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文档简介
重力沉淀法 第一节 沉降过程的基本理论 沉淀法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。 沉淀处理工艺的四种用法 沉砂池:用以去除污水中的无机性易沉物 初次沉淀池:较经济的去除悬浮有机物,减轻后续生物 处理构筑物的有机负荷 二次沉淀池:用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、 活性污泥等,使处理后的水得以澄清。 污泥浓缩池:将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩 ,以减小体积,降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。 沉淀去除的对象及构筑物 砂粒 化学沉淀 混凝絮体 生物污泥 污泥浓缩 沉砂池 浓缩池 沉淀池 位置 A、 作为处理系统的主体; B、 工艺流程主体处理单元之前 预处理; C、 工艺流程主体处理单元之后; D、 污泥处置。 ( 1)城市污水处理工艺 : ( 2)高浓度有机废水处理工艺 : ( 3)含 铬 废水处理工艺: 第一节 沉降过程的基本理论 自由沉淀 悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮固体 之间互不干扰,颗粒各自单独进行沉淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒 的物理性质不变。发生在沉砂池中。 根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度,沉淀可分成四种类型 悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮 颗粒之间有互相絮凝作用,颗粒因相 互聚集增大而加快沉降,沉淀轨迹呈 曲线。沉淀过程中,颗粒的质量、形 状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属 于这种类型。 絮凝沉淀 区域沉淀或 成层沉淀 压缩沉淀 悬浮颗粒浓度较高( 5000mg/L以上) ;颗粒的沉将受到周围其它颗粒的影响 ,颗粒间相对位置保持不变,形成一个 整体共同下沉,与澄清水之间有清晰的 泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中 发生。 悬浮颗粒浓度很高;颗粒相互之间已挤 压成团状结构,互相接触,互相支承, 下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用 下被挤出,使污泥得到浓缩。二沉池污 泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在 压缩沉淀。 沉砂池 二沉池污泥斗 ;浓缩池 二次沉淀池与污泥浓缩池 化学絮凝沉淀 一自由沉降 1.斯托克斯公式 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。 悬浮颗粒在水中的受力:重力、浮力 重力大于浮力时,下沉; 重力等于浮力时,相对静止; 重力小于浮力时,上浮。 配图说明 悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析 式中, u 颗粒沉速, m/s; m 颗粒质量; t 沉淀时间, s; F1 颗粒重力; F2 颗粒浮力; F3 下沉过程中受到的摩擦力; 应用范围:颗粒为球形;沉淀过程中颗粒不变化;只受重力影响。 C 阻力系数,球形 颗 粒周 围 液体 绕 流雷 诺 数的函数, 由于 污 水中 颗 粒直径 较 小,沉速不大, 绕 流 处 于 层 流状 态 ,可用 层 流阻力系数公式 悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析 该公式 即 斯托克斯公式 悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析 由上式可知,颗粒沉降速度 uS与下述因素有关: 当 g大于 y时, S- L为正值,颗粒以 uS下沉; 当 S与 L相等时, uS=0,颗粒在水中呈悬浮状态,这种 颗粒不能用沉淀去除; S小于 L时, S- L为负值,颗粒以 uS上浮,可用浮 上法去除。 