第六章沉淀與澄清課件

第六章沉淀與澄清

6.1懸浮顆粒在靜水中的沉淀6.2平流式沉淀池6.3斜板與斜管沉淀池6.4澄清池

6.1懸浮顆粒在靜水中的沉淀6.1.1沉淀分類

1.自由沉淀

定義：單個(gè)顆粒在無邊際水體中沉淀，其下沉的過程顆?；ゲ桓蓴_，且不受器皿壁的干擾，下沉過程中顆粒的大小、形狀、密度保持不變，經(jīng)過一段時(shí)間后，沉速也不變。常見于：沉砂池、初次沉淀池2.絮凝沉淀

定義：在沉淀的過程，顆粒由于相互接觸絮聚而改變大小、形狀、密度，并且隨著沉淀深度和時(shí)間的增長，沉速也越來越快，絮凝沉淀由凝聚性顆粒產(chǎn)生。常見于：混凝沉淀后、生物污泥的沉淀

3.成層沉淀定義：沉淀過程中絮凝的懸浮物形成層狀物，成整體沉淀狀，形成較明顯的固液因而。常見于：活性污泥法的二沉池，污泥濃縮池、化學(xué)凝聚沉淀4.擁擠沉淀定義：當(dāng)水中含有的凝聚性顆粒或非凝聚性顆粒的濃度增加到一定值后，大量顆粒在有限水體中下沉?xí)r，被排斥的水便有一定的上升速度，使顆粒所受的摩擦阻力增加，顆粒處于相互干擾狀態(tài)，此過程稱為擁擠沉淀。

6.1.2懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀假設(shè)沉淀的顆粒是球形，其所受到的重力為：(6-1)

所受到的水的阻力：

(6-2)CD與顆粒大小、形狀、粗造度、沉速有關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律可知：(6-3)

達(dá)到重力平衡時(shí)，加速度為零，令式（6-3）左邊為零，加以整理，得沉速公式：（6-4）

CD與Re有關(guān)，見圖6-1。

1.斯篤克斯公式當(dāng)Re<1時(shí)：呈層流狀態(tài)(7-5)斯篤克斯公式：(7-6)

2.牛頓公式

當(dāng)1000<Re<25000時(shí)，呈紊流狀態(tài)，CD接近于常數(shù)0.4代入（6-5）得牛頓公式：（6-7）當(dāng)1<Re<1000時(shí)，屬于過渡區(qū)，CD近似為（6-8）代入得阿蘭公式：（6-9）6.1.3懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀

1．沉降過程分析

如圖6-2，整個(gè)沉淀筒中可分為清水區(qū)、等濃度區(qū)、變濃度區(qū)、壓實(shí)區(qū)等四個(gè)區(qū)。

2.肯奇沉淀理論

由圖6-2可知曲線a-c段的懸浮物濃度為C0，c-d段濃度均大于C0。設(shè)在c-d曲線任一點(diǎn)Ct作切線與縱坐標(biāo)相交于a′點(diǎn)，得高度Ht。按照肯奇沉淀理論得：（6-10）作Ct點(diǎn)切線，這條切線的斜率表示濃度為Ct的交界面下沉速度：（6-11）

3.相似理論

當(dāng)原水顆粒濃度一樣時(shí)，不同沉降高度的界面沉降過程曲線的相似性（見圖6-3），即(6-12)

6.2理想沉淀池的特性分析6.2.1非凝聚性顆粒的沉淀過程分析理想沉淀池的基本假設(shè)：①顆粒處于自由沉淀狀態(tài)，顆粒的沉速始終不變。②水流沿水平方向流動，在過水?dāng)嗝嫔?，各點(diǎn)流速相等，并在流動過程中流速始終不變。③顆粒沉到底就被認(rèn)為去除，不再返回水流中。理想沉淀池的工作情況見圖6-4。

原水進(jìn)入沉淀池，在進(jìn)水區(qū)被均勻分配在A-B截面上其水平流速為：考察頂點(diǎn)，流線III：正好有一個(gè)沉降速度為u0的顆粒從池頂沉淀到池底，稱為截留速度。

u≥u0的顆?？梢匀咳コ瑄<u0的顆粒只能部分去除對用直線Ⅲ代表的一類顆粒而言，流速v和u0都與沉淀時(shí)間有關(guān)

