水污染控制工程授課教案

《水污染控制工程》授課教案

目錄

第一章污水水質(zhì)和污水出路......................................................1

1.1污水質(zhì)...................................................................1

2.2污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化.........................................2

2.3污水出路................................................................4

第二章污水的物理處理...........................................................4

2.1格柵和篩網(wǎng)..............................................................5

2.2沉淀的基礎(chǔ)理論..........................................................6

2.3沉砂池..................................................................9

2.4沉淀池..................................................................16

2.5調(diào)節(jié)池..................................................................12

2.6隔油和破乳.............................................................17

2.7浮上法.................................................................18

2.8過(guò)濾.................................................................23

第三章污水的化學(xué)處理..........................................................29

3.1化學(xué)混凝法.............................................................29

3.2中和法..................................................................31

3.3化學(xué)沉淀法.............................................................32

3.4氧化還原法.............................................................32

第四章污水的物理化學(xué)法處理...................................................32

4.1吸附法..................................................................32

4.2離子交換法.............................................................34

4.3萃取法.................................................................35

4.4膜析法.................................................................36

第五章廢水處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)....................................388

5.1廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理......................................38

5.2微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境...........................................41

5.3反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)...................................................42

5.4米歇里斯-門(mén)坦方程式....................................................44

5.5莫諾特方程式...........................................................45

5.6廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)式..........................................46

第六章穩(wěn)定塘和污水的土地處理.................................................47

6.1穩(wěn)定塘.................................................................48

6.2污水土地處理...........................................................51

第七章污水的好氧生物處理（二）——生物膜法52

7.1生物濾池..............................................................53

7.2生物轉(zhuǎn)盤(pán)..............................................................61

7.3生物接觸氧化..........................................................63

7.4生物流化床............................................................64

第八章污水的好氧生物處理（二）——活性污泥法..................................66

8.1基本概念................................................................66

8.2活性污泥法的設(shè)計(jì)計(jì)算...............................................68

8.3活性污泥法的發(fā)展和演變.................................................71

8.4活性污泥法的設(shè)計(jì)計(jì)算...............................................73

8.5活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一些重要問(wèn)題..............................82

8.6二沉1也................................................................85

第九章污水的厭氧生物處理.....................................................86

9.1厭氧生物處理的基本原理.................................................86

9.2污水的厭氧生物處理方法................................................86

9.3厭氧生物處理法的設(shè)計(jì)...................................................87

9.4厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合...................................................87

第十章城市污水的深度處理......................................................88

10.1氮、磷的去除..........................................................88

10.2城市污水的三級(jí)處理....................................................94

第十一章污泥的處理和處置.....................................................94

11.1污泥的來(lái)源、性質(zhì)和數(shù)量................................................94

11.2污泥的處置及其前處理.................................................97

11.3污泥濃縮..............................................................97

11.4污泥的穩(wěn)定............................................................98

11.5污泥的調(diào)理............................................................99

11.6污泥脫水.............................................................100

11.7污泥的干燥與焚化.....................................................101

11.8污泥的管道輸送.......................................................101

第十二章污水處理廠的設(shè)計(jì).....................................................102

12.1廠址選擇..............................................................102

12.2廠、站處理方法和流程的選擇..........................................103

12.3污水廠的平面布置.....................................................103

12.4污水處理廠的高程布置.................................................103

《水污染控制工程》授課教案

上部：水處理技術(shù)I

第一章污水水質(zhì)和污水出路

學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)

本章教學(xué)要點(diǎn)：重點(diǎn)在于要求學(xué)生掌握水體自凈作用的定義、機(jī)理，了解污水回用領(lǐng)域及水

質(zhì)要求。

教學(xué)內(nèi)容：

1.1污水質(zhì)

污水水質(zhì)通用三大類(lèi)指標(biāo)：

一、物理性指標(biāo)：

1、溫度：工業(yè)廢水常引起水體熱污染。

2、色度：感官性指標(biāo)，水的色度來(lái)源于金屬化合物和有機(jī)化合物。

3、嗅和味：感官性指標(biāo)，水的異臭來(lái)源于還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機(jī)物和氯氣等

污染物質(zhì)。

4、固體物質(zhì)：溶解物質(zhì)和懸浮固體物質(zhì)。

二、化學(xué)性指標(biāo)：

1、有機(jī)物：

（1）生化需氧量（BOD）：biologicaloxygendemand,在規(guī)定條件下的微生物氧化分解污水

或受污染的天然水樣中有機(jī)物所需要的氧量（20℃,5d）o

反映了在有氧的條件下,水中可生物降解的有機(jī)物的量主要污染特性（以mg/L為單位）。

有機(jī)污染物被好氧微生物氧化分解的過(guò)程，一般可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段主要是有機(jī)物

被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。污水的生化需

氧量通常只指第一階段有機(jī)物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。實(shí)際

中，常以5d作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱5日生化需氧量（BODs）；通常以20℃為

測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。

（2）化學(xué)需氧量（COD）：chemicaloxygendemand,用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機(jī)

