污水处理中沉淀工艺的原理及特点

针对沉淀是去除水中悬浮物的主要单元，对沉淀工艺的进展方面进行了论述，主要介绍了平流式沉淀池、蜂窝斜管填料沉淀池、高密度沉淀池、拦截式沉淀池的特点和优点，旨在提高沉淀池的沉降效率。

目前，国内外的给水处理工艺大多采用沉淀（澄清）过滤和消毒形式，其中沉淀部分对原水中悬浮物的去除显得尤为重要。沉淀池作为去除水中悬浮物的主要设施之一，在水行业得到了广泛的应用。纵观沉淀构筑物的发展可以发现，在20世纪6O年代以前主要采用平流式、竖流式和辐流式沉淀池，60年代起各种澄清池盛行一时，70年代后，主要是斜管、斜板及复合型沉淀池。沉淀构筑物形式的改进提高了沉淀分离的效率。沉淀池的设计和开发都是围绕怎样增加沉淀面积和改变水流流态这两方面进行的。沉淀池的设计总是以提高沉淀池的沉降效率为目的。

提高沉降效率有两种方法：

1）缩短颗粒的沉淀距离、增大沉淀池面积，斜管沉淀属这一类；

2）增大矾花颗粒的下沉速度，通过采用高效絮凝剂和优化絮凝工艺来实现。

1平流式沉淀池

平流式沉淀池是目前我国大中型给水厂使用最广泛的池型，具有结构简单、管理方便、耐冲击负荷强等优点。平流式沉淀池为矩形，上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区。经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢流向出口区。水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥定期排出池外。

2蜂窝斜板（管）沉淀池

蜂窝斜板（管）沉淀是把与水平面成一定角度（一般为60。）的众多蜂窝斜板（管）组件置于沉淀池中。水流可从下向上或从上向下流动，颗粒则沉于底部，而后自动滑下。从改善沉淀池水力条件来分析，由于沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数R大为降低，弗劳德数大为提高，满足了水流稳定性和层流的要求。为了进一步提高沉淀效率，许多改良型的蜂窝斜板（管）沉淀池应运而生。

蜂窝斜管填料特点：

1.湿周大，水力半径小。

2.层流状态好，颗粒沉降不受絮流干扰。

3.当斜管管长为1米时，有效负荷按3-5吨/米2·时设计。V0控制在2.5-3.0毫米/秒范围内，出水水质最佳。

4.在取水口处采用蜂窝斜管，管长2.0～3.0米时，可在50-100公斤/米3泥砂含量的高浊度中安全运行处理。

5.采用斜管沉淀池，其处理能力是平流式沉淀池的3-5倍，加速澄清池和脉冲澄清池的2-3倍。

产品规格：Φ25mm、Φ35m、Φ50mm、Φ80mm

2.1迷宫式斜管沉淀池

迷宫式斜板沉淀池是在普通斜板沉淀池的斜板垂直方向上安装数道翼形叶片，翼形叶片将进入的水流分为主流区、旋流区和环流区。位于主流区内的絮体，在流速和沉速的共同作用下，逐步下沉。在旋涡区的絮体，被强制输送到环流区，每经过一个翼片截留一些絮体。进入环流区的絮体，在环流作用下，呈螺旋形运动并沿翼片下沉到池底。迷宫斜板沉淀池的涡旋区的涡旋强制输送和环流区的高效沉淀作用，使其具有较高的沉淀效率。

迷宫斜板的颗粒分离属于动态分离，特别是在涡旋区，它包括了旋流作用下进行的重力、流体阻力和惯性力等作用的分离过程，而且在主流区和旋流区产生的质量交换也有使絮体互相碰撞絮凝的作用。因此，其处理效果优于普通斜板沉淀。

2.2小间距斜板沉淀池

蜂窝斜管填料沉淀池中水流在理论上处于层流状态，其实不然，实际上在斜管沉淀池中水流是有脉动的，这是因为当斜管中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动，会在矾花颗粒后面产生小涡旋，这些涡旋产生的运动造成了水流的脉动。这些脉动对于大的矾花颗粒没有影响，对于反应不完全的小颗粒的沉淀起到顶托作用，故此也就影响了出水水质。为了克服这一现象，抑制水流的脉动，小间距斜板沉淀设备应运而生。