（6-13）

（6-14）令（6-13）和（6-14）相等，代入（6-12）得：

（6-15）

即：（6-16）式中稱為“表面負(fù)荷”或“溢流率”。表面負(fù)荷在數(shù)值上等于截留速度，但含義不同。設(shè)原水中沉速為ui（ui<u0）的顆粒濃度為C，沿著進(jìn)水區(qū)高度為h0的截面進(jìn)入的顆粒的總量為QC=h0BvC，沿著m點(diǎn)以下的高度為hi的截面進(jìn)入的顆粒的數(shù)量為hiBvC（見圖7-4），則沉速為ui的顆粒的去除率為：（6-17）根據(jù)相似關(guān)系得：即（6-18）

同理得：（6-19）將式（6-18）和（6-19）代入（6-17）得特定顆粒去除率：

（6-20）

6.2.2理想沉淀池理論將（6-16）代入（6-20）得：

(6-21)

由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長、水平流速、沉淀時(shí)間）無關(guān)。（1）E一定，ui越大，表面負(fù)荷越大，或當(dāng)產(chǎn)水量和表面積不變時(shí)，ui越大則去除率E越高。顆粒沉速ui與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。（2）ui一定，增大A，可以增加產(chǎn)水量Q或增大E。當(dāng)容積一定時(shí)，池身淺些則表面積A大些，E可以高些，此即“淺池理論”。

6.2.3理想沉淀池的總?cè)コ仕心軌蛟诔恋沓刂腥コ模了傩∮趗o的顆粒的去除率為：（7-22）沉速大于和等于u0的顆粒全部下沉去除率為（1-p0），因此理想沉淀池的總?cè)コ蕿椋海?-23）

式中p0—沉速小于u0的顆粒重量占所有顆粒重量的百分率；

6.2.4非凝聚性顆粒的沉淀實(shí)驗(yàn)分析

非凝聚性顆粒在靜水中的沉淀實(shí)驗(yàn)，用一個(gè)圓筒進(jìn)行,如圖6-5所示。在圓筒水面下h處開一個(gè)取樣口，要求顆粒在整個(gè)水深中均勻分布，濃度為C0；然后在分別在t1

、

t2、

…tn時(shí)取樣，分別測得濃度為C1

、C2、…Cn,對應(yīng)的沉速分別為h/t1=u1、h/t2=u2

、…h(huán)/tn=un

。設(shè)p1、p2、…pn

分別代表C1/C0、C2/C0、…Cn/C0，則1-pi表示所有速度大于等于ui的顆粒所占的比例，pi代表沉速小于ui的顆粒所占的比例，見圖6-5。具有沉速u1、u2的兩種顆粒之間的顆粒濃度分?jǐn)?shù)為p1-p2。

6.2.5

凝聚性顆粒的沉淀實(shí)驗(yàn)分析

1.實(shí)驗(yàn)采取圖6-7的沉淀試驗(yàn)筒，筒長盡量接近實(shí)際沉淀池的深度，可采用2～3m，直徑不小于100mm，設(shè)5～6個(gè)取樣口。先均勻攪拌測定初始濃度，然后試驗(yàn)，每隔一段時(shí)間，取出各取樣口的水測定懸浮物的濃度，計(jì)算相應(yīng)的去除百分?jǐn)?shù)。以沉淀筒高度h為縱坐標(biāo)，沉淀時(shí)間t為橫坐標(biāo)把去除百分比相同的各點(diǎn)連成光滑曲線，稱為“去除百分?jǐn)?shù)等值線”含義：對應(yīng)所指明去除百分?jǐn)?shù)時(shí)，取出水樣中不復(fù)存在的顆粒的最遠(yuǎn)沉降途徑，深度與時(shí)間的比值指明去除百分?jǐn)?shù)時(shí)的顆粒的最小平均沉速。

