沉澱池
| 沉澱池 |
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中文名: 沉澱池 外文名: desilter；sedimentation tank 應用範圍: 市政給水排水工程 術語所屬: 建築術語 學 科: 氣象環境 拼 音: chén diàn chí |
沉澱池是應用沉澱作用去除水中懸浮物的一種構築物，淨化水質的設備。利用水的自然沉澱或混凝沉澱的作用來除去水中的懸浮物。沉澱池按水流方向分為水平沉澱池和垂直沉澱池。沉澱效果決定於沉澱池中水的流速和水在池中的停留時間。為了提高沉澱效果，減少用地面積，多採用蜂窩斜管異向流沉澱池、加速澄清池、脈衝澄清池等。沉澱池在廢水處理中廣為使用。 考慮到顆粒沉澱過程中的絮凝因素，假設顆粒的沉速以等加速改變，並設起始沉速為零。結合考慮管內的流速分布，則斜管長度為：-d*tgθ式中a為顆粒沉速變化的加速度，即a=du/dt上述三種方法，各有不足之處。[1]
由進、出水口、水流部分和污泥斗三個部分組成。平流式沉澱池多用混凝土築造，也可用磚石圬工結構，或用磚石襯砌的土池。平流式沉澱池構造簡單，沉澱效果好，工作性能穩定，使用廣泛，但占地面積較大。若加設刮泥機或對比重較大沉渣採用機械排除，可提高沉澱池工作效率。流式沉澱池進出口形式及布置，對沉澱池出水效果有較大的影響。一般情況 下，當進水端用穿孔牆配水時，穿孔牆在池底積泥面以上0.3～0.5m處至池底部分不設孔 眼，以免衝動沉泥。當沉澱池出口處流速較大時，可考慮在出水槽前增加指形槽的措施， 以降低出口槽堰口的負荷。
目錄
特點
1．平流式沉澱池的構造及工作特點
為帶行車式刮泥機的平流式沉澱池。
為使入流污水均勻與穩定的進入沉澱池，進水區應有整流措施。入流處的擋板，一般高出池水水面0.1—0.15m，擋板的浸沒深度應不少於0.25m，一般用0.5～1.0m，擋板距進水口0.5～1.0m。
平流式沉澱池的出流裝置。
出水堰不僅可控制沉澱池內的水面高度，而且對沉澱池內水流的均勻分布有直接影響。沉澱池應沿整個出流堰的單位長度溢流量相等，對於初沉池一般為250m3/m·d，二沉池為130～250m3/m·d。鋸齒形三角堰應用最普遍，水面宜位於齒高的1/2處。為適應水流的變化或構築物的不均勻沉降，在堰口處需要設置能使堰板上下移動的調節裝置，使出口堰口儘可能水平。
堰前應設置擋板，以阻攔漂浮物，或設置浮渣收集和排除裝置。擋板應當高出水面0.1～0.15m，浸沒在水面下0.3～0.4m，距出水口處0.25～0.5m。
多斗式沉澱池，可以不設置機械刮泥設備。每個貯泥斗單獨設置排泥管，各自獨立排泥，互不干擾，保證沉泥的濃度。在池的寬度方向污泥斗一般不多於兩排。
2．平流式沉澱池的設計
平流式沉澱池主要設計參數為水平流速、沉澱時間、池深、池寬、長寬比、長深比 等，設計有關要點如下：
(1)沉澱出水濁度，當作化學水處理進水水質時應不大於5NTU，當作冷卻水水質時 應不大於20NTU。
(2)池數或分格數一般不少於2座。
(3)沉澱時間一般採用1.0～3.0h。當處理低溫、低濁度水或高濁度水時，沉澱時間 應適當增長。
(4)沉澱池內平均水平流速一般為10～25mm/s。
(5)有效水深一般為3.0～3.5m，超高一般為0.3～0.5m。
(6)池的長寬比應不小於4：1，每格寬度或導流牆間距一般採用3～9m，最大為15m。
(7)池的長深比應不小於10：1。採用吸泥機排泥時，池底為平坡。
(8)平流式沉澱池進出口形式及布置，對沉澱池出水效果有較大的影響。一般情況 下，當進水端用穿孔牆配水時，穿孔牆在池底積泥面以上0.3～0.5m處至池底部分不設孔 眼，以免衝動沉泥。當沉澱池出口處流速較大時，可考慮在出水槽前增加指形槽的措施， 以降低出口槽堰口的負荷。
(9)防凍可利用冰蓋 (適用於斜坡式池子) 或加蓋板 (應有人孔、取樣孔)，有條件 時亦可利用廢熱防凍。
