1 沉淀的基础理论
1.1 概述
沉淀是水处理中最基本的方法之一。它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力场的作用下产生下沉，已达到固液分离的一种过程。这种工艺简单易行，应用非常广泛，可以是整个水处理过程中的某一工序。
在典型的污水处理场中，沉淀的四种用法：
用于废水的预处理：如沉砂池；
污水进入生物处理构筑物前的初步处理：初沉池；
生物处理后的固液分离：二沉池；
污泥处理阶段的污泥浓缩：污泥浓缩池。
1.2 沉淀的类型
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能强弱、浓度的高低以及可沉降颗粒的性质（如密度等），沉淀通常可分为四种不同的类型，如表1：
1.3 自由沉降及其理论基础
沉淀法的去除对象：颗粒在10μm以上的可沉固体。
当颗粒粒径变小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的扰流流速也小时，可以主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是出于层流状态。
Stokes公式：
式中：
—颗粒的沉降速度，m/s；
、—分别为颗粒剂水的密度，kg/m3；
g—重力加速度，m/s2；
d—颗粒的粒径，m；
—水的粘度，Pa?s。
Stokes公式说明的问题：
1、 颗粒与水的密度差愈大，沉降速率也愈大，颗粒密度大于水密度时，颗粒下沉，颗粒密度小于水密度时，颗粒上浮，二者相等时，颗粒既不上浮也不下沉；
2、 水的粘度愈小，沉降速率愈快，成反比关系。因粘度愈水温成反比，故提高水温有利于颗粒的沉降；
3、 颗粒直径愈大，沉速愈快，因此随颗粒度的下降，颗粒的沉降速度会迅速降低。实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况一般较少，所以一般沉降只能去除d＞20μm的颗粒。
1.4 絮凝沉淀
在絮凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离去除的水处理法。
2 沉淀池的种类
2.1 按功能分
按功能分为初次沉淀池、二次沉淀池。
初次沉淀池：简称初沉池，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：简称二沉池，生物处理构筑物后，是生物处理工艺的组成部分。
2.2 按水流方向分
沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。
2.2.1 普通沉淀池
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：
平流式沉淀池：池型为长方形，一段进水，另一端出水，贮泥斗在池进口；
竖流式：池内水流由下向上，齿形多为圆形，有方形或多角形池，中央进水，池四周出水，贮泥斗在池中央；
辐流式沉淀池：池径较大的圆形池，水流从池中心以辐流形式流向池周，也可从周边流进池中心，贮泥斗在池中央。
2.2.2 浅层沉淀池
浅层沉淀池：根据浅层理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或蜂窝斜管，增加了沉降面积、改善了水力条件，以提高水的沉淀效率。
3 各沉淀池的结构形式
沉淀池均包括5个功能区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。
入流区和出流区是进行配水和集水，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。
3.1 平流沉淀池
池型呈长方形，废水从池的一端流人，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其它部位池底有坡度，倾向贮泥斗。其示意图如下：
3.1.1 平流式沉淀池的主要组成部分及作用：
一、进水区
为了使入流的污水能均匀与稳定的进入沉淀池，在污水入口处应设置整流措施。流入装置作用是消能，使废水均匀分布。流入装置是横向潜孔，潜孔均匀地分布在整个宽度上；在潜孔前设挡板,挡板高出水面0.15－0.2m，伸入水下的深度不小于0.2m。也有潜孔横向水平排列的流入装置。入口的整流措施如图2：