2.計(jì)算對于某一表面負(fù)荷而言，根據(jù)凝聚性顆粒去除百分?jǐn)?shù)等值線，可以得出總的去除百分?jǐn)?shù)（見圖7-8）：

凝聚性顆粒的去除百分?jǐn)?shù)可以從圖上算出，如：當(dāng)沉降為t0時(shí)，其相應(yīng)的沉速，亦即表面負(fù)荷uo=h/t0。

為方便起見，時(shí)間一般選在曲線與橫坐標(biāo)相交處。按前面所介紹凡沉速等于或大于uo的顆粒能全部沉掉，而沉速小于uo的顆粒則按照u/uo比值僅僅部分地沉掉。沉降時(shí)間為t0時(shí)，相鄰兩根曲線所表示的數(shù)值之間的差別，反映出同一時(shí)間、不同深度的去除百分?jǐn)?shù)的差別。說明有這樣一部分顆粒對于上面一條曲線來說，已認(rèn)為沉降下去了，而對下面一條曲線來說，則認(rèn)為尚未沉降下去?；蛘哒f這部分顆粒正介于兩曲線之間，其平均流速等于其平均高度除以時(shí)間t0，其數(shù)量即為兩曲線所表示的數(shù)值之差。這些顆粒正是小于uo的顆粒。根據(jù)以上分析，對于某以表面負(fù)荷而言，按此圖所示的凝聚性顆粒百分?jǐn)?shù)等值曲線，可以得出總的去除百分?jǐn)?shù)：式中：p2—表示沉降高度h，沉降時(shí)間t0時(shí)的去除分?jǐn)?shù)，并且是沉速等于或大于u0的已全部沉降掉的顆粒的去除分?jǐn)?shù)。

h1—表示時(shí)間t0時(shí)，曲線p2與p3之間的中點(diǎn)高度；

h2—表示時(shí)間t0時(shí)，曲線p3與p4之間的中點(diǎn)高度；

h3—表示時(shí)間t0時(shí)，曲線p4與p5之間的中點(diǎn)高度；

上述方法是在靜止條件下進(jìn)行的。應(yīng)用于生產(chǎn)中實(shí)際沉淀池，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，表面負(fù)荷和停留時(shí)間應(yīng)乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。6.2.6影響平流沉淀池沉淀效果的因素1、短流的影響短流是指在實(shí)際沉淀池中，停留時(shí)間總是偏離理想沉淀池，表現(xiàn)在一部分水流通過沉淀區(qū)的時(shí)間t0，而別一部分水流則大于t0的現(xiàn)象，它是由于水流的流速和流程不同而產(chǎn)生的。原因：⑴進(jìn)水的慣性作用；⑵出水堰產(chǎn)生的水流抽吸；⑶較冷靜或較重的進(jìn)水產(chǎn)生的異重流；⑷風(fēng)流引起的短流；⑸池內(nèi)存在導(dǎo)流壁和刮泥設(shè)施等。2、異重流的影響渾水進(jìn)入沉淀池后，因水中顆粒雜質(zhì)不斷沉淀而逐漸變清，流出沉淀池的水中渾水物質(zhì)的含量已經(jīng)很少，渾水和清水的比重是不同的。即進(jìn)入沉淀池渾水的比重比流出沉淀池清水的比重大。比重大的渾水進(jìn)沉淀池后，在重力作用下會潛入池的底部流動，形成所謂的渾水異重流。渾水異重流是平流沉淀池中的基本現(xiàn)象之一，當(dāng)進(jìn)池渾水的濃度高時(shí)異重流的現(xiàn)象就明顯一些，進(jìn)池渾水的濃度低時(shí)，異重流現(xiàn)象就不如濃度高時(shí)明顯。此外，水的比重與溫度有關(guān)，當(dāng)進(jìn)水溫度較池內(nèi)水溫高時(shí)，進(jìn)水有可能趨向池表流動，形成溫度異重流，當(dāng)進(jìn)水溫度較池水溫度低時(shí)，將會加劇渾水異重流。3、水流紊動性和穩(wěn)定性對沉淀效果的影響水的紊動性以雷諾數(shù)Re判別

—水的流速；

R—水力半徑；

—水的運(yùn)動拈滯系數(shù)。

一般認(rèn)為，在明渠流中，Re＞500時(shí)，水流是紊流狀態(tài)，平流沉淀池中水流的Re一般為4000～15000，屬紊流狀態(tài)。此時(shí)水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脈動分速，且伴有小的渦流體，對水中雜質(zhì)顆粒的沉降是有影響的，因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。

Fr高，慣性力作用相對增加，重力相對減少。水流對溫差、密度異重流及風(fēng)浪等影響的抵抗的能力強(qiáng)，使沉淀池中的水流流型保持穩(wěn)定，一般認(rèn)為平流沉淀池中Fr

＞10-5。在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是減小水力半徑，平流沉淀池的縱向分隔及斜板、斜管沉淀池都能達(dá)到上述目的。水的穩(wěn)定性以弗勞德數(shù)判別R—水力半徑；—水平流速；g—重力加速度。在沉淀池中，增大，一方面提高Re，加強(qiáng)水力的紊動性而不利于沉淀，但另一方面也提高了Fr，而加強(qiáng)了水的穩(wěn)定性，從而有利于沉淀效果的提高。所以，可在很寬的范圍內(nèi)選取，我國各地一般=10～25mm/s。4、絮凝過程的影響對于混凝沉淀池，雜質(zhì)顆粒的絮凝過程在沉淀池內(nèi)仍繼續(xù)進(jìn)行。如前所述，池內(nèi)的水流流速的分布實(shí)際上是不均勻的，水流存在的速度梯度將引起顆粒相互碰撞而促進(jìn)絮凝。

