3沉淀

水质工程学1第3章沉淀高景峰,教授,北京工业大学第一节第二节13目录CONTENTS3.1格栅3.2沉淀理论3.3沉砂池3.4沉淀池No.33.13.1格栅格栅——基本知识基本知识组成：一组平行的金属栅条或筛网作用：去除水中的粗大物质，保护处理厂的机械设备（如泵、阀门、管道）位置：污水渠道、泵房集水井的入口处、污水处理厂的前端No.4按栅条的净间隙粗格栅50~100mm中格栅10~40mm细格栅3~10mm按清渣方式按清渣方式人工清渣人工清渣小型的污水处理厂小型的污水处理厂机械清渣机械清渣当栅渣量大于当栅渣量大于0.2m0.2m33/d/d时时3.13.1格栅格栅——分类分类分类No.51)1)栅条间隙栅条间隙位于废水处理系统之前最大间隙40mm机械清渣16~25mm人工清渣25~40mm位于水泵之前通常大于50mm也可根据泵的型号和栅渣量查设计手册3.13.1格栅格栅——选型选型No.62)2)栅条断面形状：栅条断面形状：正方形、圆形、矩形、带半圆的矩形、两头半圆的矩形3.13.1格栅格栅——选型选型一般采用矩形断面,圆形的水力条件好,但刚度差。No.73)3)栅渣排除方式：栅渣排除方式：按栅渣量定，但为了改善劳动条件，都采用机械清渣3.13.1格栅格栅——选型选型No.83.13.1格栅格栅——常见的格栅常见的格栅1）栅条式格栅No.92）铲抓式移动格栅除污机3.13.1格栅格栅——常见的格栅常见的格栅No.103.13.1格栅格栅——常见的格栅常见的格栅3）自清式回转格栅机No.11No.12No.13No.143.23.2沉淀理论沉淀理论3.2.1沉淀类型3.2.2自由沉淀实验3.2.3絮凝沉淀3.2.4成层、压缩沉淀分析No.15沉淀法的处理对象：悬浮物质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）絮凝沉淀3）成层沉淀4）压缩沉淀3.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型No.163.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型——11）自由沉淀）自由沉淀定义：颗粒在沉淀过程中互不干扰，其形状、尺寸、质量均不改变，下沉速度也不改变。常见于：沉砂池、初次沉淀池No.173.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型——22）絮凝沉淀）絮凝沉淀定义：颗粒在沉淀过程中发生絮凝作用。颗粒的形状、尺寸、质量以及沉速随沉淀过程的进展而变化。常见于：混凝沉淀后、生物污泥的沉淀No.183.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型——33）成层沉淀）成层沉淀定义：沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物，成整体沉淀状，形成较明显的固液界面。常见于：活性污泥法的二沉池、污泥浓缩池、化学凝聚沉淀No.193.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型——44）压缩沉淀）压缩沉淀定义：沉淀过程中最后悬浮颗粒相聚于水底，互相支撑，互相挤压，发生进一步沉降No.20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。3.2.13.2.1沉淀类型沉淀类型No.213.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验1）自由沉淀的数学表达2）自由沉淀实验No.223.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——11）自由沉淀的数学表达）自由沉淀的数学表达F1F2F3No.23假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为：假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为：(3-1)(3-1)所受到的水的阻力：所受到的水的阻力：(3-2)(3-2)CCDD与颗粒大小、形状、沉速、流态等有关。与颗粒大小、形状、沉速、流态等有关。根据牛顿第二定律可知根据牛顿第二定律可知：：(3-3)(3-3)达到重力平衡时，加速度为零，令式（达到重力平衡时，加速度为零，令式（3-33-3）左边为零，加以整）左边为零，加以整理，得沉速公式：理，得沉速公式：（（3-43-4））3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——11）自由沉淀的数学表达）自由沉淀的数学表达gdFFp)(61-1321422212duCFD42)(616321123duCgddtdudDppdCgupD1134No.24CoefficientofdragasafunctionofReynoldsnumber.Reynoldsnumber,Re=vd/DragCoefficient,CD3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——11）自由沉淀的数学表达）自由沉淀的数学表达No.25当Re1Re1时时,,层流状态层流状态当当1Re101Re1033,,过渡区过渡区当当101033Re10Re1055,,紊流区紊流区e24RCD34.0R324eeRCD44.0DC公式）（stokes18121gdup3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——11）自由沉淀的数学表达）自由沉淀的数学表达No.263.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——11）自由沉淀的数学表达）自由沉淀的数学表达公式）（stokes18121gdup•A：颗粒密度大于液体密度,颗粒下沉;颗粒密度小于液体密度,颗粒上浮;颗粒密度与液体密度接近,颗粒悬浮;•B:颗粒沉速与粒径的平方成正比;•C:颗粒沉速与粘度成反比,温度越高,粘度越小,沉速越大;•D:实际颗粒要增加非球形修正系数。No.273.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验试验装置:直径为80~100mm或200mm；高度与沉淀池等高的圆筒，底部有取样口（离底部有一定的距离，以装沉淀污泥），取样口至水面的高度为h。