沉淀池设计与计算

第六节、普通沉淀池沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。按照水在池内的总体流向，普通沉淀池又有平流式、竖流式和辐流式三种型式。      普通沉淀池可分为入流区、沉降区、出流区、污泥区和缓冲区5个功能区。入流区和出流区的作用是进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，为提高容积利用、系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水力条件。沉降区是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲层是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。以上各部分相互联系，构成一个有机整体，以达到设计要求的处理能力和沉降效率。一、平流沉淀池  在平流沉淀池内，水是按水平方向流过沉降区并完成沉降过程的。图3-16是没有链带式刮泥机的平流沉淀池。废水由进水槽经淹没孔口进入池内。在孔口后面设有挡板或穿孔整流墙，用来消能稳流，使进水沿过流断面均匀分布。在沉淀池末端没有溢流堰(或淹没孔口)和集水槽，澄清水溢过堰口，经集水槽排出。在溢流堰前也设有挡板，用以阻隔浮渣，浮渣通过可转动的排演管收集和排除。池体下部靠进水端有泥斗，斗壁倾角为50°60°，池底以0.010.02的坡度坡向泥斗。当刮泥机的链带由电机驱动缓慢转动时，嵌在链带上的刮泥板就将池底的沉泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板则将浮渣推向池尾的排渣管。泥斗内设有排泥管，开启排泥阀时，泥渣便在静水压力作用下由排泥管排出池外。显示图片       链带式刮泥机的缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。为此，可改用桥式行车刮泥机，这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。对于较小的平流沉淀池，也可以不设刮泥设备，而在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。    沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求；有足够的沉降分离面积：有结构合理的人流相出流放置能均匀布水和集水；有尺寸适宝、性能良好的污泥和浮渣的收集和排放设备。     进行沉淀池设计的基本依据是废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相似的运行资料，因地制宜地选用经验数据。以-萨按功能分区介绍设计和计算方法。   1.入流区和出流区的设计 入流和出流区设计的基本要求，是使废水尽可能均匀地分布在沉降区的各个过流断面，既有利于沉降，也使出水中不挟带过多的悬浮物。    常用的配水方式如图3-17。紧靠池壁内侧是一条横向配水槽，其后的人流装置可以有三种不同组合。溢流堰的堰口要确保水平；底孔应沿池宽等距离分布且大小相等；为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在1020，孔口的边长或直径应为50150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.120.15m处，最下一排的下缘应在泥层以上0.3O.5m处；挡板需高出水面0.150.2m，淹没深度不小于O.2m，距离进水口0.51.0m。 显示图片      集水槽的布置有图3-18所示的三种基本方式。其中以(a)最为简单，但因长度短，流速大，容易挟带较多的悬浮物；(b)种加设了一组纵向支渠，水力条件最好，但结构较复杂。目前，也有在沉淀池中、后部加设横向中途集水槽的。出流口常采用溢流堰和淹没潜孔。前者可为自由堰，也可为锯齿形三角堰，堰前设置挡板，用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.3O.4m，距溢流堰O.25O.5m。出水溢流堰不仅控制着池内水面的高 崖，而且对水流的与勺分布和出入水质古重要影M向，由此堰白必匆严格水平，以征证堰负荷(即单位堰长在单位时间的排水量)适中且各处相等。在采用淹没潜孔时，要求孔径相等，并应沿池子宽度上均匀分布，淹没深度征0.15-0.2m。显示图片   2沉降区的设计    沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、览、浇尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下： (1)由设计流量Q(m3h)和表面负荷q(m3m2.h)，按AQq计算沉降区表面积A(m2)。 (2)由与Q对应的水平流速v(mms)和沉降时间t，按L23.6vt计算沉降区长L2(m)。一般取v5mms；t取l.52.0h。 (3)按B2AL2计算池宽B2(m)，并按L2b45的要求得单池或单格宽b(m)的近似尺寸。 (4)由nB2b确定沉淀池座数或分格数n。显然，由于n只能为正整数，而n、B2和b又互相关联，因此在确定n值后，需对b或B2作必要调整，但仍需满足L2b4的要求。此外，在采用机械刮泥时，b值还必须与刮泥机的衍架宽度相匹配。为了便于检修倒换，n值不应小于2，但也不宜过大，以免增大造价。3污泥区的设计 污泥斗的容积可由排泥周期内沉降的泥渣量确定。泥渣体积Vw(m3)按下式计算：                                                        (3-22)式中Q-废水设计流量，m3h；      C和C-分别为进水和出水的SS浓度，mgL；  P-泥渣含水率(%)；      -泥渣容重，kgm3，当泥渣主要为有机物且含水率在95以上时，可取1000kgm3；          T-排泥周期，一般取12d。   