沉淀池设计方案参数

作者:亚洲城官网 | 2020-09-22 11:45

  2.4 沉 淀 池 平流式沉淀池 辐流式沉淀池 竖流式沉淀池 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 (1.5 — 2M 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 M ,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 1M/ 分,跨度 10M 。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 15M 以内为宜,管径 150 一 200 毫 M , 工作宽度为 1.5 — 2M( 如池底做成水平 ) ,孔眼直径 15 — 25 毫 M , 在平底上孔眼与断面中轴线 ? 交错排列,在集泥斗内, 孔眼则用垂直方向布置,孔眼流速 4 — 5M/ 秒,孔眼总面积 / 管子 截面积= 0.6 ~ 0.8 。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 45 — 50 ? ,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 97 — 98 %,冬季时可二、三天排泥一次,污泥在斗内浓缩,含水率可 达 95 - 96 %。 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 M/ 秒,最下一排孔应高于积泥区 0.5M ,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 M ,齿距 20 厘 M 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 450M 3 /M 、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 0.15M/ 秒,小 于 0.3M/ 秒来达到。污水在沉砂池中的停留时间取 0.5 — 1 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 0.25 — 0.4M/ 秒, 一般为 0.3M/ 秒。有效水深 2 — 3M 。污水在池内的前进速度在 0.01 — 0.1M/ 秒之间,停留时间 1.5 — 3.0 分钟。所需空气量为 2 — 3M 3 /M 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≥ u 的颗粒可全部被 0 除去,沉速≤u 的颗粒只能部分被除去。例如沉速 =u 1 的颗粒被除 0 去的比例为 Hh/H ,或 u 1 /u 。因为 u t =H , W =H · A=Qt ,所以 0 0 0 0 即 (2.8) 式中 W ——沉淀池容积 (M 3 ) ; A ——池表面积 (M 2 ) ; Q ——进水流量 (M 3 / 时 ) ; q ——过流率、或称表面负荷 (M 3 /M 2 ·时 ) 。 0 通过静置沉淀实验,根据要求达到的沉淀效率,求出颗粒 截留速度 u 0 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, u 0 —— M/ 时, q 0 —— M 3 /M 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 ? 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 ( W /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,在应用静置沉淀实验结果时,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 u 或 q ,在絮凝沉降过程中沉淀 0 0 柱水深与设计水深一致时才成立,式 (2.10) 中理论停留时间 t , 0 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。 如无静置沉淀实验数据,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 (M 3 / 日 ) ; p ——污泥含水率 ( % ) ; C , C 1 ——进、出水中的悬浮物浓度 ( 公斤 /M 3 ) ; 0 r ——污泥容量 ( 公斤 /M 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 /M 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 0.3 — 0.5M ,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 ? t 内投入W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 C 1 ,所以在 t2 时间内,浓度超过 C 1 的部分都是由于进口处加的食盐产生的,浓度 C = C 1 这条直线 和浓度曲线间的面积形状代表了 W 克 C 1 - 逐渐流过池子的实际情 形,即面积 A 代表了 W 克 C 1 - 。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/A ? 100% 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 t a 。 由 a 所代表的流量关系,可以得出这些 a/A ? 100% 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+t 1 ,则面积所代表 的 W 克 C l - 应该在 T 时间,在 ? t 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 t a 解释为在 ? t 时间内进入池子的流 量,假想在 t a 时刻的 ? t 内全部流出。实测资料表明, t 0 /T = 35 — 60 %。 t a /T 表征短流程度,其值愈小,表明短流愈严重。一般把 t a /T 的比值称为池子的容积利用系数; t 2 /t 1 的比值称为池子的水 流扩散系数,一般为 1.5 — 3 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 45 — 60 ? ,排泥管 直径 200 毫 M , 排泥静水压为 1.5 — 2M ,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 10M 。沉淀池中心管内流速不大于 30 毫 M/ 秒,反射板距中 心管口采用 0.3 — 0.5M , ( 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 。 后者通过静置沉淀实验确定 u o 后求得。若无实验资料,对于生活 污水, v 一般可采用 0.3 — 0.5 毫 M/ 秒,沉淀时间 1.5 — 2.0 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 20 — 30M 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) 。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 100 — 300M 3 / 日· M ,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 2 — 4 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, A = Q/q 设 = Q/u 设 。 池深按停留时间设计, H = u 设· t 设 。如无静置沉淀实验资料,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 2.5M 3 /M 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 平流式 表面负荷 (M /M ·日) 3 2 表 2.2 竖流式 25-30 20-25 (同左) (同左) 100-130 60-65% 污泥 3-4% 备注 城市污水 混凝沉淀 石灰软化 活性污泥 城市污水处理 给水处理 污水初沉池 絮凝物 城市污水 幅流式 ?45 (同左) (同左) (同左) (同左) (同左) 300 100 50-55% 污泥 3-6.5% 30-45 14-22 22-45 20-24 停留时间 (小时) 堰顶溢流率 (M /M,日) 悬浮物 去除效率 3 1.5-2.0 2.0-4.0 300-450 100-150 40-85% 污泥 3-7% 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 0.5M 3 /M 3 污水,曝气时间 10 — 20 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 65 — 80 %, BOD 5 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 99.2 — 99.5 %降到 96 — 97 % ) ,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) , u =q =Q/A ,如保持沉淀效率 0 0 及 u 不变,沉淀区面积 A 增大 n 倍,理论上通过的水量也可增大 0 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 M 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 30 — 40 ? ,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 1 — 1.2M 。同向流斜板长 度通常采用 2 — 2.5M ,上部倾角 30 ? — 40 ? ,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 80 — 120 毫 M 为宜;斜管内切圆直径不宜小于 35 — 50 毫 M 。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。


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