沉淀池设计计算(平流式辐流式竖斜板)

作者:浙江体彩网 | 2020-10-16 14:13

  沉淀池设计计算(平流式,辐流式,竖流式,斜板)_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。沉淀池 沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的处理构筑物,是废水 处理中应用最广泛的处理单元之一,可用于废水的处理、生物处理的后处理以及深度处理。 在沉砂池应用沉淀原理可以去除水中

  沉淀池 沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的处理构筑物,是废水 处理中应用最广泛的处理单元之一,可用于废水的处理、生物处理的后处理以及深度处理。 在沉砂池应用沉淀原理可以去除水中的无机杂质, 在初沉池应用沉淀原理可以去除水中的悬 浮物和其他固体物, 在二沉池应用沉淀原理可以去除生物处理出水中的活性污泥, 在浓缩池 应用沉淀原理分离污泥中的水分、 使污泥得到浓缩, 在深度处理领域对二沉池出水加絮凝剂 混凝反应后应用沉淀原理可以去除水中的悬浮物。 沉淀池包括进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区五个部分。进水区和出水区的作 用是使水流均匀地流过沉淀池, 避免短流和减少紊流对沉淀产生的不利影响, 同时减少死水 区、提高沉淀池的容积利用率;沉淀区也称澄清区,即沉淀池的工作区,是沉淀颗粒与废水 分离的区域;污泥区是污泥贮存、浓缩和排出的区域;缓冲区则是分隔沉淀区和污泥区的水 层区域,保证已经沉淀的颗粒不因水流搅动而再行浮起。 沉淀池的原理 沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向卜流动速度、 或向下沉淀时 间小于水流流出沉淀池的时间时能与水流分离的原理实现水的净化。 理想沉淀池的处理效率只与表面负荷有关, 即与沉淀池的表面积有关, 而与沉淀池的深 度无关, 池深只与污泥贮存的时间和数量及防止污泥受到冲刷等因素有关。 而在实际连续运 行的沉淀池中, 由于水流从出水堰顶溢流会带来水流的上升流速, 因此沉淀速度小于上升流 速的颗粒会随水流走,沉淀速度等于卜-升流速的颗粒会悬浮在池中,只有沉淀速度大于上 升流速的颗粒才会在池中沉淀下去。 而沉淀颗粒在沉淀池中沉淀到池底的时间与水流在沉淀 池的水力停留时间有关,即与池体的深度有关。 理论上讲,池体越浅,颗粒越容易到达池底,这正是斜管或斜板沉淀池等浅层沉淀池的 理论依据所在。 为了使沉淀池中略大于上升流速的颗粒沉淀下去和防止已沉淀下去的污泥受 到进水水流的扰动而重新浮起, 因而在沉淀区和污泥贮存区之间留有缓冲区, 使这些沉淀池 中略大于上升流速的颗粒或重新浮起的颗粒之间相互接触后,再次沉淀下去。 用沉淀池的类型 按水流方向划分,沉淀池可分为平流式、辐流式和竖流式三种,还有根据“浅层理论” 发展出来的斜板(管)沉淀池。各自的优缺点和适用范围见表 3—3。 什么是沉淀池的水力负荷 沉淀池的水力负荷也就是沉淀池的表面水力负荷, 即沉淀池单位时间内单位面积所承受 的水量,单位是 m3/(m2·h)。根据表面水力负荷可以设计和确定沉淀池澄清区的面积和有 效水深。 沉淀池的水面上升流速和其水力负荷在数值上是相同的, 但两者的单位和意义不同, 上 升流速的单位是 m /h。 比如说在竖流式沉淀池中, 只有沉降速度大于沉淀池水面上升流速的 杂质颗粒才能在沉淀池中沉淀去除, 而沉降速度等于或小于沉淀池水面上升流速的杂质颗粒 会随水流溢流出去; 而在平流式沉淀池中, 部分沉降速度小于沉淀池水面上升流速的杂质颗 粒也会被沉淀去除。 