水污染控制工程第二章 重力沉降法
§ 2-1 概述
§ 2-2 沉降的基本原理
§ 2-3 沉降试验和沉降曲线
§ 2-4 沉淀池及其设计计算第二篇 不溶态污染物的 分离技术
§ 2-1 概述中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水出水排泥
§ 2-2 沉降的基本原理沉降动力学,颗粒受力情况分析式中,As——运动方向的面积
Cd——牛顿无因次阻力系数,Cd=f(Re)
μs——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为 μs（最终沉降速度）
gVmgF sg
gVF lf
2
2
sl
sdd
uACF?
2/1
3
)(4
ld
sls
s C
dg
对于球形颗粒：
① 层流区（ stokes区）,
2
18
)(
s
ls
s d
g
③ 紊流区（牛顿区）
② 过渡流区（艾伦区）
s
s
s d
A
V
3
2?
Re
24?
dC?
lssd?Re
§ 2-3 沉降试验和沉降曲线一、自由沉降试验及 沉降曲线二、絮凝沉降试验及 沉降曲线一、自由沉降试验及 沉降曲线一、试验装置三,Camp图解积分法及沉降曲线二、常规计算法及沉降曲线
H 0
=1.
5~
2.0m
φ100mm
Δh
H=
H 0
-Δh
i
试验装置示意图二,常规计算法 (数据记录与处理 )
t t0 t1 t2 t3 … ti … tn
H H0 H0 H0 –Δh1 … H0 –Δhi-1 …
C C0 C1 C2 C3 … Ci … Cn
μ
E
%1 0 0
0
0
C
CCE i
t
H
二,常规计算法 (由数据绘制沉降曲线 )（ 续 ）
E
沉降时间,t (min)
图 3-1 E-t曲线最小沉速,u
E
图 3-2 E- u曲线三,Camp图解积分法给定的沉降时间 t内：
对于 μ≥μ0的 颗粒全部除去对于 μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
1-p0
给定的沉降时间 t内：
对于 d≥d0的颗粒全部除去对于 d<d0的颗粒可被部分去除。 p0
1-p0
？？：对于 μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？
去除率是多少？
H
h
三,Camp图解积分法 （ 续 ）
μ ＜ μ0的颗粒中,di → di + dd范围内颗粒所占 SS总量的百分率用 dp表示。
对于 μ ＜ μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：
0/
/
tH
th
H
h
则在 di → d i + dd范围内能被去除部分颗粒占 SS总量的百分率为：
dp?
0?
对于全部 μ<μ0颗粒群体，可去除部分为,dpp 0
0
0?
三,Camp图解积分法 （ 续 ）
μ≥μ0部分颗粒所占百分率为 1 – p0
则，总沉降效率为 ET,
dpuupE
p
T
0
0 00
)1(
沉降速度 μ
μ0
1-p0
p0
p0
沉降速度 u μi
△ pi
沉降速度分布曲线 沉降速度分布曲线的图解
U＜
u0
颗粒分率，
p
颗粒分率，
p
2,Camp图解积分法 (由数据绘制沉降曲线 )
E
沉降时间,t (min)
E-t曲线最小沉速,μ
E
E- u曲线小结：
1,基本概念重力沉降
2,重点
① 基本概念
② 沉降试验和沉降曲线
3,难点
Camp图解积分法计算 ET
二、絮凝沉降试验及 沉降曲线絮凝沉降的特点：
颗粒的形状 d、在沉降过程中改变；
浓度上稀下浓； SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。
u随 d 而增大。
1.絮凝沉降试验
● 装置,φ140~150mm H=2.0~2.5m
4~5个取样口，间距 500mm
● 取样：
C0由 t=0时中间取样口采集
t1,t2,…,ti,…,tn时，同时从各取样口取水样（两份，
求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的 SS
浓度 C1,C2,…,Ci,…,Cn。
● 绘图：
例如,0.5m,1.0m,1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算 Et。
沉降时间,t (min)
0.5m
1.5m
工作水深
(m
)
沉降时间,t (min)
10 20 30 40 50 60
Et-t曲线 SS等去除率曲线
Et
1.0m
§ 2-3 理想沉淀池一,Hazen和 Camp提出这一概念。其假设条件是：
（ 1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速 V作水平运动。
（ 2）进水中 SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速 u匀还下沉；
（ 3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起
（即认为沉到底部即视为被去除）
§ 2-3 理想沉淀池入流区出流区污泥区理想沉淀池示意图
① 沉降线为未被去除颗粒 ；
② 为刚好 100%去除颗粒；
③ 为可部分去除颗粒；
④ 为可全部去除颗粒。
§ 2-3 理想沉淀池同样地有：
00 0 00 0 0 )1()1( PPT dpuupdpHhpE
可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。
§ 2-3 理想沉淀池二、表面负荷 q0
A
Q
BL
VBH
L
uH
t
Hu?