(10)泄空時間一般不超過6h。
(11)弗勞德數一般控制在1×10～1×10之間。
(12)水平沉澱池內雷諾數一般為4000～15000間，多屬紊流。設計時應注意隔牆設 置，以減少水力半徑R，以降低雷諾數。
(13)為節約用地，大型水平沉澱池也可疊建於清水池之上，但沉澱池必須嚴格保證 不漏。
(14)平流沉澱池一般採用直流式布置，避免水流轉折。但是，為滿足沉澱時間和水 平流速的要求，往往池長較長，一般在80～100m之間。當地形條件受限制或處理規模較 小 (如3×10m/d) 以下，也可採用轉折布置。
豎流式
又稱立式沉澱池。池體平面為圓形或方形。廢水由設在沉澱池中心的進水管自上而下排入池中，進水的出口下設傘形擋板，使廢水在池中均勻分布，然後沿池的整個斷面緩慢上升。懸浮物在重力作用下沉降入池底錐形污泥斗中，澄清水從池上端周圍的溢流堰中排出。溢流堰前也可設浮渣槽和擋板，保證出水水質。這種池占地面積小，但深度大，池底為錐形，施工較困難。池中廢水豎向流動的沉澱池。池體平面圖形為圓形或方形，水由設在池中心的進水管自上而下進入池內 (管中流速應小於30mm/s)，管下設傘形擋板使廢水在池中均勻分布後沿整個過水斷面緩慢上升 (對於生活污水一般為0.5～0.7mm/s，沉澱時間採用1～1.5h)，懸浮物沉降進入池底錐形沉泥斗中，澄清水從池四周沿周邊溢流堰流出。堰前設擋板及浮渣槽以截留浮渣保證出水水質。池的一邊靠池壁設排泥管(直徑大於200mm)靠靜水壓將泥定期排出。豎流式沉澱池的優點是占地面積小，排泥容易，缺點是深度大，施工困難，造價高。常用於處理水量小於20000m/d的污水處理廠。
輻流式
池體平面多為圓形，也有方形的。直徑較大而深度較小，直徑為20～100米，池中心水深不大於4米，周邊水深不小於1.5米。廢水自池中心進水管入池，沿半徑方向向池周緩慢流動。懸浮物在流動中沉降，並沿池底坡度進入污泥斗，澄清水從池周溢流入出水渠。
新型
近年設計成的新型的斜板或斜管沉澱池。主要就是在池中加設斜板或斜管，可以大大提高沉澱效率，縮短沉澱時間，減小沉澱池體積。但有斜板、斜管易結垢，長生物膜，產生浮渣，維修工作量大，管材、板材壽命低等缺點。正在研究試驗的還有周邊進水沉澱池、迴轉配水沉澱池以及中途排水沉澱池等。沉澱池有各種不同的用途。如在曝氣池前設初次沉澱池可以降低污水中懸浮物含量，減輕生物處理負荷在曝氣池後設二次沉澱池可以截流活性污泥。此外，還有在二級處理後設置的化學沉澱池，即在沉澱池中投加混凝劑，用以提高難以生物降解的有機物、能被氧化的物質和產色物質等的去除效率。
水平管
水平管沉澱池是最接近「哈真」淺層理論的沉澱池，它將沉澱管水平放置，沿水平行流動，懸浮物垂直分離，具有沉澱和分離功能。安裝時可將預製的「水平管」模塊組裝為水平管沉澱池。水平管沉澱分離裝置分成若干層，由此增加了沉澱面積，減小了懸浮物的沉降距離，縮短了懸浮物沉澱時間；水平管單元的垂直斷面形狀為菱形，管底側向設有排泥狹縫，沉泥順側底下滑，再通過排泥狹縫滑入下面的水平管沉澱單元，懸浮物通過水平管及時與水分離，水走水道、泥走泥道，改善了懸浮物可逆沉澱的排泥條件，並避免了懸浮物堵塞管道和跑礬現象的發生。配備不停水自動沖洗系統，解決在水平管壁面上的沉泥附着積累問題。平面形式為矩形的沉澱池，水從 池的一端流入，沿長度方向緩慢流動， 藉助水中顆粒或絮體的重力沉降作用 以去除水中懸浮物，水從另一端流出。 分進水區、出水區、沉澱區、儲泥區和緩 沖區五部分。進水區設均勻分布的進 水孔口，出水區採用溢流堰以保證澄清 水沿整個斷面均勻流出。平流式沉澱 池的設計應使進、出水均勻，池內水流 穩定，提高水池的有效容積，同時減少 紊動影響，以有利於提高沉澱效率。平流式沉澱池沉澱效果，除受反應效果的 影響外，與池中水平流速、沉澱時間、原 水凝聚顆粒的沉降速度、進出口布置形 式及排泥效果等因素有關。