沉淀池的固体通量 沉淀池的固体通量也叫固体表面负荷,即沉淀池单位时间内单位面积所承受的固体质 量,单位是 kg/(m2·h)。 固体通量是初次沉淀池和二次沉淀池的关键运行控制指标, 污泥浓缩池也利用固体通量 作为控制运行的重要参数。 设置沉淀池的一般要求有哪些 (1)沉淀池的个数或分格数一般不少于2个, 为使每个池子的人流量均等, 要在人流口处 设置调节阀,以便调整流量。池子的超高不能小于0.3m,缓冲层为0.3m~0.5m。 (2)一般沉淀池的停留时间不能小于1h,有效水深多为2~4m(辐流式沉淀池指周边水 深),当表面负荷一定时,有效水深与沉淀时间之比也为定值。 (3)沉淀池采用机械方式排泥时,可以间歇排泥或连续排泥。不用机械排泥时,应每日 排泥,初沉池的静水头不应小于1.5m,二沉池的静水头,生物膜法后不应小于1.2m,活性 污泥法后不应小于0.9m。 (4)采用多斗排泥时,每个泥斗均应没单独的排泥管和阀门,排泥管的直径不能小于 200mm。污泥斗的斜壁与水平面的倾角,采用方斗时不能小于60°,采用圆斗时不能小于55 (5)当采用重力排泥时,污泥斗的排泥管一般采用铸铁管,其下端伸入斗内,顶端敞口 伸出水面,以便于疏通,在水面以下1.5~2.0m 处,由排泥管接出水平排泥管,污泥借静 水压力由此管排出池外。 (6)使用穿孔排泥管排泥时,排泥管长度应在15m 以内,排泥管管径150~200mm,孔径 15~25mm,孔眼内流速4~5m/s,孔眼总面积与管截面积的比值为0.6~0.8,孔眼向下成 45°~60°交错排列。为防止排泥管堵塞,应设压力水冲洗管,根据堵塞情况及时疏通。 (7)进水管有压力时,应设置配水井,进水管由配水井池壁接人,且应将进水管的进口 弯头朝向井底。沉淀池进、出水区均应设置整流设施,同时具备刮渣设施。 (8)沉淀池的出水整流措施通常为溢流式集水槽,出水堰可用三角堰、孔眼等形式,普 遍采用的是直角锯齿形三角堰,堰口齿深通常为50mm,齿距为200mm 左右,正常水面应当位 于齿高的1/2处。堰口设置可调式堰板上下移动机构,在必要时可以调整。 (9)沉淀池最大出水负荷,初沉池不宜大于2.9L/(s·m),二沉池不宜大于1.7 L/ (s·m)。在出水堰前必须设置收集与排除浮渣的措施,如果使用机械排泥,排渣和排泥可以 综合考虑。 平流式沉淀池的基本要求有哪些 平流式沉淀池表面形状一般为长方形, 水流在进水区经过消能和整流进入沉淀区后, 缓 慢水平流动,水中可沉悬浮物逐渐沉向池底,沉淀区出水溢过堰口,通过出水槽排出池外。 平流式沉 淀池基本要求如下: (1)平流式沉淀池的长度多为30~50m, 池宽多为5~10m, 沉淀区有效水深一般不超过3m, 多为2.5~3.0m。为保证水流在池内的均匀分布,一般长宽比不小于4:1,长深比为8~12。 (2)采用机械刮泥时,在沉淀池的进水端设有污泥斗,池底的纵向污泥斗坡度不能小于 0.01,一般为0.01~0.02。刮泥机的行进速度不能大于1.2m/min,一般为0.6~0.9m /min。 (3)平流式沉淀池作为初沉池时, 表面负荷为1~3m3/(m·h), 最大水平流速为7mm/s; 作为二沉池时,最大水平流速为5mm/s。 (4)人口要有整流措施,常用的人流方式有溢流堰一穿孔整流墙(板)式、底孑 L 人流一 挡板组合式、 淹没孔人流一挡板组合式和淹没孔人流一穿孔整流墙(板)组合式等四种。 使用 穿孔整流墙(板)式时, 整流墙上的开孔总面积为过水断面的6%~20%, 孔口处流速为0. 15~ 0.2m/s,孔口应当做成渐扩形状。 (5)在进出口处均应设置挡板,高出水面0.1~0.15m。