一、沉淀的基礎理論

1.1 概述

沉淀是水處理中最基本的方法之一。它是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力場的作用下產生下沉，已達到固液分離的一種過程。這種工藝簡單易行，應用非常廣泛，可以是整個水處理過程中的某一工序。

在典型的污水處理場中，沉淀的四種用法：

用于廢水的預處理：如沉砂池；

污水進入生物處理構筑物前的初步處理：初沉池；

生物處理后的固液分離：二沉池；

污泥處理階段的污泥濃縮：污泥濃縮池。

1.2 沉淀的類型

根據水中懸浮顆粒的凝聚性能強弱、濃度的高低以及可沉降顆粒的性質（如密度等），沉淀通常可分為四種不同的類型，如表：

1.3 自由沉降及其理論基礎

沉淀法的去除對象：顆粒在10μm以上的可沉固體。當顆粒粒徑變小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的擾流流速也小時，可以主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計，顆粒運動是出于層流狀態。

式中：

Stokes公式說明的問題：

1、顆粒與水的密度差愈大，沉降速率也愈大，顆粒密度大于水密度時，顆粒下沉，顆粒密度小于水密度時，顆粒上浮，二者相等時，顆粒既不上浮也不下沉；

2、水的粘度愈小，沉降速率愈快，成反比關系。因粘度愈水溫成反比，故提高水溫有利于顆粒的沉降；

3、顆粒直徑愈大，沉速愈快，因此隨顆粒度的下降，顆粒的沉降速度會迅速降低。實際水處理過程中，水流呈層流狀態的情況一般較少，所以一般沉降只能去除d＞20μm的顆粒。

1.4 絮凝沉淀

在絮凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離去除的水處理法。

二、沉淀池的種類

2.1 按功能分

按功能分為初次沉淀池、二次沉淀池。

初次沉淀池：簡稱初沉池，生物處理法中的預處理，去除約30%的BOD5，55%的懸浮物。

二次沉淀池：簡稱二沉池，生物處理構筑物后，是生物處理工藝的組成部分。

2.2 按水流方向分

沉淀池可分為普通沉淀池和淺層沉淀池兩大類。

2.2.1 普通沉淀池

按照水在池內的總體流向，普通沉淀池又有平流式、豎流式和輻流式三種型式：

平流式沉淀池：池型為長方形，一段進水，另一端出水，貯泥斗在池進口；

豎流式：池內水流由下向上，齒形多為圓形，有方形或多角形池，中央進水，池四周出水，貯泥斗在池中央；

輻流式沉淀池：池徑較大的圓形池，水流從池中心以輻流形式流向池周，也可從周邊流進池中心，貯泥斗在池中央。

2.2.2 淺層沉淀池

淺層沉淀池：根據淺層理論，在沉淀池的沉淀區加斜板或蜂窩斜管，增加了沉降面積、改善了水力條件，以提高水的沉淀效率。

三、各沉淀池的結構形式

沉淀池均包括5個功能區，即進水區、沉淀區、緩沖區、污泥區和出水區。

入流區和出流區是進行配水和集水，使水流均勻地分布在各個過流斷面上，為提高容積利用、系數和固體顆粒的沉降提供盡可能穩定的水力條件。

沉降區是可沉顆粒與水分離的區域。

污泥區是泥渣貯存、濃縮和排放的區域。

緩沖層是分隔沉降區和污泥區的水層，防止泥渣受水流沖刷而重新浮起。

以上各部分相互聯系，構成一個有機整體，以達到設計要求的處理能力和沉降效率。

3.1 平流沉淀池

池型呈長方形，廢水從池的一端流人，水平方向流過池子，從池的另一端流出。在池的進口處底部設貯泥斗，其它部位池底有坡度，傾向貯泥斗。其示意圖如下：

3.1.1 平流式沉淀池的主要組成部分及作用：

1）進水區

為了使入流的污水能均勻與穩定的進入沉淀池，在污水入口處應設置整流措施。流入裝置作用是消能，使廢水均勻分布。流入裝置是橫向潛孔，潛孔均勻地分布在整個寬度上；在潛孔前設擋板,擋板高出水面0.15－0.2m，伸入水下的深度不小于0.2m。也有潛孔橫向水平排列的流入裝置。入口的整流措施如圖2：

2）出水區

出水裝置多采用自由堰形式。設置出水堰不僅可控制沉淀池內水面高度，而且對沉淀池內水流的均勻分布有著直接影響。出水堰形式有水平堰、三角堰和梯形堰。目前多采用鋸齒形溢流堰，水面宜高于齒高的1/2處。嚴辦材料可采用鋼板或UPVC板。