假定在取样过程中，水面的位置不变（通过使用大直径的圆筒，小直径的取样筒；或使用多个大的圆筒，不同时间在不同的圆筒取样）。No.28hh10tBt1A3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.29t=0,水中悬浮颗粒在整个水深中均匀分布,悬浮固体浓度为C0;随着时间的推移，在t1、t2、…t*、…tn等时刻取样，分别测得取样口悬浮固体浓度为C1、C2、…C*、…Cn。那么在t1、t2、…t*、…tn等时刻，沉速分别为h/t1=v1;h/t2=v2;…;h/t*=v*;h/tn=vn等的颗粒也恰好从水面下沉至取样口下，相应的这些颗粒在h高度中已经不存在了。令p1、p2…p*…pn表示v1、v2…v*…vn的颗粒在悬浮物中所占比例。3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.30令P1=C1/C0;P2=C2/C0…P*=C*/C0…Pn=Cn/C0表示在取样口的水样中所残余的悬浮物浓度的比例。那么1-P1、1-P2…1-P*…1-Pn分别代表取样口水样中悬浮物去除的比例3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.311-Pn…1-P＊…1-P21-P1取样口水样中所去除的悬浮物的比例Pn=Cn/C0…P*=C*/C0…P2=C2/C0P1=C1/C0取样口水样中所残余悬浮物的比例pn…p*…p2p1v1,v2…v*…vn的颗粒在悬浮物中所占的比例h/tn=vn…h/t＊=v＊…h/t2=v2h/t1=v1取样时，从水面沉到取样口下的颗粒沉速Cn…C*…C2C1测得的悬浮物浓度时间逐渐增大tn…t*…t2t1取样时间1-Pn…1-P＊…1-P21-P1取样口水样中所去除的悬浮物的比例Pn=Cn/C0…P*=C*/C0…P2=C2/C0P1=C1/C0取样口水样中所残余悬浮物的比例pn…p*…p2p1v1,v2…v*…vn的颗粒在悬浮物中所占的比例h/tn=vn…h/t＊=v＊…h/t2=v2h/t1=v1取样时，从水面沉到取样口下的颗粒沉速Cn…C*…C2C1测得的悬浮物浓度时间逐渐增大tn…t*…t2t1取样时间3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.32下面我们来求：下面我们来求：沉速为沉速为vv＊＊时，时，整个水深整个水深的悬浮物去除比例：的悬浮物去除比例：t1时刻，取样口水样中，只有v1的颗粒完全去除，其余速度的颗粒只是均匀下降，浓度并未变化所以，取样口水样中1-P1=p1同理，t2时刻,1-P2=p1+p2推导出P1-P2=p2Pn-1-Pn-2=pn-2在t*时刻，沉速大于v*的颗粒v1，v2…v*在取样口整个高度h中被100%去除了：这些颗粒所占的比例是：p1+p2+…+p*=1-P*3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.33对于沉速小于v＊的颗粒，他们在整个水样中还残留一部分，并没有被完全去除。以沉速vn-2的颗粒为例，在沉淀时间t＊内的下沉距离为hn-2＝t*vn-2在hn-2距离内不含vn-2了，vn-2的去除比例为)(21*22***222nnnnnnnPPvvptvtvphh3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.34对所有沉速小于v*的颗粒而言将上式与沉速大于v*颗粒的去除比例1-P*合在一起，既得总的颗粒去除比例*0P*0*1P**vdPvdPvvPvv即*0*11P*vdPv-PP3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.35沉淀速度v=h/tP－v曲线3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.36上式中只有v*和P*，并不牵涉具体的沉淀时间和水深在内。也就是说，只要v*确定，P值也既确定。由于v*＝h／t*确定即隐涵h／t*比值也确定，这包含了无数的(h，t)值组在内，只要h／t＝v*，必然得到同样的P值。第一：P－v曲线实质上是悬浮物的粒度分布曲线，当然和做实验的水深h毫无关系。沉淀试验的高度h可以选用任何值，对于沉淀去除比例并不发生影响；第二：当沉淀管高度h与沉淀池的水深一样时，t＊若等于沉淀池的停留时间，则v*为从水面能够100％地去除的颗粒的最小沉降速度。3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.37BCABU0vU水平流速ABChhHLvvv000AQBLUBHULHUBCABqv池表面积池宽池宽池长池深表面负荷、溢流率q0单位：m3/(m2s)表面负荷q0就是在沉淀池表面能够被100%去除的颗粒最小沉速。也即沉淀效率取决于颗粒沉速或表面负荷，与池深和停留时间无关。3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.38为了说明沉淀池的工作原理，假定：(1)进出水均匀分布到整个横断面；(2)悬浮物在沉淀区等速下沉；(3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；(4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去。不再上浮符合上述假设的沉淀池称为理想沉淀池。(5)将理想沉淀池分为4个区：流入区、流出区、污泥区、沉淀区。。3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——22）自由沉淀实验）自由沉淀实验No.39在实际沉淀池中，情况要比理想沉淀池复杂得多，前面的假定都会因紊流、风吹、水温温差和密度差引起的对流以及池内水流死角等影响而产生偏差。这些因素影响的综合结果，使达到一定沉淀效率所需的停留时间比理论沉降时间要长，而过流率则比理论值低。因此，在应用静置沉淀试验资料时，应加以修正。通常可取00)0.2~5.1()75.1125.11(ttuqq和t分别为沉淀池的设计过流率和设计沉淀时间，而u0和t0分别为沉淀试验所得的应去除的最小颗粒沉速和沉淀时间。3.2.23.2.2自由沉淀实验自由沉淀实验——