进口处挡板淹没深度不应小于 0.25m,一般为0.5~1.0m;出口处挡板淹没深度一般为0.3~0.4m。进口处挡板距进水 口0.5~1.0m,出口处挡板距出水堰板0.25~0.5m。 (6)平流式沉淀池容积较小时,可使用穿孔管排泥。穿孔管大多布置在集泥斗内,也可 布置在水平池底上。沉淀池采用多斗排泥时,泥斗平面呈方形或近于方形的矩形,排数一般 不能超过两排。 大型平流式沉淀池一般都设置刮泥机, 将池底污泥从出水端刮向进水端的污 泥斗,同时将浮渣刮向出水端的集渣槽。 (7)平流式沉淀池非机械排泥时缓冲层高度为0. 5m, 使用机械排泥时缓冲层上缘宜高出 刮泥板0.3m。 例:某城市污水处理厂的最大设计流量 Q=0.2m3/s,设计人数 N=10万人,沉淀时间 t=1.5h。 采用链带式机刮泥,求平流式沉淀池各部分尺寸。 1.池子的总表面积 设表面负荷 q=2m3/m2.h A=Q*3600/q=360m2 2.沉淀部分有效水深 h2=qt=2*1.5=3.0m 3.沉淀部分有效容积 V=Qt*3600=1080m3 4.池长 设水平流速 u=3.7mm/s 5.池子总宽度 B=A/L=360/20=18m 6.池子个数,设每格池宽 b=4.5m,n=B/b=18/4.5=4个 7.校核长宽比,长深比 长宽比:L/B=20/4.5=4.44 (符合要求 ) 长深比:L/h2=20/2.4=8.3 (符合要求) 8.污泥部分所需的总容积 设 T=2d,污泥量为25g/人.d,污泥含水率为95% 则 S=25*100/{(100-95)*1000}=0.5L/人.d V=SNT/1000=0.5*100000*2/1000=100m3 L=3.7*1.5*3600/1000=20m 9.每格污泥池所需要的容积为 V’=100/4=25m3 H=0.3+2.4+0.5+3.62=6.82m 竖流式沉淀池 竖流式沉淀池池体为圆形或方形, 污水从中心管的进口进人池中, 通过反射板的拦阻向 四周分布于整个水平断面上, 缓慢向上流动。 沉降速度大于水流上升速度的悬浮颗粒下沉到 污泥斗中,上清液则由池顶四周的出水堰口溢流到池外。竖流式沉淀池基本要求如下: (1)为保证池内水流的自下而上垂直流动、防止水流呈辐流状态,圆池的直径或方池的 边长与沉淀区有效水深的比值一般不大于3, 池子的直径一般为4. 0~7. 最大不超过10m。 0m, 圆池直径或正方形池边长 D≤7m 时,沉淀出水沿周边流出;D≥7m 时,应增加辐射式集水支 渠。 (2)水流在竖流式沉淀池内的上升流速为0.5~1.0mm/s,沉淀时间为 l~1.5h。中 心管内的流速一一般应大于100mm/s, 其下出口处设有喇叭口和反射板。 反射板板底距泥面 至少0.3m,喇叭口直径及高度均为中心管直径的1.35倍,反射板直径为喇叭口直径的1.3 倍,反射板表面与水平面的倾角为17。 (3)喇叭口下沿距反射板表面的缝隙高度为0.25~0.50m,作为初沉池时缝隙中的水流 速度应不大于30mm/s,作为二沉池时缝隙中的水流速度应不大于20mm/s。 (4)锥形贮泥斗的倾角为45。~60。 ,排泥管直径不能小于200mm,排泥管口与池底的距 离小于0.2m,敞口的排泥管上端超出水面不能小于0.4m。浮渣挡板淹没深度0.3~0.4m, 高出水面0.1~0.25m,距集水槽0.25~0.50m。 3 例:某城市人口 N=6W 人,Qmax=0.13m /s,设计竖流式沉淀池。 1.中心管的面积和直径: 3 中心管流速0.03m/s,设池子数为4,则 qmax=Qmax/4=0.0325m /s 2 f1=qmax/v0=0.0325/0.03=1.08m d0 = 4 f1 = π 4 × 1.08 = 1.17m 3.14 2.