第3章沉淀與上浮3.1沉淀的基礎理論3.2沉砂池3.3沉淀池3.4隔油和破乳3.5浮上法3.1沉淀的基礎理論一、概述二、沉淀類型三、自由沉淀及其理論基礎四、沉淀池的工作原理五、沉降實驗和沉降曲線3.1沉淀的基礎理論3.1沉淀的基礎理論3.2沉砂池沉沙池一般設置在泵站或沉淀池之前，用以分離廢水中比重較大的砂粒、灰渣等無機固體顆粒，使水泵和管道免受磨損和阻塞，同時也減輕沉淀池的無機負荷，使污泥具有良好的流動性，便于排放輸送。按照池內水流方向的不同，沉砂池可分為平流式和豎流式兩種，其中以平流式應用最為廣泛。近年來，曝氣沉砂池也得到了推廣應用。

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計參數如下：

（1）流量

當廢水以自流方式進入時,應取最大小時流量;當用泵送入時，應取工作水泵的最大組合流量。（2）分格數

分格數一般不小于2，并按并聯方式運行。（3）流速

應控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之間。(4)停留時間

流量最大時，廢水在池內的停留時間不小于30s，一般為30～60s。（5）結構尺寸

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）沉砂量依水質不同而異，對城市污水可按每106m3廢水產生30m3沉砂考慮。（7）貯砂斗

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

平流沉砂池的設計計算

(1)長度L

v——最大設計流量時的速度，m/s;應控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之間t——最大設計流量時的停留時間，s。流量最大時，廢水在池內的停留時間不小于30s，一般為30～60s。(2)水流斷面面積F

Qmax——最大設計流量，m3/s。

(3)池總寬度B

h2——設計有效水深，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平流沉砂池的設計計算

(4)核算最小流速vmin

Qmin——設計最小流量，m3/s;n1——最小流量時工作的沉砂池數目；Fmin——最小流量時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——排砂時間間隔，dKz——生活污水流量的總變化系數。曝氣沉砂池集曝氣和除砂于一身，不但可使沉砂中的有機物降低至5%以下，而且還有預曝氣、除臭、除油等多種功能。

二、曝氣沉砂池曝氣沉砂池的主要設計參數

(1)廢水在池內的水平流速一般取0.08～O.12m／s，在過水斷面周邊的最大旋轉線速為0.25～0.4m／s。(2)廢水在池內的停留時間取4～6min，最大流量時為1～3min。(3)有效水深取2～3m，寬深比為(1～l.5):1，長寬比可達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計計算要點(1)總有效容積V(m3)由最大設計流量Q(m3/s)和相應的停留時間t(min)計算。(2)過水斷面積F(m2)由Q和相應的水平流速v1(m／s)計算。(3)池長L(m)由V和F計算。(4)池總寬B(m)由F和有效水深h2(m)計算。(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鏈帶刮泥機的平流沉淀池一、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計原則沉淀池的設計包括功能構造設計和結構尺寸設計

設計良好的沉淀池應滿足以下三個基本要求：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備。

進行沉淀池設計的基本依據廢水流量、水中懸浮固體濃度和性質以及處理后的水質要求。有關設計參數沉降效率、沉降速度(或表面負荷)、沉降時間、水在池內的平均流速以及泥渣容重和含水率等。

1、入流區和出流區的設計1、入流區和出流區的設計2、沉降區的設計（1）沉淀池的表面積A

Qmax——最大設計流量，m3/s。

q——表面水力負荷，

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

（4）沉淀池長度L（5）沉淀池的總寬度B

（6）沉淀池的只數n

b——

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

3、污泥區的設計污泥斗的容積

VwVw--泥渣體積

,m3Q--廢水設計流量，m3／h；C0和C--分別為進水和出水的SS濃度，mg／L；

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

T--排泥周期，一般取1～2d。

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

。

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

沉淀池總長L

L1、L3——分別為前、后擋板與進、出水口的距離沉淀池總高Hh1——

沉淀池超高，m；一般取0.3mh2

——沉淀區的有效水深，m；h3

——緩沖層高度，m；當沒有刮泥機時，h3＝(hm+0.3)，hm為刮泥板高度；不設刮泥機時，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，水流水平分速為零，在靜水中沉速為us的顆粒在池內的實際沉速為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，因而當可沉顆粒屬于自由沉淀類型時，其沉降效率與具有相同表面負荷的平流沉淀池相比要低，即ET=(1-p0)100(％)。當可沉顆粒屬于絮凝沉淀類型時，由于上升的小顆粒和下沉的大顆粒之間相互接觸、碰撞的機會增多，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，下部倒圓臺部分為污泥區，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10m，以1.5～2.0m的靜水壓力排泥。為保證水流的豎向運動，徑深度比不宜大于3。如池徑大于8m，應增設徑向集水槽。

2、豎流式沉淀池的主要結構特點二、豎流式沉淀池求取；當無資料時，可取t＝(1.0～2.0)h。(3)管口不設反射板時，取中心管內流速v0≤0.03m／s；設反射板時，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構尺寸如圖。(6)保護高度取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計參數(1)表面負荷，按公式計算，當無資料時，可取q=(2.0～3.0)m3／m2·h。(2)沉降時間，按公式二、豎流式沉淀池4、豎流式沉淀池的設計計算內容(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)沉淀區有效斷面積A1

v——池內水流速度(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——池內水流速度(m/h

)t——沉淀時間（h）h5——泥斗圓臺部分高度(m)；

R和r——分別為圓臺上、下底半徑(m)。

(6)

