水处理工程沉淀与澄清课件.ppt

第四章沉淀与澄清Ø沉淀的基本理论￿￿Ø沉淀池Ø隔油池Ø气浮池￿￿水处理工程沉淀与澄清第第1 1节节￿￿ ￿￿沉淀原理与分类沉淀原理与分类( (Sedimentation, or settling and Clarification)一、原理一、原理利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿比重<1，上浮沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿初沉池（去除悬浮有机物）￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿二沉池（活性污泥与水分离） 水处理工程沉淀与澄清￿￿￿￿￿二、分类二、分类：–（1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生•离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变–（2）絮凝沉淀-絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）•颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大–（3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层，形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。

（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）沉速就是界面下沉速度无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙活性污泥2-3g/L以上–（4）压缩沉淀-污泥浓缩池 颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩水处理工程沉淀与澄清上澄水自由沉淀带絮凝干涉沉淀带成层沉淀带压缩沉淀时间t水深ABCD沉淀过程示意图水处理工程沉淀与澄清n一、一、颗粒沉速公式（颗粒沉速公式（Stokes’ lawStokes’ law）） –假设条件：假设条件： •①球状颗粒，不可压缩，无凝聚性，沉淀过程中大小、形状、重量不变；②水处于静止状态③颗粒仅受重力和水的阻力作用–水中重浮合力水中重浮合力–阻力，量纲分析得到阻力，量纲分析得到–在等速沉淀情况下在等速沉淀情况下–对于层流对于层流，Re<1时阻力重力浮力第第2 2节节￿￿ ￿￿自由沉淀自由沉淀( (discrete particle settling)水处理工程沉淀与澄清对于非球形颗粒对于非球形颗粒: ：形状系数：形状系数nStokes公式，–①①颗粒与水的密度差颗粒与水的密度差(ρs –ρ)愈大，沉速愈快，成正比愈大，沉速愈快，成正比关系。

当关系当ρs >ρ时，时，u>0，，颗粒下沉；当颗粒下沉；当ρs <ρ ，，u<0,颗颗粒上浮；当粒上浮；当ρs=ρ,颗粒既不下沉又不上浮；颗粒既不下沉又不上浮；②②颗粒直径越颗粒直径越大，沉速越快；大，沉速越快；③③水的粘度越小，沉速越快，提高水温水的粘度越小，沉速越快，提高水温水处理工程沉淀与澄清n颗粒沉淀曲线–将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组沉淀管，经过t1时间后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定浓度为c1；…..在t1时刻沉速大于u1的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1,c1/c0表示这部分颗粒与全部颗粒之比，记作x1,余类同将xi与ui作图，得沉淀曲线–对于指定沉淀时间t0， u0=H/t0 , u≥u0颗粒 全部除去–u

水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等颗粒到底就被去除颗粒到底就被去除水处理工程沉淀与澄清水平流速v=Q/(h0 B) B: 池宽￿￿￿￿考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度uu0的颗粒可以全部去除￿￿￿￿￿u

R=过水断面/湿周理想与实际有差距，设计的表面负荷应为试验值的1/1.25-1/1.7,平均为1/1.5;沉淀时间为试验值的1.5-2.0倍水处理工程沉淀与澄清–二、絮凝沉淀•沉淀效率由实验确定在直径0.1-0.15m，高1.5～2.0m，且沿高度方向设有5个取样口的沉淀筒–沉淀柱应有适当的口径，以及一定的深度，这样可以有一定的容量，取样时不影响水深；–沉淀柱的高度尽可能和真实沉淀池相等；–起始浓度在桶中应分布均匀，模拟沉淀池进口端悬浮物颗粒分布情况，水样注入时应平稳缓慢；–沉淀柱底部应留有一个沉淀部分，以备沉泥之用；600600600600φ150水处理工程沉淀与澄清水处理工程沉淀与澄清25水处理工程沉淀与澄清–三、成层沉淀与压缩vsA-澄清液层，B-受阻沉降层，C-过渡层，D-压缩层；1-1面均匀下降，2-2面匀速上升，t2时相遇，B,C消失，直到压实bABCD1122v0