uS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。 uS与 成反比, 随水温上升而下降;即沉速受水温影 响,水温上升,沉速增大。 斯托克斯公式 (1) 实验目的 实际废水中悬浮物 颗粒粒径不均匀,形 状各异,密度也有差异。 通过沉淀试验: 了解废水中悬浮物的沉淀特点; 为工程设计提供参数。 2、自由沉淀实验 自由沉降 试验 所用的沉降柱 (settling column)示意 图 每次 试验 用 57个相相同的沉 降柱 溢流口 取 样 口 H 取样口 沉降柱 (2) 实验方法 实验编号 : 1 2 3n 原水浓度: C0 C0 C0C 0 有效水深: H H HH 取样时间: t1 t2 t3t n 取样浓度: C1 C2 C3C n Ci/C0= Xi X1 X2 X3X n H/ti=ui u1 u2 u3u n 颗粒沉降到取样口 被认为去除; 沉降速度 u: 在指定时间 t 内,能从液面恰好沉到水深 H处 最小颗粒的沉速。 u=H/t Xi表示沉速 u ui的颗 粒浓度与原始浓度的比值 X 悬浮污沉淀累积 分布曲线 给定的沉降时间 t内: 对于 0的 颗粒全部除去 对于 0的颗粒可被部分去除。 p0 1-p0 给定的沉降时间 t内: 对于 dd0的颗粒全部除去 对于 dd0的颗粒可被部分去除。 p0 1-p0 ?:对于 0的颗粒,可去除部分所占比例是多少? 去除率是多少? (3) 沉淀效率计算 H h 0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 0的 颗 粒,其中 可去除部分所占比例 为 : 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 : 对 于全部 0颗 粒群体,可去除部分 为 : X 0部分颗粒所占百分率为 1 p0 则,总沉降效率为 ET : 在 t0时间内,各种颗粒沉淀的总去除率为: 根据计算结果,可绘制 E-t和 E-u0关系曲线 ,称为 沉降特性曲线 例题: 某废水静止沉淀试验,有效水深为 1.2m, c代表沉降时间 t时取样中所含的悬浮物 浓度, C0代表起始悬浮物浓度。 求:沉速为 3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率 。 解: 与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下: 时间 t(min) 0 15 30 45 60 90 180 u=H/t ( cm/min) 8 4 2.67 2 1.33 0.67 以 u为横坐标, C/C0为纵坐标作图,如图所示: 已知: 时间 t(min) 0 15 30 45 60 90 180 C/C0(X) 1 0.96 0.81 0.62 0.46 0.23 0.06 当 u0=3cm/min时, 由图可见小于该沉速的颗粒 与全部颗粒的重量比 x0=0.67, 积分 式可由图解求出,等于图中 各矩形面积之和,其值为: 0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =1.07 故沉速为 3cm/min时, 总去除率为: E=( 1-0.67) +1/31.07=0.69 u(cm/min) 小结: 1、 基本概念 重力沉降 2、 重点 基本概念 沉降试验和沉降曲线 3、 难点 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: 140150mm H=2.02.5m 45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) 0.5m 1.5m 工 作 水 深 (m) 沉降时间, t (min) 10 20 30 40 50 60 Et-t 曲线 SS等去除率曲线 Et 1.0m 不同沉降深度表 观 去除率与沉降 时间 的关系 18.0 30.0 39.0 不同水深 处 去除率与沉降 时间 的关系数据 表 观 去除率 /% 不同水深达到去除率所需的 时间 /min 0.6 m 1.2 m 1.8 m 5 1.2 2.5 3.7 10 2.5 5.0 6.5 20 6.7 11.0 14.5 30 11.7 19.0 25.0 40 18.0 30.0 39.0 50 27.0 44.0 56.5 60 38.5 61.5 77.5 75 55.0 75.0 87.5 等去除率曲线( equal pecent removal curve)绘制过程示意 图 然后以沉降 时间 为 横坐 标 ,水深 为 纵 坐 标 , 绘 出各点 。 