此外，水中絮凝顆粒的大小也是不均勻的，它們將具有不同的沉速，沉速大的顆粒在沉降過程中能追上沉速小的顆粒而引起碰撞和絮凝。水在池內(nèi)時(shí)間愈長，由速度梯度引起的絮凝便進(jìn)行的愈完善，說明沉淀時(shí)間對沉淀效果是有影響的；池內(nèi)的水深愈大，顆粒沉速不同引起的絮凝也進(jìn)行的愈完善，所以沉淀池的水深對混凝效果也是有影響的。因此，實(shí)際生產(chǎn)性沉淀池的沉淀時(shí)間和水深均影響沉淀效果。

6.3平流沉淀池的基本結(jié)構(gòu)

6.3.1基本結(jié)構(gòu)

平流式沉淀池分為進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、存泥區(qū)、出水區(qū)四部分。

1.進(jìn)水區(qū)進(jìn)水區(qū)的作用是使流量均勻分布在進(jìn)水截面上，盡量減少擾動。一般做法是使水流從絮凝池直接流入沉淀池，通過穿孔墻將水流均勻分布在沉淀池的整個(gè)斷面上，見圖7-9。為使礬花不宜破碎，通常采用穿孔花墻，孔口流速V不宜大于0.15-0.2m/s，洞口總面積也不宜過大。

2.沉淀區(qū)沉淀區(qū)的高度一般約3～4m，平流式沉淀池中應(yīng)減少紊動性，提高穩(wěn)定性。紊動性指標(biāo)為雷諾數(shù)，(6-25)

穩(wěn)定性指標(biāo)為弗勞德數(shù)，(6-26)

能同時(shí)降低雷諾數(shù)和提高弗勞德數(shù)的方法只能是減小水力半徑R，措施是加隔板（導(dǎo)流墻），使平流式沉淀池L/B>4,L/H>10，每格寬度應(yīng)在3～8m不宜大于15m。

3出水區(qū)通常采用：溢流堰（施工難），淹沒孔口（容易找平）見圖7-10。孔口流速宜為0.6～0.7m/s，孔徑20～30mm，孔口在水面下15cm，水流應(yīng)自由跌落到出水渠。為了不使流線過于集中，應(yīng)盡量增加出水堰的長度，降低流量負(fù)荷。堰口溢流率一般小于500m3/md，目前我國增加堰長的辦法如圖7-11。

4.存泥區(qū)及排泥措施泥斗排泥：靠靜水壓力1.5–2.0m，下設(shè)有排泥管，多斗形式，可省去機(jī)械刮泥設(shè)備（池容不大時(shí)）穿孔管排泥：需存泥區(qū)，池底水平略有坡度以便放空。機(jī)械排泥：帶刮泥機(jī)，池底需要一定坡度，適用于3m以上虹吸水頭的沉淀池，當(dāng)沉淀池為半地下式時(shí)，用泥泵抽吸。還有一種單口掃描式吸泥機(jī)，無需成排的吸口和吸管裝置。沿著橫向往復(fù)行走吸泥。

穿孔花墻平流沉淀池導(dǎo)流墻齒型溢流堰齒型溢流堰齒型溢流堰淹沒式溢流堰淹沒式溢流堰機(jī)械排泥機(jī)械排泥機(jī)械排泥新余自來水廠平流沉淀池新余自來水廠平流沉淀池上海凌橋自來水廠平流沉淀池集水堰上海凌橋自來水廠平流沉淀池集水堰上海凌橋自來水廠平流沉淀池排泥管上海凌橋自來水廠平流沉淀池排泥管

6.4平流沉淀池的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)平流沉淀池的主要控制指標(biāo)是表面負(fù)荷或停留時(shí)間。應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、沉淀水質(zhì)要求、水溫等設(shè)計(jì)資料、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。停留時(shí)間一般采用1～3h。華東地區(qū)水源一般采用1～2h。低溫低濁水源停留時(shí)間往往超過2h。

一、各參數(shù)間關(guān)系(6-27)

(6-28)

(6-29)

二、第一種設(shè)計(jì)計(jì)算方法（實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法）

