水污染控制工程-沉淀课件

1,第3章 沉 淀,Sedimentation,2,第一节 概 述 1、沉淀的定义 悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀。实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池。 (1) 当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。 沉 淀 (2) 当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。 上 浮,3,2、沉淀去除的对象及构筑物 砂粒 化学沉淀 混凝絮体 生物污泥 污泥浓缩,4,3、位置及作用 A、作为处理系统的主体； B、工艺流程主体处理单元之前预处理； C、工艺流程主体处理单元之后； D、污泥处置。,（1）城市污水处理工艺:,5,（2）高浓度有机废水处理工艺:,（3）含铬废水处理工艺：,6,(1)自由沉淀 水中悬浮物颗粒浓度低，呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度、不发生变化。 例如：沉砂池,4、沉淀类型 根据悬浮颗粒的性质及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型：,7,(2)絮凝沉淀 水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性能。在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚，其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大，沉淀速度加快。 例如：二沉池； 混凝沉淀。,8,(3)拥挤沉淀(分层沉淀) 水中悬浮物浓度较高，颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰，沉速降低，颗粒碰撞互相 “凝聚”而共同下沉，形成一明显的泥、水界面。沉淀过程实质是泥、水界面下降的过程，沉淀速度为界面下降速度。 如：二沉池的上部； 污泥浓缩池上部。,动画,9,(4)压缩沉淀 当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。 例如：二沉池污泥斗; 浓缩池底部。,10,第二节 自由沉淀 一、自由沉淀的假定条件 实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。 为了解颗粒在水中自由沉降过程的动力学本质，进行如下假定：, 颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不发生变化； 液体为静止状态； 颗粒沉淀不受容器器壁影响； 颗粒沉淀仅受重力和水的作用。,作用方式？,11,二、自由沉淀速度 (1) 颗粒在静水中的受力情况 重力： 浮力： 阻力：,式中：s,表示颗粒及水的密度 g重力加速度 A颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=d2/4 u颗粒沉速 阻力系数，它是雷诺数（ ）和颗粒形状的函数。 水的粘度,12,(2)颗粒在静水中的运动情况 在静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，同时水的阻力也逐渐增大。 经一很短时间后，当阻力F3增大到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差”相等时，颗粒作等速下沉运动。 等速沉淀的速度常称沉淀末速度，简称沉速。,13,(3)颗粒沉淀速度 在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:,层流状态下：,Stokes公式,14,由stocks公式 可知：,(4)影响沉淀速度的因素,A与颗粒、水的密度差成正比； 当s时，u0,颗粒下沉； 当s<时，u<0,颗粒上浮； 当s=时，u=0,颗粒悬浮。,B与颗粒直径平方成正比； 一般沉淀只能去除 d20m的颗粒。 对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗粒粒径，促进沉淀；,C. 与水的粘度成反比； 因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。,15,(1) 实验目的 实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形状各异，密度也有差异。 通过沉淀试验： 了解废水中悬浮物的沉淀特点； 为工程设计提供参数。,三、自由沉淀实验,16,H,取样口,沉降柱,(2) 实验方法 实验编号: 1 2 3n 原水浓度：C0 C0 C0C0 有效水深：H H HH 取样时间：t1 t2 t3tn 取样浓度：C1 C2 C3Cn Ci/C0= Xi X1 X2 X3Xn H/ti=ui u1 u2 u3un, 颗粒沉降到取样口被认为去除；, 沉降速度u：在指定时间t内，能从液面恰好沉到水深H处最小颗粒的沉速。u=H/t, Xi表示沉速uui的颗粒浓度与原始浓度的比值,17,(3) 沉淀效率计算 uu0颗粒去除率：t0时间内，沉淀距离H,全部去除。, u<u0颗粒去除：在t0时间内其沉淀距离为h<H,有部分颗粒通过取样面被去除,去除比例为h/H;即：,X,去除率为(1- X0),X0表示沉速u<u0的颗 粒与全部颗粒的比。