第三节 沉砂池
1、沉砂池
作用：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行
沉砂池的工作原理：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走
沉砂池的几种形式：平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等
2、沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数
l 城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不小于2(并联);工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。
l 设计流量应按分期建设考虑：最大时流量（自流）、最大组合流量（泵）、合流制流量（雨）
l 沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。
l 城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。
l 贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º,排砂管直径不应小于200mm。
l 沉砂池的超高不宜小于0.3m。
3、平流式沉砂池
平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。
平流式沉砂池的系统参数 污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；
最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为30~60s；
有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池宽不小于0.6m；
池底坡度一般为0.01~0.02，当设置除砂设备时,可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。
平流式沉砂池的计算公式
1.长度L 
式中：v——最大设计流量时的速度，m/s；
t——最大设计流量时的停留时间, s。
2.水流断面面积A 
式中：
——最大设计流量，m3/s。
3.池总宽度b 
式中： 
——设计有效水深。
4.贮砂斗所需容积V 
式中: X——城市污水的沉砂量,一般采用30m3/(106m3污水）;
T——排砂时间的间隔,d;
——生活污水流量的总变化系数。
5. 贮砂斗个部分尺寸计算
设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为60º；则贮砂斗的上口长b2为：
贮砂斗的容积V1： 
式中: 
——贮砂斗高度，m；
S1，S2 ——贮砂斗上口和下口的面积。
6.贮砂室的高度
设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则
7.池总高度h 
式中: 
——超高，m；
——有效水深,m;
——贮砂斗高度,m。
8.核算最小流速
式中: 
——设计最小流量，m3/s；
——最小流量时工作的沉砂池数目;
——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。
例：已知某城市污水处理厂的最大设计流量为Qmax =15000m3/d=0.17m3/s,最小Qmin =7500m3/d=0.087m3/s，总变化系数k=1.60．设计一座平流式沉砂池
4、曝气沉砂池
1）特点
u 沉砂中含有机物的量低于5%；
n 由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。
n 曝气沉砂池的构造：曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约60~2250px处设置曝气装置；
n 在池底设置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽；
n 为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。
2）曝气沉砂池的工作原理
污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。
由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。
3）曝气沉砂池的设计参数
u 水平流速一般取0.08~0.12m/s。
n 污水在池内的停留时间为4~6min；雨天最大流量时为1~3 min。如作为预曝气，停留时间为10~30min。
n 池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板。 曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5~6.0mm，距池底约为0.6~0.9m，并应有调节阀门。曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。
第四节 沉 淀 池
1、沉淀池
1）类型
按使用功能分：
初次沉淀池：生物处理法中的预处理，去除约30%的BOD5，55%的悬浮物
二次沉淀池：生物处理构筑物后,是生物处理工艺的组成部分
按水流方向分
平流式 池型：长方形一端进水,另一端出水贮泥斗在池进口
竖流式 池内水流由下向上
辐流式 池内水流向四周辐流
池型：多为圆形, 有方形或多角形池中央进水，池四周出水贮泥斗在池中央
2）沉淀池由五部分组成：
进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。
沉淀区是沉淀进行的主要场所。
贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。
缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。
3）沉淀池的运行方式
间歇式
工作过程：进水、静止、沉淀、排水
污水中可沉淀的悬浮物在静止时完成沉淀过程，由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出
连续式
工作过程：污水连续不断地流入与排出
污水中可沉颗粒的沉淀在流过水池时完成，这时可沉颗粒受到重力所造成的沉速与水流流动的速度两方面的作用
4）沉淀池的一般设计原则及参数
l 设计流量 沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。
u 在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中,应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。
l 沉淀池的只数 对于城市污水厂，沉淀池的个数不应少于2只。
l 沉淀池的经验设计参数 对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照教材表10-8(p31)的经验参数选用
n 沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系 见教材表10-9。
l 沉淀池的几何尺寸
u 池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.3~0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60º，圆斗不宜小于55º；排泥管直径不小于200mm。
n 沉淀池出水部分 一般采用堰流, 在堰口保持水平。出水堰的负荷:对初沉池, 应不大于2.9L/(s·m); 对二次沉淀池, 一般取1.5~2.9 L/(s·m)。
u 亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。
n 贮泥斗的容积
n 一般按不大于2d的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2h计。
n 排泥部分 沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池应不小于8.83 kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池应不小于11.77 kPa（1.2mH2O）。
2、 平流式沉淀池
1）平流式沉淀池的构造及工作特点
u 进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。
u 出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。
u 沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3/（m·d），二沉池为130~250 m3/（m·d）。
u 锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。
u 为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。
u 堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。
u 多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。
2）平流式沉淀池的设计
l 沉淀池的个数n
l 污泥区容积
l 沉淀池的总高度h
l 污泥斗的容积V1
3、竖流式沉淀池
1）竖流式沉淀池的工作原理
n 在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：
n 当u>v时，颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；
n 当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉也不上升；
n 当u<v时，颗粒将不能沉淀下来，会被上升水流带走。
n 当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。
n 当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。
2）竖流式沉淀池的构造
l 竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。
l 竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。
l 中心导流筒设计
例：设计人口N=6万人，Qmax=0.13m3/s，设计—竖流式初沉池
4、辐流式沉淀池
1）辐流式沉淀池的构造及特点
n 辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池周水深1.5~3.0m。
n 有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。
n 沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。
2）周边进水辐流式沉淀池的入流区在构造上的特点
n 进水槽断面较大，而槽底的孔口较小，布水时的水头损失集中在孔口上，故布水比较均匀。
n 进水挡板的下沿深入水面下约2/3深度处，距进水孔口有一段较长的距离，这有助于进一步把水流均匀地分布在整个入流渠的过水断面上，而且废水进入沉淀区的流速要小得多，有利于悬浮颗粒的沉淀。
例：已知一城市污水厂设计人口Ｎ＝４万人，qmax=2900m3/h，试设计一辐流沉淀池
5、斜流式沉淀池
1）斜流式沉淀池的构造
l 斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。
l 按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。
l 异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60º角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80~100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.7~1.0m，底部缓冲层高度为1.0m。
2）斜流式沉淀池在废水处理中的应用
优点：沉淀效率高、停留时间短、占地少等。
缺点：易变形、易堵塞、维护管理比较麻烦、排泥较困难。
斜流式沉淀池在给水处理中得到比较广泛的应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂含油废水的隔油等方面已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。
3）提高沉淀池沉淀效果的有效途径
沉淀池均存在去除率不高的问题，且占地面积较大，体积庞大
l 提高沉淀池的分离效果和去除能力的方法
u 斜流式沉淀池
u 对污水进行曝气搅动 回流部分活性污泥 将剩余活性污泥投加到入流污水中去，利用污泥的活性，产生吸附与絮凝作用，这一过程称为生物絮凝。这一方法可以使沉淀效率比原来的沉淀池提高10%~15% ，BOD5的去除率也能增加15%以上，活性污泥的投加量一般在100~400mg/L之间。