物過(guò)程中所消耗的氧化劑量折合成氧量（。2）（mg/L）。

常用的氧化劑主要是重倍酸鉀KzCnO（稱CODa）和高鐳酸鉀KMnC>4（稱CODMn或

OC）o酸性條件下，硫酸銀作為催化劑，氧化性最強(qiáng)。廢水中無(wú)機(jī)的還原性物質(zhì)同樣被氧

化。如果廢水中有機(jī)物的組成相對(duì)穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量和生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)

系：生活污水通常在0.4~0.5。

（3）總有機(jī)碳（TOC）和總需氧量（TOD）

TOC:totalorganismcarbon,在950℃高溫下，以伯作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后

測(cè)定氣體中的C02含量，從而確定水樣中碳元素總量。測(cè)定中應(yīng)該去除無(wú)機(jī)碳的含量。

TOD:totaloxygendemand,在900~950℃高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有

機(jī)物，包括難分解的有機(jī)物及部分無(wú)機(jī)還原物質(zhì)），燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物后，測(cè)量載氣

中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）,TOD測(cè)定方便而快速。

各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD不存在固定的相關(guān)關(guān)系。在水質(zhì)條件基本不變的條

件下，BOD與TOC或TOD之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。

（4）油類(lèi)污染物

石油類(lèi)：來(lái)源于工業(yè)含油污水。動(dòng)植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過(guò)程和食品工業(yè)。

油類(lèi)污染物進(jìn)入水體后影響水生生物的生長(zhǎng)、降低水體的資源價(jià)值。油膜覆蓋水面阻礙

水的蒸發(fā)，影響大氣和水體的熱交換。油類(lèi)污染物進(jìn)入海洋，改變海水的反射率和減少進(jìn)入

海洋表層的日光輻射，對(duì)局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定影響。大面積油膜將阻礙大

氣中的氧進(jìn)入水體，從而降低水體的自凈能力。石油污染對(duì)幼魚(yú)和魚(yú)卵的危害很大，堵塞魚(yú)

的鰥部，能使魚(yú)蝦類(lèi)產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價(jià)值。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥(niǎo)類(lèi)生活。

(5)酚類(lèi)污染物

酚污染來(lái)源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、合成樹(shù)脂等工業(yè)廢水。原生質(zhì)毒物，

可使蛋白質(zhì)凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。酚濃度低時(shí)，能影響魚(yú)類(lèi)的澗游繁殖。酚濃度達(dá)0」?

0.2mg/L時(shí)，魚(yú)肉有酚味。酚濃度高會(huì)引起魚(yú)類(lèi)大量死亡，甚至絕跡。酚的毒性可抑制水中

微生物的自然生長(zhǎng)速度，有時(shí)甚至使其停止生長(zhǎng)。酚能與飲用水消毒氯產(chǎn)生氯酚，具有強(qiáng)烈

異臭(0.001mg/L即有異味，排放標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L)。灌溉用水酚濃度超過(guò)5mg/L時(shí)，農(nóng)作物

減產(chǎn)甚至枯死。

2、無(wú)機(jī)性指標(biāo)

(1)植物營(yíng)養(yǎng)元素：過(guò)多的氮、磷進(jìn)入天然水體，易導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，使水生植物尤其是藻

類(lèi)大量繁殖，造成水中溶解氧急劇變化，影響魚(yú)類(lèi)生存，并可能使某些湖泊由貧營(yíng)養(yǎng)湖發(fā)展

為沼澤和干地。

(2)pH和堿度：一般要求處理后污水的pH在6?9之間。當(dāng)天然水體遭受酸堿污染時(shí)，

pH發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長(zhǎng)，妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶。堿度指水中

能與強(qiáng)酸定量作用的物質(zhì)總量，按離子狀態(tài)可分為三類(lèi)：氫氧化物堿度；碳酸鹽堿度；重碳

酸鹽堿度。

(3)重金屬：作為微量金屬元素。重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生物生長(zhǎng)，使蛋

白質(zhì)凝固;逐級(jí)富集至人體，影響人體健康。

三、生物性指標(biāo)

(1)細(xì)菌總數(shù)：水中細(xì)菌總數(shù)反映了水體有機(jī)污染程度和受細(xì)菌污染的程度。常以細(xì)菌個(gè)

數(shù)/mL計(jì)。飲用水：＜100個(gè)/mL,醫(yī)院排水：＜500個(gè)/mL。

(2)大腸菌群：大腸菌群的值可表明水樣被糞便污染的程度，間接表明有腸道病菌存在的

可能性。常以大腸菌群數(shù)/L計(jì)。飲用水：＜3個(gè)/L,城市排水：＜10000個(gè)/L。

來(lái)源及危害：

來(lái)源：生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、SARS,寄生蟲(chóng)卵等；制革屠宰等工業(yè)廢水:

炭疽桿菌、鉤端螺旋體等；醫(yī)院污水：各種病原體。

危害：傳播疾病，影響衛(wèi)生，導(dǎo)致水體缺氧。

1.2污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

一、水體的自凈作用

河流的自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動(dòng)中濃度自然降低的現(xiàn)象。根據(jù)

凈化機(jī)制分為三類(lèi)：

(1)物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉淀

(2)化學(xué)凈化：氧化、還原、分解

(3)生物凈化：水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用

1、污水排入河流的混合過(guò)程

(1)豎向混合階段：污染物排入河流后因分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、彌散作用逐步向河水中分

