物理处理(2沉淀)

第二篇城市污水处理3污水的物理处理（12h）4污水的生物处理（16h）5污水的生物处理（二）（4h）6污水的自然生物处理（2h）8污泥处理（2h）9污水处理厂设计（2h）3污水的物理处理格栅（2h）沉淀的基础理论（2h）沉砂池（2h）沉淀池（4h）隔油气浮（2h）3.2沉淀的基础理论思考题概述沉淀类型理想沉淀池原理思考题沉淀法在污水处理厂有哪几种用法？沉淀类型有哪几种？各有什么特点？实际沉淀池与理想沉淀池存在什么误差？3.2.1概述沉淀法是水处理中最基本的方法之一。它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作用，以达到固液分离的一种过程。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。在典型的污水厂中，有下列四种用法：用于废水的预处理（沉砂池）用于污水进人生物处理构筑物前的初步处理(初次沉淀池)用于生物处理后的固液分离(二次沉淀池)用于污泥处理阶段的污泥浓缩（浓缩池）3.2.2沉淀类型自由沉淀(离散沉淀)絮凝沉淀(干涉沉淀）区域沉淀（成层沉淀，拥挤沉淀）压缩沉淀（挤压沉淀）自由沉淀离散沉降是一种无絮凝倾向或弱絮凝倾向的固体颗粒在稀溶液中的沉降。在沉降过程中,颗粒之间互不碰撞,颗粒的形状,粒径和比重保持不变,下沉速度不受干扰。自由沉淀是沉砂池、初沉池前期的主要沉淀形式自由沉降理论自由沉降实验自由沉淀理论水中悬浮颗粒的运动方向，取决于其受到的重力，水的浮力以及颗粒下沉受到的阻力。为分析简便起见，假定颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。沉淀过程：开始→加速→重力=浮力+阻力→等速下沉(图3-2)。图3-2球状颗粒自由沉淀时力的平衡图自由沉淀用牛顿第二定律表示式中：u—颗粒沉淀速度，m/sm—颗粒质量t—沉淀时间，sF1—颗粒的重力F2—颗粒的浮力F3—颗粒受到的摩擦阻力321FFFdtdumggdF631ygdF6322248222223yyyCAudCdCF将上述公式整理，得到下式，即斯托克斯公式。可以看出颗粒沉速u的决定因素是(g－y)当g－y0时，u呈负值，颗粒上浮，g－y0时，u呈正值，颗粒下沉，g－y=0时，u=0，颗粒在水中悬浮；沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径d，可大大地提高沉淀(或上浮)效果；u与μ（液体的粘度）成反比，μ决定于水质与水温，在水质相同的条件下，水温高则μ值小，有利于颗粒下沉(或上浮)；218gduyg在标准条件下，即20℃时：μ=0.001N·s/m2，ρf=1000kg/m3，则根据斯托克斯公式：已知沉降高度和沉降时间，就可以计算出沉降粒度：例，对城市污水，固体的颗粒密度为2500kg/m3，当h=30cm，沉降时间1min时，沉降粒度为：)()1000(545mthdsm78107.8260)10002500(5453.05-d由于污水中颗粒非球形，故式(5-7)不能直接用于工艺计算，需要加非球形修正。修正的方法采用等值直径，即将球形直径乘以相应的形状系数，见下表颗粒形状类球形多角形长条形扁平形形状系数0.780.720.670.52自由沉降实验试验用沉降柱如右图，直径80-100mm，高度1500-2000mm，每次试验需沉降柱6-8个。将已知悬浮物浓度和温度的水样注入沉降柱，搅拌均匀后同时沉淀；H=1200mm第一种方法第二种方法第一种方法将已知悬浮物浓度和水温的水样注入各沉降柱，直到水从溢流口溢出。搅拌均匀后测定其悬浮物浓度c0。然后开始沉降，取样点设于水深H处。经t1时间后，在第1个沉降柱取l00mL左右水样，取样时要准确记录所取试样的体积。经t2时间后，在第2个沉降柱取样，依此类推，依次取样直到试验完成。分别分析各水样的悬浮物浓度c1，c2，…cn。然后计算各沉降时间ti的沉降速度ui，ui=H/ti，它的意义是在时间ti内能沉降H高度的最小颗粒的沉降速度；因为在沉降ti时间时，悬浮物中沉降速度大于ui的颗粒已全部沉降过了取样口，而沉降速度小于ui的颗粒的浓度不变。计算悬浮物的去除率：%10000CCCi以沉淀时间为横坐标，去除率为纵坐标绘制曲线图（图（a））;以沉淀速度为横坐标，去除率为纵坐标绘制曲线图（图（b））当已知沉淀时间，或已知要去除的颗粒沉速，即可在曲线上查得去除率，或反之。