02-02-01水中悬浮物质和胶体物质的去除(沉淀)

1、第一篇 水质净化与水污染控制工程第二章水的物理化学处理方法#綺孑第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除.通过颗粒与水的密度差异，水中悬浮物 质可在重力的作用下进行分离。 20-100M米以上的颗粒可以用直接沉 淀法去除。校小颗粒必须釆取一些措施或别的方法 才能去除。O （混凝、澄清、过滤.气浮等）沉淀理论基础沉淀(sedimentation)和球形颗粒阻力系数 与雷诺数间的关系* C L X名称区域范围$沉速层汲区 斯托克斯(Stokes)定 律区Rer 124一両18/ Stokes公式过度区 艾仑(Allen)定律区1 Rcf 103厂185吗=02-严宁空Allen公式湍渡区 牛顿(New

2、ton)定律区103 Re 10C = 044心“严尹Newton公式6沉淀类羊特征发生场合自由沉淀颗粒在沉淀过程中呈离散状态，互不干 扰，其形状、尺寸.密度等均不改 变，下沉速度恒定.悬浮物浓度不高，颗 粒无絮凝性絮凝沉淀在沉淀过程中，颗粒互相凝集，其粒径 和质量逐渐増大，沉淀速度逐渐加 快.悬浮物浓度不高，颗 粒有絮凝性拥挤沉淀 成层沉淀颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下 沉，在颗粒群与澄清水层之间形成 明显的界面，沉淀速度就是界面下 移的速度.悬浮物浓度较高，每 个颗粒下沉都受 到周围其他颗粒 的干扰.压缩沉淀下展颗粒间的水在上展颗粒的1:力作用 下被挤出，由此污泥层被浓缩.悬浮物浓度

3、很髙，颗 粒互相接触，互 相支撑沉淀理论基础球形颗粒H由沉淀速度的确定假设顆粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性， 沉淀过租中其大小、形状和重童均不改变；水处于伸止状态；颗粒沉淀仅受重力、浮力和水的阻力作用.沉淀理论基础颗粒沉速的计算程序颗粒的直径为50um密度 为1200k”m计算该颗粒 在20C水中的沉降速度。假设颗粒沉淀处于层流区、过渡区或者湍流区, 选择相应的沉速计算公式计算颗粒的沉速皿：查表可知.20*0水 的粘度 M=0 00101Pa-s假设颗粒沉降处r层流 区，采用Stokes公式可得ut - 2.7x104z7/j 0 97加/力校核假设假设不成立校垓雷诺数Re, = =0 0

4、13沉淀理论基础沉速 cm/minOO842.6721.330.670X10.960.810.620.460.230.060沉淀理论基础沉淀效率指定沉淀时间鬲，可得颗粒完全去除的最小沉速叫=* 凡是沉速大于珂的颗粒可以全部去除，去除率为坯-5七表示沉速小于气的颗粒与总颗粒之比.对于沉速为頤*玛）的颗粒，在1时刻，也有部分通过了取 样面而被去除，去除率为n=-=所有沉速小于玛的颗粒的去除率为佔门三心所以经过时间沉淀，各种颗粒沉淀的总去除率为=听+耳2 = （1_兀）+ UdX沉淀理论基础絮凝沉淀絮凝性颗粒（如活性污泥、混凝后形成 的矶花等）在沉淀过程中大颗粒会赶上小颗粒, 互相碰撞凝聚，形成大的

5、絮凝体，所以颗粒沉 速将随着沉淀深度增加而增加。当悬浮物浓 度越高，碰撞几率越尢絮凝的可能性就越大。毎一水深11下沉淀时间t 与表观去除率E的关系等去除率曲线1时间 (in )指定滋度的SS浓度和表观去除丰E（括号中数字）0.51 21 &D5356 9 (17.0)387 0(10 0)395 6(8 0)10309.0(28.0)316.2(19 5)365 5(15 0)20251 6(415)298 9(30 5)316 1 (26 5)30197.8(51.0)253.7(11 0)288 1(33.0)10163 1(620)230 1 (16 5)251 6(11 5)50114

6、.1 (66.5)195 7 61.5)232 2(16 0)116 1 (73.0)178 5(58 5)201 3 (52 5)75107.5(75.113.2(66 7)180 6 68 0)沉淀理论基础拥挤沉淀和压缩沉淀当悬浮液浓度校高时，顆粒互相千扰，小颗粒沉速加快，大颗 粒沉速减慢，彼此以集合体形式下沉，颗粒间的距离保持一 定，上展清液与下展汚氾间形成明显的泥水界面，界面以一定 的速度下沉.【拥挤沉淀的现象】 沉淀初期，沿沉淀深度从上往下依次为：清水层、受阻沉淀展、 过渡层、压矩层. 随着沉淀时间延长，泥水界面下移，压编层增厚，受阻沉淀展 和过谟层厚度减小. 最终至某个时刻，受阻沉

