10.2 课后习题详解
1．试说明沉淀有哪几种类型？各有何特点，并讨论各种类型的内在联系与区别，各适用在哪些场合？
答：（1）沉淀有四种类型，分别是自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀和压缩沉淀。
（2）四种沉淀的特点及适用场合，如表10-1所示。
表10-1 四种沉淀的特点及适用场合
（3）区别与联系
自由沉淀，絮凝沉淀，区域沉淀，压缩沉淀悬浮颗粒的浓度依次增大，颗粒间的相互影响也依次加强。
2．设置沉砂池的目的和作用是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？
答：（1）设置沉砂池的目的和作用
以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走，从而能去除污水中泥砂、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。
（2）曝气沉砂池和平流式沉砂池工作原理的区别
①曝气沉砂池是通过曝气以及水流的旋流作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使黏附在砂粒上的有机污染物得以摩擦去除。曝气沉砂池沉砂中含有机物的量低于5%；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。
②平流式沉砂池是通过降低流速使无机性颗粒沉降下来，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走，从而能从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒。
3．水的沉淀法处理的基本原理是什么？试分析球形颗粒的静水自由沉降（或上浮）的基本规律，影响沉淀或上浮的因素有哪些？
答：（1）水的沉淀法处理基本原理
水的沉淀法处理基本原理是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能和悬浮颗粒和水的密度差。水中悬浮颗粒的密度比水大，在重力场作用下产生下沉作用，以达到固液分离。
（2）球形颗粒的静水自由沉降（或上浮）的基本规律
静水中悬浮颗粒开始沉降（或上浮）时，会受到重力、浮力、摩擦力的作用。刚开始沉降（或上浮）时，因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时，颗粒即等速下沉。
（3）影响沉淀或上浮的因素
影响沉淀或上浮的因素有水中悬浮颗粒的性质（密度、大小）、水的黏度、水流速度、池的表面积等。斯托克斯公式表明：
①颗粒与水的密度差（ρS-ρL）愈大，沉速愈快，成正比关系。当ρS＞ρL时，颗粒下沉；当ρS＜ρL时，颗粒上浮；当ρS＝ρL时，颗粒既不上浮也不下沉；
②颗粒直径愈大，沉速愈快，成正比的平方关系；
③水的黏度愈小，沉速愈快，成反比关系。因水的黏度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。
4．已知某小型污水处理站设计流量Q＝400m3/h，悬浮固体浓度SS＝250mg/L。设沉淀效率为55%。根据性能曲线查得u0＝2.8m/h，污泥的含水率为98%，试为该处理站设计竖流式初沉池。
答：设计参数：污水在中心管内的流速v0＝30mm/s＝0.03m/s
表面水力负荷q＝u0＝2.8m3/（m2·h）
（1）估算竖流沉淀池直径，确定池数。
设计沉淀池数为四只，池型为圆形，估算单池的直径约为7m，符合要求。
单池流量Q′＝Q/4＝100m3/h。
（2）中心管的截面积和直径
（3）喇叭口直径：d1＝1.35d＝1.35×1.1＝1.5m；
（4）反射板直径＝1.3d1＝2.0m；
（5）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3：
（6）沉淀区面积：
（7）沉淀池直径：
（8）沉淀区的深度：h2＝vt＝2.8×1.3＝3.64≈3.7m（设沉淀时间为1.3h），D/h2＝7/3.7＝1.89＜3，符合要求。
（9）污泥斗的高度和体积
取下部截圆锥底直径为0.4m，贮泥斗倾角为55°，则：
h5＝（7/2－0.4/2）tg55°＝4.7m
V1＝（R2＋Rr＋r2）πh5/3＝（3.52＋3.5×0.2＋0.22）π×4.7/3＝64m2
（10）沉淀池的总高度H：
H＝h1＋h2＋h3＋h4＋h5＝0.3＋3.7＋0.3＋0.3＋4.7＝9.3m
（11）污泥区的容积
排泥周期按2d设计，则污泥区容积：
在工程设计中还包括进水槽、出水槽、出水堰、排泥管等设计内容。
5．已知某城镇污水处理厂设计平均流量Q＝20000m3/d，服务人口100000人，初沉污泥量按25g/（人·d），污泥含水率按97%计算，试为该厂设计曝气沉砂池和平流式沉淀池。
答：由题意知：
（1）曝气式沉砂池
总有效容积：
池断面面积：
池总宽度：
所需曝气量：
q＝60D×Qmax＝60×0.23×0.2＝2.76m3/min
（2）平流式沉淀池
沉淀区表面积：
沉淀区有效水深：
沉淀区有效容积：
沉淀池长度：
沉淀区总宽度：
沉淀池数量：n＝B/b＝51.44/40＞1，取2
污泥区容积：
沉淀池总高度：
贮泥池容积：
贮泥池以上梯形部分污泥容积：V＝（L1/2＋L2/2）×h4''×b＝63m3
6．加压溶气气浮法的基本原理是什么？有哪几种基本流程？各有何特点？
答：（1）加压溶气气浮法的基本原理
加压溶气气浮法的基本原理是使空气在加压条件下溶于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和溶解的空气以细微气泡的形式释放出来。
（2）基本流程
基本流程有三种，分别为全加压溶气流程、部分加压溶气流程和部分回流加压溶气流程。
（3）各流程的特点
①全加压溶气流程是将全部废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池，进行固液分离；