沉淀池有效断面积 3 2 设表面负荷 q=2.52m /(m .h) 则上升流速 v=q=2.52m/h 2 f2=qmax/v=0.0325 × 3600 ÷ 2.52=46.43m 3.沉淀池直径 2 每座沉淀池总面积 A=f1+f2=46.43+1.08=47.7m D= 4 f1 = π 4 × 47.71 = 7.8m 10m 3.14 4.沉淀池有效水深 h2 设沉淀时间 t=1.5h 则 h2=vt=2.52 × 1.5=3.78m 5.校核径深比 D/h2=7.8/3.78=2.063,符合要求 6.校核集水槽每米出水堰的过水负荷 q0 q0 = qmax 0.0325 = × 1000 = 1.33L / s 2.9 L / s 合格 πD 3.14 × 7.8 7.污泥体积 设污泥清除时间间隔为 tg=2d,每人每日产生的湿污泥量为 S=0.5L,则 W=SNtg/1000=60m3 每池污泥体积 Wt=W/n=15m3 8.池子圆锥部分的体积 V 设圆锥底部直径 d=0.4m,截锥高度 h5,截锥侧壁倾角550,,则 h5 = D?d 7.8 ? 0.4 tga = tg 55 = 5.28m 2 2 πh 5 2 5.28π ( R + Rr + r 2 ) = (3.92 + 3.9 × 0.2 + 0.2 2 ) = 88.59m3 15m3 3 3 V= 足够容纳2日的污泥量 9.中心管喇叭口下缘至反射板的垂直距离 h3,过缝隙污水流速 vt=0.02m/s,喇叭口直径 dl=1.35d0=1.35 × 1.17=1.58m h3=qmax/v1 π d1=0.0325/0.02 × 1.58 × π =0.33m 10.沉淀池总高度 H h1=0.3m,h4=0(泥面很低) ,也可取0.3m H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.78+0.33+0+5.28=9.69m 辐流式沉淀池 辐流式沉淀池内水流的流态为辐流形,因此,污水由中心或周边进入沉淀池。 中心进水辐流式沉淀池的进水管悬吊在桥架下或埋设在池体底板混凝土中, 污水首先进 人池体的中心管内, 然后在进入沉淀池时, 经过中心管周围的整流板整流后均匀地向四周辐 射流动,上清液经过设在沉淀池四周的出水堰溢流而出,污泥沉降到池底,由刮泥机或刮吸 泥机刮到沉淀池中心的集泥斗,再用重力或泵抽吸排出。 周边进水辐流式沉淀池进水渠布置在沉淀池四周, 上清液经过设在沉淀池四周或中间的 出水堰溢流而出,污泥的排出方式与中心进水辐流式沉淀池相同。 辐流式沉淀池的基本要求有哪些 (1)圆池的直径或方池的边长与有效水深的比值一般采用6~12, 池子的直径一般不小于 16m,最大可达100m。池底坡度一般为0.05~0.10。 (2)通常采用机械刮泥,再用空气提升或静水头排泥;当池径小于20m 时,也可采用斗 式集泥(一般为四斗)。污泥可用压缩空气提升或用机械泵(潜污泵、螺旋泵等)提升排出,也 可以利用静水头将污泥输送到下_级处理系统。 (3)进、出水的布置方式有中心进水周边出水、周边进水中心出水和周边进水周边出水 三种形式。 (4)当池径小于20m 时,一般采用中心传动的刮泥机,其驱动装置设在池子中心走道板 上。当池径大于20m 时,一般采用周边传动的刮泥机,其驱动装置设在桁架的外缘。 (5)刮泥机的旋转速度一般为1~3r/h, 外周刮泥板的线m/min, 通常采 用1.5m/min。 (6)出水堰前应设置浮渣挡板,浮渣用装在刮泥机桁架一侧的浮渣刮板收集。 (7)周边进水的辐流式沉淀池效率较高,与中心进水、周边出水的辐流式沉淀池相比, 表面负荷可提高 l 倍左右。 