散，由于一般河流的深度與寬度相比較小，所以首先在深度方向上達(dá)到濃度分布均勻，從排

放口到深度上達(dá)到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時(shí)也存在橫向混合作用。

(2)橫向混合階段：當(dāng)深度上達(dá)到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過(guò)程。經(jīng)過(guò)一定

距離后污染物在整個(gè)橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，這一過(guò)程稱為橫向混合階段。

(3)斷面充分混合后階段：在橫向混合階段后，污染物濃度在橫斷面上處處相等。河水向

下游流動(dòng)的過(guò)程中，持久性污染物的濃度將不再變化，非持久性污染物濃度將不斷減少。

2、持久污染物的稀釋擴(kuò)散

當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過(guò)混合過(guò)程達(dá)到充分混合階段時(shí)，污染物濃

度可由質(zhì)量守恒原理得出河流完全混合模式：

Pwlvw+夕h4vh

4vw+9vh

式中：P——排放口下游河水的污染物濃度；

pw,<7vw--------污水的污染物濃度和流量；

外，伏h——上游河水的污染物濃度和流量。

3、非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解

河斷面達(dá)到充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用和污染物的自身分解作用不斷減

小。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，其變化過(guò)程可用下式描述：

式中：U——河水流速；

X一初始點(diǎn)至下游X斷面處的距離；

M——縱向分散系數(shù)；

K一污染物分解速度常數(shù)；

po—初始點(diǎn)的污染物濃度；

4、氧垂曲線

水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點(diǎn)后又逐步回升的變化過(guò)程，稱氧

垂曲線。

有機(jī)物降解：也?=-

dt?

A.=夕"不"

PLA。。-e/")