②部分加压溶气流程是将部分废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池，该法较全压溶气流程节省电耗，同时因加压溶气水量与溶气罐的容积比全加压溶气方式小，可节省一些设备。但是由于部分加压溶气系统提供的空气量较少，必须在较高的压力下运行；
③部分回流加压溶气流程则是将部分经气浮处理的澄清液进行回流加压，废水直接流入气浮池。与前两种流程相比，该流程加压溶气水为经过气浮处理的澄清水，对溶气及减压释放过程较为有利，是目前最常用的气浮处理流程。
7．微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是什么？有哪些影响因素？如何改善微气泡与颗粒的黏附性能？
答：（1）微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件
水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关，与该类物质的接触角有关。微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是黏附角θ→180°，这类物质疏水性强（称疏水性物质），易与气泡黏附。
（2）影响因素
影响微气泡与悬浮颗粒黏附的因素有二者之间的界面能、界面张力和接触角、气-粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附，泡沫的稳定性、温度和气体的溶解度等。
（3）改善措施
可通过投加化学药剂的方法来改善微气泡与颗粒之间黏附性能，这些化学药剂包括混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂等。
8．气固比的定义是什么？如何确定适当的气固比？
答：（1）气固比的定义
气固比是指溶解空气量（A）与原水中悬浮固体含量（S）的比值。
（2）确定适当的气固比的方法
气固比选用涉及远水水质、出水要求、设备、动力等因素，从节能考虑并达到理想的气浮分离效果，应对所处理的废水进行气浮试验来确定气固比，如无资料或无实验数据时，一般取用0.005～0.006，废水悬浮固体含量高时，可选用上限，低时选用下限。剩余污泥气浮浓缩使气固比一般采用0.03～0.04。
9．在废水处理中，气浮法与沉淀法相比较，各有何优缺点？
答：（1）气浮法
①优点
气浮法能够分离那些颗粒密度接近或者小于水的细小颗粒，适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况。常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。
②缺点
对设备以及能耗的要求较高，产生微细气泡需要能量，经济成本较高。在实施过程还需满足三个基本条件：
①必须向水中提供足够量的细微气泡；
②必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态；
③必须使气泡与悬浮的物质产生黏附作用。
（2）沉淀法
①优点
沉淀法利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力场作用下产生下沉作用，以达到固液分离的效果。固液的分离一般不需要能量，对设备和能耗要求简单。主要去除污水中的无机物，以及某些比重较大的颗粒物质。
②缺点
一般沉淀池的占地面积较大。而且只能沉淀相对密度较大的悬浮固体，对沉淀固体的选择性较差。
（3）气浮法与沉淀法比较
①与气浮法相比较，沉淀法的优点是简便易行，设备简单，固液分离效果良好。
②与沉淀法相比较气浮法的优点：a．气浮时间短，一般只需要15分钟左右，去除率高；b．对去除废水中的纤维物质特别有效，有利于提高资源利用率，效益好；c．应用范围广。
它们缺点是都有局限性，单一化。
10．某工业废水水量为1200m3/d，水中悬浮固体浓度为800mg/L，需要进行气浮法预处理，请为其设计平流式气浮处理系统。
答：设计采用部分出水回流加压溶气气浮法。
设计参数：
反应室 反应时间：5～15min，取15min；
接触室 水流上升速度：15mm/s，水力停留时间＝2min
分离室 停留时间：10～20min；
表面负荷：6～8m3/（m2h），取6m3/（m2h）；
下流速度：1.5～3.0mm/s；长：宽＝1～2：1。
有效水深：2～2.5m，取2m；
Q＝1200m3/d＝50m3/h＝0.83m3/min＝0.014m3/s。
（1）溶气水量
设计溶气压力：p＝0.3MPa，水温20℃，溶气效率f取0.9；
设计气固比：α＝A/S＝0.02；
溶气水量QR：
进入接触室和分离室的总水量为：
（2）分离室表面积：
（3）分离室的水力停留时间：
。（符合要求）
（4）分离室的长与宽
长：L＝A/B＝12/3＝4m；（分离室的宽度取3m）
L/B＝1.33（符合要求）；
分离室的下流速度：
。（符合要求）
（5）接触室容积
校核：
。（符合要求）
接触室宽度b：
设计中取0.6m。
（6）反应室容积：
（7）溶气罐
（取0.7m，I取3000m3/（m2·d））
在工程设计中还包括气浮池的进水（潜孔）、出水（集水管）、设计、除渣系统设计、溶气释放器的选择等内容。
11．如何改进及提高沉淀或气浮分离效果？
答：（1）提高沉淀分离效果的方法
①在沉淀区增设斜板（管）以提高沉淀池的分离效果和处理能力；
②对污水进行曝气搅动；
③回流部分活性污泥；
④在沉淀池的设计过程中，严格控制沉淀区长度，长宽比，长深比，以使水流均匀分布；
⑤通过混凝处理增大颗粒粒径；
⑥提高水温以减小水的黏度。
（2）提高气浮分离效果的方法
提高气浮法分离效果即增加气泡与颗粒间的吸附作用。
①疏水性很强的物质（如植物纤维、油滴及炭粉末等），不投加化学药剂即可获得满意的固（液）—液分离效果。
②一般的疏水性或亲水性的悬浮物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，提高气浮分离效果。