重力沉降法

水污染控制工程第二章重力沉降法§2-1概述§2-2沉降的基本原理§2-3沉降试验和沉降曲线§2-4沉淀池及其设计计算第二篇不溶态污染物的分离技术§2-1概述中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水出水排泥§2-2沉降的基本原理沉降动力学:颗粒受力情况分析式中：As——运动方向的面积Cd——牛顿无因次阻力系数：Cd=f(Re)μs——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为μs（最终沉降速度）gVmgFsggVFlf22slsdduACF2/13)(4ldslssCdg对于球形颗粒：①层流区（stokes区）:218)(slssdg③紊流区（牛顿区）②过渡流区（艾伦区）sssdAV32Re24dClssdRe§2-3沉降试验和沉降曲线一、自由沉降试验及沉降曲线二、絮凝沉降试验及沉降曲线一、自由沉降试验及沉降曲线一、试验装置三、Camp图解积分法及沉降曲线二、常规计算法及沉降曲线H0=1.5~2.0mφ100mmΔhH=H0-Δhi试验装置示意图二．常规计算法(数据记录与处理)tt0t1t2t3…ti…tnHH0H0H0–Δh1…H0–Δhi-1…CC0C1C2C3…Ci…CnμE%10000CCCEitH二．常规计算法(由数据绘制沉降曲线)（续）E沉降时间，t(min)图3-1E-t曲线最小沉速，uE图3-2E-u曲线三．Camp图解积分法给定的沉降时间t内：对于μ≥μ0的颗粒全部除去对于μμ0的颗粒可被部分去除。p01-p0给定的沉降时间t内：对于d≥d0的颗粒全部除去对于dd0的颗粒可被部分去除。p01-p0？？：对于μμ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？Hh三．Camp图解积分法（续）μ＜μ0的颗粒中，di→di+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。对于μ＜μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：0//tHthHh则在di→di+dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：dp0对于全部μμ0颗粒群体，可去除部分为：dpp000三．Camp图解积分法（续）μ≥μ0部分颗粒所占百分率为1–p0则，总沉降效率为ET：dpuupEpT0000)1(沉降速度μμ01-p0p0p0沉降速度uμi△pi沉降速度分布曲线沉降速度分布曲线的图解U＜u0颗粒分率，p颗粒分率，p2．Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线)E沉降时间，t(min)E-t曲线最小沉速，μEE-u曲线小结：1、基本概念重力沉降2、重点①基本概念②沉降试验和沉降曲线3、难点Camp图解积分法计算ET二、絮凝沉降试验及沉降曲线絮凝沉降的特点：颗粒的形状d、在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。u随d而增大。1.絮凝沉降试验●装置：φ140~150mmH=2.0~2.5m4~5个取样口，间距500mm●取样：C0由t=0时中间取样口采集t1、t2、…、ti、…、tn时，同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度C1、C2、…、Ci、…、Cn。●绘图：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算Et。沉降时间，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降时间，t(min)102030405060Et-t曲线SS等去除率曲线Et1.0m§2-3理想沉淀池一、Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是：（1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速V作水平运动。（2）进水中SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速u匀还下沉；（3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起（即认为沉到底部即视为被去除）§2-3理想沉淀池入流区出流区污泥区理想沉淀池示意图①沉降线为未被去除颗粒；②为刚好100%去除颗粒；③为可部分去除颗粒；④为可全部去除颗粒。§2-3理想沉淀池同样地有：0000000)1()1(PPTdpuupdpHhpE可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。§2-3理想沉淀池二、表面负荷q0AQBLVBHLuHtHu0①q0在数值上等于最小沉降速度；②q0↓，ET↑；③在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率ET仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A↑，q0↓，则ET↑。§2-3理想沉淀池三、实际沉淀池∵在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。0)75.1125.11(uq0)0.25.1(tt四、对于絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或s变大，u也会之变大。其运动轨迹发生变化：§2-3理想沉淀池入流区出流区污泥区絮凝沉降颗粒运动轨迹但是，为保守起见，沉降效率依然按照：进行计算。0000)1(PTdpuupE§2-4沉砂池一、一般说明1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉淀池的无机负荷；改善污泥的流动性，以便于排放、输运。2.分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式、离心式、曝气式等。3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池。集砂渠集油区沉砂区行车进水管出水管进水管出水管出水渠§2-4沉砂池二、设计计算:曝气沉砂池、平流沉砂池为例。例1：曝气沉砂池1.主要设计参数旋流速度应保持0.25-0.3米/秒；水平流速为0.1米/秒；最大流量时的水力停留时间为1-3分钟；有效水深一般为2-3米，宽深比一般1-1.5长宽比一般应大于5曝气量一般为0.2m3/m3（废水）池内应考虑消泡与隔油装置（或设备）曝气沉砂池：解决沉砂池存在的问题：①砂中含有机物；②对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。