氧垂曲線的求解：=

dt

某點(diǎn)處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：

~~~=K]?PL一七

df

求解得某點(diǎn)的虧氧量：

某點(diǎn)的溶解氧:pc=pcs-"D

Pc=Pcs—(Pcs—Pc?e-叱+(e-2_e-q')

K]一K?

到達(dá)最缺氧點(diǎn)時(shí)間dpD/dr=O：

In]ODOK-K).

(&?Ao

t=———------------------------—

kKM

二、污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

污染物在河流中的擴(kuò)散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影響。河口是指河

流進(jìn)入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時(shí)的水

位、流向和流速的影響。湖泊水庫(kù)的貯水量大，但水流一般比較慢，污染物的稀釋、擴(kuò)散能

力較弱。海洋雖有巨大的自凈能力，但是海灣或海域局部的納污和自凈能力差別很大。污染

物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受多種因素影響，地下水一旦污染，要恢復(fù)原狀非常困難。

2.3污水出路

污水的最終出路：排放水體；工農(nóng)業(yè)利用；地下水回灌。

一、污水排放水體的限制

污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978—1996；城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918—2002；

地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002；海洋水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3097。

二、污水回用應(yīng)滿足的要求

污水回用應(yīng)滿足的要求：對(duì)人體健康不應(yīng)產(chǎn)生不良影響；對(duì)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)

生不良影響；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不應(yīng)產(chǎn)生不良影響；應(yīng)符合應(yīng)用對(duì)象對(duì)水質(zhì)的要求或標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)為使

用者和公眾所接受；回用系統(tǒng)在技術(shù)上可行，操作簡(jiǎn)便；價(jià)格應(yīng)比自來(lái)水低廉。

城市污水回用的幾個(gè)方面：

1、城市生活用水和市政用水：

(1)供水

(2)城市綠地灌溉

(3)市政與建筑用水

(4)城市景觀

2、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)

3、工業(yè)

(1)工藝生產(chǎn)用水

(2)冷卻用水

(3)鍋爐補(bǔ)充水

(4)其他雜用水

4、地下水回灌

5、其他方面

第二章污水的物理處理

學(xué)時(shí)分配：16

本章教學(xué)要點(diǎn)：重點(diǎn)掌握掌握格柵、調(diào)節(jié)池、平流式沉砂池、沉淀池、平流式隔油池和壓力

溶氣浮上法、過(guò)濾的工作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算，熟悉沉淀的類(lèi)型和沉淀池的形式。

本章難點(diǎn)：沉淀池的工作原理及斜板(管)沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算。

教學(xué)內(nèi)容：

2.1格柵和篩網(wǎng)

一、格柵的作用

作用：去除可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門(mén)的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正

常運(yùn)行。

格柵由一組（或多組）相平行的金屬柵條與框架組成，傾斜安裝在進(jìn)水的渠道，或進(jìn)

水泵站集水井的進(jìn)口處，以攔截污水中粗大的懸浮物及雜質(zhì)。

選用柵條間距的原則：不堵塞水泵和水處理廠、站的處理設(shè)備.

格柵所截留的污染物數(shù)量與地區(qū)的情況、污水溝道系統(tǒng)的類(lèi)型、污水流量以及柵條的

間距等因素有關(guān)，可參考的一些數(shù)據(jù)：

1、當(dāng)柵條間距為16~25mm時(shí)，柵渣截留量為0.10~0.05m3/（103nP污水）；

2、當(dāng)柵條間距為40mm左右時(shí)，柵渣截留量為0.03~0.01n?/（103D?污水）；

3、柵渣的含水率約為80%,密度約為960kg/m3。

格柵的清渣方法：

1、人工清除：與水平面傾角：45°~60°,設(shè)計(jì)面積應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，一般不小于

進(jìn)水渠道面積的2倍，以免清渣過(guò)于頻繁。

2、機(jī)械清除：與水平面傾角：60°~70°,過(guò)水面積一般應(yīng)不小于進(jìn)水管渠的有效面積的

1.2倍。

格柵柵條斷面形狀：圓形；矩形；方形。圓形的水力條件較方形好，但剛度較差目前

多采用斷面形狀為矩形的柵條。

過(guò)格柵渠道的水流流速：格柵渠道的寬度要設(shè)置得當(dāng)，應(yīng)使水流保持適當(dāng)流速，一方

面泥沙不至于沉積在溝渠底部；另一方面截留的污染物又不至于沖過(guò)格柵，通常采用

0.4~0.9m/so

污水過(guò)柵條間距的流速：為防止柵條間隙堵塞，一般采用0.6~1.0m/s；最大流量時(shí)可高

于1.2~1.4m/s；漸擴(kuò)a=20。，沉底大于水頭損失。

二、格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算

通過(guò)格柵的水頭損失〃2的計(jì)算：

2

V.

4=%?%%=J----sina-k

2g

式中：h0—計(jì)算水頭損失，m；

v—污水流經(jīng)格柵的速度，m/s；

—阻力系數(shù)，其值與柵條斷面的幾何形狀有關(guān)；

a——格柵的放置傾角；

g----重力加速度，m/s2；

k—考慮到格柵受污染物堵塞后阻力增大的系數(shù)，可用式：上3.36V-1.32求定，一

般采用我=3。城市污水一般取0.1~0.4m。

1.格柵的間隙數(shù)量〃

〃=4vmax,Jsina/3/”）

式中：［vmax---最大設(shè)計(jì)流量，in%;

d----柵條間距，m；

h——柵前水深，m；

V—污水流經(jīng)格柵的速度，m/s。