1.根據(jù)沉淀實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取u0

，用uo=Q/A可以計(jì)算得到沉淀池的面積A；

2.選取沉淀時(shí)間t和沉淀池的水平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的長度L；

3.用公式B=A/L得到B；

4.用公式H=Qt/A得到H；

三、第二種計(jì)算方法（經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法）

1.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取平流式沉淀池的沉淀時(shí)間t，得到其體積V=Qt2.選取沉淀池的深度H，用公式A=V/H得到沉淀池的面積A；

3.選取沉淀池的水平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的長度L；

4.用公式B=A/L得到B；

四、其它參數(shù)平流式沉淀池的放空排泥管直徑，根據(jù)水力學(xué)中變水頭放空容器公式計(jì)算：（7-30）當(dāng)渠道底坡度為零時(shí)，渠道起端水深可根據(jù)下式計(jì)算：（7-31）式中Q—沉淀池的流量，m3/s；

g—重力加速度9.81m/s2；

B—渠道寬度，m。

6.5斜板（管）沉淀池的特點(diǎn)與工藝設(shè)計(jì)

6.5.1原理

由沉淀效率公式可知：在原體積不變時(shí)，增加沉淀面積，可使顆粒去除率提高。斜板（管）沉淀池是把與水平面成一定角度（一般60°左右）的板（管）狀組件置于沉淀池中構(gòu)成，水流可從上向下或從下向上流動，顆粒沉于斜管底部，而后自動下滑。斜板（管）沉淀池的沉淀面積明顯大于平流式沉淀池，因而可提高單位面積的產(chǎn)水量或提高沉淀效率。

6.5.2

斜板斜管沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算1.分類有異向流、同向流、橫向流三種，目前在實(shí)際工程中應(yīng)用的是異向流斜板（管）沉淀池，其結(jié)構(gòu)見圖6-12。

2、整流配水裝置為了能使水流均勻地進(jìn)入斜管下的配水區(qū)，絮凝池一般應(yīng)考慮整流措施。①采用縫隙柵條配水，縫隙前狹后寬；②采用穿空墻，配水孔v≯0.15m/s，（應(yīng)不大于絮凝池出口流速）；3、傾斜角

越小，沉淀面積越大，沉淀效率越高；越大，排泥容易根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為使排泥通暢。52°＜＜60°，一般常取60°。

4.斜管長度L

斜管長度長則沉淀效果好。試驗(yàn)證明在斜管進(jìn)口一段距離內(nèi)，泥水混雜，水流紊亂，污泥濃度也較大，此段稱為過度段或紊流段。該段以上便看出泥水分離，此段稱為分離段。過渡段的長度隨管中上升流速而異，該段泥水雖然混雜，但由于濃度較大，反而有利于接觸絮凝，從而有利于分離段的泥水分離。

斜板的實(shí)際長度L=過渡段長度L0+分離段長度Lt

過渡段長度一般估計(jì)約200mm.

斜板過長會增加造價(jià)，而沉淀效率的提高有限，在分離段上部出現(xiàn)一段較長的清水段，并未起沉淀作用。目前長度多采用800~1000mm。5.斜板的板距，斜管的管徑d及端面形狀

斜板的板距從沉淀效率考慮，越小越高，但從施工、安裝、排泥考慮，不宜太小。

d=50~150mm,常取100mm；

斜管管徑d=25~40mm,（多邊形內(nèi)切圓直角），端面形狀，多采用正六角形。實(shí)際應(yīng)用中，采用斜管較多。d

6設(shè)計(jì)計(jì)算

⑴沉淀池面積A

（6-32）選定表面負(fù)荷q為9-11m3/(m2·h)（2.5~3.0mm/s），計(jì)算得到面積A。⑵沉淀池總高度

H=h1+h2+h3+h4+h5

（6-33）式中：h1為超高0.3m，h2為清水區(qū)高度1.2mh3為自身高度0.87m，h4為配水區(qū)高度1.5mh5為污泥斗高度0.8m觀看斜管（板）動畫演示

6.5.3優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1.沉淀面積增大；

2.沉淀效率高，產(chǎn)水量大；

3.水力條件好，Re小，F(xiàn)r大，有利于沉淀；缺點(diǎn)：

1.由于停留時(shí)間短，其緩沖能力差；

2.對混凝要求高；

3.維護(hù)管理較難，使用一段時(shí)間后需更換斜板（管）斜沉池進(jìn)水處1斜沉池進(jìn)水處2斜沉池進(jìn)水處3斜沉池余管1斜沉池余管2斜沉池余管3斜沉池積泥斗斜沉池排泥管一、泥渣為什么有凈水作用？