–分类：平流和竖流，平流效率高，应用广泛–构造：过水部分是明渠，渠底有贮砂斗，一般两个下部设有带闸门的排砂管–设计控制参数：水平流速0.15～0.3m/s，停留时间大于30s，有效水深<1.2m，渠宽不小于0.6m，超高为0.3m采用最大流量计算，最小流量校核贮砂斗坡角>55°，排泥管径不小于200mm–防止有机物沉淀：采用曝气沉砂池，鼓风曝气形式水处理工程沉淀与澄清n二、平流沉淀池–基本技术参数：长宽比>4，有效水深<3m，超高0.3m进口均匀布水，流速<25mm/s，水流流入点应高出泥层面0.5m以上，尽快消能，加挡板出口采用溢流堰，大多采用锯齿形堰平堰加工严格用排泥斗排泥，一般设两个池–设计计算：沉淀区、污泥斗、池总深度、进出口设备及排泥设备•沉淀区计算–池平面面积A=Q/u 沉淀区水深h2=Qt/A=ut–确定B，计算L=A/B,校核长宽比•污泥体积计算–—进出水SS浓度；γ—污泥容重;P—污泥含水率，%；T-排泥间隔时间（d)•沉淀池的总高度 H=h1+h2+h3+h4–H1-超高，h2—有效水深，h3—缓冲层高度，h4—污泥部分高度水处理工程沉淀与澄清水处理工程沉淀与澄清n三、竖流式沉淀池–大多为圆形，直径8m以下，中心管进水，从下部流出，集水槽采用平顶堰或锯齿堰。

污泥采用排泥管排出–优点：排泥简单，用于小型污水处理–存在一个u0,v与u0 •V>u0全流失 •V=u0 悬浮•V

污水处理中慎用斜板，因为会产生生物膜，飘在出水中，泥易堆积在斜板上，易坍塌•占地面积：斜板小，极易损坏，5年更换一次与平流式对比，总造价差不多，可节省地价•平流式过流慢约1h；斜板过流快，约10min，要求前边反应好，需加药等，不可有小颗粒•给水：广泛使用斜板；废水：少用斜板水处理工程沉淀与澄清颗粒由A移动到B被去除，可理解为颗粒以v的速度上升到l+l1的同时以u0的速度下沉l2，两者在时间上相等：沉淀单元长度沉淀单元断面面积为dw,则单元通过的流量为q=dwv 代入上式变换得：lwcosα即为斜板在水平方向投影的面积，用af代替；dw/sinα沉淀池在水平方向的面积，用a表示￿则:q=u0(af+a) 考虑￿各种影响，取修正系数η—0.7ABvu0ldα水处理工程沉淀与澄清第三节隔油池n一、油在水中的存在状态–悬浮油、乳化油、溶解油，隔油池仅能去除悬浮油n二、种类–平流式隔油池、斜板式隔油池•平流式隔油池—同平流式沉淀池，一般不少于两个，池深1.5-2.0m，超高0.4m，单格长宽比不小于4,工作水深与每格宽度之比>0.4,池内流速一般2-5mm/s，停留时间一般1.5-2.0h，去除油粒最小直径100-150μm。

隔油后含油50-100mg/L.采用刮油机收油，底刮泥，上刮油•斜板隔油池—提高单位容积的处理效率，斜板大多采用聚酯玻璃钢波纹板，板间距20-50mm,倾角>45°，采用异向流，停留时间为平流式的1/2-1/4,约30min，去除最小粒径60μm.–应用：前平后斜，平隔大量油；斜板最好用镀锌或不锈钢板，以利热水或蒸汽清洗水处理工程沉淀与澄清第四节 气浮池n一、概述–通入空气，→颗粒附着在气泡上，浮力作用，气泡上升，携带颗粒漂浮水面达到固液分离的目的–特点：用于自然沉淀比较难于去除的比重比较轻的细小颗粒•气浮表面负荷可达到12m3/m2h,水在池中停留时间只需10-20min，池深2m，占地少，节省投资•气浮有预曝气作用，泥渣不易腐化•对于低浊含藻水，处理效率高，可除浮游生物，出水好•浮渣含水率低，比沉淀污泥少2-10体积，表面刮渣比池底排泥方便•可回收利用有用物质，所需药量比沉淀法省–缺点：电耗大，释放器易堵塞，浮渣怕大风雨袭击水处理工程沉淀与澄清n二、基本原理–气浮分离的必要条件•向水中提供足够量的微细气泡，尺寸15-30μM•使目的物呈悬浮态或具有疏水性，附着气泡上升–1.气泡的产生：•电解法、分散空气法、溶解空气法•电解法—产生气泡均匀细小，但电耗高，电极易结垢，主要用于小规模水处理•分散空气法–通过粉末冶金、素烧陶瓷或塑料制成的微孔板，将压缩空气分散成小气泡—简便易行，气泡较大，易堵塞–吸气气浮—将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡。