例1：曝气沉砂池：工艺尺寸2.设计内容（1）工艺尺寸（2）结构尺寸（3）进出水区（4）工艺装备例1：曝气沉砂池：工艺尺寸2.设计内容（1）工艺尺寸主要确定沉砂池的池长Ｌ、池宽Ｂ、池深Ｈ等。TQMAXV水流断面A：vQAMAX池宽B：HAB池长L：AVH池容V（有效容积）：例1：曝气沉砂池:工艺尺寸在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。如不满足需重新调整有关尺寸：重新选择设计参数，从新进行设计计算。（2）结构尺寸沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等。例1：曝气沉砂池：结构尺寸集砂斗倾角不小于50º。集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于0.8m/s。集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的1／2－2／3，底部以60º－75º倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。（3）进出水区进水区、配水方式、出水区例1：曝气沉砂池：进出水区进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。例1：曝气沉砂池：工艺装备（4）工艺装备供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为2－5mm。排砂设备、集油设备：曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸；浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设备通常置于行车上。砂水和油水分离设备：从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。例2：平流式沉砂池1．设计参数①流量Q：按Qmax设计；自流时，按最大流量；泵输送时，按泵的最大组合流量②分格数n：n≥2③水平流速v：0.15~0.3m/s④停留时间：t≥30~60s例2：平流式沉砂池2.设计内容1.工艺尺寸2.结构尺寸3.进出水区4.工艺装备例2：平流式沉砂池：工艺尺寸①长度L（m）：L=V·t②过水面积F（m2）：F=Q/V③池宽B（m）：B=F/h2单格宽：b=B/nh2为有效水深校核最小流速Vmin≥0.15m/s例2：平流式沉砂池：结构尺寸进、出水区结构及尺寸；贮砂斗所需容积、结构。310TXNV结合单格宽、砂斗壁倾角，确定砂斗上、下底宽a、a2和高使设计的砂斗容积等于或不小于所需砂斗容积。（生活污水）例2：平流式沉砂池：工艺装备输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。§2-5普通沉淀池一、一般说明（1）沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。（2）通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，而平流式则无此限制。（3）基于浅层沉降原理，出现斜板、斜管等高负荷新型沉淀池。在城市污水处理中尚存在一些问题，应用较少。（4）包括进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区5个功能区。（5）根据在处理系统中位置及分离对象的不同：初沉池、二沉池。§2-5普通沉淀池二、主要设计参数（1）流量当自流进入时，应按最大流量设计；厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。（2）负荷沉淀池负荷（或停留时间）的选择见表3-5-1。§2-5普通沉淀池：主要设计参数（续）表3-5-1沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系类别沉淀池位置沉淀时间(h)表面负荷(m3/m2.h)污泥量（干物质）(g/pc.d)污泥含水率(%)初沉池仅一级处理1.5-2.01.5-2.515-2796-97二级处理1.0-2.01.5-3.014-2595-97二沉池活性污泥法1.5-2.51.0-1.510-2199.2-99.5生物膜法1.5-2.51.0-2.07-1996-98§2-5普通沉淀池3、主要设计内容（1）工艺尺寸1）有效沉淀面积、池长、池宽、池深等；nqQAMax沉淀区有效容积V：MaxtQV沉淀区高度h1：AVh1对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径；对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。有效沉淀面积A：3、主要设计内容（1）工艺尺寸2）水渠、配水区（墙或管）、出水渠等；按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。辐流式沉淀池（中心进水周边出水）中心管：中心管管径按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计；导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的5％；出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的1／10R处；出水堰：单侧或双侧三角堰。超高、缓冲区3、主要设计内容（1）工艺尺寸（辐流式沉淀池）设计计算①有效水深h2：通常取1/2半径处的深度值nFD4或)(4fnFD（f为中心管面积）②表面积F：F=Q/q③有效直径：④径深比：径∶深不小于6中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图3、主要设计内容（1）工艺尺寸平流式沉淀池配水：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等；出水：一般采用三角堰；集水：平流式沉淀池的集水采用多重集水渠；水力计算；超高、缓冲区。平流式沉淀池示意图3、主要设计内容（1）工艺尺寸（平流式沉淀池）①沉降区表面积：uQqQA②沉淀区长度L2=V·tV≤5mm/st取1.5~2.0h③沉淀区宽度B2=A/L2L2/b=4~5（不满足长宽比要求时，应分为n格，当采用机械刮泥时，b还应与刮泥机的衍架宽度相对应）3、主要设计内容（1）工艺尺寸竖流式沉淀池配水：中心管、反射导流板出水：一般采用三角堰；集水：集水渠。水力计算。竖流式沉淀池示意图进水排泥出水3、主要设计内容（1）工艺尺寸（竖流式沉淀池）①中心管：V1≤30mm/s，14VnQd②上升部分：V=0.3~1mm/s，即q=2.0~3.0m3/m