①由于混凝劑混凝渾水后新生成的泥渣尚有大量的未飽和的活性基團(tuán)，能繼續(xù)吸附和粘附水中的懸濁物質(zhì)，所以有凈水作用。②泥渣具有疏松的結(jié)構(gòu)和很大的表面積，渾水的混凝過程在泥渣的團(tuán)體表面上進(jìn)行（接觸凝聚）要比在水中進(jìn)行（自由凝聚）強(qiáng)的多，所以也提高了混凝效果。

6.7澄清池

③懸浮泥渣層具有很高的濃度（從數(shù)百到數(shù)千mg/l）,能大大地增加泥渣之間的碰撞機(jī)會，促進(jìn)絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度，試驗(yàn)表明，當(dāng)上升提高1mg/l左右時(shí)，仍能獲得良好的出水水質(zhì)。這個(gè)流速值較沉淀池提高了約1倍。

澄清池特點(diǎn)：將絮凝和沉淀過程綜合于一個(gè)構(gòu)筑物完成，主要依靠活性泥渣層達(dá)到澄清目的。當(dāng)脫穩(wěn)雜質(zhì)隨水流與泥渣層接觸時(shí)被阻留下來使水獲得澄清的現(xiàn)象，稱為接觸絮凝。泥渣層的形成方法：在澄清池開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，向原水中加入較多凝聚劑，并適當(dāng)降低負(fù)荷，經(jīng)過一段時(shí)間，便能形成泥渣層，常用于給水處理。二、澄清池的分類澄清池的種類和形式很多，澄清池分為泥渣懸浮型和泥渣循環(huán)型兩種。⑴泥渣懸浮型澄清池

加藥后的原水向上通過處于懸浮狀態(tài)的泥渣層，水中雜質(zhì)有充分的機(jī)會與結(jié)構(gòu)較密的泥渣顆粒碰撞凝聚并被泥渣層攔截下來，類似過濾作用。渾水通過懸浮層即獲得澄清。由于懸浮層攔截了進(jìn)水中的雜質(zhì)，懸浮泥渣顆粒變大，沉速提高。處于上升水流中的懸浮層亦似泥渣顆粒擁擠沉淀。上升水流使顆粒所受到的阻力恰好與其在水中的重力相等，處于動力平衡狀態(tài)。上升流速即等于懸浮泥渣的擁擠沉速。擁擠沉速與泥渣層體積濃度有關(guān)，按下式計(jì)算：

u’=u(1-Cv)n

由公式可知，當(dāng)上升流速變動時(shí)，懸浮層能自動地按擁擠沉淀水力學(xué)規(guī)律改變其體積濃度，即上升流速愈大，體積濃度愈小，懸浮層厚度愈大。當(dāng)上升流速接近顆粒自由沉速時(shí)，體積濃度接近于零，懸浮層消失。當(dāng)上升流速一定時(shí)，懸浮層濃度和厚度一定，懸浮層表面位置不變。為保持一定上升流速下懸浮層濃度和厚度不變，增加的新鮮泥渣量（即被攔截的雜質(zhì)量）必須等于排除的陳舊泥渣量，保持動態(tài)平衡。

常用的有懸浮澄清池和脈沖澄清池兩種。擴(kuò)散和強(qiáng)制出水管的作用下，由排泥窗口進(jìn)入泥渣濃縮室，經(jīng)濃縮后定期排除。強(qiáng)制出水管收集泥渣濃縮室內(nèi)的上清液，并在排泥窗口兩側(cè)造成水位差，以使澄清室內(nèi)的泥渣流入濃縮室。氣水分離器的作用是使水中空氣在其中分離出去，以免進(jìn)入澄清室后擾動懸浮層。①懸浮澄清池加過藥劑的原水經(jīng)過氣水分離器后，從穿孔配水管進(jìn)入澄清室，由下向上穿過懸浮泥渣層后，水中雜質(zhì)被泥渣層截留，清水從穿孔集水槽流出。懸浮層中不斷增加的泥渣，在自行觀看動畫演示特點(diǎn)：①構(gòu)造簡單；②對進(jìn)水量、水質(zhì)、水溫的變化適應(yīng)性較差，當(dāng)進(jìn)水流量、水質(zhì)變化較大時(shí)，懸浮泥渣易遭破壞；③面積過大時(shí)，也容易導(dǎo)致配水和懸浮層濃度分布不均勻，故適用于中小型水廠。為提高懸浮澄清池效率，有的在澄清池內(nèi)增設(shè)斜管。該池剖面和工藝流程見下圖。它的特點(diǎn)是澄清池的上升流速發(fā)生周期性的變化。這種變化是由脈沖發(fā)生器引起的。當(dāng)上升流速小時(shí)，泥渣懸浮層收縮、濃度增大而使顆粒排列緊密；當(dāng)上升流速大時(shí)，泥渣懸浮層膨脹。懸浮層不斷產(chǎn)生周期性的收縮和膨脹不僅有利于微絮凝顆粒與活性泥渣進(jìn)行接觸絮凝，還可以使懸浮層的濃度分布在全池內(nèi)趨于均勻并防止顆粒在池底沉積。原水由進(jìn)水管4進(jìn)入進(jìn)水室1。由于真空泵2造成的真空而使進(jìn)水室內(nèi)水位上升，此為充水過程。當(dāng)水面達(dá)到進(jìn)水室的最高水位時(shí)，進(jìn)氣閥3自動開啟，使進(jìn)水室通大氣。這時(shí)進(jìn)水室內(nèi)水位迅速下降，向澄清池放水，此為放水過程。當(dāng)水位下降到最低水平時(shí)，進(jìn)氣閥3又自動關(guān)閉，真空泵則自動啟動，再次使進(jìn)水室造成真空，進(jìn)水室內(nèi)水位又上升，如此反復(fù)進(jìn)行脈沖工作。②脈沖澄清池

