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水污染控制工程-沉淀课件

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    • 1、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

      2、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

      3、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,u0,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:t

      4、1 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。, uu0颗粒去除:在t0时间内其沉淀距离为hH,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uu0的颗 粒与全部颗粒的比。, uu0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uu0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

      5、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uu0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

      6、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

      7、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utu0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:,

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