0
① q0在数值上等于最小沉降速度；
② q0↓,ET↑ ；
③ 在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率 ET
仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。 A↑,q0↓,
则 ET↑ 。
§ 2-3 理想沉淀池三、实际沉淀池
∵ 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。
0)75.1
1
25.1
1( uq
0)0.25.1( tt
四、对于絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或
s? 变大,u也会之变大。
其运动轨迹发生 变化：
§ 2-3 理想沉淀池入流区出流区污泥区絮凝沉降颗粒运动轨迹但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
进行计算。 0
0 00
)1( PT dpuupE
§ 2-4 沉砂池一、一般说明
1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。 以使水泵、管道免受磨损和阻塞； 以减轻沉淀池的无机负荷； 改善污泥的流动性，以便于排放、输运。
2.分类：
按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式,离心式,
曝气式等。
3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池。
集砂渠集油区 沉砂区行车进水管出水管进水管出水管出水渠
§ 2-4 沉砂池二、设计计算,
曝气沉砂池、平流沉砂池为例。
例 1：曝气沉砂池
1.主要设计参数旋流速度 应保持 0.25-0.3米 /秒；
水平流速 为 0.1米 /秒；
最大流量时的水力停留时间 为 1-3分钟；
有效水深 一般为 2-3米,宽深比 一般 1-1.5
长宽比 一般应大于 5
曝气量 一般为 0.2m3/m3（废水）
池内应考虑消泡与隔油装置（或设备）
曝气沉砂池：
解决沉砂池存在的问题,① 砂中含有机物； ② 对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。
曝气的作用 是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。
例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸
2.设计内容
（ 1 ）工艺尺寸
（ 2）结构尺寸
（ 3 ）进出水区
（ 4）工艺装备例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸
2.设计内容
（ 1 ）工艺尺寸主要确定沉砂池的池长Ｌ、池宽Ｂ、池深Ｈ等。
TQ M A X?V
水流断面 A,vQA
M A X?
池宽 B,HAB?
池长 L,AVH?
池容 V（有效容积）：
例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸在设计计算过程中,沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。
如不满足需重新调整有关尺寸：
重新选择设计参数，从新进行设计计算。
（ 2 ）结构尺寸沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等 。
例 1：曝气沉砂池,结构尺寸集砂斗倾角不小于 50o。
集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于 0.8m/s。
集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的 1／ 2－
2／ 3，底部以 60o－ 75o倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。
（ 3）进出水区进水区、配水方式、出水区例 1：曝气沉砂池,进出水区进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。
配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。
出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。
例 1：曝气沉砂池,工艺装备
（ 4 ）工艺装备供气方式,鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。
曝气设备,一般采用穿孔管，孔径一般为 2－ 5mm。
排砂设备、集油设备,曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸；
浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设备通常置于行车上。
砂水和油水分离设备,从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。
例 2：平流式沉砂池
1．设计参数
① 流量 Q：按 Qmax设计；
自流时，按最大流量；
泵输送时，按泵的最大组合流量
② 分格数 n,n≥2
③ 水平流速 v,0.15~0.3m/s
④ 停留时间,t≥30~60s
例 2：平流式沉砂池
