一、沉淀的基礎(chǔ)理論

1.1 概述

沉淀是水處理中最基本的方法之一。它是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力場(chǎng)的作用下產(chǎn)生下沉，已達(dá)到固液分離的一種過(guò)程。這種工藝簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用非常廣泛，可以是整個(gè)水處理過(guò)程中的某一工序。

在典型的污水處理場(chǎng)中，沉淀的四種用法：

用于廢水的預(yù)處理：如沉砂池；

污水進(jìn)入生物處理構(gòu)筑物前的初步處理：初沉池；

生物處理后的固液分離：二沉池；

污泥處理階段的污泥濃縮：污泥濃縮池。

1.2 沉淀的類(lèi)型

根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能強(qiáng)弱、濃度的高低以及可沉降顆粒的性質(zhì)（如密度等），沉淀通?？煞譃樗姆N不同的類(lèi)型，如表：

1.3 自由沉降及其理論基礎(chǔ)

沉淀法的去除對(duì)象：顆粒在10μm以上的可沉固體。當(dāng)顆粒粒徑變小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周?chē)臄_流流速也小時(shí)，可以主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是出于層流狀態(tài)。

式中：

Stokes公式說(shuō)明的問(wèn)題：

1、顆粒與水的密度差愈大，沉降速率也愈大，顆粒密度大于水密度時(shí)，顆粒下沉，顆粒密度小于水密度時(shí)，顆粒上浮，二者相等時(shí)，顆粒既不上浮也不下沉；

2、水的粘度愈小，沉降速率愈快，成反比關(guān)系。因粘度愈水溫成反比，故提高水溫有利于顆粒的沉降；

3、顆粒直徑愈大，沉速愈快，因此隨顆粒度的下降，顆粒的沉降速度會(huì)迅速降低。實(shí)際水處理過(guò)程中，水流呈層流狀態(tài)的情況一般較少，所以一般沉降只能去除d＞20μm的顆粒。

1.4 絮凝沉淀

在絮凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離去除的水處理法。

二、沉淀池的種類(lèi)

2.1 按功能分

按功能分為初次沉淀池、二次沉淀池。

初次沉淀池：簡(jiǎn)稱(chēng)初沉池，生物處理法中的預(yù)處理，去除約30%的BOD5，55%的懸浮物。

二次沉淀池：簡(jiǎn)稱(chēng)二沉池，生物處理構(gòu)筑物后，是生物處理工藝的組成部分。

2.2 按水流方向分

沉淀池可分為普通沉淀池和淺層沉淀池兩大類(lèi)。

2.2.1 普通沉淀池

按照水在池內(nèi)的總體流向，普通沉淀池又有平流式、豎流式和輻流式三種型式：

平流式沉淀池：池型為長(zhǎng)方形，一段進(jìn)水，另一端出水，貯泥斗在池進(jìn)口；

豎流式：池內(nèi)水流由下向上，齒形多為圓形，有方形或多角形池，中央進(jìn)水，池四周出水，貯泥斗在池中央；

輻流式沉淀池：池徑較大的圓形池，水流從池中心以輻流形式流向池周，也可從周邊流進(jìn)池中心，貯泥斗在池中央。

2.2.2 淺層沉淀池

淺層沉淀池：根據(jù)淺層理論，在沉淀池的沉淀區(qū)加斜板或蜂窩斜管，增加了沉降面積、改善了水力條件，以提高水的沉淀效率。

三、各沉淀池的結(jié)構(gòu)形式

沉淀池均包括5個(gè)功能區(qū)，即進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)和出水區(qū)。

入流區(qū)和出流區(qū)是進(jìn)行配水和集水，使水流均勻地分布在各個(gè)過(guò)流斷面上，為提高容積利用、系數(shù)和固體顆粒的沉降提供盡可能穩(wěn)定的水力條件。

