第四節沉砂池與沉淀池沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的幾種形式

從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無機顆粒，以免這些雜質影響后續處理構筑物的正常運行

平流式、豎流式、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等

以重力或離心力分離為基礎，即將進入沉砂池的污水流速控制在只能使相對密度大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒則隨水流帶走

平流式沉砂池是一種最傳統的沉砂池，它構造簡單，工作穩定。

平流式沉砂池結構特點：

平流式沉砂池的水流部分，實際上是一個加深加寬的明渠，兩端設有閘板，以控制水流。在池底部設1-2個貯砂斗，下設排砂管。開啟貯砂斗的閘閥，即能將沉砂排出。還可利用射流泵和螺旋泵排除泥砂，或利用高地或將沉砂池筑于高地，也利于排砂。污水在池內的最大流速為0.3m/s，最小流速為0.15m/s；最大流量時，污水在池內的停留時間不少于30s，一般為30~60s；有效水深應不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池寬不小于0.6m；池底坡度一般為0.01~0.02，當設置除砂設備時，可根據除砂設備的要求，考慮池底形狀。

平流式沉砂池的系統參數

3.池總寬度b

式中：h2——設計有效水深。

4.貯砂斗所需容積V式中:X——城市污水的沉砂量,

一般采用30m3/(106m3污水）;

T——排砂時間的間隔,d;

kz

——生活污水流量的總變化系數。平流式沉砂池的計算公式

1.長度L

式中：v——最大設計流量時的速度，m/s；

t——最大設計流量時的停留時間,s。

2.水流斷面面積A式中：qvmax——最大設計流量，m3/s。

7.池總高度h式中:h1——超高，m；

h2——有效水深,m;

h3——貯砂斗高度,m。8.核算最小流速vmin

式中:qvmin——設計最小流量，

m3/s；

n1——最小流量時工作的沉砂池數目;

Amin——最小流量時沉砂池中的水流斷面面積，m2。平流式沉砂池的計算公式

5.貯砂斗個部分尺寸計算

設貯砂斗底寬b1=0.5m；斗壁與水平面的傾角為60o；則貯砂斗的上口寬b2為：

貯砂斗的容積V1：

式中:h’3——貯砂斗高度，m；

S1，S2——貯砂斗上口和下口的面積。6.貯砂室的高度h3

設采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，則由于池中設有曝氣設備，它還具有預曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分離等作用。沉砂中含有機物的量低于5%；曝氣沉砂池的特點：曝氣沉砂池是一個長形渠道，沿渠道壁一側的整個長度上，距池底約60~90cm處設置曝氣裝置；在池底設置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保證砂粒滑入砂槽；為了使曝氣能起到池內回流作用，在必要時可在設置曝氣裝置的一側裝設擋板。曝氣沉砂池的構造：曝氣沉砂池剖面示意曝氣沉砂池的工作原理

污水在池中存在著兩種運動形式，其一為水平流動（一般流速0.1m/s），同時在池的橫斷面上產生旋轉流動（旋轉流速0.4m/s），整個池內水流產生螺旋狀前進的流動形式。由于曝氣以及水流的螺旋旋轉作用，污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦，并受到氣泡上升時的沖刷作用，使粘附在砂粒上的有機污染物得以去除，沉于池底的砂粒較為純凈，有機物含量只有5%左右，長期擱置也不至于腐化。

曝氣沉砂池實景水平流速一般取0.08~0.12m/s。污水在池內的停留時間為4~6min；雨天最大流量時為1~3min。如作為預曝氣，停留時間為10~30min。池的有效水深為2~3m，池寬與池深比為1~1.5，池的長寬比可達5，當池長寬比大于5時，應考慮設置橫向擋板。曝氣沉砂池多采用穿孔管曝氣，孔徑為2.5~6.0mm，距池底約為0.6~0.9m，并應有調節閥門。曝氣沉砂池的形狀應盡可能不產生偏流和死角，在砂槽上方宜安裝縱向擋板，進出口布置，應防止產生短流。。曝氣沉砂池的設計參數沉淀池按使用功能分生物處理法中的預處理，去除約30%的BOD5，55%的懸浮物生物處理構筑物后,是生物處理工藝的組成部分初次沉淀池二次沉淀池