2.设计内容
1.工艺尺寸
2.结构尺寸
3.进出水区
4.工艺装备例 2：平流式沉砂池,工艺尺寸
① 长度 L（ m）,L=V·t
② 过水面积 F（ m2）,F=Q/V
③ 池宽 B（ m）,B=F/h2
单格宽,b=B/n
h2为有效水深校核最小流速 Vmin≥0.15m/s
例 2：平流式沉砂池,结构尺寸进、出水区结构及尺寸； 贮砂斗所需容积、结构。
310 TXNV
结合单格宽、砂斗壁倾角，确定砂斗上、下底宽 a,a2和高使设计的砂斗容积等于或不小于所需砂斗容积。
（生活污水）
例 2：平流式沉砂池,工艺装备
输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。
§ 2-5 普通沉淀池一、一般说明
（ 1）沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。
（ 2）通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，而平流式则无此限制。
（ 3）基于浅层沉降原理，出现斜板、斜管等高负荷新型沉淀池。在城市污水处理中尚存在一些问题，应用较少。
（ 4）包括进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区 5个功能区。
（ 5）根据在处理系统中位置及分离对象的不同：初沉池、二沉池。
§ 2-5 普通沉淀池二、主要设计参数
（ 1）流量
当自流进入时，应按最大流量设计；
厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。
（ 2）负荷
沉淀池负荷（或停留时间）的选择见表 3-5-1。
§ 2-5 普通沉淀池,主要设计参数（续）
表 3-5-1 沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系类别 沉淀池位置沉淀时间
(h)
表面负荷
(m3/m2.h)
污泥量（干物质）
(g/pc.d)
污泥含水率
(%)
初沉池仅一级处理 1.5-2.0 1.5-2.5 15-27 96-97
二级处理 1.0-2.0 1.5-3.0 14-25 95-97
二沉池活性污泥法 1.5-2.5 1.0-1.5 10-21 99.2-99.5
生物膜法 1.5-2.5 1.0-2.0 7-19 96-98
§ 2-5 普通沉淀池
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸
1）有效沉淀面积、池长、池宽、池深等；
nq
QA M ax?
沉淀区有效容积 V,M axtQV?
沉淀区高度 h1：
A
Vh?
1
对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径；
对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。
对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。
有效沉淀面积 A：
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸
2）水渠、配水区（墙或管）、出水渠等；
按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。
辐流式沉淀池 （中心进水周边出水）
中心管：中心管管径按流速应大于 0.4m/s的最小沉速设计；
导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的 5％；
出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的 1／ 10R处；
出水堰：单侧或双侧三角堰。
超高、缓冲区
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（辐流式沉淀池）
设计计算
① 有效水深 h2：通常取 1/2半径处的深度值
n
FD
4 或 )(4 f
n
FD
（ f为中心管面积）
② 表面积 F,F=Q/q ③ 有效直径：
④ 径深比,径 ∶ 深不小于 6
中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸平流式沉淀池
配水：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；
出水：一般采用三角堰；
集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；
水力计算；
超高、缓冲区。
平流式沉淀池示意图
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（平流式沉淀池）
① 沉降区表面积：
u
Q
q
QA
② 沉淀区长度 L2=V·t V≤5mm/s t取 1.5~2.0h
③ 沉淀区宽度 B2=A/L2 L2/b=4~5
（不满足长宽比要求时，应分为 n格，当采用机械刮泥时,b还应与刮泥机的衍架宽度相对应）
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸竖流式沉淀池
配水：中心管、反射导流板
出水：一般采用三角堰；
集水：集水渠。
水力计算。
竖流式沉淀池示意图进水 排泥出水
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（竖流式沉淀池）