堰前可設置擋板以阻擋漂浮物，或設置浮渣收集和排除裝置。擋板高出池內水面0.1~0.15m，浸沒在水面下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納出流堰流出的水，故槽內流系屬非均勻穩定流，當沿槽長流入流量均勻，且為自由流入，出水槽出口為自由跌落時，其出口處的水深為臨界水深。一般可取b=h0=0.9Q0.4。

3）沉淀區

是可沉降顆粒與廢水分離的區域，同時使進出水均勻。

4）污泥區

污泥區：排除沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保證出水水質的一項重要措施。在池的前部設貯泥斗，其中的污泥通過排泥管借1.5－2.0m的靜水壓力排出池外，池底坡度一般為0.01－0.02。沉降在沉淀池其它部位的污泥通過機械裝置集中到貯泥斗中。刮泥設備是橋式行車刮泥機或鏈帶式刮泥機。也可采用多斗式排泥。

5）緩沖層

緩沖層則是分隔沉淀區和污泥區的水層，保證已沉下的顆粒不因水流攪動而再行浮起。

3.1.2 平流沉淀池的特點

對沖擊負荷和溫度變化適應能力強，施工簡單，造價低；

多采用多斗排泥，操作工作量大，采用機械排泥時，機械設備和驅動件均浸于水中，易銹蝕；

適用于地下水較高及地質較差的地區，適用于大、中、小型污水處理廠。

3.2 豎流沉淀池

3.2.1 豎流沉淀池的結構

豎流式沉淀池多呈圓形，也有采用方形和多角形的。直徑或邊長一般在8m以下，多介于4－7m之間。沉淀池上部呈柱狀部分為沉淀區，下部呈截頭錐狀的部分為污泥區，在二區之間留有緩沖層0.3m。

廢水從中心管流入，由下部流出，通過反射板的阻攔向四周分布，然后沿沉淀區的整個斷面上升，沉淀后的出水由池四周溢出。流出區設于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直徑大于7m，一般要考慮設輻射式集水槽與池邊環形集水槽相通。

3.2.2 豎流沉淀池的特點

排泥方便，占地面積小；

池子深度小，施工困難，對沖擊負荷及溫度變化的適應能力較差，造價高，池徑不宜太大；

適用于水量不大的小型污水處理廠。

3.3 輻流式沉淀池

3.3.1 豎流沉淀池的結構

輻流式沉淀池亦稱輻射式沉淀池。池型多呈圓形，小型池子有時亦采用正方形或多角形。池的進、出口布置基本上與豎流池相同，進口在中央，出口在周圍。但池徑與池深之比，輻流池比豎流池大許多倍。直徑一般介于20－30m之間，但變化幅度可為6－60m，最大甚至可達100m，池中心深度約為2.5－5.0m，池周深度則約為1.5－3.0m。水流在池中呈水平方向向四周輻(射)流，由于過水斷面面積不斷變大，故池中的水流速度從池中心向池四周逐漸減慢。泥斗設在池中央，池底向中心傾斜，污泥通常用刮泥(或吸泥)機械排除。

在池中心處設中心管，污水從池底的進水管進入中心管，在中心管的周圍通常用穿孔障板圍成入流區，使污水在沉淀池內得以均勻流動。流出區設置于池周，采用三角堰或淹沒式溢流孔。為了攔截表面的漂浮物質，在出水堰前設置擋板和浮渣手機排出設備。

3.3.2 輻流沉淀池的特點

多為機械排泥，機械排泥設備復雜，對施工質量要求高；

池內水流速不穩定，沉淀效果較差；

適用于地下水位較高的地區，及大中型污水處理廠。

3.4 斜板（管）沉淀池

斜板（管）沉淀池是根據“淺層沉淀”理論，在沉淀池的沉淀區加斜板或蜂窩斜管，以提高水的沉淀效率的新型沉淀池。是向著理想沉淀池的逼近，其沉淀界限是理想沉淀池，它具有沉淀效率高、停留時間短、占地小等優點。

按水流與沉泥的相對運動方向，斜板（管）沉淀池可分為毅向流、同向流和側向流三種形式。污水處理中主要采用升流式異向流斜板（管）沉淀池。

四、沉淀池設計

五、沉淀池設備選型

主要是平流沉淀池和輻流式沉淀池用到的刮刮吸泥機設備。

吸泥機和刮泥機是排泥設備中最主要的兩種設備。排泥設備是在水處理中配合沉淀使用的專用設備，主要用于廢水處理過程初沉池、二沉池、濃縮池以及澄清池。排泥設備的形式隨工藝的條件與池型結構的不同而有所不同，目前常用的排泥設備通常為平流是沉淀池排泥機和輻流式沉淀池排泥機兩大類。

吸泥機是利用壓力差收集底泥，刮泥機是利用機械傳動收集底泥。

排泥設備的分類如下表：

沉淀池排泥設備分類

各種吸泥機的詳細介紹

六、各沉淀池綜合比較

廢水處理中吸、刮泥機的適用范圍、特點及優缺點