2.格柵的建筑寬度方

b-s(n—\)+dn

式中：b——格柵的建筑寬度；

s----柵條寬度，m。

3.柵后槽的總高度h總

h&=/?+%+%

式中前—柵前水深，m；

h,——格柵的水頭損失,m；

/ii——格柵前渠道超高，一般20.3m。

4.格柵的總建筑長(zhǎng)度L

L=Zq+乙2+1。+0-5+H、/tga

式中：h——進(jìn)水渠道漸寬部位的長(zhǎng)度，m；

L=…

'2tga,

其中:加——進(jìn)水渠道寬度m；

ai——進(jìn)水渠道漸寬部位的展開(kāi)角度，一般為=20。；

L2——格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長(zhǎng)度，一般匕=0.5"；

Hi——格柵前的渠道深度,m。

5.每日柵渣量W

叫X8M00

"KzXlOOO

式中：明——柵渣量，m3/(l()3m3污水)；

Kz—生活污水流量總變化系數(shù)。

三、篩網(wǎng)

作用：用于廢水處理或短小纖維的回收

形式：振動(dòng)篩網(wǎng)；水力篩網(wǎng)

格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：填埋；焚燒(820C以上)；堆肥；將柵渣粉碎后

再返回廢水中，作為可沉固體進(jìn)入初沉池。

2.2沉淀的基礎(chǔ)理論

一、概述

沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到固液分

離的一種過(guò)程。

沉淀處理工藝的四種用法：

1、沉砂池：用以去除污水中的無(wú)機(jī)易沉物。

2、初次沉淀池：較經(jīng)濟(jì)地去除，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷。

3、二次沉淀池：用來(lái)分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水

得以澄清。

4、污泥濃縮池：將來(lái)自初沉池及二沉池的污泥進(jìn)一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構(gòu)

筑物的尺寸及處理費(fèi)用等。

二、沉淀的類(lèi)型

根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類(lèi)型：

1、自由沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過(guò)程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨(dú)

進(jìn)行沉淀，顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過(guò)程中，顆粒的物理性質(zhì)不變。發(fā)生在沉砂池

中。

2、絮凝沉淀：懸浮顆粒濃度不高；沉淀過(guò)程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因

相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過(guò)程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉

速是變化的。化學(xué)絮凝沉淀屬于這種類(lèi)型。

3、區(qū)域沉淀或成層沉淀：懸浮顆粒濃度較高(5000mg/L以上)；顆粒的沉降受到周?chē)?/p>

其他顆粒的影響，顆粒間相對(duì)位置保持不變，形成一個(gè)整體共同下沉，與澄清水之

間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。

4、壓縮沉淀：懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相

支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池

污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過(guò)程存在壓縮沉淀。

三、自由沉淀及其理論基礎(chǔ)

分析的假定：顆粒為球形；沉淀過(guò)程中顆粒的大小、形狀、質(zhì)量等不變；顆粒只在重

力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響；靜水中懸浮顆粒開(kāi)始沉淀時(shí)，因受重力作用產(chǎn)生

加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間后，顆粒的重力與水對(duì)其產(chǎn)生的阻力平衡時(shí)，顆粒即等速下沉。

懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力。重力大于浮力時(shí)，下沉；重力等于浮力時(shí)，相

對(duì)靜止；重力小于浮力時(shí)，上浮。

懸浮顆粒在水中的受力分析：

1.懸浮顆粒在水中受到的力&

&是促使沉淀的作用力，是顆粒的重力與水的浮力之差：

Fg=Vps-<g-V-pL-g=V.<g(ps-pL)

式中：Fg——水中顆粒受到的作用力；

V—顆粒的體積；

ps——顆粒的密度；

PL——水的密度；

g——重力加速度。

2.水對(duì)自由顆粒的阻力

&/心/2)

式中：FD——水對(duì)顆粒的阻力；

力——阻力系數(shù)；

A——自由顆粒的投影面積；

"s——顆粒在水中的運(yùn)動(dòng)速度，即顆粒沉速。

球狀顆粒自由沉淀的沉速公式:

當(dāng)顆粒所受外力平衡時(shí)，

即：丫避（2一人）=兄工—（8/公/2）

1a1

因：V^-nd\A^-nd2

64

得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：

-|1/2

4gss-PL），d

.3"_

當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周?chē)睦@流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的

黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。

在層流狀態(tài)下，7=24/Re,帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式（亦稱斯托克斯

定律）：~--gd2

式中:〃——水的動(dòng)力黏度。

斯托克斯定律：U^—-PS~PL-g-d2

S18〃

由上式可知，顆粒沉降速度“s與下述因素有關(guān)：

1、當(dāng)Ps大于PL時(shí)，A-PL為正值，顆粒以“S下沉；

2、當(dāng)心與加相等時(shí)，〃S=0,顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；

3、小小于PL時(shí)，2S-0L為負(fù)值，顆粒以“S上浮，可用浮上法去除。