沉淀池按水流方向分平流式輻流式豎流式池型：長方形一端進水,另一端出水貯泥斗在池進口池內水流由下向上池內水流向四周輻流池型:多為圓形,有方形或多角形池中央進水，池四周出水貯泥斗在池中央

沉淀池沉淀池三種流態平流式豎流式輻流式沉淀池特點與適用條件池型優點缺點適用條件平流式1.對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較強；2.施工簡單，造價低采用多斗排泥，每個泥斗需單獨設排泥管各自排泥，操作工作量大，采用機械排泥，機件設備和驅動件均浸于水中，易銹蝕1.適用地下水位較高及地質較差的地區；2.適用于大、中、小型污水處理廠豎流式1.排泥方便，管理簡單；2.占地面積較小1.池深度大，施工困難；2.對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較差；3.造價較高；4.池徑不宜太大適用于處理水量不大的小型污水處理廠輻流式1.采用機械排泥，運行較好，管理較簡單；2.排泥設備已有定型產品1.池水水流速度不穩定；2.機械排泥設備復雜，對施工質量要求較高1.適用于地下水位較高的地區；2.適用于大、中型污水處理廠

沉淀池由五部分組成：進水區、出水區的功能是使水流的進入與流出保持平穩，以提高沉淀效率。沉淀區是沉淀進行的主要場所。貯泥區貯存、濃縮與排放污泥。緩沖區避免水流帶走沉在池底的污泥。沉淀池由五部分組成緩沖區沉淀池的運行方式連續式

污水中可沉顆粒的沉淀在流過水池時完成，這時可沉顆粒受到重力所造成的沉速與水流流動的速度兩方面的作用污水連續不斷地流入與排出

污水中可沉淀的懸浮物在靜止時完成沉淀過程，由設置在沉淀池壁不同高度的排水管排出工作過程：進水、靜止、沉淀、排水間歇式

1.設計流量

沉淀池的設計流量與沉砂池的設計流量相同。在合流制的污水處理系統中，當廢水是自流進入沉淀池時，應按最大流量作為設計流量；當用水泵提升時，應按水泵的最大組合流量作為設計流量。在合流制系統中,應按降雨時的設計流量校核，但沉淀時間應不小于30min。

2.沉淀池的只數

對于城市污水廠，沉淀池的個數不應少于2只。

3.沉淀池的經驗設計參數

對于城市污水處理廠，如無污水沉淀性能的實測資料時，可參照教材表10-5的經驗參數選用。

4.沉淀池的有效水深、沉淀時間與表面水力負荷的相互關系沉淀池的一般設計原則及參數若無沉淀數據可選取手冊設計參數。

5.沉淀池的幾何尺寸

池超高不少于0.3m；緩沖層高采用0.3~0.5m；貯泥斗斜壁的傾角，方斗不宜小于60o，圓斗不宜小于55o；排泥管直徑不小于200mm。

6.沉淀池出水部分

一般采用堰流,在堰口保持水平。出水堰的負荷:對初沉池,應不大于2.9L/(s·m);對二次沉淀池,一般取1.5~2.9L/(s·m)。亦可采用多槽出水布置，以提高出水水質。

7.貯泥斗的容積

一般按不大于2d的污泥量計算。對二次沉淀池，按貯泥時間不超過2h計。

8.排泥部分

沉淀池一般采用靜水壓力排泥，靜水壓力數值如下：初次沉淀池不應小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池應不小于8.83kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池應不小于11.77kPa（1.2mH2O）。沉淀池的一般設計原則及參數一、平流式沉淀池平流式沉淀池是廢水從池的一端進入，從另一端流處，水流在池內作水平運動，池平面形狀呈長方形，可以是單個或多個串聯?！秳赢嫛菲搅鞒恋沓氐臉嬙旒肮ぷ魈攸c

1、進水區

進水區的作用是使水流均勻分布在整個斷面上，盡可能減少擾動。入口流速小于25mm/s。為了保證不沖刷已有的底部沉積物，水的流入點應高出污泥層面0.5m以上。水流入沉淀池后應盡快消能，防止在池內形成短流或股流。設置整流裝置。

沉淀池進口整流多采用穿孔槽外加擋板（或穿孔墻）的方法，沉淀池進水口布置形式如圖示：

2．沉淀區如前所述，要降低沉淀池中水流的Re數和提高水流的Fr數，必須設法減少水力半徑，采用導流墻，對平流式沉淀池進行縱向分格等，均可減小水力半徑，改善水流條件。