辐流式沉淀池设计数据 辐流式沉淀池设计数据 液面负荷≤2.5m3/(h·m3); 沉淀时间1-1.5h; 池径 20m,一般采用中心传动的刮泥板。池径 20m,一般采用周边传动的刮泥机; 非机械刮泥时,缓冲层高0.5m。机械刮泥时,缓冲层高上缘宜高出刮泥板0.3m; 进水口周围整流板的开孔面积为过水断面积的6%----20%。 例:某城市污水处理厂的最大设计流量 Qmax=2450m3/h,设计人口 N=34万人,采用机械 刮泥机求辐流式沉淀池各部分尺寸 1.沉淀部分水面面积 设表面负荷 q=2m3/m2..h,n=2 则 F=Qmax/nq=2450/2*2=612.5m2 2.池子直径 D= D = 4F = π 4 × 612.5 = 27.9 m,取 D=28m 3.14 3.沉淀部分有效水深 设 t=1.5h,h2=qt=2 × 1.5=3m 4.沉淀部分有效容积 V1= Qmax 2450 × 1.5 t= = 1838m3 n 2 5.污泥部分所需容积 设 S=0.5L/人.d,T=4h V=SNT/1000n=14.2m3 6.污泥斗容积 设 r1=2m,r2=1m,a=60°,则 h3=(r1-r2)tana=(2-1)tan60°=1.73m V = 2 πh 3 (r12 + r1r2 + r2 ) 3.14 × 1.73 × (4 + 2 + 1) = = 12.7 m3 3 3 污泥斗以上圆锥体部分污泥容积 设池底径向坡度为0.05,则 h4=(R-r) × 0.05=(14-2) × 0.05=0.6m V2 = πh 4 ( R 2 + Rr + r 2 ) 3 = 3.14 × 0.6 × (14 + 14 × 2 + 2) = 143.3m3 3 污泥斗总容积 V+V2=12.7+143.3=15614.2m3 沉淀池总高度 设 h1=0.3m,h3=0.5m H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.0+0.5+0.6+1.73=6.13m 径深比 D/h2=28/3=9.3 负荷要求。 斜板( 斜板(管)沉淀池 斜板(管)沉淀池是根据“浅层沉淀”原理, 在沉淀池中加设斜板或蜂窝斜管, 以提高沉 淀效率的一种沉淀池。按水流与污泥的相对运动方向划分,斜板(管)沉淀池有异向流、同向 流和侧向流等三种形式,污水处理中主要采用升流式异向流斜板(管)沉淀池。 斜板(管)沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点,常应用于城市污水的初 沉池和小流量工业废水的隔油等预处理过程,其处理效果稳定,维护工作量也不大。很少应 用于污水处理的二沉池工艺中, 因为经过生物处理的混合液中固体含量较大, 使用斜板(管) 沉淀池处理时耐冲击负荷能力较差,效果不稳定;而且由于混合液溶解氧含量大,斜板(管) 上容易滋生藻类形成生物膜, 运行一段时间后可能堵塞斜板(管)的过水面积, 清理起来非常 困难。 斜板(管)沉淀池的表面负荷比普通沉淀池大约高一倍, 因此在需要挖掘原有沉淀池潜力 或需要压缩沉淀池占地时,可以采用斜板(管)沉淀池。 斜板( 斜板(管)沉淀池的基本要求有哪些 常用斜板(管)沉淀池的进水从斜板(管)层的下部进入后,由下向上.流经斜板(管),悬 浮颗粒沉降在斜板(管)底面, 在积聚到一定程度后自行下滑至集泥斗由穿孔管排出池外, 上 清液则在沉淀池水面由穿孔管收集或由三角堰溢流而出。斜板(管)沉淀池基本要求如下: (1)斜板垂直净距一般采用80~120ram,斜管孔径一般为50~80mm。斜板(管)长度一般 为1.0~1.2m,倾角一般为60°。斜板(管)上部水深和底部缓冲层高度一般都是0.5~1.0m (2)斜板上端应向沉淀池进水端方向倾斜安装。