4、"S與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），

提高去除效果。

5'%與"成反比，〃隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。

四、沉淀池的工作原理

理想沉淀池：分為：進(jìn)口區(qū)域、沉淀區(qū)域、出口區(qū)域、污泥區(qū)域四個(gè)部分。

理想沉淀池的幾個(gè)假定：

1、沉淀區(qū)過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度均相同，水平流速為心

2、懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為〃；

3、在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔希?/p>

4、顆粒一經(jīng)沉到池底，即認(rèn)為已被去除。

當(dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后，一方面隨著水流在水平方向流動(dòng)，其水平流速丫等于水流速度；

v=qjA'=qv/（H乂b）

式中：v—顆粒的水平分速；

q、---進(jìn)水流量；

——沉淀區(qū)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，Hxb；

H—沉淀區(qū)的水深；

b——沉淀區(qū)寬度。

另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度“。顆

粒運(yùn)動(dòng)的軌跡為其水平分速V和沉速U的矢量和，在沉淀過(guò)程中，是一組傾斜的直線，其坡

度i=u/v(>

設(shè)“0為某一指定顆粒的最小沉降速度。

1、當(dāng)顆粒沉速"初。時(shí)，無(wú)論這種顆粒處于進(jìn)口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，

即左上圖中的跡線與

2、當(dāng)顆粒沉速時(shí)，位于水面的顆粒不能沉到池底，會(huì)隨水流出，如左下圖中軌跡孫"

所示；而當(dāng)其位于水面下的某一位置時(shí)，它可以沉到池底而被去除，如圖中軌跡x'y所

示。說(shuō)明對(duì)于沉速“小于指定顆粒沉速，，0的顆粒，有一部分會(huì)沉到池底被去除。

設(shè)沉速為陽(yáng)的顆粒占全部顆粒的dP,其中的顆粒將會(huì)從水中沉到池底而去除。

在同一沉淀時(shí)間下式成立：h-uA-t；H=u0-t

hu

故：bh/H=u}/u()—?dP=」dP

Hw0

對(duì)于沉速為M的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：

Cl,o

”o%/〃0必=714/dP

J0

而沉淀池能去除的顆粒包括它“0以及的兩部分，故沉淀池對(duì)懸浮物的去除率為：

7-(1-^)+—I”f0udP

〃。J°

式中：P。一沉速小于曲的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的比例；

(l-Po)——沉速到0的顆粒去除率。

上頁(yè)圖的運(yùn)動(dòng)跡線中的相似三角形存在著如下的關(guān)系：

v/uQ-L/Hv=ua-(L/H)

將上式帶入式中v=qv/A'=qv/Hxb并簡(jiǎn)化后得出：

qv=ua-(L/H)-H-b-uQ-Au0-/A

qJA——反映沉淀池效力的參數(shù)，一般稱為沉淀池的表面負(fù)荷率，或稱沉淀池的過(guò)流率,

用符號(hào)q表示：，，

q=q、/A

理想沉淀池中，“°與“在數(shù)值上相同，但它們的物理概念不同：

no的單位是m/h；g表示單位面積的沉淀池在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的流量，單位是m3/(m2h)o

故只要確定顆粒的最小沉速“0,就可以求得理想沉淀池的過(guò)流率或表面負(fù)荷率。

理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積4有關(guān)，與池深，無(wú)關(guān)，叩與池的體積V無(wú)關(guān)。

2.3沉砂池

沉砂池的作用：從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無(wú)機(jī)顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后

續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。

沉砂池的工作原理：以重力或離心力分離為基礎(chǔ)，即將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在

只能使相對(duì)密度大的無(wú)機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒則隨水流帶走。

沉砂池的幾種形式：平流式、豎流式、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等。

沉砂池工程設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)原則與主要參數(shù)：

1、城市污水廠一般均設(shè)置沉砂池，并且沉砂池的個(gè)數(shù)或分格數(shù)應(yīng)不小于2；工業(yè)污

水是否要設(shè)置沉砂池，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況而定。

2、設(shè)計(jì)流量應(yīng)按分期建設(shè)考慮：最大時(shí)流量、最大組合流量、合流制流量

3、沉砂池去除的砂粒相對(duì)密度為2.65,粒徑為0.2mm以上。

4、城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3計(jì)算，其含水率約為60%,容重

約1500kg/m3),

5、貯砂斗的容積應(yīng)按2d沉砂量計(jì)算，貯砂斗壁的傾角不應(yīng)小于55°,排砂管直徑

不應(yīng)小于200mm。

6、沉砂池的超高不宜小于0.3m。

一、平流式沉砂池

平流式沉砂池是一種最傳統(tǒng)的沉砂池，它構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定。

1、平流式沉砂池的系統(tǒng)參數(shù)

(1)污水在池內(nèi)的最大流速為0.3m/s,最小流速為0.15m/s；

(2)最大流量時(shí)，污水在池內(nèi)的停留時(shí)間不少于30s,一般為30~60s；

(3)有效水深應(yīng)不大于1.2m,一般采用0.25~1.0m,池寬不小于0.6m；

(4)池底坡度一般為0.01~0.02,當(dāng)設(shè)置除砂設(shè)備時(shí)，可根據(jù)除砂設(shè)備的要求，考慮

池底形狀。