沉淀區的高度（有效水深H）與其前后有關處理構筑物的高程布置有關，一般約3-4m。沉淀區的長、寬、深之間相互關聯，應綜合考慮，還應核算表面負荷。

一般，L/B≥4，L/H≥10，每格寬度3-8m，不宜大于15m。3．出水區

沉淀后出水應盡量在出水區均勻流出。沉淀池常見出水口布置形式。

出流堰是沉淀效果好壞的重要條件，它不僅控制池內水面的高程，而且對池內水流的均勻分布影響極大。

應防止池內水流產生偏流現象。盡可能減少單位堰長的過流量，因此堰的施工必須精心，盡量做的水平。4．污泥區（積泥區和排泥區）

及時排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保證出水水質的一項重要措施。沉淀池排泥方式有斗形底排泥、穿孔管排泥及機械排泥。目前基本都采用機械排泥，不需留存泥區，池底水平，略帶坡度以便放空。排泥方式：

（1）刮泥：設置刮泥機（車），池底設計坡度0.01-0.02。（2）污泥泵排泥；（3）靜水壓力排泥（靜水壓力1.5-2.0m水頭，排泥管徑不小于200mm）。（4）如設有多個泥斗時，則無需刮泥裝置，每個泥斗設獨立的排泥管及排泥閥。5、緩沖區污泥區和清水區之間應有一個緩沖區，其深度可取0.3-0.5m，以減輕水流對存泥的攪動，也為存泥留有余地。3.沉淀區有效容積V1或4.沉淀池長度L式中：v——最大設計流量時的水平流速,mm/s;一般不大于5mm/s。5.沉淀池總寬度b1.沉淀池的表面積A式中：qvmax——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式中：t——沉淀時間,h,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通常取2~3m。平流式沉淀池的設計7.污泥區容積

對于生活污水，污泥區的總容積V：

式中：S——每人每日的污泥量，L/(d·人)；

N——設計人口數，人；

T——污泥貯存時間，d。6.沉淀池的個數n式中:b′——每個沉淀池寬度。

平流式沉淀池的長度一般為30~50m，為了保證污水在池內分布均勻，池長與池寬比不小于4，以4~5為宜。平流式沉淀池的設計平流式沉淀池的設計

9.污泥斗的容積V1式中:S1——污泥斗的上口面積,m2；

S2——污泥斗的下口面積，m2。10.污泥斗以上梯形部分污泥容積V2式中：L1——梯形上底邊長,m；

L2——梯形上底邊長，m。8.沉淀池的總高度h式中：h1——沉淀池超高,m;一般取0.3m；

h2——沉淀區的有效深度，m；

h3——緩沖層高度，m；無機械刮泥設備時,取0.5m；有機械刮泥設備時，其上緣應高出刮板0.3m；

h4——污泥區高度，m；h4′——泥斗高度，m；h4″——梯形的高度，m。二、豎流沉淀池

豎流沉淀池水流方向與顆粒沉淀方向相反，其截流速度與水流上升速度相等。

中心進水周邊出水輻流式沉淀池示意圖進水出水排泥豎流沉淀池特點

豎流沉淀池水流方向與顆粒沉淀方向相反，其截流速度與水流上升速度相等。（1）當顆粒發生自由沉淀時，其沉淀效果比平流式沉淀池中低得多。（2）當顆粒具有絮凝性時，則上升的小顆粒和下沉的大顆粒之間相互接觸、碰撞而絮凝，使粒徑增大，沉速加快。（3）沉速等于水流上升速度的顆粒將在池中形成一懸浮層，對上升的小顆粒起攔截和過濾作用，因而沉降效率比平流沉淀池高。結構：

豎流式沉淀池多為圓形，直徑介于4-7m之間。沉淀池的上部為圓筒形的沉淀區，下部為截頭圓錐狀的污泥區，中間為緩沖層。沉淀池的設計：（1）沉淀時間t=1.5-2.5h；（2）表面負荷q0=1.0-1.5m3/m2.h；對應u0=q0（參數選?。?）有效水深H=q0t；

池徑D與有效水深（H）的比值不超過3：1。（4）池徑D（4-7m）（5）中心管設計豎流沉淀池中心管內流速對懸浮物的去除有很大影響。（中心管設計參數）中心管設計方法