一般流速 不大於0.005m/s，停留時間2h，水流部 分的有效水深不超過3m，池的長寬比 不小於4。沉澱池的出水裝置常採用三 角堰、孔眼和溢流堰等，一般出水堰做 成由直角三角堰構成的鋸齒形堰口，齒 深常用5cm，齒距用20cm左右。如沉 淀池容積不大，底部也可做成許多污泥 斗，泥斗的斜壁與水平面的傾角，方斗 宜為60°，圓斗宜為55°。平流式沉澱池 的優點有造價較低;操作管理方便，施 工簡單;對原水濁度適應性強，潛力大， 處理效果穩定;帶有機械排泥設備時， 排泥效果好，應用廣泛等。缺點是占地 面積較大。一般用於處理水量大於 15000m/d的污水處理廠。
注意事項
沉澱池池體平面為矩形，進口設在池長的一端，一般採用淹沒進水孔，水由進水渠通過均勻分布的進水孔流入池體，進水孔後設有擋板，使水流均勻地分布在整個池寬的橫斷面。沉澱池的出口設在池長的另一端，多採用溢流堰，以保證沉澱後的澄清水可沿池寬均勻地流入出水渠。堰前設浮渣槽和擋板以截留水面浮渣。水流部分是池的主體。池寬和池深要保證水流沿池的過水斷面布水均勻，依設計流速緩慢而穩定地流過。池的長寬比一般不小於4，池的有效水深一般不超過3米。污泥斗用來積聚沉澱下來的污泥，多設在池前部的池底以下，斗底有排泥管，定期排泥。
為避免短流，一是在設計中儘量採取一些措施（如採用適宜的進水分配裝置，以消除進口射流，使水流均勻分布在沉澱池的過水斷面上，降低紊流並防止污泥區附近的流速過大，採用指形出水槽以延長出流堰的長度；沉澱池加蓋或設置隔牆，以降低池水受風力和光照升溫的影響；高濃度水經過預沉，以減少進水懸浮固體濃度高產生的異重流等）；二是加強運行管理，在沉澱池投產前應嚴格檢查出水堰是否平直，發現問題，要及時修理。在運行中，浮渣可能堵塞部分溢流堰口，致使整個出流堰的單位長度溢流量不等而產生水流抽吸，操作人員應及時清理堰口上的浮渣；用塑料加工的鋸齒形三角堰因時間關係，可能發生變形，管理人員應及時維修或更換，以保證出流均勻，減少短流。通過採取上述措施，可使沉澱池的短流現象降低到最小限度。
對於已經在斜板和斜管上生長的藻類，可用高壓力水沖洗，往往一經沖洗即可去除附着的藻類。活性污泥處理系統的二次沉澱池是該系統的重要組成部分。二次沉澱池的運轉是否正常，直接關係到處理系統的出水水質和回流污泥的濃度，對整個系統的淨化效果產生重大影響。二次沉澱池運行管理較為複雜，其運行過程中常見問題及防止措施參見「活性污泥法處理系統的運行管理」。
作用
沉澱池一般是在生化前或生化後泥水分離的構築物，多為分離顆粒較細的污泥。在生化之前的稱為初沉池，沉澱的污泥無機成分較多，污泥含水率相對於二沉池污泥低些。位於生化之後的沉澱池一般稱為二沉池，多為有機污泥，污泥含水率較高。
技術參數
斜管onclick=「g(沉澱池)； 沉澱池設計原理了創造理想的層流條件，提高去除率，需要控制雷偌數Re=，斜管由於濕周p長，故Re可控制在200以下。遠小於層流界限500。又從佛勞德數Fr=可知，由於P長，W小，Fr數可達10.3-10.4。
異向流斜管沉澱池的水力計算可歸納為如下三種：
2.1分離粒徑法：
可分離顆粒的粒徑dp可表示為：
若用可分離顆粒沉速us來表示，則：
式中：Q—onclick=g(沉澱池)>沉澱池流量
η——有效係數;
μ——顆粒沉降速度，m/s;
Af——斜板水平投影面積之總和，m;
A′f——斜板實際總面積，m;
θ——斜板傾斜角度，(°);
l——斜板斜長，m;
h——斜板安裝高度，m;
B——池寬，m;
v——板內流速，m/s;
P——水平板距，m;
N——斜板間隔數;
L——斜板組合全長(相當於池長)，m;
h1——積泥高度 (泥斗高度)，m;
h2——配水區高度，m;
h3——保護高度，m;
H——沉澱池總高度，m;
t——顆粒沉降需要時間，s;
L′——顆粒沉降需要長度，m。
2.2 特性係數法
