳化油）污水的油水分離污水中有用物質(zhì)的回收，如造紙廠廢水中得紙漿纖維及填料的回收；取代二次沉淀池，特別適用于易于產(chǎn)生活性污泥膨脹的情況；剩余活性污泥的濃縮

一、浮上法的類型（一）電解浮上法（二）分散空氣浮上法（三）溶解空氣浮上法

1、真空浮上法

2、加壓溶氣浮上法一、浮上法的類型（一）電解浮上法該法產(chǎn)生的氣泡小于其他方法產(chǎn)生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。可以處理多種含有機(jī)物、重金屬?gòu)U水，如制革廢水、毛皮廢水、肉類加工廠廢水和電鍍廠廢水等。一、浮上法的類型（二）分散空氣浮上法分散空氣浮上法用于礦物浮選，也用于含油脂、羊毛等污水的初級(jí)處理及含有大量表面活性劑的污水。一、浮上法的類型（三）溶解空氣浮上法1、真空浮上法真空浮上法的缺點(diǎn)是其空氣的溶解在常壓下進(jìn)行，氣泡釋放量很有限。一、浮上法的類型

（三）溶解空氣浮上法加壓溶氣法的主要設(shè)備為水泵、溶氣罐、浮上池?？諝庾⑷肴軞夤薜姆绞接锌諝鈮嚎s機(jī)和射流器。2、加壓溶氣浮上法一、浮上法的類型

（三）溶解空氣浮上法加壓溶氣法的三種基本流程：全溶氣流程部分溶氣流程回流溶氣流程2、加壓溶氣浮上法二、加壓溶氣浮上法的基本原理（一）空氣的溶解、釋放及氣泡性質(zhì)

1、空氣的溶解

2、溶解空氣的釋放

3、細(xì)微氣泡的性質(zhì)（二）懸浮粒子與氣泡的粘附二、加壓溶氣浮上法的基本原理（一）空氣的溶解、釋放及氣泡性質(zhì)

1、空氣的溶解

N——空氣傳質(zhì)速率，kg／m2·h；KL——液相總傳質(zhì)系數(shù)，m3／m2·h；

C*和C——分別為空氣在水中的平衡濃度和實(shí)際濃度，kg／m3。

V——空氣在水中的溶解度，L／m3；KT——溶解度系數(shù)，L／kPa·m3，

p——溶液上方的空氣平衡分壓，kPa

二、加壓溶氣浮上法的基本原理溶解于水中的空氣量與通入空氣量的百分比，稱為溶氣效率。溶氣效率與溫度、溶氣壓力及氣液兩相的動(dòng)態(tài)接觸面積有關(guān)。在20℃和290～490kPa(表壓)的溶氣壓力下，填料溶氣罐的平均溶氣效率為70～80%，空罐為50～60%。在一定條件下，空氣在水中的實(shí)際溶解量與平衡溶解量之比，稱為空氣在水中的飽和系數(shù)。飽和系數(shù)的大小與溶氣時(shí)間及溶氣罐結(jié)構(gòu)有關(guān)。在2～4min的常用溶氣時(shí)間內(nèi)，填料罐的飽和系數(shù)為0.7～0.8。（一）空氣的溶解、釋放及氣泡性質(zhì)

1、空氣的溶解

二、加壓溶氣浮上法的基本原理2、溶解空氣的釋放

釋氣過(guò)程是在溶氣水流經(jīng)過(guò)反復(fù)地收縮、擴(kuò)散、撞擊、反流、擠壓、輻射和旋流中完成的，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)不到0.2s。

二、加壓溶氣浮上法的基本原理

(1)氣泡直徑氣泡直徑愈小，其分散度愈高，對(duì)水中懸浮粒子的粘附能力和粘附量也就愈大。

(2)氣泡密度指單位體積釋氣水中所合微氣泡的個(gè)數(shù)，它決定氣泡與懸浮粒子碰撞的機(jī)率。(3)氣泡的均勻性一是指最大氣泡與最小氣泡的直徑差；二是指小直徑氣泡占?xì)馀菘偭康谋壤?/p>

(4)氣泡穩(wěn)定時(shí)間氣泡穩(wěn)定時(shí)間，是將溶氣水注入1000mL量筒，從滿刻度起到乳白色氣泡消失為止的歷時(shí)。優(yōu)良的釋放器釋放的氣泡穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)在4min以上。（5）溶氣利用率，是指能同懸浮粒子發(fā)生粘附的氣泡量占溶解空氣量的百分比。

3、細(xì)微氣泡的性質(zhì)二、加壓溶氣浮上法的基本原理（二）懸浮粒子與氣泡的粘附1、氣泡與懸浮顆粒粘附的條件液體表面分子所受的分子引力與液體內(nèi)部分子所受的分子引力不同，表面分子所受的作用力是不平衡的，這不平衡的力有把表面分子拉向液體內(nèi)部、縮小液體表面的趨勢(shì)，這種力稱為流體的表面張力。要使表