iiitHCCC%10000对于μ0的颗粒，只有在H'的范围内，才能被去除第二种方法第一种方法存在误差，即同样大小的颗粒，因处在不同的位置，将有不同的结果；第二种方法的操作同前，但取样方法不同，即，在不同的时间内，取出相应沉降柱内取样点以上的全部水样，测定其浓度，设其剩余量为P0，相应的去除量则为（1-P0），列表，并据表作P0-ui的关系曲线去除率的计算公式为0000100100PtdPPutu0部分的去除率utu0部分的去除率例题3-2污水悬浮物浓度C0=400mg/L，用第二种方法实验的结果见下表；求，需去除u0=2.5mm/s（0.15m/min）的颗粒的总去除率。解：用图解法，将P0-ui的关系曲线划分为8个矩形小块（越多越精确），计算其累计面积，结果见图解计算值表。P0-ui的关系曲线dp=0.04ut=0.11(mm/s)u0=2.5(mm/s)剩余量=0.56u0=1.0(mm/s)剩余量=0.5图解计算值表（1）要求去除u0=2.5mm/s（0.15m/min）的颗粒的总去除率从关系曲线图上查得，u0=2.5mm/s时，剩余量P0=0.56，该种颗粒的去除量=0.226（由表），则其总去除率为即，ut≥2.5mm/s的颗粒可去除44%，ut2.5mm/s的颗粒可去除9%。00226.0PtdPu合计%53%04.5304.944226.05.210056100絮凝沉淀(干涉沉降）是一种絮凝性颗粒在稀悬浮液中的沉降。沉降过程中,各颗粒之间可能相互碰撞并粘合成较大的絮体,因而颗粒的物理性质和沉降速度不断发生变化，无法进行理论计算。初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀区域沉淀（成层沉淀，拥挤沉淀）颗粒浓度大（500mg/L），相互间发生干扰，分层。水与颗粒群之间形成一个清晰的界面,沉降过程实际上是该界面的下沉过程。高浊水、二沉池、污泥浓缩池压缩沉淀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。活性污泥在二沉池泥斗中及污泥浓缩池的沉降3.2.3理想沉淀池原理为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提出了理想沉淀池这一概念。理想沉淀池划分为四个区域，即进口区域、沉淀区域、出口区域及污泥区域，并作下述假定：沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；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；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。根据上述的假定，悬浮颗粒自由沉降的迹线可用图3-2表示。理想沉淀池分析实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差图3-2平流理想沉淀池示意图理想沉淀池分析当某一颗粒进入沉淀池后，一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速ν等于水流速度；一方面沉淀，沉降速度为μ0；那么，其运动轨迹为其水平分速ν和沉速μ的矢量和；从A点进入的颗粒，必存在某一粒径的颗粒，其沉速为μ0，在D点刚好沉入池底，由此得到关系式：显然，若μt≥μ0，则颗粒在D点前沉淀，见实线I；若μt≤μ0，则颗粒在D点前不能沉淀，见实线II。但若颗粒在低于A点处进入，则有可能在D点前沉淀，见虚线II。LHLH＝或00对于沉速为u1(u1u0)的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及uu0两部分，故沉淀对悬浮物的去除率为：式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数1－P0——沉速≥u0的颗粒的去除百分数根据理想沉淀池的原理，至少可以说明两点：若需要去除的颗粒的沉速μ0确定，则沉淀池的表面负荷q值被同时确定；即平流理想沉淀池的去除率仅决定于表面负荷q及颗粒沉速μt,而与沉淀时间无关。也可理解为，与沉淀池深度无关AQq0实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差实际沉淀池示意图见图3-3池深方向的影响池深方向的水平流速分布不均匀，对去除率没有影响；宽度方向的影响宽度方向的水平流速分布不均匀，是降低去除率的主要原因；紊流对去除率的影响紊流的存在，使颗粒在三维空间作不规则运动，不能均速下沉，或快或慢，难以理论分析图3-3实际沉淀池示意图左图：池深方向水平流速分布不均匀的影响右图：池宽方向水流速度分布不均匀的影响3.2思考题与习题沉淀法在污水处理厂有哪几种用法？沉淀类型有哪几种？各有什么特点？实际沉淀池与理想沉淀池存在什么误差？