2、平流式沉砂池的計(jì)算公式

(1)長(zhǎng)度L

L=vt

式中：v——最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的速度，m/s；

t—最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間,So

(2)水流斷面面積A

A=4、max/U

式中：《vmax---最大設(shè)計(jì)流量，m%。

(3)池總寬度方

b=A/hi

式中：h2—設(shè)計(jì)有效水深。

(4)貯砂斗所需容積V

q、786400

y_/VM__________________________

段/。6

式中:x—城市污水的沉砂量，一般采用30m3/(106m3污水)；

T—排砂時(shí)間的間隔,d;

kz——生活污水流量的總變化系數(shù)。

(5)貯砂斗個(gè)部分尺寸計(jì)算

設(shè)貯砂斗底寬4=0.5m；斗壁與水平面的傾角為60。；則貯砂斗的上口寬打?yàn)?

4tg60°

貯砂斗的容積V1：

Vj=i/2'3(S,+52+7V5；)

式中田3——貯砂斗高度，m；

0,S2——貯砂斗上口和下口的面積。

(6)貯砂室的高度〃3

設(shè)采用重力排砂，池底坡度i=6%,坡向砂斗，則：

%=h1+0.06l2=/Z'3+0.06(L-2b2-b')/2

(7)池總高度/?

〃=4+為+為

式中：加---超高，m；

h2---有效水深,m;

必——貯砂斗高度,m。

(8)核算最小流速Vmin

Vmin=4vmin/n\'Anin

式中:qvmin---設(shè)計(jì)最小流量，m3/s；

n\——最小流量時(shí)工作的沉砂池?cái)?shù)目；

Amin——最小流量時(shí)沉砂池中的水流斷面面積，n?。

二、曝氣沉砂池

曝氣沉砂池的特點(diǎn)：由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分

解、除泡以及加速污水中油類(lèi)的分離等作用；沉砂中含有機(jī)物的量低于5%。

1、曝氣沉砂池的構(gòu)造：

(1)、曝氣沉砂池是一個(gè)長(zhǎng)形渠道，沿渠道壁一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度上，距池底約60~90cm處

設(shè)置曝氣裝置；

(2)、在池底設(shè)置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保證砂粒滑入砂槽；

(3)、為了使曝氣能起到池內(nèi)回流作用，在必要時(shí)可在設(shè)置曝氣裝置的一側(cè)裝設(shè)擋板。

2、曝氣沉砂池的工作原理

污水在池中存在著兩種運(yùn)動(dòng)形式，其一為水平流動(dòng)(一般流速O.lm/s),同時(shí)在池的橫

斷面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)(旋轉(zhuǎn)流速0.4m/s),整個(gè)池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋狀前進(jìn)的流動(dòng)形式。

由于曝氣以及水流的螺旋旋轉(zhuǎn)作用，污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦，并受到氣泡上

升時(shí)的沖刷作用，使粘附在砂粒上的有機(jī)污染物得以去除，沉于池底的砂粒較為純凈，有機(jī)

物含量只有5%左右，長(zhǎng)期擱置也不至于腐化。

3、曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)水平流速一般取0.08~0.12m/s。

(2)污水在池內(nèi)的停留時(shí)間為4~6min；雨天最大流量時(shí)為1~3min。如作為預(yù)曝氣，

停留時(shí)間為10~30min。

(3)池的有效水深為2~3m,池寬與池深比為池的長(zhǎng)寬比可達(dá)5,當(dāng)池長(zhǎng)寬比

大于5時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置橫向擋板。

(4)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(yīng)

有調(diào)節(jié)閥門(mén)。

(5)曝氣沉砂池的形狀應(yīng)盡可能不產(chǎn)生偏流和死角，在砂槽上方宜安裝縱向擋板，進(jìn)

出口布置，應(yīng)防止產(chǎn)生短流。

2.4沉淀池

沉淀池按使用功能分：

1、初次沉淀池：生物處理法中的預(yù)處理，去除約30%的BODs，55%的懸浮物

2、二次沉淀池：生物處理構(gòu)筑物后,是生物處理工藝的組成部分

沉淀池按水流方向分：

1、平流式：池型：長(zhǎng)方形一端進(jìn)水,另一端出水，貯泥斗在池進(jìn)口

2、豎流式：池內(nèi)水流由下向上，池型:多為圓形，有方形或多角形，池中央進(jìn)水，池四

周出水，貯泥斗在池中央

3、輻流式：池內(nèi)水流向四周輻流，池型:多為圓形，有方形或多角形，池中央進(jìn)水，池

四周出水，貯泥斗在池中央

沉淀池由五部分組成：

(1)進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)的功能是使水流的進(jìn)入與流出保持平穩(wěn)，以提高沉淀效率。

(2)沉淀區(qū)是沉淀進(jìn)行的主要場(chǎng)所。

(3)貯泥區(qū)貯存、濃縮與排放污泥。

(4)緩沖區(qū)避免水流帶走沉在池底的污泥。

沉淀池的運(yùn)行方式：

(1)間歇式：工作過(guò)程：進(jìn)水、靜止、沉淀、排水。污水中可沉淀的懸浮物在靜止時(shí)完

成沉淀過(guò)程，由設(shè)置在沉淀池壁不同高度的排水管排出.

(2)連續(xù)式：污水連續(xù)不斷地流入與排出。污水中可沉顆粒的沉淀在流過(guò)水池時(shí)完成，

這時(shí)可沉顆粒受到重力所造成的沉速與水流流動(dòng)的速度兩方面的作用

沉淀池特點(diǎn)與適用條件:

池型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件

1.對(duì)沖擊負(fù)荷和溫采用多斗排泥，每個(gè)泥斗1.適用地下水位較高

度變化的適應(yīng)能需單獨(dú)設(shè)排泥管各自排及地質(zhì)較差的地區(qū)；

平流式力較強(qiáng)；泥，操作工作量大，采用

機(jī)械排泥，機(jī)件設(shè)備和驅(qū)2.適用于大、中、小

2.施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低動(dòng)件均浸于水中，易銹蝕型污水處理廠

1.池深度大，施工困難；

1.排泥方便，管理簡(jiǎn)

2.對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化

單；適用于處理水量不大

豎流式的適應(yīng)能力較差；

的小型污水處理廠