① 中心管,V1≤30mm/s，
1
4
Vn
Qd
② 上升部分,V=0.3~1mm/s，即 q=2.0~3.0m3/m2·h,直径 D：
)(4
1nV
Q
nV
QD
③ 上升深度 h2,h2=V·t
无资料时,t取 1.5~2.0h，径深比不大于 3
④ 泥斗计算、超高、缓冲区高度同前；
中心管及反射板计算见 P37
优缺点：排泥多采用重力排泥，简单易行；对 Q波动适应能力小；
适于中小厂。与平流式及辐流式不同，其 ET = (1-p0)× 100%
§ 2-5 普通沉淀池
3,主要设计内容
（ 2）结构尺寸
1）缓冲层在沉淀区与集泥区之间一般设置缓冲区，缓冲区的高度一般为 0.3-0.5m。
辐流式沉淀池 泥斗一般为圆台形，上部直径为 2m，下部直径为 0.5-1m，泥斗倾角大于 45o；
平流式沉淀池 泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为 0.5-
1.0m，泥斗倾角大于 45o。
竖流式沉淀池 泥斗：圆台形或（正）棱台形。
2）泥斗
§ 2-5 普通沉淀池
4、工艺装备
沉淀池的主要工艺装备为刮泥机。
刮泥机的设计主要按照沉淀池的形式、尺寸（直径或宽度）以及所需的排泥方式进行。
§ 2-5 斜板（管）沉淀池
浅层沉降原理
斜板（管）沉淀池
设计举例
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理
①
%1 0 0)1( 0
0 00
p
T dpu
upE
dpuup? 00
0
↓,∴ ET↓
Q,当 A一定时,u0,从而使 u≥u0所占百分率 (1 – p0)× 100%↓，
反之，若要 ET,则要以减小处理能力为代价 。
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理
② 当分为 n层时
Qn1,当 A一定时,01 unu
每层处理的水量为
∴ (1 – p0)× 100%↑，
dpuup? 00
0
↑
等于 n
dpuup? 00
0
∴ ET↑
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理思考：
ET不变，在分层后，处理水量变化?
处理水量,ET不变，在分层后，占地面积?
③ 实际应用中，考虑排泥的要求，将隔板以 45~60°
角度倾斜。
按水流方向不同，可分为：
异向流、
同向流、
横向流（侧向流）。
思考题解：
ET不变，在分层后，处理水量变化?
分层后处理水量,Q’=BHv’
u0/v’= u0t/v’ t=h/L
H=nh
u0/v= u0t/v t=H/L
有,v’=nv
分层后处理水量,Q’=BHnv=nBHv=nQ
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
① 异向流
h
1
h
2
h
3
h
4
污泥斗斜板进水槽出水槽
H
斜板沉淀池示意图
u0
v
u0
)se c(0 nLItgnLVu
AA
Q
AnlB
Q
n
L
l
tg
n
L
A
Q
n
L
l
tg
n
L
Vu
f?
)co s(s ecsins ec0
)(0 AA
Qu
f?；考虑斜板利用系数 K：
)(0 AAK
Qu
f?
)(0 AAuKQ f
∴
∴
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
② 同向流（同理）
s e c
0
n
L
I
tg
n
L
V
u
AA
Qu
f?
0
))(( 0 AAK Qu
f?
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
③ 横向流（侧向流）
B
tg
n
L
V
u
0
fA
Qu?
0
)( 0
fAK
Qu
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,设计举例异向流斜板（管）沉淀池的设计表面水力负荷，一般可按比普通沉淀池的设计表面水力负荷提高一倍考虑。
异向流斜板（管）沉淀池的设计，应符合下列要求：
一、斜板净距（或斜管孔径）为 80~100mm；
二、斜板（管）斜长为 1m；
三、斜板（管）倾角为 60° ；
四、斜板（管）区上部水深为 0.7~1.0m；
五、斜板（管）区底部缓冲层高度为 1.0m。
h
1
h
2
h
3
h
4
污泥斗斜板进水槽出水槽
H
1－进水管；
2－配水槽；
3－斜板；
4－集水槽；
5－出水落水斗；
6－污泥斗；
7－排泥管
h1
h2
h3
h4
污泥斗进水槽出水槽
H
本章小结：
1,基本概念
① 重力沉降法
② 理想沉淀池
③ 沉降原理及浅层沉降原理
2.重点
① 基本概念
② 沉降试验和沉降曲线
③ 沉淀池设计计算
3,难点
① 浅层沉降原理
② 自由颗粒沉降试验和沉降曲线
③ 絮凝颗粒沉降试验和沉降曲线
作业：
1,2,3,4,5,6,7
§ 2-1 概述
§ 2-2 沉降的基本原理
§ 2-3 沉降试验和沉降曲线
§ 2-4 沉淀池及其设计计算第二篇 不溶态污染物的 分离技术
§ 2-1 概述中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水出水排泥
§ 2-2 沉降的基本原理沉降动力学,颗粒受力情况分析式中,As——运动方向的面积
Cd——牛顿无因次阻力系数,Cd=f(Re)
μs——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为 μs（最终沉降速度）
gVmgF sg
gVF lf
2
2
sl
sdd
uACF?