中心管沉速小于30mm/s。

（5）緩沖層:反射板底距污泥表面為緩沖層,高度為0.3-0.5m。（6）污泥斗：貯泥斗傾角為45o-60o，可采用靜壓排泥或污泥泵排泥。（7）集水槽多采用平頂堰或三角形鋸齒堰，堰口最大負荷為1.5L/m·s。當池的直徑大于7m時，為集水均勻，還可設置輻射式集水槽。豎流式沉淀池圓形豎流式沉淀池（1）中心管面積（5）沉淀區面積

（2）中心管直徑豎流式沉淀池的設計計算（3）中心管高度

（4）中心管喇叭口到反射板之間的縫隙高度（6）沉淀池總面積和池徑（7）污泥區容積或（8）污泥斗容積（9）沉淀池的總高度三．輻流式沉淀池輻流式沉淀池是直徑較大（20-30m）的圓池，最大直徑可達100m。中心深度為2.5-5.0m，周邊深度為1.5-3.0m。輻流式沉淀池結構中心進水周邊進水進水方式

排泥方式：輻流式沉淀池大多數采用機械刮泥，將污泥收集到中心泥斗，通過靜壓力或污泥泵排出，刮泥機一般每小時轉2-4周。主要設計參數：

1、有效水深H不大于4m；

2、池直徑D不宜小于16m，D/H=6-12。

3、沉淀時間初沉池1-2h

二沉池1.5-2.5h

4、表面負荷q0=1.5-3.0m3/m2.h；

5、池底坡度為0.05-0.10；中心泥斗坡度0.12-0.16。四、斜板(管)沉淀池(一)淺池沉降理論對一深度為H、體積為V的平流式理想沉淀池，其處理水量：

（1）在V、H一定時，若欲得要求的η(即u0一定），處理水量Q

不能隨意變化；在給定Q時，η一定。（2）從式中可知：Q與u0成正比，增大Q，則u0增大，q0增大，η降低；反之，若要提高η，需減小u0，處理的流量Q就必須減小。兩者不能同時滿足。知識回顧：

知識點一：

對于自由沉降沉速：在相同沉淀時間t內，沉降高度H越低，u0（u0=H/t）越小，顆粒的去除效率η越高。

知識點二：

從理想沉淀池的特性分析：對于給定的沉淀池，沉降效率僅與u0或q0有關，與沉降高度H和沉降時間t無關。

若將沉淀池（Q、V、H、u0

）用平隔板分為n層淺池，則每個淺池深度為h=H/n，進入每個淺池的流量為q=Q/n。（假定水平流速不變）

結論一：淺池沉速u0′=q0′=q/A=(Q/n)A=q0/n=u0/n，沉速減少了n倍，從而使效率大大提高。

結論二：當每個淺池保持原有的沉速u0不變時，每個淺池處理的流量為q′=q0′A=u0A=Q，則n個淺池的總處理能力提高了n倍。

結論三：

在實際應用中，沉淀池的分格和分層還可改善水力條件（減小水力半徑R、Re，增大Fr），降低水的紊動性、提高水流穩定性，增大池的容積利用系數，從而提高去除效率。

工程應用：在工程實際應用中，采用分層沉淀池，排泥十分困難，所以一般將分層的隔板傾斜一個角度，以便能自行排泥，這種形式即為斜板沉淀池。如各斜隔板之間還進行分格，即稱為斜管沉淀池。進水區分離區出水區污泥區緩沖區清水區（二）斜板(管)沉淀池結構特點：

（1）斜板（管）傾角多采用60o，斜板（管）長一般在1.0-1.2m左右，板間距一般不小于50mm。斜管管徑25-35mm。（2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波紋板；斜管多為塑料片、波形石棉板、波形玻璃鋼板粘合而成的蜂窩狀管，斷面有正六邊形、圓形、橢圓形等，常制成組裝件，便于安裝。

（3）斜板沉淀池的結構形式：包括：異向流、同向流及橫向流。

（4）進水方式：大多采用異向流。（5）斜板（管）上部清水區為0.7-1.0m，斜板（管）下部為配水區大于1.5m（目的：布水均勻），布水區下部為污泥區。（6）出水方式：采用穿孔集水管集水。（7）排泥方式：采用多斗排泥。沉淀單元長度

沉淀單元的斷面面積為dw，則單元所通過的流量為

q＝dwv