这一设备有以下优点：

1、由于间距明显减少，矾花沉淀距离也明显减少，使更多小颗粒可以沉淀下来；

2、由于间距减小，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水流阻力的主要部分，这样沉淀池中流量分布均匀，与斜管相比，明显改善了沉淀条件；

3、排泥性能远优于其他形式的浅层沉淀池，因为这种设备基本无侧向约束，设备沉淀面积与排泥面积相等。

3、高密度沉淀池

高密度沉淀工艺是在传统的平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化。主要基于4个机理：独特的一体化反应区设计、反应区到沉淀区较低的流速变化、沉淀区到反应区的污泥循环和采用斜管沉淀布置。反应池分为2个部分：快速混凝搅拌反应池和慢速混凝推流式反应池。快速混凝搅拌反应池是将原水引入到反应池底板的中央，在圆筒中间安装一个叶轮，该叶轮的作用是使反应池内水流均匀混合，并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能。矾花慢速地从预沉池进入到澄清池，这样可避免矾花破碎，并产生涡旋，使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。

矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层：上层为再循环污泥的浓缩，下层是产生大量浓缩污泥的地方。逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽进行水力分布，斜管将提高水流均匀分配。清水由一个集水槽系统收回。絮凝物堆积在澄清池下部，形成的污泥也在这部分区域浓缩。

该沉淀池有以下几方面的优点：

1.将混合区、絮凝区与沉淀池分离，采用矩形结构，简化池型；

2.沉淀分离区下部设污泥浓缩区，占地少；

3.在浓缩区和混合部分之间设污泥外部循环，部分浓缩污泥由泵回流到机械混合池，与原水、混凝剂充分混合，通过机械絮凝形成高浓度混合絮凝体，然后进入沉淀区分离。

4新型中置式高密度沉淀池

新型中置式高密度沉淀池是上海市政工程研究总院设计的新池型，该工艺过程集中了斜管沉淀池、机械搅拌澄清池和高密度沉淀池的优点，将混合、絮凝、沉淀、污泥浓缩综合于一体。中置式高密度沉淀池设有5个过程区：混合区、絮凝反应区、分离沉淀区、浓缩排泥区和分离出水区。

新型中置式高密度沉淀池有以下优点：

1、占地小；

2、絮凝时间较短，由于污泥回流，可形成高浓度混合液，大大提高了絮凝效果，缩短了机械搅拌阶段的絮凝时间；

3、布水均匀，由于采用了池中向两侧均匀布水形式，大大缩短了布水路径，从而有效避免了布水不均影响出水水质的问题；

4、减少了加药量；

5、沉淀池的水流流势合理，由于进出沉淀池水流是由下而上再由下而上垂直运动，泥水分离效果更彻底，不宜跑矾花；

6、水厂可不设浓缩池，由于沉淀池底采用浓缩刮泥，污泥含固率高，可直接进行脱水处理；

7）结构设计简单，布置简洁合理。

5拦截式沉淀池

拦截式沉淀池是集重力、碰撞吸附力、接触吸附力等多种沉降作用于一体的沉淀池，提高了颗粒沉降效率。拦截式沉淀池是在池内装有拦截体，对水中自由运动的颗粒设置障碍，颗粒运动时与拦截体在三维空间发生碰撞，这样运动颗粒在三维空间上与固定的拦截体实现了碰撞静止，即颗粒运动速度为零。

这是由于颗粒靠拦截体摩擦力的约束，便于附着和吸附在拦截体上，拦截体吸附了无数小颗粒静止的等待不断运动的颗粒碰撞，结成大泥团，当泥团达到足够质量后便克服拦截体摩擦力沉淀下来。由于水中颗粒运动是在三维空间上与固定的拦截体碰撞沉淀，因此呈现出多向性和短距离，不论颗粒尺寸、质量、形状有何差异，只要与拦截体碰撞均能附着在拦截体上形成大泥团沉淀。拦截沉淀对于处理低浊水效果十分理想，不使用助凝剂，处理相同水量，拦截沉淀池可较其他沉淀池混凝剂用量降低20％左右。

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