重力沉降法选编课件.ppt

第三章 重力沉降法3.1 概述o沉降法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉，以达到固液分离的一种过程o分离对象: 粒径10 m 可沉物沉降处理工艺的应用沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等自由沉降悬浮颗粒浓度不高；非絮凝性或弱絮凝性，沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉降，颗粒沉降轨迹呈直线沉降过程中，颗粒的物理性质不变发生在沉砂池中根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉降可分成四种类型 悬浮颗粒浓度不高（50-500mg/L）；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉降轨迹呈曲线沉降过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的化学絮凝沉降属于这种类型絮凝沉降成层沉降压缩沉降悬浮颗粒浓度较高（500mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其它颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。

二次沉淀池与污泥浓缩池中发生悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉降图3.1 活性污泥在二沉池中的沉降过程分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变颗粒为球形颗粒只在重力作用下沉降，不受器壁和其他颗粒影响静水中悬浮颗粒开始沉降时，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，颗粒即成等速下沉 3.2 沉降的基本原理悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析2.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为FD 式中： Fd-水对颗粒的阻力； Cd-牛顿无因次阻力系数； As-自由颗粒的投影面积； uS-颗粒在水中的运动速度， 即颗粒沉速 式中：A As s运动方向的面积运动方向的面积 C Cd d牛顿无因次阻力系数；牛顿无因次阻力系数； u us s颗粒沉降速度颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为当受力平衡时，沉速变为u us s（最终沉降速度）（最终沉降速度）得球状颗粒自由沉降的沉速公式：球状颗粒自由沉降的沉速公式图3.2阻力系数与绕流雷诺数的关系层流区（亦称斯托克斯定律）：是水的动力粘度。

过渡区（艾伦区）紊流区（牛顿区）颗粒沉降速度uS影响因素： 颗粒us下沉 悬浮状态不能用沉降法去除； 颗粒us上浮 浮上法 正比， 反比，斯托克斯定律图3.3 沉降速度与颗粒直径与比重的关系3.3 沉降试验和沉降曲线o自由沉降试验及其沉降曲线o絮凝沉降试验及其沉降曲线一、自由沉降试验及沉降曲线 o试验装置o沉降试验H H0 0= =1 1. .5 52 2. .0 0m m100100mmmmH=H0-H试验装置示意图试验装置示意图试验方法1o试验步骤：取直径为80100mm,高度为1.52.0m的沉降筒n个（68个）；将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设于水深H=1.2m处经t1历时后，在第1个沉淀筒取100mL水样，经t2历时后，在第2个沉淀筒取等量水样，依次取样分析各水样的悬浮物浓度C1，C2，Cn在直角坐标纸上，作沉降效率E与沉淀历时t之间的关系曲线，沉降效率E与沉速u关系曲线试验方法试验方法1 1( (数据记录与处理数据记录与处理) )EuCnCiC3C2C1C0CH0H0H0H0Htntit3t2t1t0tE沉降时间，t (min)图图3-1 E-t曲线曲线最小沉速，uE图图3-2 E- u曲线曲线试验方法试验方法1 1( (数据记录与处理数据记录与处理) )试验方法试验方法1 1存在的缺陷存在的缺陷给定的沉降时间t内： 对于uu0的颗粒全部除去1-p0 对于uu0的颗粒可被部分去除p0给定的沉降时间t内： 对于dd0的颗粒全部除去1-p0 对于dd0的颗粒可被部分去除p0？：对于uu0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？ H H h h试验方法2步骤o试验步骤：取直径为80100mm,高度为1.52.0m的沉降筒n个（68个）；将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设于水深H=1.2m处；经沉降时间t1，t2， ， ，tn时，分别取1，2，n的沉降筒内取样口以上的全部水样，分析各水样的悬浮物浓度C1，C2 ， ，Cn沉降效率沉降效率E ET Tu u0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；则在di di + dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：对于u u0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：对于全部uu0颗粒群体，可去除部分为：总沉降效率uu0部分颗粒所占百分率为1 p0则，总沉降效率为ET ： 沉降速度 uu01-p0p0p0沉降速度 uu01p3沉降速度分布曲线沉降速度分布曲线的图解U Uu u0 0颗粒分率，颗粒分率，p p颗粒分率，pu02u03u3u2u1p2p1两种方法比较两种方法比较( (由数据绘制沉降曲线由数据绘制沉降曲线) )E沉降时间，t (min)E-t曲线最小沉速，uEE- u曲线ET-tE-tET- uE- u例题3-1：污水悬浮物浓度C0400mg/L，用第二种试验方法的结果见表3-1，试求：需去除u02.5mm/s（0.15m/min）的颗粒的总去除率？需去除u01.0mm/s（0.06m/min）的颗粒的总去除率？表3-1 沉降试验记录取样时间（min）悬浮物浓度（mg/L）去除量1-P0(C0-Ci)/C0沉速剩余量P0Ci/C0mm/sm/min0C040000.000.0015C1240(400-240)/4000.41200/(5*60)4.000.24240/4000.615C22080.481.330.080.5230C31840.540.670.040.4645C41600.60.440.030.460C51320.670.330.020.3390C61080.730.220.010.27120C7880.780.170.010.22图3-1 剩余量P0沉速u关系曲线表3-2图解计算法ut(mm/s)dPutdPudPut(mm/s)dPutdPudP0.110.040.0044 0.00440.880.030.02640.12340.250.060.0150.01941.170.020.02340.14680.370.10.0370.05641.670.020.03340.18020.580.070.04060.0972.30.020.0460.2262要求去除u02.5mm/s颗粒的总去除率为：从图3-1查得u02.5mm/s时，剩余量P00.56；沉速utu0=2.5mm/s的颗粒的去除量0.226（由表3-2），总去除率为：即ut2.5mm/s的颗粒，可去除44；ut2.5mm/s的颗粒，可去除9要求去除沉速u01.0mm/s的颗粒的总去除率为：从图3-1查得u01.0mm/s时，剩余量P00.5；沉速utu0的颗粒的去除量0.1234（由表3-2），总去除率为：即utu01.0mm/s的颗粒，可去除50；utu01.0mm/s的颗粒，可去除12.3。