二、出水区
出水装置多采用自由堰形式。设置出水堰不仅可控制沉淀池内水面高度，而且对沉淀池内水流的均匀分布有着直接影响。出水堰形式有水平堰、三角堰和梯形堰。目前多采用锯齿形溢流堰，水面宜高于齿高的1/2处。严办材料可采用钢板或UPVC板。
堰前可设置挡板以阻挡漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。挡板高出池内水面0.1~0.15m，浸没在水面下0.3~0.4m，并距出口0.25~0.5m。
出水槽：沉淀池的出水槽沿途接纳出流堰流出的水，故槽内流系属非均匀稳定流，当沿槽长流入流量均匀，且为自由流入，出水槽出口为自由跌落时，其出口处的水深为临界水深。一般可取b=h0=0.9Q0.4。
沉淀区
是可沉降颗粒与废水分离的区域，同时使进出水均匀。
四、污泥区
污泥区：排除沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。在池的前部设贮泥斗，其中的污泥通过排泥管借1.5－2.0m的静水压力排出池外，池底坡度一般为0.01－0.02。沉降在沉淀池其它部位的污泥通过机械装置集中到贮泥斗中。刮泥设备是桥式行车刮泥机或链带式刮泥机。也可采用多斗式排泥。
缓冲层
缓冲层则是分隔沉淀区和污泥区的水层，保证已沉下的颗粒不因水流搅动而再行浮起。
3.1.2 平流沉淀池的特点
对冲击负荷和温度变化适应能力强，施工简单，造价低；
多采用多斗排泥，操作工作量大，采用机械排泥时，机械设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀；
适用于地下水较高及地质较差的地区，适用于大、中、小型污水处理厂。
3.2 竖流沉淀池
3.2.1 竖流沉淀池的结构
竖流式沉淀池多呈圆形，也有采用方形和多角形的。直径或边长一般在8m以下，多介于4－7m之间。沉淀池上部呈柱状部分为沉淀区，下部呈截头锥状的部分为污泥区，在二区之间留有缓冲层0.3m。
废水从中心管流入，由下部流出，通过反射板的阻拦向四周分布，然后沿沉淀区的整个断面上升，沉淀后的出水由池四周溢出。流出区设于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直径大于7m，一般要考虑设辐射式集水槽与池边环形集水槽相通。
3.2.2 竖流沉淀池的特点
排泥方便，占地面积小；
池子深度小，施工困难，对冲击负荷及温度变化的适应能力较差，造价高，池径不宜太大
适用于水量不大的小型污水处理厂。
3.3 辐流式沉淀池
3.3.1 竖流沉淀池的结构
辐流式沉淀池亦称辐射式沉淀池。池型多呈圆形，小型池子有时亦采用正方形或多角形。池的进、出口布置基本上与竖流池相同，进口在中央，出口在周围。但池径与池深之比，辐流池比竖流池大许多倍。直径一般介于20－30m之间，但变化幅度可为6－60m，最大甚至可达m，池中心深度约为2.5－5.0m，池周深度则约为1.5－3.0m。水流在池中呈水平方向向四周辐(射)流，由于过水断面面积不断变大，故池中的水流速度从池中心向池四周逐渐减慢。泥斗设在池中央，池底向中心倾斜，污泥通常用刮泥(或吸泥)机械排除。
在池中心处设中心管，污水从池底的进水管进入中心管，在中心管的周围通常用穿孔障板围成入流区，使污水在沉淀池内得以均匀流动。
流出区设置于池周，采用三角堰或淹没式溢流孔。
为了拦截表面的漂浮物质，在出水堰前设置挡板和浮渣手机排出设备。
3.3.2 辐流沉淀池的特点
多为机械排泥，机械排泥设备复杂，对施工质量要求高；
池内水流速不稳定，沉淀效果较差；
适用于地下水位较高的地区，及大中型污水处理厂。
3.4 斜板（管）沉淀池
斜板（管）沉淀池是根据“浅层沉淀”理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或蜂窝斜管，以提高水的沉淀效率的新型沉淀池。是向着理想沉淀池的逼近，其沉淀界限是理想沉淀池，它具有沉淀效率高、停留时间短、占地小等优点。
按水流与沉泥的相对运动方向，斜板（管）沉淀池可分为毅向流、同向流和侧向流三种形式。污水处理中主要采用升流式异向流斜板（管）沉淀池。
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