沉降區(qū)是可沉顆粒與水分離的區(qū)域。

污泥區(qū)是泥渣貯存、濃縮和排放的區(qū)域。

緩沖層是分隔沉降區(qū)和污泥區(qū)的水層，防止泥渣受水流沖刷而重新浮起。

以上各部分相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的處理能力和沉降效率。

3.1 平流沉淀池

池型呈長(zhǎng)方形，廢水從池的一端流人，水平方向流過(guò)池子，從池的另一端流出。在池的進(jìn)口處底部設(shè)貯泥斗，其它部位池底有坡度，傾向貯泥斗。其示意圖如下：

3.1.1 平流式沉淀池的主要組成部分及作用：

1）進(jìn)水區(qū)

為了使入流的污水能均勻與穩(wěn)定的進(jìn)入沉淀池，在污水入口處應(yīng)設(shè)置整流措施。流入裝置作用是消能，使廢水均勻分布。流入裝置是橫向潛孔，潛孔均勻地分布在整個(gè)寬度上；在潛孔前設(shè)擋板,擋板高出水面0.15－0.2m，伸入水下的深度不小于0.2m。也有潛孔橫向水平排列的流入裝置。入口的整流措施如圖2：

2）出水區(qū)

出水裝置多采用自由堰形式。設(shè)置出水堰不僅可控制沉淀池內(nèi)水面高度，而且對(duì)沉淀池內(nèi)水流的均勻分布有著直接影響。出水堰形式有水平堰、三角堰和梯形堰。目前多采用鋸齒形溢流堰，水面宜高于齒高的1/2處。嚴(yán)辦材料可采用鋼板或UPVC板。

堰前可設(shè)置擋板以阻擋漂浮物，或設(shè)置浮渣收集和排除裝置。擋板高出池內(nèi)水面0.1~0.15m，浸沒(méi)在水面下0.3~0.4m，并距出口0.25~0.5m。

出水槽：沉淀池的出水槽沿途接納出流堰流出的水，故槽內(nèi)流系屬非均勻穩(wěn)定流，當(dāng)沿槽長(zhǎng)流入流量均勻，且為自由流入，出水槽出口為自由跌落時(shí)，其出口處的水深為臨界水深。一般可取b=h0=0.9Q0.4。

3）沉淀區(qū)

是可沉降顆粒與廢水分離的區(qū)域，同時(shí)使進(jìn)出水均勻。

4）污泥區(qū)

污泥區(qū)：排除沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保證出水水質(zhì)的一項(xiàng)重要措施。在池的前部設(shè)貯泥斗，其中的污泥通過(guò)排泥管借1.5－2.0m的靜水壓力排出池外，池底坡度一般為0.01－0.02。沉降在沉淀池其它部位的污泥通過(guò)機(jī)械裝置集中到貯泥斗中。刮泥設(shè)備是橋式行車(chē)刮泥機(jī)或鏈帶式刮泥機(jī)。也可采用多斗式排泥。

5）緩沖層

緩沖層則是分隔沉淀區(qū)和污泥區(qū)的水層，保證已沉下的顆粒不因水流攪動(dòng)而再行浮起。

3.1.2 平流沉淀池的特點(diǎn)

對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化適應(yīng)能力強(qiáng)，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低；

多采用多斗排泥，操作工作量大，采用機(jī)械排泥時(shí)，機(jī)械設(shè)備和驅(qū)動(dòng)件均浸于水中，易銹蝕；

適用于地下水較高及地質(zhì)較差的地區(qū)，適用于大、中、小型污水處理廠。

3.2 豎流沉淀池

3.2.1 豎流沉淀池的結(jié)構(gòu)

豎流式沉淀池多呈圓形，也有采用方形和多角形的。直徑或邊長(zhǎng)一般在8m以下，多介于4－7m之間。沉淀池上部呈柱狀部分為沉淀區(qū)，下部呈截頭錐狀的部分為污泥區(qū)，在二區(qū)之間留有緩沖層0.3m。