o例3-2：用有效水深为1.5m的沉降柱对某离散型工业废水作静止试验，取得表3-3所列的数据，试求u02.8m/min时的ET值时多少？ 表3-3 自由沉降试验数据表时间（min）0.512.556.810沉速(m/min)3.00 1.50 0.60 0.30 0.22 0.15 P0Ci/C00.550.460.330.210.110.03o根据表3-3数据，作出图3-2所示的沉速分布曲线，由图中查出，当u02.8m/min时，p00.544，即有54.4的固体颗粒沉速小于u0，其中能被去除的部分占SS总量的分率 用图解积分法求取计算结果见表3-4 图3-2 剩余量P0沉速u关系曲线表3-4图解计算法dP0.110.100.120.130.84u0.150.250.430.952.0udP0.1650.0250.0510.1240.168udP0.1650.4150.9250.2170.385二、絮凝沉降试验及沉降曲线二、絮凝沉降试验及沉降曲线 絮凝沉降的特点：o颗粒的形状、大小、密度在沉降过程中改变；o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. 1.絮凝沉降试验絮凝沉降试验装置：装置：140150mm，H=2.02.5m； 45个取样口，间距500mm1. 1.絮凝沉降试验絮凝沉降试验试验步骤：试验步骤：（1）试验开始时，将已知悬浮物浓度C0，水温T的水样注入沉淀筒，注满沉淀筒，搅拌均匀，开始计时；（2）每隔一定的时间间隔（510min），同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），确定不同时间、不同水深处残留的SS的浓度C1、C2、Ci、Cn；（3）计算水样悬浮物的去除率；（4）绘制不同深度的Et曲线和SS等去除率曲线；（5）计算在某一个指定水深处，在某一沉降时间t下悬浮物的总沉降率Et（） o总沉降率Et（）o例3-3：已知某种废水中絮凝性悬浮固体浓度为430mg/L。

通过絮凝沉降试验，取得表3-5所列的结果试计算沉降时间为40min时，水深1.5m处的SS总沉降效率Et？表3-5 多点取样沉降试验数据 沉降时间（min）不同水深处的残留SS浓度（mg/L）0.5m1.0m1.5m5356.9387395.610309.6346.2365.520251.6298.9316.130197.8253.7288.140163.4230.1251.650144.1195.7232.260116.1178.5204.375107.5143.2180.6o（1）计算不同水深处各沉降时间的SS去除率Et沉降时间（min）Et（）0.5m1.0m1.5m517.0 10.0 8.0 1028.0 19.5 15.0 2041.5 30.5 26.5 3054.0 41.0 33.0 4062.0 46.5 41.5 5066.5 54.5 46.0 6073.0 58.5 52.5 7575.0 66.7 58.0 o（2）绘制不同水深的SS去除率与沉降时间关系曲线图3-3 Ett关系曲线（3）绘制 SS等去除率曲线表3-7 40min等时线与中间去除率曲线交点的hi和Ei值o（4）计算ET值。

3.4 理想沉淀池理想沉淀池假设：理想沉淀池假设：o沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；o悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；o在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；o颗粒一经沉到池底，即认为已被去除当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度；颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v3.4 理想沉淀池污泥区污泥区入入流流区区出出流流区区Qoxxvu0理想沉淀池示意图BhHLyo沉降区3.4 理想沉淀池3.4 理想沉淀池理想沉淀池同样地有：可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池3.4 理想沉淀池理想沉淀池o表面负荷表面负荷q03.4 理想沉淀池理想沉淀池o理想沉淀池中，理想沉淀池中，u0与与q在数值上相同，但在数值上相同，但它们的物理概念不同：它们的物理概念不同。