按照沉澱最不理的端面所求得的可分離沉速usc與us關係為：usc=us，s為一常數。S值被稱為斜管的特性參數，雖斷面形狀而定。
考慮到顆粒沉澱過程中的絮凝因素，假設顆粒的沉速以等加速改變，並設起始沉速為零。結合考慮管內的流速分部，則斜管長度為顆粒沉速變化的加速度，即上訴三種方法，各有不足之處，在還沒有更完善的斜管沉澱池計算方法之前，認為分離粒徑可作為斜管沉澱計算的出發點。斜管沉澱池的流態設計對斜管沉澱池進行設計需要以下參數：
截留速度
斜管沉澱池在布置方面的差別，將影響設計截留速度值的取用。一般規模較大的斜管沉澱池，由於其進水分配和出水收集不容易保證均勻。而設計時宜選用指標低於規模較小的斜管沉澱池。在異向流斜管沉澱池設計中，截留速度一般為0.15-0.40mm/s。
管徑與管距
國內異向流斜管沉澱池的斷面幾乎採用正六角行，一般用內切直徑作為管徑用於給水處理的異向流斜管沉澱池的管徑為25-35mm。
斜管長度
斜管長度一般不宜小於50cm，斜管的長度取決於斜管的加工和沉澱池的池深。
傾角
異向流傾角需要保持45-600
上升流速或表面符合率
異向流流速8.3-14mm/s。
雷偌數（Re）
一般平流式沉澱池中的雷偌數（Re）常在104上，而水流屬於紊流。斜管沉澱池則由於濕周增加，水力半徑降低，而雷偌數（Re）明顯減少，以致完全有條件控制在層流條件下（Re數小於500）。
佛勞德數
在平流式沉澱池中，Fr值大致為10-5的數量級。斜管沉澱池由於水力半徑減少和水流速度提高的提高，Fr數一般在10-3-10-4 的範圍內，因而水流穩定性明顯增加。
使用管理
沉澱池運行管理的基本要求是保證各項設備安全完好，及時調控各項運行控制參數，保證出水水質達到規定的指標。為此，應着重作好以下幾方面工作。
避免短流
進入沉澱池的水流，在池中停留的時間通常並不相同，一部分水的停留時間小於設計停留時間，很快流出池外；另一部分則停留時間大於設計停留時間，這種停留時間不相同的現象叫短流。短流使一部分水的停留時間縮短，得不到充分沉澱，降低了沉澱效率；另一部分水的停留時間可能很長，甚至出現水流基本停滯不動的死水區，減少了沉澱池的有效容積。總之短流是影響沉澱池出水水質的主要原因之一。形成短流現象的原因很多，如進入沉澱池的流速過高；出水堰的單位堰長流量過大；沉澱池進水區和出水區距離過近；沉澱池水面受大風影響；池水受到陽光照射引起水溫的變化；進水和池內水的密度差；以及沉澱池內存在的柱子、導流壁和刮泥設施等，均可形成短流形象。
加混凝劑
當沉澱池用於混凝工藝的液固分離時，正確投加混凝劑是沉澱池運行管理的關鍵之一。要做到正確投加混凝劑，必須掌握進水質和水量的變化。以飲用水淨化為例，一般要求2-4小時測定一次原水的濁度、pH值、水溫、鹼度。在水質頻繁季節，要求1-2小時進行一次測定，以了解進水泵房開停狀況，根據水質水量的變化及時調整投藥量。特別要防止斷藥事故的發生，因為即使短時期停止加藥了也會導致出水水質的惡化。
及時排泥
及時排泥是沉澱池運行管理中極為重要的工作。污水處理中的沉澱池中所含污泥量較多，有絕大部分為有機物，如不及時排泥，就會產生厭氧發酵，致使污泥上浮，不僅破壞了沉澱池的正常工作，而且使出水質惡化，如出水中溶解性BOD值上升；pH值下降等。初次沉澱的池排泥周期一般不宜超過2日，二次沉澱池排泥周期一般不宜超過2小時，當排泥不徹底時應停池（放空）採用人工沖洗的方法清泥。機械排泥的沉澱池要加強排泥設備的維護管理，一旦機械排泥設備發生故障，應及時修理，以避免池底積泥過度，影響出水水質。
防止藻類
在給水處理中的沉澱池，當原水藻類含量較高時，會導致藻類在池中滋生，尤其是在氣溫較高的地區，沉澱池中加裝斜管時，這種現象可能更為突出。藻類滋生雖不會嚴重影響沉澱池的運轉，但對出水的水質不利。防止措施是：在原水中加氯，以抑止藻類生長。採用三氯化鐵混凝劑亦對藻類有抑制作用。
參考來源