—适用于悬浮物浓度很高的废水，如洗煤废水，含油脂、羊毛等废水，设备不易堵塞–利用射流或水泵吸入和分散空气•溶气气浮法–使空气在压力下溶于水中并呈饱和状态，然后使废水压力骤然降低，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮水处理工程沉淀与澄清–溶气气浮法•真空气浮—在负压下析出•加压溶气气浮—在常压下析出—应用最多•加压溶气气浮按溶气水不同有全部进水溶气、部分进水溶气、部分处理水溶气三种基本流程–部分进水溶气和处理水溶气流程，用于加压溶气的水量只占总水量的30%—35%或10%—20%，溶气压力高、气泡小、均匀、不破坏絮体–关键设备：溶气罐，操作压力0.3-0.5MPa，水泵吸水管进气、出水射流吸气或空压机供气释放器，释放效果好，不易堵塞–2.悬浮物与气泡的附着：•界面张力和湿润接触角•接触角θ>90°疏水物质，易于气浮； θ<90°亲水物质•颗粒与气泡的附着条件 界面能W=σS（S-界面面积） 颗粒附着气泡前W1= σLG+ σ LS（假设S=1cm2) 附着后W2= σGS 界面能变化△W=W1-W2= σLG+ σ LS-σGS 据热力学，气泡和颗粒的附着过程，是向该体系界面能减小的方向自发地进行，附着后的总界面能小于附着前水处理工程沉淀与澄清θθσLGσLGσGSσGSσLSσLS被水湿润的面积被水湿润的面积水气泡颗粒颗粒亲水性颗粒气气气气气气气θθσLGσLSσGSσSGσGLσLS水颗粒颗粒疏水性颗粒液气水处理工程沉淀与澄清•颗粒处于平衡时，水、气、固三相界面张力应是σ LS ＝ σLGcos(180°-θ) -σGS 代入上式，得：△W=σLG(1-COSθ） •得出结论：ü①当颗粒完全被水湿润时，θ→0,COS θ→1, △W→0,颗粒与气泡不能粘附，不能用气浮处理；ü② 0°<θ<90°0<△W< σLG气浮效果不够好；ü③ 90°<θ<180°,△W> σLG气浮效果较好，易气浮ü④ θ→180°,△W＝2 σLG，最易气浮。

• σLG↑， △W↑，易气浮； σLG与水中所含的表面活性物质有关，表面活性物质多， σLG↓；表面活性物质少， σLG↑•气泡的稳定性：气浮要求气泡在水中有一定的分散度，一定的稳定性洁净水（表面张力大）中，气泡易兼并，达不到一定的分散度，且易破灭可往水中加一定的起泡剂，目的降低σLG，在气泡表面起保护作用，保护气泡之稳定性；但加气泡剂太多， σLG降低太多，颗粒—气泡附着不好如何控制气泡剂的量是气浮效果好坏的重要条件•分离亲水性颗粒：投加合适的药剂，改变颗粒的表面性质—称为浮选剂浮选剂带有亲水基团，被亲水性物质吸附，另一端朝向水，使颗粒表面变成疏水表面水包油-破乳水处理工程沉淀与澄清n三、气浮设备及其设计计算–常用加压溶气气浮、射流气浮、叶轮气浮应用广泛部分回流用的较多–设计要点：•①溶气罐压力 V=KTP(亨利定律）压力越大，溶解空气越多–空气过多，细小气泡易聚集，效果不好–最佳：气水比 1%—5%；气固比0.5%—1%；溶气罐中空气的饱和程度50%—80%•②水力停留时间：10-20min；池型：平流式，竖流式•③气固比G/S的选择：影响出水水质和浮渣浓度–G/S=释放出空气总量/原水带入悬浮固体总量–计算空气量水处理工程沉淀与澄清加压溶气气浮流程（回流式）1-混合器，2-反应室，3-入流室，4-分离室，5-泵，6-射流器，7-气体流量计，8-溶气罐，9-释放器，10-浮渣槽，11-刮渣机25-50%Q1239410117568混凝剂水处理工程沉淀与澄清部分回流溶气气浮装置流程图部分回流溶气气浮装置流程图气浮池配水池出水池溶气罐水处理工程沉淀与澄清n四、气浮法在水处理中的应用–废水：–1、含油废水的处理，主要去除乳化油–悬浮油用隔油池去除–2、造纸白水回收纤维–3、毛纺废水：含有羊毛脂，洗涤剂–4、染色废水–5、污泥浓缩：比一般重力浓缩效果好–给水：–1、除藻–与沉淀法比较：可同时去除多种污染物，污泥浓度高–缺点：耗电，维修复杂水处理工程沉淀与澄清思考题：1.沉淀过程有哪几种基本类型？说明它们的内在联系与区别。

2.为什么要做废水沉降性能曲线？反映废水沉淀性能的主要参数是什么？它的具体含义是什么？3.沉降曲线是如何绘制的？对于自由沉降、絮凝沉降过程，测定时有何区别？4.斜板沉淀池为何能提高沉淀效率？5.气浮法使悬浮物上浮分离的基本原理是什么？影响悬浮气浮分离效果的主要因素是什么？6.什么是压力溶气气浮法？基本流程有哪几类？整个过程有哪几部分组成？与其它气浮法相比，具有什么优点？水处理工程沉淀与澄清水处理工程沉淀与澄清。