污水的物理处理沉淀理论和沉砂池.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,§10-2 沉淀的基础理论,1,,一、概述,,二、沉淀类型,,三、自由沉淀及分析,,四、沉淀池工作原理,本节内容,2,,1、沉淀的概念,,一、概述,,是利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程3,,,按照废水的性质与所要求的处理程度的不同，沉淀处理工艺可以是整个水处理过程中的一个工序，亦可以作为唯一的处理方法2、应用场合,,在典型的污水处理厂中，有以下4种用法：,,(1) 用于废水的预处理——,沉砂池,,,(2) 用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理,,(,初沉池,),,(3) 用于生物处理后的固液分离(,二次沉淀池,),,(4) 用于污泥处理阶段的,污泥浓缩,4,,二、沉淀类型,自由沉淀,絮凝沉淀,区域沉淀,,压缩沉淀,,,根据水中悬浮颗粒的性质、凝聚性能及浓度，沉淀通常可以分为四种不同的类型：,5,,1、自由沉淀,,实例：固体颗粒在,沉砂池,及,沉淀池内的初期沉降,,自由沉淀也称为离散沉降，是一种,非絮凝性,,或弱絮凝性固体颗粒,在,稀悬浮液,中的沉淀。

由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生,,聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和,,密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速,,沉降过程6,,2、絮凝沉淀,,实例：颗粒在,初沉池内的后期沉降,，生化处理中污泥在,二沉池中间段的沉淀,，及水处理的,混凝沉淀,这是一种絮凝性固体颗粒,,在稀悬浮液中的沉淀虽然悬浮固体浓度也不高,,（50-500mg/L），但颗粒在沉,,降过程中接触碰撞时能互相聚,,集为较大的絮体，因而颗粒粒,,径和沉降速度随沉降时间的延,,续而增大7,,,3、区域沉淀,,也称成层沉淀、拥挤沉淀这是一种固体颗粒（特别是强絮凝性颗粒）在较高浓度(500mg/L以上)悬浮液中的沉降实例：生化处理中污泥在,二沉池下部的沉降,和在,浓缩池内的初期沉降,由于悬浮固体浓度较高，颗粒彼此靠的很近，吸附力将促使所有颗粒聚集为一个整体，但各自保持不变的相对位置共同下沉此时，水与颗粒群体之间形成一个清晰的泥水界面，沉降过程就是这个界面随沉降历时下移的过程8,,,当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便互相接触，彼此上下支承在上下颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。

4、压缩沉淀,,实例：,生化污泥在,二沉池污泥斗,和,浓缩池内的浓缩过程,9,,,,,,,,,,,,,,,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,A,B,C,D,沉淀过程示意图,10,,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淀，不受器壁和,,其他颗粒影响静水中悬浮颗粒开始沉淀时，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,,等速下沉三、自由沉淀及分析,11,,悬浮颗粒在水中的受力：,,,重力F,1,、浮力F,2,、下沉中的摩擦阻力F,3,,重力大于浮力和摩擦力时，,,下沉；,,,重力等于浮力和摩擦力时，,,相对静止；,,,重力小于浮力和摩擦力时，,,上浮F,2,,ρ,s,F,1,,ρ,L,,，F,3,12,,用牛顿第二定律表达颗粒的自由沉淀过程:,,,,,,,式中：,,m—颗粒质量，kg；,,u—颗粒沉速，m/s；,,t—沉淀时间，s；,,F,1,—颗粒的重力,,F,2,—颗粒的浮力,,F,3,—颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析,13,,,（1）颗粒的重力：,,,,,其中：,ρ,S,为颗粒密度，kg/m,3,；,,d为颗粒直径，m；,,g为重力加速度。

2）颗粒的浮力：,,,,,,其中：,ρ,L,为液体密度，kg/m,3,；,,14,,（3）颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力：,,,,,式中：,λ—阻力系数，当颗粒周围绕流处于层流状态时， λ=24/Re；Re为颗粒绕流雷偌数，与颗粒的直径、沉速、液体的粘度等有关，,,,A—自由沉淀颗粒在垂直面上的投影面积，,,15,,,颗粒下沉开始时，沉速为0，逐渐加速，阻力F,3,也随之增加，很快三种力达到平衡，颗粒等速下沉，du/dt=0，代入公式：,,16,,,,即为球状颗粒自由沉淀的沉速公式，亦称,斯托克斯公式,17,,由上式可知，颗粒沉降速度u,S,与下述因素有关：,斯托克斯定律讨论,当,ρ,S,大于,ρ,L,时，,ρ,S,-ρ,L,为正值，颗粒以,u,S,下沉；,,当,ρ,S,与,ρ,L,相等时，,u,S,=0,，,颗粒在水中呈悬浮状,,态，这种颗粒不能用沉淀去除；,,ρ,S,小于,ρ,L,时，,ρ,S,-ρ,L,为负值，颗粒以,u,S,上浮，可,,用浮上法去除u,S,与颗粒直径,d,的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果u,S,与,μ,成反比，,μ,随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。