廢水從中心管流入，由下部流出，通過(guò)反射板的阻攔向四周分布，然后沿沉淀區(qū)的整個(gè)斷面上升，沉淀后的出水由池四周溢出。流出區(qū)設(shè)于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直徑大于7m，一般要考慮設(shè)輻射式集水槽與池邊環(huán)形集水槽相通。

3.2.2 豎流沉淀池的特點(diǎn)

排泥方便，占地面積?。?/p>

池子深度小，施工困難，對(duì)沖擊負(fù)荷及溫度變化的適應(yīng)能力較差，造價(jià)高，池徑不宜太大；

適用于水量不大的小型污水處理廠。

3.3 輻流式沉淀池

3.3.1 豎流沉淀池的結(jié)構(gòu)

輻流式沉淀池亦稱(chēng)輻射式沉淀池。池型多呈圓形，小型池子有時(shí)亦采用正方形或多角形。池的進(jìn)、出口布置基本上與豎流池相同，進(jìn)口在中央，出口在周?chē)５貜脚c池深之比，輻流池比豎流池大許多倍。直徑一般介于20－30m之間，但變化幅度可為6－60m，最大甚至可達(dá)100m，池中心深度約為2.5－5.0m，池周深度則約為1.5－3.0m。水流在池中呈水平方向向四周輻(射)流，由于過(guò)水?dāng)嗝婷娣e不斷變大，故池中的水流速度從池中心向池四周逐漸減慢。泥斗設(shè)在池中央，池底向中心傾斜，污泥通常用刮泥(或吸泥)機(jī)械排除。

在池中心處設(shè)中心管，污水從池底的進(jìn)水管進(jìn)入中心管，在中心管的周?chē)ǔＳ么┛渍习鍑扇肓鲄^(qū)，使污水在沉淀池內(nèi)得以均勻流動(dòng)。流出區(qū)設(shè)置于池周，采用三角堰或淹沒(méi)式溢流孔。為了攔截表面的漂浮物質(zhì)，在出水堰前設(shè)置擋板和浮渣手機(jī)排出設(shè)備。

3.3.2 輻流沉淀池的特點(diǎn)

多為機(jī)械排泥，機(jī)械排泥設(shè)備復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求高；

池內(nèi)水流速不穩(wěn)定，沉淀效果較差；

適用于地下水位較高的地區(qū)，及大中型污水處理廠。

3.4 斜板（管）沉淀池

斜板（管）沉淀池是根據(jù)“淺層沉淀”理論，在沉淀池的沉淀區(qū)加斜板或蜂窩斜管，以提高水的沉淀效率的新型沉淀池。是向著理想沉淀池的逼近，其沉淀界限是理想沉淀池，它具有沉淀效率高、停留時(shí)間短、占地小等優(yōu)點(diǎn)。

按水流與沉泥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，斜板（管）沉淀池可分為毅向流、同向流和側(cè)向流三種形式。污水處理中主要采用升流式異向流斜板（管）沉淀池。

四、沉淀池設(shè)計(jì)

五、沉淀池設(shè)備選型

主要是平流沉淀池和輻流式沉淀池用到的刮刮吸泥機(jī)設(shè)備。

吸泥機(jī)和刮泥機(jī)是排泥設(shè)備中最主要的兩種設(shè)備。排泥設(shè)備是在水處理中配合沉淀使用的專(zhuān)用設(shè)備，主要用于廢水處理過(guò)程初沉池、二沉池、濃縮池以及澄清池。排泥設(shè)備的形式隨工藝的條件與池型結(jié)構(gòu)的不同而有所不同，目前常用的排泥設(shè)備通常為平流是沉淀池排泥機(jī)和輻流式沉淀池排泥機(jī)兩大類(lèi)。

吸泥機(jī)是利用壓力差收集底泥，刮泥機(jī)是利用機(jī)械傳動(dòng)收集底泥。

排泥設(shè)備的分類(lèi)如下表：

沉淀池排泥設(shè)備分類(lèi)

各種吸泥機(jī)的詳細(xì)介紹

六、各沉淀池綜合比較

廢水處理中吸、刮泥機(jī)的適用范圍、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)