2/1
3
)(4
ld
sls
s C
dg
对于球形颗粒：
① 层流区（ stokes区）,
2
18
)(
s
ls
s d
g
③ 紊流区（牛顿区）
② 过渡流区（艾伦区）
s
s
s d
A
V
3
2?
Re
24?
dC?
lssd?Re
§ 2-3 沉降试验和沉降曲线一、自由沉降试验及 沉降曲线二、絮凝沉降试验及 沉降曲线一、自由沉降试验及 沉降曲线一、试验装置三,Camp图解积分法及沉降曲线二、常规计算法及沉降曲线
H 0
=1.
5~
2.0m
φ100mm
Δh
H=
H 0
-Δh
i
试验装置示意图二,常规计算法 (数据记录与处理 )
t t0 t1 t2 t3 … ti … tn
H H0 H0 H0 –Δh1 … H0 –Δhi-1 …
C C0 C1 C2 C3 … Ci … Cn
μ
E
%1 0 0
0
0
C
CCE i
t
H
二,常规计算法 (由数据绘制沉降曲线 )（ 续 ）
E
沉降时间,t (min)
图 3-1 E-t曲线最小沉速,u
E
图 3-2 E- u曲线三,Camp图解积分法给定的沉降时间 t内：
对于 μ≥μ0的 颗粒全部除去对于 μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
1-p0
给定的沉降时间 t内：
对于 d≥d0的颗粒全部除去对于 d<d0的颗粒可被部分去除。 p0
1-p0
？？：对于 μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？
去除率是多少？
H
h
三,Camp图解积分法 （ 续 ）
μ ＜ μ0的颗粒中,di → di + dd范围内颗粒所占 SS总量的百分率用 dp表示。
对于 μ ＜ μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：
0/
/
tH
th
H
h
则在 di → d i + dd范围内能被去除部分颗粒占 SS总量的百分率为：
dp?
0?
对于全部 μ<μ0颗粒群体，可去除部分为,dpp 0
0
0?
三,Camp图解积分法 （ 续 ）
μ≥μ0部分颗粒所占百分率为 1 – p0
则，总沉降效率为 ET,
dpuupE
p
T
0
0 00
)1(
沉降速度 μ
μ0
1-p0
p0
p0
沉降速度 u μi
△ pi
沉降速度分布曲线 沉降速度分布曲线的图解
U＜
u0
颗粒分率，
p
颗粒分率，
p
2,Camp图解积分法 (由数据绘制沉降曲线 )
E
沉降时间,t (min)
E-t曲线最小沉速,μ
E
E- u曲线小结：
1,基本概念重力沉降
2,重点
① 基本概念
② 沉降试验和沉降曲线
3,难点
Camp图解积分法计算 ET
二、絮凝沉降试验及 沉降曲线絮凝沉降的特点：
颗粒的形状 d、在沉降过程中改变；
浓度上稀下浓； SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。
u随 d 而增大。
1.絮凝沉降试验
● 装置,φ140~150mm H=2.0~2.5m
4~5个取样口，间距 500mm
● 取样：
C0由 t=0时中间取样口采集
t1,t2,…,ti,…,tn时，同时从各取样口取水样（两份，
求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的 SS
浓度 C1,C2,…,Ci,…,Cn。
● 绘图：
例如,0.5m,1.0m,1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算 Et。
沉降时间,t (min)
0.5m
1.5m
工作水深
(m
)
沉降时间,t (min)
10 20 30 40 50 60
Et-t曲线 SS等去除率曲线
Et
1.0m
§ 2-3 理想沉淀池一,Hazen和 Camp提出这一概念。其假设条件是：
（ 1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速 V作水平运动。
（ 2）进水中 SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速 u匀还下沉；
（ 3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起
（即认为沉到底部即视为被去除）
§ 2-3 理想沉淀池入流区出流区污泥区理想沉淀池示意图
① 沉降线为未被去除颗粒 ；
② 为刚好 100%去除颗粒；
③ 为可部分去除颗粒；
④ 为可全部去除颗粒。
§ 2-3 理想沉淀池同样地有：
00 0 00 0 0 )1()1( PPT dpuupdpHhpE
可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。
§ 2-3 理想沉淀池二、表面负荷 q0
A
Q
BL
VBH
L
uH
t
Hu?