觀看動畫演示一般用于小水廠，運(yùn)行適應(yīng)性差（水溫、水量、變化時(shí)，泥渣層工作不穩(wěn)定），目前已很少用。

⑵泥渣循環(huán)型澄清池泥渣在垂直方向上不斷地循環(huán)，在泥渣循環(huán)的過程中，主動積極地來捕捉水中的雜質(zhì)，進(jìn)行接觸絮凝作用，使雜質(zhì)從水中分離出來，泥渣在循環(huán)過程中不斷地壯大自己，因此，本身流速不斷提高，從而提高沉淀效率。泥渣循環(huán)借機(jī)械抽升或水力抽升造成，分成機(jī)械攪拌澄清池及水力循環(huán)澄清池。

①機(jī)械攪拌澄清池

1、原理機(jī)械攪拌澄清池的構(gòu)造如圖6-24所示。主要由第一絮凝池和第二絮凝池及分離室組成。整個(gè)池體上部是圓筒形，下部是截頭圓錐形。加過藥劑的原水在第一絮凝室和第二絮凝室內(nèi)與高濃度的回流泥渣相接觸，達(dá)到較好的絮凝效果，結(jié)成大而重的絮凝體，在分離室中進(jìn)行分離。

觀看動畫演示

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

機(jī)械攪拌澄清池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

A清水區(qū)上升流速為0.8~1.1mm/s；

B水在澄清池內(nèi)總的停留時(shí)間可采用1.2~1.5h；

C葉輪提升流量為進(jìn)水流量的3~5倍；

D原水進(jìn)水管、三角配水槽的水流流速分別為1m/s、0.4m/s；

E第一絮凝室的容積：第二絮凝室的容積（含導(dǎo)流室）：分離室為2：1：7，第二絮凝室與導(dǎo)流室的水流流速一般為40~60mm/S；

F直徑大于6m時(shí)用6~8條集水槽，直徑小于6m時(shí)用4~6條集水槽

G泥渣濃縮室可設(shè)1-4個(gè)，其容積約為澄清池容積的1-4%。

機(jī)械攪拌澄清池的優(yōu)點(diǎn)：

A處理效果好，穩(wěn)定；

B適用于大、中水廠

機(jī)械攪拌澄清池的缺點(diǎn)：

A維修維護(hù)工作量較大；

B啟動時(shí)有時(shí)需人工加土和加大加藥量。

②水力循環(huán)澄清池

水力循環(huán)澄清池的簡圖如圖6-25所示，水力循環(huán)澄清池現(xiàn)已很少使用。水力循環(huán)澄清池的優(yōu)點(diǎn)：不需機(jī)械攪拌，結(jié)構(gòu)簡單水力循環(huán)澄清池的缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間短，運(yùn)行不穩(wěn)定，泥渣回流控制較難，不能適應(yīng)水溫、水質(zhì)、水量的變化，只能用于小水廠。觀看動畫演示

作業(yè)思考題：1、4、5、6、7、9、10習(xí)題：1、2、3本章結(jié)束小結(jié)

6.10沉砂池

沉砂池的主要作用有：分離比重較大的無機(jī)顆粒；減輕磨損；減輕沉淀池的負(fù)荷.