7、淀层和过菱层消失，只刺下清水层和 压缩层.沉淀理论基础加挤沉淀的现象沪沉淀初期，沿沉淀深度 从上往下依次为：清水 层、受阻沉淀层、过渡 层、压缩层。?随着沉淀时间延长，泥 水界面下移，压缩层增 厚，受阻沉淀层和过渡LEI度减小。療最终至某个时刻，受阻 沉淀展和过渡层消失， 只剩下清水层和压缩层沉淀理论基础压缩过程速度计算Coulson 公式假定：污泥层高度的减少速度与可压缩污泥层的厚度成正比。即一垒陀讥）dt式中h一污泥层厚度hg压缩时间t为8时的最终污泥层厚度 “一速度常数对上式积分式中為代表时间为洞的污泥层厚度.沉淀理论基础理想沉淀池假定1 进出水均匀分布到整个横断面；2. 悬浮物在沉淀区

8、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。符合上述假设的沉淀池称为【理想沉淀池】沉淀理论基础理想平流沉淀池长方形平流沉淀池有效长、宽、深 分别为厶 在沉淀区每个颗粒 一面下沉，一面随 水流水平运动，其 轨迹是向下倾斜的 直线。沉速N坯的 颗粒可全部除去， 沉速 的颗粒处 于水面以下，可部 分除去。沉淀理论基础H Q Q沉淀理论基础理想平流沉淀池沉速为M颗粒披除去的比例为 迹或叭.因为、t=J5T=Z/巧所 以式中：沉淀时间；A -沉淀池表面积；04-单位41面积单位时间 所处理的水童，称为表面负 荷或过流率.沉淀池的截留速

9、度等于其表面负荷，即沉淀效率取决于表面负 荷，与池深和停留时间无关。通过静置沉淀试验，根据要求达到 的沉淀总效率，求出颗粒沉速后，也就确定了沉淀池的过流率。应水0 袞而阳川岀沿径向的水沁度是一变數，在半 径为Mt, =Q/(2nzW)颗粒运动 轨迹是一曲线，其迹銭方租为dh tt IJirH=dr v Q *对沉速为耳的颗粒，积分上式得 专(D中心进水周边出水的圆形当h = H、严耐，泌(Z卜绝平流沉淀池沉淀理论基础理想竖流沉淀池在水流作竖向运动的沉淀池中，如果某一种 颗粒的沉速“小于水流上升速度这种颗粒 将以闪“的速度上升，最终随水流带走，只有 沉淀速度颗粒才以的弘心度下沉. 截留速度坯实际

10、上等于水流上升速度叫 由 于，A04故截留速度叶xQL4、与平流池 相同。沉淀理论基础实际运行沉淀池差别需池进口及出口构造的局限，使水流在整个横断面上 分布不均匀，横向速度分布不匀比竖向速度分布不匀 更能降低沉淀效率.需一些沉淀池存在死水区，由于水温变化及悬浮物浓 度的变化，进入的水可能在池内形成股流。如当进水 温度比池内低，进水密度比池内大，则形成潜流；相 反，则出现浮流。潜流和浮流都使池内容积未能被充 分利用。需池内水流往往达不到层流状态，由于紊流扩散与脉 动，使颗粒的沉淀受到干扰.）普通沉淀池:按池内水流方式分:平流式沉淀池:竖流式沉淀池:辐流式沉淀池:斜流式沉淀池仁平流沉淀池浮渣撇除装

11、 K 从动轴链条刮洽板储条调紧器主动轴出水进水进水区和出水区：使水流的进入与流出保拎均匀平稳，以提高沉淀效率. 沉淀区：也子的主要部位，沉淀作用.h泥区：疋存、浓编与排放的作用.緩冲区：介于沉淀区和贮泥区之间，避免水流带走沉在池底的淸泥.平流沉淀池I进水槽；溢流堰；穿孔整流墙；底孔；挡流板；潜孔配水墙配水渠道及闸门出水区整流集水箱定澹扎口岀*出水堰可控制沉淀池内的水面高度，对沉淀池内水流的均匀分 布也有直接影响.池内水面宜位于齿高的1/2处，沿整个出流堰 的单位长度溢流量相等。为适应水流的变化或构筑物的不均匀 沉降，在堰口处设置使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口 尽可能水平。堰前应设置挡板，

12、以阻拦漂浮物，或设置浮渣收 集和排除装置.挡板应当高出水面0.1-0.15m,浸没在水面下 0.3-0.4m,距出水口处0.25-0.5m污泥的收集和排除单斗排泥：需设刮泥机或刮泥车多斗排泥：可不设机械刮泥设备。 每个泥斗单独设排泥管，各自独立排 泥。设链带刮泥机的平流沉淀池1 进水槽;2 进水孔;3 进水挫板;4 出水挫板;5 出水槽;6 排泥管；7 排泥闸门；8 链带；9 排渣管槽（能转动）；10-刮板；11 链带支丼*繕卑抓斗式排泥机.4性戈丈rn彤核斗式煤抄机Wfij|T泥斗上底和下底面积.污泥斗以上由坡底形成的梯形部分容积V?可按下式计算:E字k力式中/p形的上下底边长；A形的高度.