0
① q0在数值上等于最小沉降速度；
② q0↓,ET↑ ；
③ 在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率 ET
仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。 A↑,q0↓,
则 ET↑ 。
§ 2-3 理想沉淀池三、实际沉淀池
∵ 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。
0)75.1
1
25.1
1( uq
0)0.25.1( tt
四、对于絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或
s? 变大,u也会之变大。
其运动轨迹发生 变化：
§ 2-3 理想沉淀池入流区出流区污泥区絮凝沉降颗粒运动轨迹但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
进行计算。 0
0 00
)1( PT dpuupE
§ 2-4 沉砂池一、一般说明
1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。 以使水泵、管道免受磨损和阻塞； 以减轻沉淀池的无机负荷； 改善污泥的流动性，以便于排放、输运。
2.分类：
按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式,离心式,
曝气式等。
3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池。
集砂渠集油区 沉砂区行车进水管出水管进水管出水管出水渠
§ 2-4 沉砂池二、设计计算,
曝气沉砂池、平流沉砂池为例。
例 1：曝气沉砂池
1.主要设计参数旋流速度 应保持 0.25-0.3米 /秒；
水平流速 为 0.1米 /秒；
最大流量时的水力停留时间 为 1-3分钟；
有效水深 一般为 2-3米,宽深比 一般 1-1.5
长宽比 一般应大于 5
曝气量 一般为 0.2m3/m3（废水）
池内应考虑消泡与隔油装置（或设备）
曝气沉砂池：
解决沉砂池存在的问题,① 砂中含有机物； ② 对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。
曝气的作用 是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。
例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸
2.设计内容
（ 1 ）工艺尺寸
（ 2）结构尺寸
（ 3 ）进出水区
（ 4）工艺装备例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸
2.设计内容
（ 1 ）工艺尺寸主要确定沉砂池的池长Ｌ、池宽Ｂ、池深Ｈ等。
TQ M A X?V
水流断面 A,vQA
M A X?
池宽 B,HAB?
池长 L,AVH?
池容 V（有效容积）：
例 1：曝气沉砂池,工艺尺寸在设计计算过程中,沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。
如不满足需重新调整有关尺寸：
重新选择设计参数，从新进行设计计算。
（ 2 ）结构尺寸沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等 。
例 1：曝气沉砂池,结构尺寸集砂斗倾角不小于 50o。
集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于 0.8m/s。
集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的 1／ 2－
2／ 3，底部以 60o－ 75o倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。
（ 3）进出水区进水区、配水方式、出水区例 1：曝气沉砂池,进出水区进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。
配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。
出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。
例 1：曝气沉砂池,工艺装备
（ 4 ）工艺装备供气方式,鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。
曝气设备,一般采用穿孔管，孔径一般为 2－ 5mm。
排砂设备、集油设备,曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸；
浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设备通常置于行车上。
砂水和油水分离设备,从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。
例 2：平流式沉砂池
1．设计参数