污泥斗實際體積Vd

(7)沉淀池總高H

h1——保護高度，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律

由于過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。如設中心筒半徑為rl，池半徑為R，沉降區水深為H，那么在半徑為r的任意點上，顆粒在dt時間內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計參數輻流沉淀池的直徑一般為20～40m,最大可達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荷q和沉降時間t應通過沉降試驗確定，對生活污水，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將沉降區高度分隔為n個高度為h＝H／n的淺層沉降單元時，(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個淺層的處理水量Q`＝HBnv=nQ，比原來增大了n倍。顯然，分隔的淺層數愈多，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、斜管沉淀池的構造

四、斜板和斜管沉淀池3、斜板、斜管沉淀池的設計計算

設斜板長為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，則顆粒的運動由v和u0合成。通過每個沉降單元的流量將(1)代入(2)式，則可得

(1)(2)對n個沉降單元，af=lwcosθ,Af=naf

分別為一個沉降單元和n個沉降單元的斜板在水平方向上的投影面積a=dw/sinθ,A=na=Lw分別為一個沉降單元和n個沉降單元的水平底面積四、斜板和斜管沉淀池3、斜板、斜管沉淀池的設計計算

異向流同向流橫向流一、含油廢水的來源、油的狀態

二、隔油池

三、乳化油及破乳方法

3.4隔油和破乳一、含油廢水的來源、油的狀態1、來源含油廢水的來源非常廣泛。包括石油開采及加工工業、固體燃料加工、紡織工業中的洗毛廢水、輕工業中的制革廢水、鐵路及交通運輸業、屠宰及食品加工、機械工業中車削工藝中的乳化液等。其中，石油工業及固體燃料加工工業排出的含油廢水為其主要來源。石油工業含油廢水主要來自石油開采、石油煉制及石油化工等過程。固體燃料加工工業排出的焦化含油廢水，主要來自焦爐氣的冷凝水、洗煤汽水和各種貯罐的排水等。

3.4隔油和破乳一、含油廢水的來源、油的狀態2、狀態可浮油：呈懸浮狀態，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，不穩定，可采用粗粒化方法去除。乳化油：呈乳化狀態，粒徑小于1μm，由于表面活性劑的存在使體系較穩定，必須破乳。一般采用浮選、混凝、過濾等處理方法。溶解油：呈溶解狀態，一般低于5—15mg/l,難于自然分離，可采用吸附、化學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，相應的上升速度不高于0.2mm/s，停留時間≤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下吸附了表面活性劑或細微團體顆粒而自然形成的乳化油。大多可用氣浮法除去，少量的則需經破乳后才能分離。2、破乳及破乳機理破乳就是破壞油粒周圍的保護膜，使油、水發生分離。破乳機理主要有兩種：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轉變為能接觸碰撞的并聚狀態；使乳化劑界面膜破裂或被另一種不會形成牢固界面膜的表面活性物質頂替，使油粒得以釋放和并聚

三、乳化油及破乳方法

3、破乳方法簡介

破乳方法可分為物理法和化學法兩類。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。化學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高分子破乳劑。目前較為有效而簡便的方法是投加鐵、鋁鹽混凝劑或有機高分子破乳劑。

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、氣浮設備及其設計計算3.5浮上法

實現氣浮分離必須具備以下三個基本條件：

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

浮上法應用的領域：石油化工及機械制造業中的含油（包括乳化油）污水的油水分離污水中有用物質的回收，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）電解浮上法該法產生的氣泡小于其他方法產生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。可以處理多種含有機物、重金屬廢水，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是其空氣的溶解在常壓下進行，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備為水泵、溶氣罐、浮上池。空氣注入溶氣罐的方式有空氣壓縮機和射流器。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

1、空氣的溶解

2、溶解空氣的釋放

3、細微氣泡的性質（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

1、空氣的溶解

N——空氣傳質速率，kg／m2·h；KL——液相總傳質系數，m3／m2·h；

C*和C——分別為空氣在水中的平衡濃度和實際濃度，kg／m3。

V——空氣在水中的溶解度，L／m3；KT——溶解度系數，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態接觸面積有關。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，空氣在水中的實際溶解量與平衡溶解量之比，稱為空氣在水中的飽和系數。飽和系數的大小與溶氣時間及溶氣罐結構有關。在2～4min的常用溶氣時間內，填料罐的飽和系數為0.7～0.8。（一）空氣的溶解、釋放及氣泡性質

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

釋氣過程是在溶氣水流經過反復地收縮、擴散、撞擊、反流、擠壓、輻射和旋流中完成的，整個過程歷時不到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數，它決定氣泡與懸浮粒子碰撞的機率。(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氣泡總量的比例。

(4)氣泡穩定時間氣泡穩定時間，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。優良的釋放器釋放的氣泡穩定時間應在4min以上。（5）溶氣利用率，是指能同懸浮粒子發生粘附的氣泡量占溶解空氣量的百分比。

3、細微氣泡的性質二、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部、縮小液體表面的趨勢，這種力稱為流體的表面張力。要使表