, u<u0所有颗粒的去除率：某一颗粒与颗粒总量的比例为dx，被去除的颗粒为： 沉速u<u0所有颗粒的去除率应为：,18,在t0时间内，各种颗粒沉淀的总去除率为：,X,19,思考：沉降曲线与沉淀实验的水深有无关？,根据计算结果，可绘制E-t和E-u0关系曲线，称为沉降特性曲线,20,上述实验工作量太大，严格地说，经沉降时间t后，将有效水深内全部水样取出，测定剩余悬浮物浓度C,按下式计算效率E：,实验改进方法： (1)从有效水深的上、中、下部同时取相同数量水样混合后求出平均悬浮物浓度。 (2)中部取样方法：可以假定悬浮物浓度沿深度呈直线变化，将取样口设在H/2处。,21,例题：某废水静止沉淀试验，有效水深为1.2m，c代表沉降时间t时取样中所含的悬浮物浓度，C0代表起始悬浮物浓度。 求：沉速为3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率。,22,解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,已知：,23,当u0=3cm/min时，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0=0.67，积分 式可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，其值为：,0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =1.07 故沉速为3cm/min时，总去除率为： E=（1-0.67）+1/31.07=0.69,u(cm/min),24,思考题 如何理解沉速u<u0的颗粒部分被去除，去除比例为u/u0？,25,第三节 絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。 悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。,26,可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。 絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。,27,絮凝沉淀试验原理： 采用多点取样法。在直径约0.1-0.2m，高约1.5-2.0m，且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率。以取样口高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。 把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线，称为等去处率曲线，如下图示。,28,29,等去处率曲线含义： 当沉淀时间为t0时，对应沉速u0=H/t0，凡是uu0的颗粒能全部被去除，<u0的颗粒只有部分被去除。 沉淀时间为t0时，相邻两根曲线表示的数值之间的差别，反应出同一时间、不同沉淀深度的去除百分数的差别。表示有一部分颗粒对于上一条曲线来说，已沉降下去了；而对下一条曲线来说，认为尚未沉淀下去。可以理解为这部分颗粒正介于两曲线之间，其平均沉速等于其平均高度除以沉淀时间t0，其数量为两曲线的数值差，若差值无限小，则可认为是某一特定粒径颗粒，其去除效率为其平均高度除以水深H。,30,对指定的沉淀时间和沉淀高度，总沉淀效率可用下式计算： （见下图）,Ei-表示指定时间内，水深H处沉速utu0的颗粒的去除率 E-表示不同水深处ut<u0的颗粒的去除率增量 h -表示不同去除率增量之间的平均水深 （两曲线之间的中点高度）,31,32,简易处理方式： 沉淀柱中部取样法可近似地求絮凝沉降的去除率。据分析统计，误差一般在5%以内；沉淀时间20min时，误差仅2-3%。这数值与悬浮物取样和测定误差相比，可以认为是很小的。 上述方法可满足工程需要，而且沉淀柱中部取样法的实验工作量和计算都大为简化。,33,例题：某废水静止沉淀试验数据如表中所示。实验有关水深为1.2m，表中c代表沉降时间t时由取样口取样中所含的悬浮物浓度，C0代表起始悬浮物浓度。求沉速为3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率。,34,解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,35,36,当u0=3cm/min时，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0=0.67，积分式 可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，其值为： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +0.12.4+0.072.7=1.07 故沉速为3cm/min时，总去除率为 E=（1-0.67）+1/31.07=0.687,37,例题：某有机废水含悬浮物430mg/l，絮凝沉淀试验数据如表所示，试求该废水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的总悬浮物去处率。 表 沉淀试验数据,38,解：（1）描点绘制各取样口处的E-t曲线。,39,（2）取一组E，从上图中读取各取样口处达此E值所需要的沉淀时间t，列表,40,（3）按上表绘制等去除率曲线，见下图：,41,（4）按计算公式计算深度为1.8m，时间60min时总去除率：,