① 流量 Q：按 Qmax设计；
自流时，按最大流量；
泵输送时，按泵的最大组合流量
② 分格数 n,n≥2
③ 水平流速 v,0.15~0.3m/s
④ 停留时间,t≥30~60s
例 2：平流式沉砂池
2.设计内容
1.工艺尺寸
2.结构尺寸
3.进出水区
4.工艺装备例 2：平流式沉砂池,工艺尺寸
① 长度 L（ m）,L=V·t
② 过水面积 F（ m2）,F=Q/V
③ 池宽 B（ m）,B=F/h2
单格宽,b=B/n
h2为有效水深校核最小流速 Vmin≥0.15m/s
例 2：平流式沉砂池,结构尺寸进、出水区结构及尺寸； 贮砂斗所需容积、结构。
310 TXNV
结合单格宽、砂斗壁倾角，确定砂斗上、下底宽 a,a2和高使设计的砂斗容积等于或不小于所需砂斗容积。
（生活污水）
例 2：平流式沉砂池,工艺装备
输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。
§ 2-5 普通沉淀池一、一般说明
（ 1）沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。
（ 2）通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，而平流式则无此限制。
（ 3）基于浅层沉降原理，出现斜板、斜管等高负荷新型沉淀池。在城市污水处理中尚存在一些问题，应用较少。
（ 4）包括进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区 5个功能区。
（ 5）根据在处理系统中位置及分离对象的不同：初沉池、二沉池。
§ 2-5 普通沉淀池二、主要设计参数
（ 1）流量
当自流进入时，应按最大流量设计；
厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。
（ 2）负荷
沉淀池负荷（或停留时间）的选择见表 3-5-1。
§ 2-5 普通沉淀池,主要设计参数（续）
表 3-5-1 沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系类别 沉淀池位置沉淀时间
(h)
表面负荷
(m3/m2.h)
污泥量（干物质）
(g/pc.d)
污泥含水率
(%)
初沉池仅一级处理 1.5-2.0 1.5-2.5 15-27 96-97
二级处理 1.0-2.0 1.5-3.0 14-25 95-97
二沉池活性污泥法 1.5-2.5 1.0-1.5 10-21 99.2-99.5
生物膜法 1.5-2.5 1.0-2.0 7-19 96-98
§ 2-5 普通沉淀池
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸
1）有效沉淀面积、池长、池宽、池深等；
nq
QA M ax?
沉淀区有效容积 V,M axtQV?
沉淀区高度 h1：
A
Vh?
1
对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径；
对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。
对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。
有效沉淀面积 A：
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸
2）水渠、配水区（墙或管）、出水渠等；
按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。
辐流式沉淀池 （中心进水周边出水）
中心管：中心管管径按流速应大于 0.4m/s的最小沉速设计；
导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的 5％；
出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的 1／ 10R处；
出水堰：单侧或双侧三角堰。
超高、缓冲区
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（辐流式沉淀池）
设计计算
① 有效水深 h2：通常取 1/2半径处的深度值
n
FD
4 或 )(4 f
n
FD
（ f为中心管面积）
② 表面积 F,F=Q/q ③ 有效直径：
④ 径深比,径 ∶ 深不小于 6
中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸平流式沉淀池
配水：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；
出水：一般采用三角堰；
集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；
水力计算；
超高、缓冲区。
平流式沉淀池示意图
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（平流式沉淀池）
① 沉降区表面积：
u
Q
q
QA
② 沉淀区长度 L2=V·t V≤5mm/s t取 1.5~2.0h
③ 沉淀区宽度 B2=A/L2 L2/b=4~5