18,,,为了便于说明沉淀池的工作原理以及分析水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律，Hazen和Camp提出了理想沉淀池的概念四、沉淀池工作原理,,理想沉淀池划分为4个区域，即进口区域、沉淀区域、出口区域及污泥区域19,,作如下假设,,,(1) 沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为ν；,,(2) 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；,,(3) 在沉淀区的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；,,(4) 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除20,,式中：v-颗粒的水平分速；,,q,v,-进水流量；,,A′-沉淀区过水断面面积，H×b,,H -沉淀区的水深；,,b -沉淀区宽度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/v,21,,从沉淀区顶部x点进入的颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u,0,，到达沉淀区末端时刚好能沉至池底当颗粒沉速u,i,≥u,0,时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。

大颗粒.ppt,当颗粒沉速u,i,

故只要确定颗粒的最小沉速u,0,，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率理想沉淀池的,沉淀效率与池的水面面积A有关,，与池深H和沉淀时间t无关，即与,池的体积V无关,比较两式可知：,29,,实际中，常按以下经验公式确定设计表面负荷q和沉降时间t：,式中：u,0,、t,0,——分别为由沉降曲线上查得的理论沉降速度和沉降时间30,,例 题,某自由沉淀试验数据如下表所示，沉淀高度H=120cm试绘制沉淀曲线P-u曲线，并计算不同沉淀时间条件下的悬浮颗粒的总去除率,η，并绘制,η-t、η-u曲线31,,解：,（1）,计算各沉淀时间相应的沉速u，,,表观去除率,E,,（2）以P,i,为纵坐标，u为横纵标作图得沉淀曲线：,,P-u,曲线,,（3）图解计算各沉速下的总去率,u,0,=3.0为例,，,小于此沉速的颗粒与全部颗粒之比P,0,=0.67,,,积分项等于各矩形面积之和则：η=(1-0.67)+1.07/3=0.687,,以此计算出各时总沉淀效率η32,,（4）以总效率η为纵坐标，以沉淀时间t为横纵标作图的效率-时间曲线,不同沉淀时间的总去除率,33,,不同沉淀速度的总去除率,34,,思考题,,,下图是沉降实验所得总去除率与颗粒沉淀速度u0 的关系，有人认为从图中可以看出，颗粒的沉淀速度越大去除率越低。

另外的人认为沉淀速度越大说明颗粒粒径越大，而颗粒越大越易除去，为什么此时去除率越低呢？你如何解释？,35,,§10-4 沉砂池,36,,,污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应器有效容积，甚至在脱水时扎破滤带损坏脱水设备沉砂池设置目的,就是,去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大（比重为,2.65,）的无机颗粒,，以免影响后续处理构筑物的正常运行37,,沉砂池,,的作用,沉砂池的,,工作原理,沉砂池的,,几种型式,,从污水中去除砂子、煤渣等比重,,较大的无机颗粒，以免这些杂质影,,响后续处理构筑物的正常运行平流式、曝气沉砂池、旋流式,,沉砂池等、,,以重力或离心力分离为基础，将,,进入沉砂池的污水流速控制在只能,,使比重大的无机颗粒下沉，而有机,,悬浮颗粒则随水流带走一、概论,38,,,沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数：,,(1) 城市污水厂,一般均应设置沉砂池,，工业污水是否设置视水质情况而定城市污水厂的,沉砂池的只数或分格数应不少于2,，并按并联运行原则考虑2) 设计流量应按分期建设考虑：①当,污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算,；②当污水为,提升进入,时，应,按每期工作水泵的最大组合流量计算,；③在,合流制处理系统,中，应,按降雨时的设计流量,计算。

39,,(3) 沉砂池去除的砂粒比重为,2.65,、粒径为,0.2mm,以上4) 城市污水的,沉砂量,可按每10,6,m,3,污水沉砂30m,3,计算，其含水率约60％，容重约1500kg/m,3,5) 贮砂斗的,容积应按2日沉砂量计算,，贮砂斗壁的倾角不应小于55°排砂管直径不应小于200mm6) 沉砂池的超高不宜小于,0.3m,40,,一般认为大于0.21mm粒径的砂粒是造成后续处理问题的主要原因，所以传统上沉砂池设计是基于去除,粒径0.21mm,（65目）以上，,相对密度为2.65的砂粒,但除砂数据分析表明，沉砂的相对密度范围在之间，而且现已有沉砂池能够去除到0.11mm（140目）砂粒70%以上41,,二、平流式沉砂池,42,,平流式沉砂池的,主要缺点,是沉砂中,约夹杂有15％的有机物，使沉砂的后续处理增加难度,故常需配洗砂机，排砂经清洗后，有机物含量低于10％，称为清洁砂，再外运平流式是最常用的一种型式，它的截留效果好，工作稳定，构造亦较简单上图所示为平流式沉砂池的一种池的上部是过水部分，是一条加宽了的明渠，渠的两端设有闸门以控制水流，池底设有1～2个贮砂斗，下接带闸阀的排砂管。