沉砂池的主要類型：平流式沉砂池，曝氣沉砂池，多爾沉砂池，鐘式沉砂池.

6.10.1平流式沉砂池

平流沉砂池結(jié)構(gòu)如圖7-26，它具有截留無機(jī)顆粒效果較好，工作穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，排沉砂方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.設(shè)計(jì)參數(shù)（1）Q設(shè)計(jì)污水重力自流進(jìn)入污水廠，按Qmax設(shè)計(jì)污水由泵提升進(jìn)入，按泵房最大組合流量設(shè)計(jì)平流沉砂池結(jié)構(gòu)如圖7-26，它具有截留無機(jī)顆粒效果較好，工作穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，排沉砂方便等優(yōu)點(diǎn)。（2）vmax

=0.3m/s,vmin=0.15m/s使無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)顆粒不會下沉（按砂粒比重2.65，去除d≥0.2mm砂粒來設(shè)計(jì)（3）t停留≥30"，一般為30"~60"（4）H有效=0.25~1.0m,≤1.20m,每格寬度b≥0.6m（5）沉砂量標(biāo)準(zhǔn)生活污水：0.01~0.02l/人.d

城市污水：3m3/105m3污水砂含水率60%，容重1500㎏/m3，貯砂斗的容積按2d沉砂量計(jì)算，砂斗傾角55o~60o

（6）超高≥

0.3m

2.設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）水流部分的長度L（m）：L=v·t：v：最大水平流速vmax

t：水力停留時(shí)間

（2）水流斷面積A：

（3）池總寬度B：

（4）沉砂斗容積V（m3）

（5）沉砂池總高度H

（6）驗(yàn)算最小流速驗(yàn)算在Qmin時(shí)，污水流經(jīng)沉砂池時(shí)的

3排砂裝置（1）重力排砂：排砂管、排砂罐（2）機(jī)械排砂：單口泵吸式排砂、鏈板刮砂與抓斗

6.10.2曝氣沉砂池一般沉砂中夾雜有15%的有機(jī)物，使后續(xù)處理增加難度，影響環(huán)境。通入空氣，使砂粒互相磨擦，并承受剪切力，使砂粒或砂團(tuán)吸附夾雜的有機(jī)物進(jìn)入水中，使沉砂中有機(jī)物含量<10%，稱為清潔砂。如圖7-27所示。

1.設(shè)計(jì)參數(shù)（1）V水平=0.08～0.12m/s,最大旋流速度為0.25～0.30m/s

（2）Qmax時(shí)的t停留=1～3min（3）h有效=2～3m,L/B=5,B/H=1～1.5

（4）穿孔管曝氣，孔徑2.5～6.0mm，曝氣量：0.2m3/m3污水

2．計(jì)算首先確定t停留、V水平、h有效等設(shè)計(jì)參數(shù)（1）池子總有效容積V（m3）

V=Qmax×t停留×60（m3）

（2）水流斷面積A（m2）（3）池總高度B（m）每格寬其中n為分格數(shù)

（4）池長L（m）（5）每小時(shí)所需空氣量q(m3/h)（6）貯砂斗計(jì)算與平流式沉砂池相同

6.10.3多爾沉砂池

1984年美國提出，沉砂被旋轉(zhuǎn)刮砂機(jī)刮到排砂坑，用往復(fù)齒耙把有機(jī)物洗掉，洗下來的有機(jī)物隨污水一起回流到沉砂池，沉砂池有機(jī)物含量<10%，最大設(shè)計(jì)流速為0.3m/s。主要設(shè)計(jì)參數(shù)表見表7-1。表7-1多爾沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)表沉砂池直徑（m）

3.0

6.0

9.0

12.0最大流量（m3/s）要求去除砂粒直徑為0.21mm要求去除砂粒直徑為0.15mm

0.170.11

0.700.45

1.581.02

2.801.81沉砂池深度（m）

1.1

1.2

1.4

1.5最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水深（m）

0.5

0.6

0.9

1.1洗砂機(jī)寬度（m）

0.4

0.4

0.7

0.7洗砂機(jī)斜面寬度（m）

8.0

9.0

10.0

12.0

6.10.4鐘式沉砂池

1984年由英國提出，鐘式沉砂池是利用機(jī)械力控制水流流態(tài)與流速，加速砂粒的沉淀并使有機(jī)物隨水流帶走的沉砂裝置。調(diào)整轉(zhuǎn)速，可達(dá)到最佳沉砂效果，見圖7~28。

6.6豎流式沉淀池豎流式沉淀池：有圓形、正方形的。