3.造價(jià)較高；

2.占地面積較小

4.池徑不宜太大

1.采用機(jī)械排泥，運(yùn)1.適用于地下水位較

1.池水水流速度不穩(wěn)定；

行較好，管理較簡(jiǎn)單；高的地區(qū)；

輻流式2.機(jī)械排泥設(shè)備復(fù)雜，對(duì)

2.排泥設(shè)備已有定型2.適用于大、中型污

施工質(zhì)量要求較高

產(chǎn)品水處理廠

沉淀池的一般設(shè)計(jì)原則及參數(shù)：

1.設(shè)計(jì)流量

沉淀池的設(shè)計(jì)流量與沉砂池的設(shè)計(jì)流量相同。

在合流制的污水處理系統(tǒng)中，當(dāng)廢水是自流進(jìn)入沉淀池時(shí)，應(yīng)按最大流量作為設(shè)計(jì)流量；

當(dāng)用水泵提升時(shí)，應(yīng)按水泵的最大組合流量作為設(shè)計(jì)流量。在合流制系統(tǒng)中,應(yīng)按降雨時(shí)的

設(shè)計(jì)流量校核，但沉淀時(shí)間應(yīng)不小于30min。

2.沉淀池的只數(shù)

對(duì)于城市污水廠，沉淀池的個(gè)數(shù)不應(yīng)少于2只。

3.沉淀池的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

對(duì)于城市污水處理廠，如無(wú)污水沉淀性能的實(shí)測(cè)資料時(shí)，可參照教材表10-8的經(jīng)驗(yàn)參

數(shù)選用。

4.沉淀池的有效水深、沉淀時(shí)間與表面水力負(fù)荷的相互關(guān)系，見(jiàn)教材表10-9。

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60。，

圓斗不宜小于55。；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(fù)荷:對(duì)初沉池，應(yīng)不大于2.9L/(s-m);對(duì)二

次沉淀池，一般取1.5-2.9L/(s-m)o

亦可采用多槽出水布置，以提高出水水質(zhì)。

7.貯泥斗的容積

一般按不大于2d的污泥量計(jì)算。對(duì)二次沉淀池，按貯泥時(shí)間不超過(guò)2h計(jì)。

8.排泥部分

沉淀池一般采用靜水壓力排泥，靜水壓力數(shù)值如下：初次沉淀池不應(yīng)小于14.71kPa

(1.5mH2O)；活性污泥法的二沉池應(yīng)不小于8.83kPa(0.9mH2。)；生物膜法的二沉池應(yīng)不

小于11.77kPa(1.2mH2O)o

一、平流式沉淀池

1、平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特點(diǎn)

?進(jìn)水區(qū)有整流措施，保證入流污水均勻穩(wěn)定地進(jìn)入沉淀池。

?出水區(qū)設(shè)出水堰，控制沉淀池內(nèi)的水面高度，保證沉淀池內(nèi)水流的均勻分布。

?沉淀池應(yīng)沿整個(gè)出流堰的單位長(zhǎng)度溢流量相等，對(duì)于初沉池一般為250m3/(m.d),二

沉池為130-250m3/(md)?

?鋸齒形三角堰應(yīng)用最普遍，水面宜位于齒高的1/2處。

?為適應(yīng)水流的變化或構(gòu)筑物的不均勻沉降，在堰口處需要設(shè)置能使堰板上下移動(dòng)的調(diào)節(jié)

裝置，使出口堰口盡可能水平.

?堰前應(yīng)設(shè)置擋板，以阻攔漂浮物，或設(shè)置浮渣收集和排除裝置。

?多斗式沉淀池，不設(shè)置機(jī)械刮泥設(shè)備。每個(gè)貯泥斗單獨(dú)設(shè)置排泥管，各自獨(dú)立排泥，互

不干擾，保證沉泥的濃度。

2、平流式沉淀池的設(shè)計(jì)

(1).沉淀池的表面積A

4_以"600

zi一

q

式中：/max---最大設(shè)計(jì)流量,nrVs；

q——表面水力負(fù)荷，n?/(m2.h),初沉池一般取1.5-3m3/(m2.h),二沉池一般取

l~2m3/(m2-h)?

(2).沉淀區(qū)有效水深h2

h2-q-t

式中：t——沉淀時(shí)間,h,初沉池一般取l~2h,二沉池一般取1.5~2.5h。沉淀區(qū)有效水深h2通

常取2~3m。

(3).沉淀區(qū)有效容積V,

乂=A.4

或

匕=4maxX”3600

(4).沉淀池長(zhǎng)度L

L=v-tx3.6

式中：v---最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速,mm/s;一般不大于5mm/s。

(5).沉淀池總寬度6

b^A/L

(6).沉淀池的個(gè)數(shù)〃

n-b/b

式中：b'---每個(gè)沉淀池寬度。

平流式沉淀池的長(zhǎng)度一般為30~50m,為了保證污水在池內(nèi)分布均勻，池長(zhǎng)與池寬比不

小于4,以4~5為宜。

(7).污泥區(qū)容積

對(duì)于生活污水，污泥區(qū)的總?cè)莘eV：

v=^L

1000

式中：5——每人每日的污泥量，L/(d?人)，可參考教材表10-8；

N——設(shè)計(jì)人口數(shù)，人；

T——污泥貯存時(shí)間，d。

(8).沉淀池的總高度人

h—hyh2

=hy+4+4+h”4

式中：h\---沉淀池超高,m;一般取0.3m；

h2——沉淀區(qū)的有效深度，m；

〃3——緩沖層高度，m；無(wú)機(jī)械刮泥設(shè)備時(shí)，取0.5m；有機(jī)械刮泥設(shè)備時(shí)，其上緣應(yīng)

高出刮板0.3m；

hA——污泥區(qū)高度，m；

仙，----泥斗高度，m；

〃4"-----梯形的高度，m。

（9）.污泥斗的容積Vi

乂=；%0+52+7^）

式中:$——污泥斗的上口面積,m2；

52——污泥斗的下口面積，m2。

（10）.污泥斗以上梯形部分污泥容積匕

匕=也芋川"

式中：L,——梯形上底邊長(zhǎng),m；

L2---梯形上底邊長(zhǎng)，m。

二、豎流式沉淀池

1、豎流式沉淀池的工作原理

在豎流式沉淀池中，污水是從下向上以流速v做豎向流動(dòng)，廢水中的懸浮顆粒有以下三

種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：

當(dāng)心V時(shí)，顆粒將以"W的差值向下沉淀，顆粒得以去除；

當(dāng)“=v時(shí)，則顆粒處于隨遇狀態(tài)，不下沉也不上升；

當(dāng)“3時(shí)，顆粒將不能沉淀下來(lái)，會(huì)被上升水流帶走。

當(dāng)顆粒屬于自由沉淀類(lèi)型時(shí)，其沉淀效果（在相同的表面水力負(fù)荷條件下）豎流式沉淀

池的去除率要比平流式沉淀池低。

當(dāng)顆粒屬于絮凝沉淀類(lèi)型時(shí)，由于在池中的流動(dòng)存在著各自相反的狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)上升

著的顆粒與下降著的顆粒，上升顆粒與上升顆粒之間、下沉顆粒與下沉顆粒之間的相互接觸、