净水工程第6讲-07环境

第4章沉淀4.1杂质颗粒在静水中的沉降4.2平流式沉淀池4.3斜板与斜管沉淀池4.4澄清池4.1杂质颗粒在静水中的沉降4.1.1沉淀原理与分类4.1.2杂质颗粒在水中的自由沉降4.1.3杂质颗粒在水中的拥挤沉降4.1.1沉淀原理与分类原理利用颗粒与水的密度之差，比重1，下沉比重1，上浮沉淀处理对象：悬浮物质，主要用于去除100nm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）目的：产生澄清的出水。4.1.1沉淀原理与分类根据悬浮物质的性质、浓度和絮凝性能，沉淀可以分为四类：1、自由沉淀√2、拥挤沉淀√3、絮凝沉淀4、压缩沉淀4.1.1沉淀原理与分类1、自由沉淀定义：颗粒在沉淀过程中互不干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不改变。特点：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变。常见于：沉砂池、初沉池前期2、拥挤沉淀定义：沉淀过程中，絮凝或非絮凝颗粒的浓度达到一定值后，将会形成层状物而整体下沉，出现较明显的固液界面。特点：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层。常见于：高浊水的沉淀、活性污泥法的二沉池、污泥浓缩池、化学凝聚沉淀3、絮凝沉淀定义：在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚，其大小、形状、密度会发生改变，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快。特点：凝聚性颗粒，在沉淀过程中沉速逐渐增加。常见于：给水混凝沉淀、初沉池后期、二沉池前期4、压缩沉淀定义：随着沉淀过程的进行，当悬浮颗粒相互聚集沉淀到水底时，会互相支撑，互相挤压，而发生进一步沉降。特点：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。常见于：污泥的浓缩在实际的活性污泥法二沉池及浓缩池中沉淀与浓缩的过程中，都顺序存在着1、2、3、4这四种类型的沉淀过程，只是产生各类沉淀的时间长短不同而已。4.1.2杂质颗粒在水中的自由沉降条件：低浓度的离散颗粒，沉淀不受阻碍。颗粒运动过程：开始：加速下沉；（时间短）一定时间后：等速下沉。作等速沉降颗粒的受力分析：三种力：重力、浮力、水流阻力假设：颗粒为球形，沉速为：u，直径为d。自由沉淀过程1、自由沉淀的数学表达式颗粒受到的重力和浮力：受到的水的阻力：η与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。达到平衡时：F1＝F2+F3可得到沉速计算公式（对球形颗粒）：gdFF)(610321422203duFdgu0034（4-1）投影面积动压1、自由沉淀的数学表达式式（4-1）中η与Re有关，雷诺数Re（水的惯性力/水的粘滞力）数学表达式：不同的阻力系数η与Re之间存在着函数关系，通过试验确定。存在着3个截然不同的区域，这取决于Re。有：层流区、过渡区、紊流区vudRe（4-2）(Re)f1010101010.40.1阻力系数CDC=24/ReC=10/Re雷诺数Re图7-1CD与Re的关系（球型颗粒）10-2-31010-11101021034510101063-11、自由沉淀的数学表达式存在着3个区域：当Re1时：呈层流状态103Re25000时：Re与η无关呈紊流状态当1Re103时：属于过渡区ηηRe245.0Re104.01、自由沉淀的数学表达式层流区内的沉降：将式（4-3）代入式（4-1）得到stokes公式：式中μ—水的动力粘度，N·s/m2。u与d2成正比，增大粒径，可提高沉淀效果。u与μ成反比，μ决定于水质与水温，水质相同时，水温高则μ值小，有利于颗粒下沉。颗粒越粗，水温越高，其沉速越快。Re24（4-3）20181gdu（4-4）1、自由沉淀的数学表达式紊流区的沉降：将式（4-5）代入式（4-1）得到牛顿公式：过渡区的沉降：带入得Allen公式：4.0（4-5）（4-6）dgu0083.1Re10（4-7）dgu310220)(2554（4-8）2、Stokes公式的应用1）水处理领域，注重对颗粒沉速的研究。被去除的颗粒粒径小于0.1mm，颗粒在水中的沉降属于层流状态。u与d2成正比，与μ成反比，粒径增大，水温越高，沉淀效果好。2）通过测量沉速，确定细小颗粒的粒径。4.1.2杂质颗粒在水中的拥挤沉淀特点发生在SS浓度较高的情况；分层沉淀，出现清水－浑水交接面；浑液面出现4个层。3-2A：等速沉淀区B:过度区C:压缩区4.1.2拥挤沉淀1、界面下沉的初始阶段，由于浓度较低，呈等速下沉出现了清水层。2、在浑液面下有一个浓度变化较小的沉降层，等浓度层（等速沉降区）。3、筒底出现浓度很高的淤积层（压缩层）。4、过渡层（等浓度层与淤积层之间）变化：沉降时间增长，浑液面下降→沉降层减小→淤积层增厚→过渡层上移→沉降层消失CtC0HHtH∞∞H浓度CtCtABCDabcdt1t∞t时间t(b)(c)(d)(e)H0Ht交界面a'C0临界沉降点C0CtCt4.1.2拥挤沉淀沉降过程曲线以交界面的高度为坐标，沉淀时间为横坐标4.1.2拥挤沉淀A：清水区B：等浓度区。颗粒等速下降，直线的斜率代表浑液面的沉速，ct为临界沉降点。C：沉降曲线后段，颗粒浓度由小变大，斜率减少，沉速降低，D：压实区颗粒沉速从大――小悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程，沉降曲线趋于平缓，呈水平线，浑液面的高度为淤积高度为：H沉淀开始，t=0，浑液面高度：H0；沉淀t时刻时，浑液面高度：H；浑液面的沉速为：拥挤沉淀实例：高浊度水的沉淀、澄清池中悬浮泥渣层沉降、活性污泥浓缩等。4.1.2拥挤沉淀tHHu04.1.2拥挤沉淀分区的条件：最大颗粒粒径/最小颗粒粒径6发生在：混凝后的矾花（2-3g/L）活性污泥1g/L高浓度泥沙5g/L