13、*備素卑2 竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反；截留速度等于水流上升速度；颗粒为自由沉淀时，效率比平流沉淀池低；颗粒为絮凝沉淀时，由于上升的小颗粒与大 颗粒接触碰授而絮凝，使粒径增大，同时沉速 等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮 层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，沉淀 效率比平流沉淀池高.圆形竖流式沉淀池（重力排泥）竖流沉淀池的设讣L按沉淀实验确定最小沉速请停留时间F 今一p中心管面积%中心筲 L1 反紂板/中心管直径d d二-每池最大设计流量； 中心管内流速Mi - l35d卜l.Wi中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度舛% =釜（w）鬥:中心管喇叭口与反射板之间缝隙的流速沉淀部分有

14、效断面积A斗喇叭口直径 A =鱼竺（詔）旣池内水流速度竖流沉淀池的设计沉淀池直径D沉淀区有效水深度h2A = v/x 3600（/）截圆锥部分容积Vt-沉淀时间，h;h -池超高，mhq 缓冲层高度，mh5 - 泥室截圆锥部分高度，m R -截圆锥上部半径，m r -截圆锥下部半径，m乙二竽（用+Q+X）（刃3）沉淀池总=%+人+人+厶+厶（/）3 辐流式沉淀池中QiUt 中心備ttiVHim直径一般 2030m,最大 100m,圆形； 中心深度 2.55.0m,周边 深度1.5 3.0m；鏑洼式沉波池.1100軻 QHT有中心进水 周边出水、周 边进水中心出 水和周边进水 周边出水三种 形式

15、.*綺牟辐流式沉淀池流态辐流式沉淀池辐流式沉淀池周边进水周边出水沉淀部分水面面积A：1聲徭并羊辐流沉淀池的设计可釆用表面负荷/进行计算：对生活污水或与 之相似的废水进行处理的表面负荷可釆用2 36m3/（祖.h）,沉淀时间1.5-2. Oh沉淀部分高度fh：X =炖）nA沉淀池的总高度H：H- + A +人 + 人 + 厶（/）课堂练习.计算说明，某废水流量为2656m3/d,能否用4 格16. 6x4x2 m（长X宽x水深）的平流式沉 淀池使废水中沉淀速度为0. 01m/s的颗粒全部去 除？若用1个直径20m的辐流式沉淀池呢？解：平流式QIA= 265.6/（16.6x4x4）= 1/0.0

16、116$0.01m/s,不能全部去除:辐流式7ToQI4=26561 x20- =0.845加N= 0.0098炖/ $0.01m/s,可以全部去除。*馅大#4 斜流沉淀池一浅池原理.从理想沉淀池的特性分析可知，沉淀池的处理效率仅 与颗粒沉淀速度和表面负荷有关，与池的深度无关. 对一深度为H,体积为V的理想平流沉淀池：Ah该式表明：在V和H给定的条件下，要获得要求的去除率 （%决定），处理水量就不能改变；水量给定时，只能 得到固定的去除率.即增大水量，山增加，去除率减 小；提高去除率（比减小），处理的水量减少.q#倚并单浅池原理轴H深度池子分为n层浅池，每层深度h = H/n,进入各浅 池的总

17、流量为Q,则进入每个浅池的流-jtq = Q/n,浅池 沉速需旦邑A fiA n即沉速减少了n倍，效率大大提高。当每个池子保持原有的沉速Uo不变时，每个浅池的处 理流量为：彳=叫A = Q则n个浅池的总处理能力提高为原来的n倍。*編胡浅池对水力条件的改善.在同一个过水断面分层或分格，使斷面的润湿 周边增大，水力半径R (=面积/湿周)减小， 从而降低雷诺数Re (Re=i/y ),增大弗罗 得数Fr ( FUgR ),降低水的紊乱程度， 增大池的容积利用系数。斜板（管）沉淀池工程实际应用上，如果采用分层沉淀池，排泥困难，一 般釆用斛流式沉淀池，即根据浅池理论，在沉淀池的沉 淀区加斜板或斜管而构成.它由斜板（管）沉淀区、进 水配水区、清水出水区、缓冲区和汾泥区组成倾角5060。326（d）斜板（筒）沉淀池1配水槽； 2穿孔墙；3斜板或斜 管；4应殳孔口;5#； 6排泥管；7支架*綺术羊斜板（管）沉淀池斜板管沉汶池可有效改善水力条件， 使水流雷诺数降至500以 下，弗罗德数高达10Y 103数量级。处理能力比一般沉淀池 提高