为防止水流短路,在池壁与斜板的间隙 处应装设阻流挡板。 (3)进水方式一般设置配水整流布水装置,常用的有穿孔配水板和缝隙配水板等,整流 配水孔流速一般低于0.15m/s。出水方式一般采用在池面上没置多条集水槽的方式,集水 槽的集水方式为孔眼式或三角堰式。 (4)斜板(管)沉淀池一般采用集泥斗收集污泥后靠重力排泥,每日排泥 l~2次,或根据 具体情况增加排泥的频率,甚至连续排泥。 (5)初沉池水力停留时问一般不超过30rain,二沉池一般不超过60min。 (6)斜板(管)沉淀池必须设置冲洗斜板(管)的设施,冲洗可以在检修或临时停运时放空 沉淀池,用高压水对斜板(管)内积存的污泥彻底冲刷和清洗,防止污泥堵塞斜板(管)、影响 沉淀效果。 (7)升流式斜板(管)沉淀池的表面负荷一般为3~6m3/(m2·h), 比普通沉淀池的设计表 面负荷高约一倍,池内水力停留时间一般为30~60min。 初次沉淀池作用 按照流程中所处的位置, 沉淀池可分为初次沉淀池和二次沉淀池两种。 初次沉淀池一般 设置在污水处理厂的沉砂池之后、曝气池之前,二次沉淀池设置在曝气池之后、深度处理或 排放之前。 初沉池是一级污水处理厂的主体处理构筑物, 或作为二级污水处理厂的预处理构筑物设 在生物处理构筑物的前面。处理的对象是污水中的悬浮物质,约可去除40%~55%,同时可 去除部分 BOD5,约可去除20%~30%(主要是悬浮性。BOD5),可改善生物处理构筑物运行 条件并降低其 BOD5负荷。 初沉池的主要作用就是去除污水中密度较大的固体悬浮颗粒, 以减轻生物处理的有机负 荷,提高活性污泥中微生物的活性。污水经过格栅截留大块的漂浮物和悬浮物,并经过沉砂 池去除密度大于1.5的悬浮颗粒后,仍存在许多密度稍小或颗粒尺寸较小的悬浮颗粒,这些 颗粒的成分以有机物为主。 如果含有这些物质的污水直接进人生物处理系统, 会增加曝气池 的容积负荷和有机负荷, 甚至影响微生物对有机物的氧化分解和硝化的效果, 影响二沉池出 水水质。 初沉池用于处理城市污水时,沉淀时间一般为1.5~2h,对进水中 B0D5的去除率可以 达到20%~30%,对悬浮物 SS 的去除率可以达到50%以上。 初次沉淀池运行管理的注意事项有哪些 (1)根据初沉池的形式及刮泥机的形式,确定刮泥方式、刮泥周期的长短。避免沉积污 泥停留时间过长造成浮泥,或刮泥过于频繁或刮泥太快扰动已沉下的污泥。 (2)初沉池一般采用间歇排泥,因此最好实现自动控制;无法实现自控时,要注意总结 经验并根据经验人工掌握好排泥次数和排泥时间。 当初沉池采用连续排泥时, 应注意观察排 泥的流量和排放污泥的颜色,使排泥浓度符合工艺要求。 (3)巡检时注意观察各池的出水量是否均匀,是还要观察出水堰出流否均匀,堰口是否 被浮渣封堵,并及时调整或修复。 (4)巡检时注意观察浮渣斗中的浮渣是否能顺利排出,浮渣刮板与浮渣斗挡板配合是否 适当,并及时调整或修复。 (5)巡检时注意辨听刮泥、刮渣、排泥设备是否有异常声音,同时检查其是否有部件松 动等,并及时调整或修复。 (6)排泥管道至少每月冲洗一次,防止泥沙、油脂等在管道内尤其是阀门处造成淤塞, 冬季还应当增加冲洗次数。定期(一般每年一次)将初沉池排空,进行彻底清理检查。 (7)按规定对初沉池的常规监测项目进行及时分析化验, 尤其是 SS 等重要项目要及时比 较,确定 SS 去除率是否正常,如果下降就应采取必要的整改措施。 (8)初沉池的常规监测项目:进出水的水温、pH 值、CODCR、BOD5、TS、SS 及排泥的含 固率和挥发性固体含量等。


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