43,,,污水在池内的最大流速为,0.3m/s,,最小流速为,0.15m/s;,,,最大流量时，污水在池内的停留时间不少于,30s,,一般为,30~60s;,,,有效水深应不大于,1.2m,,一般采用,0.25~1.0m,,池宽不小于,0.6m,；,,,池底坡度一般为,0.01~0.02,,当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状平流式沉砂池的设计参数,,44,,,1.沉砂部分长度L,,,,,式中：v-最大设计流量时的,,速度，m/s;,,t-最大设计流量时的停留时,,间，s2.水流断面面积A,,,,,式中：,,q,v,max,-最大设计流量，m,3,/s3.池总宽度b,,,,式中： h,2,-设计有效水深，m4.贮砂斗所需容积V,,,,,式中：X-城市污水的沉砂,,量，一般采用30m,3,/10,6,m,3,,（污水）；,,T-排砂时间的间隔，d；,,k,z,–生活污水流量的总变化,,系数平 流 式 沉 砂 池 的 设 计 计 算,,45,,,,5.贮砂斗各部分尺寸,计算,,设贮砂斗底宽b,1,=0.5m；,,斗壁与水平面的倾角为60º；,,则贮砂斗的上口宽b,2,为：,,,,,,,,贮砂斗的容积V,1,：,,,,,式中：h’,3,-贮砂斗高度，m；,,S,1,，S,2,-贮砂斗上口和下口的面积。

6. 贮砂室的高度h,3,,设采用重力排砂，,,池底坡度 i=6%，,,坡向砂斗，则：,,,,,,,,平 流 式 沉 砂 池 的 设 计 计 算,46,,平 流 式 沉 砂 池 的 设 计 计 算,7.池总高度H,,,,,式中：h,1,-超高，m；,,h,3,-贮砂斗高度，m8.核算最小流速vmin,,,,式中：,,q,vmin,-设计最小流量，m,3,/s；,,n,1,-最小流量时工作的沉砂池数目,,A,min,-最小流量时沉砂池中的水,,流断面面积，m,2,47,,三、曝气沉砂池,48,,,曝气沉砂池是一个狭长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度上设置曝气装置为增强曝气推动水流回旋的作用，可在曝气器的外侧装设导流挡板池底内侧设有集砂斗，池底以0.1～0.5的坡度坡向砂斗49,,曝气沉砂池剖面示意,50,,,污水在池中存在着两种运动形式，其一为,水平流动,（一般流速0.1,,m/s），同时在池的,横断面上,产生,旋转流动,（旋转流速0.4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式曝气沉砂池的工作原理,,51,,,由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，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，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。

特点,：,,①沉砂中含有机物的量低于5％；,,②由于池中设有曝气设备，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52,,水平流速一般取0.08~0.12m/s污水在池内的停留时间为4~6min；雨天最大流量时为1~3 min如作为预曝气，停留时间为10~30min池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板曝气沉砂池多采用穿孔管曝气,，,孔径为2.5~6.0mm，距池底约为0.6~0.9m，并应有调节阀门曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流,曝气沉砂池的设计参数,53,,四、旋流沉砂池,,旋流沉砂池是利用机械力控制水流流态,,与流速，加速砂粒的沉淀并使有机物随水流,,带走的沉砂装置沉砂池由流入口、流出口、沉砂区、砂斗,,及带变速箱的电动机、传动齿轮、压缩空气输,,送管和砂提升管以及排砂管组成54,,,55,,,,,污水由流入口切线方向流入沉砂区，利,,用电动机及传动装置带动转盘和斜坡式叶片,,旋转在离心力的作用下，污水中密度较大,,的砂粒被甩向池壁，掉入砂斗，有机物则被,,截留在污水中。

调整转速，可达到理想的沉,,砂效果沉砂用压缩空气经砂提升管、排砂,,管清洗后排除，清洗水回流至沉砂区根据处理污水量的不同，旋流沉砂池可,,分为不同的型号56,,,旋流沉砂池最高时设计流量时，,,停留时间不应小于30s，,,设计水力表面负荷宜为150-200m,3,/（m,2,·h）有效水深宜为，,,池径与池深比宜为沉砂池的各部分尺寸，可以根据处理流量的大小按表10-3选用型号，并确定相关尺寸旋流,沉砂池的设计,57,,。