（不满足长宽比要求时，应分为 n格，当采用机械刮泥时,b还应与刮泥机的衍架宽度相对应）
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸竖流式沉淀池
配水：中心管、反射导流板
出水：一般采用三角堰；
集水：集水渠。
水力计算。
竖流式沉淀池示意图进水 排泥出水
3,主要设计内容
（ 1）工艺尺寸（竖流式沉淀池）
① 中心管,V1≤30mm/s，
1
4
Vn
Qd
② 上升部分,V=0.3~1mm/s，即 q=2.0~3.0m3/m2·h,直径 D：
)(4
1nV
Q
nV
QD
③ 上升深度 h2,h2=V·t
无资料时,t取 1.5~2.0h，径深比不大于 3
④ 泥斗计算、超高、缓冲区高度同前；
中心管及反射板计算见 P37
优缺点：排泥多采用重力排泥，简单易行；对 Q波动适应能力小；
适于中小厂。与平流式及辐流式不同，其 ET = (1-p0)× 100%
§ 2-5 普通沉淀池
3,主要设计内容
（ 2）结构尺寸
1）缓冲层在沉淀区与集泥区之间一般设置缓冲区，缓冲区的高度一般为 0.3-0.5m。
辐流式沉淀池 泥斗一般为圆台形，上部直径为 2m，下部直径为 0.5-1m，泥斗倾角大于 45o；
平流式沉淀池 泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为 0.5-
1.0m，泥斗倾角大于 45o。
竖流式沉淀池 泥斗：圆台形或（正）棱台形。
2）泥斗
§ 2-5 普通沉淀池
4、工艺装备
沉淀池的主要工艺装备为刮泥机。
刮泥机的设计主要按照沉淀池的形式、尺寸（直径或宽度）以及所需的排泥方式进行。
§ 2-5 斜板（管）沉淀池
浅层沉降原理
斜板（管）沉淀池
设计举例
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理
①
%1 0 0)1( 0
0 00
p
T dpu
upE
dpuup? 00
0
↓,∴ ET↓
Q,当 A一定时,u0,从而使 u≥u0所占百分率 (1 – p0)× 100%↓，
反之，若要 ET,则要以减小处理能力为代价 。
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理
② 当分为 n层时
Qn1,当 A一定时,01 unu
每层处理的水量为
∴ (1 – p0)× 100%↑，
dpuup? 00
0
↑
等于 n
dpuup? 00
0
∴ ET↑
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,浅层沉降原理思考：
ET不变，在分层后，处理水量变化?
处理水量,ET不变，在分层后，占地面积?
③ 实际应用中，考虑排泥的要求，将隔板以 45~60°
角度倾斜。
按水流方向不同，可分为：
异向流、
同向流、
横向流（侧向流）。
思考题解：
ET不变，在分层后，处理水量变化?
分层后处理水量,Q’=BHv’
u0/v’= u0t/v’ t=h/L
H=nh
u0/v= u0t/v t=H/L
有,v’=nv
分层后处理水量,Q’=BHnv=nBHv=nQ
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
① 异向流
h
1
h
2
h
3
h
4
污泥斗斜板进水槽出水槽
H
斜板沉淀池示意图
u0
v
u0
)se c(0 nLItgnLVu
AA
Q
AnlB
Q
n
L
l
tg
n
L
A
Q
n
L
l
tg
n
L
Vu
f?
)co s(s ecsins ec0
)(0 AA
Qu
f?；考虑斜板利用系数 K：
)(0 AAK
Qu
f?
)(0 AAuKQ f
∴
∴
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
② 同向流（同理）
s e c
0
n
L
I
tg
n
L
V
u
AA
Qu
f?
0
))(( 0 AAK Qu
f?
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,斜板沉淀池
③ 横向流（侧向流）
B
tg
n
L
V
u
0
fA
Qu?
0
)( 0
fAK
Qu
§ 2-5 斜板（管）沉淀池,设计举例异向流斜板（管）沉淀池的设计表面水力负荷，一般可按比普通沉淀池的设计表面水力负荷提高一倍考虑。
异向流斜板（管）沉淀池的设计，应符合下列要求：
一、斜板净距（或斜管孔径）为 80~100mm；
二、斜板（管）斜长为 1m；
三、斜板（管）倾角为 60° ；
四、斜板（管）区上部水深为 0.7~1.0m；
五、斜板（管）区底部缓冲层高度为 1.0m。
h
1
h
2
h
3
h
4
污泥斗斜板进水槽出水槽
H
1－进水管；
2－配水槽；
3－斜板；
4－集水槽；
5－出水落水斗；
6－污泥斗；
7－排泥管
h1
h2
h3
h4
污泥斗进水槽出水槽
H
本章小结：
1,基本概念
① 重力沉降法
② 理想沉淀池
③ 沉降原理及浅层沉降原理
2.重点
① 基本概念
② 沉降试验和沉降曲线
③ 沉淀池设计计算
3,难点
① 浅层沉降原理
② 自由颗粒沉降试验和沉降曲线
③ 絮凝颗粒沉降试验和沉降曲线
作业：
1,2,3,4,5,6,7