对倒正棱台形泥斗，其容积Vd(m3)按下式计算：                                                         (3-23)   式中a1和a2-分别为泥斗上、下底边长，m；     h4-泥斗高度，m； ，a为泥斗壁烦角，按污泥滑动性取450600。 设m为沉淀池的泥斗数，如mVdVw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。4沉淀池的整体尺寸   设前、后挡板与进、出水口的距离分别为L1和L3，则沉淀池总长L(m)为：                                                             (3-24)   设缓冲层高度为h3，当没有刮泥机时，h3(hm+0.3)，hm为刮泥板高度；不设刮泥机时，h3取O.5m。为了适应冲击负荷的水位变化，有效水深以上应有保护高度h1，常取0.3m。故沉淀池总高H(m)为：                                                            (3-25) 二、竖流沉淀池     竖流沉淀池多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离，池面多呈圆形或正多边形。图3-19为圆形竖流沉淀池的结构示意图，其上部圆筒形部分为沉降区，下部倒圆台部分为污泥区，二者之间有0.3O.5m的缓冲层。沉淀池运行时，废水经进水管进入中心管，由管口出流后，借助反射板的阻挡向四周分布，并沿沉降区断面缓慢竖直上升。沉速大于水速的颗粒下沉到污泥区，澄清水则由周边的溢流堰溢入集水槽排出。溢流堰内侧设有半浸没式挡板来阻止浮渣被水带出。显示图片竖流沉淀池的直径一般在48m，最大不超过10m，以1.52.0m的静水压力排泥。为保证水流的竖向运动，池径与沉降区深度之比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为us的颗粒在池内的实际沉速为us与水上升流速v的矢量和(us-v)，颗粒被分离的条件为usv，而usv的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小了 ；即ET=(1-p0) 100()。竖流沉淀池的设计参数如下：(1)表面负荷，按公式(3-20)计算，当无资料时，可按v(O.50.8)mms，即q (2.03.O)m3m2·h取用。(2)沉降时间按公式(3-20)求取；当无资料时，可取t(1.02.0)ha。(3)管口不设反射板时，取中心管内流速v00.03m/s；设反射板时，v00.1m/s。(4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04ms。(5)中心管及反射板的结构尺寸如图3-20。(6)保护高度取0.30.6m，缓冲层高度取0.3m，泥斗壁倾角取45°55°。 显示图片竖流沉淀池的设计计算内容如下：   (1)中心管的断面 A1(m2)和直径d(m)由单池流量Qn(m3h)及中心管流速v0(mh)计算，其中Q为废水流量(m3h)，n为池数   (2)由表面负荷q(m3m2·h)及单池流量计算沉淀区断面积人A(m2)。(3)由A1和A2计算沉淀池表面积A(m2)和直径D(m)。(4)由上升流速v(mh)和沉降时间t(h)计算沉降区有效水深h2(m)。 (5)由中心管出流速度v(mh)和喇叭口直径d1(m)计算喇叭口与反射板问高度h3(m)。   (6)污泥体积Vw的计算同平流沉淀池，污泥斗实际体积Vd(m3)为：                                                           (3-26) 式中   h5-泥斗圆台部分高度(m)；       R和r-分别为圆台上、下底半径(m)。 (7)沉淀池总高H(m)按下式计算：                                                         (3-27)    式中h1-保护高度，m；     h4-缓冲层高度，m。 三、辐流沉淀池 辐流沉淀池是一种直径较大的圆形池，其结构如图3-21。废水经进水管进入中心布水筒后，通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔整流挡板，沿径向呈辐射状流向池周，经温流堰或淹没孔口汇入集水榴排出。沉于池底的泥渣，由安装于衍架底部的刮板以螺线形轨迹刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。 显示图片    悬浮固体颗粒在辐流沉淀池中的沉降规律如图3-22。由于过流断面由中心向周边不断增大，水平分速逐渐减小，因此其沉降轨迹呈下垂曲线。如没中心筒半径为rl，池半径为R，沉降区水深为H，那么在半径为r的任意点上，颗粒在dt时间内在水平方向和竖直方向上的位移分别为dr=vdt和dH=udt。由于dH/u=dr/v，故颗粒的分离条件为 。将 代入，整理后可得：显示图片                      或             （3-28）可见，辐流沉淀池中颗粒的分离条件与平流沉淀池相同，总沉降效率仍为     辐流沉淀池的直径一般为2040m最大可达100m。池中心深度为2.55.0m，周边深度为1.53.0m。池底以0.060.08的坡度坡向泥斗。这种沉淀池的缺点主要是中心进水口处流速较大，且呈紊流，容易影响初期沉降效果。为此，目前已出现了一些新的池型，如回转悬槽配水式和向心辐流式等。    辐流沉淀池的表面负荷q和沉降时间t应通过沉降试验确定，对生活污水，q可取2.03.6m3m2·h，t取1.52.0h。将效水深h2通常取池半径12处的深度值。池表面积和直径的计算与竖流沉淀池相同；泥渣体积和波斗尺寸的计算与平流沉淀池相同，但排泥周期一般为4h