再把去除率相等 的点用 线连 接起来 ,即可得到等去除 率曲 线 。 水深 0.6m, 去除 率 10% , 2.5min 水深 1.2m, 去除 率 10% , 5.0min 水深 1.8m, 去除 率 10% , 6.5min 水深 1.8m, 去除率 20%, 14.5min 水深 1.2m, 去除 率 40%, 18.0min 沉降时间 /min 去除率为 10% 的等去除率线 o 絮凝沉淀颗粒去除率按下式计算: o 式中: E 沉降高度为 H、沉降时间为 T时沉淀柱 中颗粒的总去除率; o ET 沉降时间为 T时,沉降高度 H处颗粒的 去除率; o H 沉淀高度( 0、 H3、 H2、 H1、 H0), 由水面向下量测; o h 沉淀时间 T对应各等效率曲线间中点的 高度( h1、 h2.hn)。 计算沉降时间 t=45min时悬浮物的总去除率 E。 o =0.15(1-0.8)+0.4(0.8-0.75)+0.84(0.75-0.6)+1.6(0.6- 0.45)/2.0+0.45 o =0.658=65.8% 三 、成 层 沉降和 压缩 沉降沉降面 积 的确定 1)成 层 沉降和 压缩 沉降 过 程分析 成 层 沉降和 压缩 沉降 过 程可用下 图 表示 : 试验方法: o 试验可用 1000 mL量筒进行。 o 把事先标好刻度的量筒中加入一定体积的待 试验的水样,同时以 5 r/min的速度搅拌,目 的是防止沉降过程中可能发生的层叠现象。 o 沉降开始后,按一定的时间间隔记录界面 1 的高度,直到界面的高度基本不变为止。 o 然后以沉降时间为横坐标,以界面高度为纵 坐标作图,可得如下所示的沉降曲线。 成层沉降沉降曲线 沉降时间( min) H0 确定澄清所需的最小面积 o 澄清所需的最小面积取决于界面 1到达临界浓度 c2 以前的沉降速度 uc。即在实际沉淀池的连续过程中, 水流的上升速度不超过 uc才能得到澄清液。 o 此时澄清所需要的最小面积可由下式计算 : A Q/uc o 式中: A沉淀池的最小面积, m2; uc界面的沉降速度, m/s; Q废水的处理量 m3/s o 可以把沉降曲线开始为直线的部分延长与横坐标相 交,交点为 t0,即可得 : uc H0/t0 浓缩所需最小面积的确定: o 浓缩所需的最小面积可由下式计算: A Qtu/H0 式中: tu是到达要求的浓度所需的沉降时间,其它为已知量,关 键是求 tu,方法如下 : ( a)确定等于要求浓度 cu时的界面高度 Hu Hu=c0H0/cu ( b)确定临界点: o 分别做成层沉降和压缩沉降曲线的切线,并延长使两切线相交 ,然后做两切线夹角的平分线,与沉降曲线相交,交点即是临界点 。 ( c)在纵坐标上找到 Hu,过 Hu做横坐标的平行线,过临界点做 沉降曲线的切线,使两直线相交,交点为 E,过 E点做横坐标的垂 线与横坐标的交点即 tu。 成 层 沉降沉降曲 线 沉降时间 /min H0 t0 tu Hu 临界点 A Qtu/H0 第二节 理想沉淀池 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。 1.理想沉淀池的几个假定: 由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线: 入 流 区 出 流 区 污泥区 理想沉淀池示意图 沉降线为未被去除颗粒 ; 为刚好 100%去除颗粒; 为可部分去除颗粒; 为可全部去除颗粒。 2.颗粒的运动 水平 垂直 水平方向 :水平流速 v等于水流速度 ; 垂直方向 :沉速即颗粒的自由沉降速度 u。 颗粒运动的轨迹为其水平分速 v和沉速 u的矢量和,是 一组倾斜的直线,其坡度为 i=u/v。 当颗粒沉速 uu 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,即 图 a中的迹线 xy与 xy 。 设 u0为某一指定颗粒 d0的最小沉降速度 当颗粒沉速 u1u0时,位于水 面的颗粒不能沉到池底,会 随水流出,如图 b中 xy ;而 当其位于水面下的某一位置 时,它可以沉到池底而被去 除,如图中轨迹 xy 。 3.去除效率 ET q0在数值上等于最小沉降速度; q0 , ET ; 在自由沉淀中,当处理水量 Q一定, ET仅是沉降区表面 积的函数,而与水深无关。 A , q0 ,则 ET 。 4.表面负荷 q0 5 实际沉淀池 在实际沉淀池,理想沉淀池的假设是不存在的
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