制浆造纸污染控制第三章第一节重力沉降法

1、浙江理工大学浙江理工大学 材料与纺织学院材料与纺织学院2015-2016 第一学期第一学期制浆造纸污染控制制浆造纸污染控制1主讲：郭大亮主讲：郭大亮第一节第一节 重力沉降法重力沉降法 1.1 概述概述p 定义：在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固定义：在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而与水分离的水处理方法。体下沉，从而与水分离的水处理方法。p 处理对象：悬浮颗粒直径大于处理对象：悬浮颗粒直径大于10um的可沉固体，或者的可沉固体，或者2h左右自然沉降时间内能从水中分离的固体。左右自然沉降时间内能从水中分离的固体。2第三章第三章 不溶解态污染物的分离技术不溶解态污染物的

2、分离技术1.2 沉降理论沉降理论1.2.1 颗粒沉降类型颗粒沉降类型p 自由沉降自由沉降p 絮凝沉降絮凝沉降p 成层沉降成层沉降p 压缩沉降压缩沉降31.2.2 离散颗粒的沉降规律（沉降动力学）离散颗粒的沉降规律（沉降动力学）o 假设颗粒的初始沉降速度为零，起初颗粒只受重力和浮假设颗粒的初始沉降速度为零，起初颗粒只受重力和浮力的作用。力的作用。o 假设颗粒密度大于水的密度，作用于颗粒上的外力之和假设颗粒密度大于水的密度，作用于颗粒上的外力之和不等于零，颗粒将产生加速度。不等于零，颗粒将产生加速度。o 沉降过程中颗粒受到的外力有沉降过程中颗粒受到的外力有:l 1) 重力重力Fg ： Fg = m

3、*g；式中：；式中：m为颗粒质量。为颗粒质量。l 2）浮力）浮力Ffl 3）阻力）阻力FD： ；式中：；式中：CD为牛顿无因次阻为牛顿无因次阻力系数；力系数；Ap为垂直运动方向的投影面积；为垂直运动方向的投影面积；v为沉降速度为沉降速度4p 根据牛顿第二定律，可得：根据牛顿第二定律，可得：p 对于球形颗粒：对于球形颗粒：5o 随着沉降速度的不断增加，阻力逐渐增加，加速度逐渐随着沉降速度的不断增加，阻力逐渐增加，加速度逐渐减小。当加速度为零时，对球形颗粒而言，上式可转化减小。当加速度为零时，对球形颗粒而言，上式可转化为：为：o 由上式可解得：由上式可解得：6o 阻力系数阻力系数CD是颗粒沉降时周

4、围液体绕流的雷诺数是颗粒沉降时周围液体绕流的雷诺数Re的的函数，二者的关系如下图所示：函数，二者的关系如下图所示：7o 将上表中的阻力系数将上表中的阻力系数CD的计算公式与雷诺系数的表达的计算公式与雷诺系数的表达式式Re = dsus1/u = dsus/v, 可以获得不同流动状态下，颗可以获得不同流动状态下，颗粒的沉降速度的计算公式。粒的沉降速度的计算公式。o 式中：式中：u，v分别为液体的动力粘度和运动粘度。分别为液体的动力粘度和运动粘度。8o Re小于小于2的层流区（斯托克斯公式）：的层流区（斯托克斯公式）：o 2 Re500的过渡区（艾伦公式）：的过渡区（艾伦公式）：o 500 v时，

5、则颗粒将以时，则颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗的差值向下沉淀，颗粒得以去除；粒得以去除；b.当当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉不上升；时，则颗粒处于随遇状态，不下沉不上升；c.当当uv时，颗粒将不能沉淀下来，则会随上升水流带走。时，颗粒将不能沉淀下来，则会随上升水流带走。p 当当颗粒属于颗粒属于絮凝沉淀类型絮凝沉淀类型时，由于池中的流动存在着各自时，由于池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的湘湖接触颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的湘湖接触、碰撞，

6、致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。352.3.2 竖流式沉淀池的设计计算竖流式沉淀池的设计计算o36p 最小最小沉降速度沉降速度uo和沉降时间和沉降时间t的确定的确定l 首先首先根据原废水中的悬浮颗粒的浓度根据原废水中的悬浮颗粒的浓度c1及允许排放浓度及允许排放浓度c2求算应该达到的求算应该达到的去除率去除率E，然后根据沉降曲线确定与要然后根据沉降曲线确定与要达到的去除率相对应的最小沉降速度达到的去除率相对应的最小沉降速度u0和和所需的沉降时所需的沉降时间间t。p 中中心管有效过水断面面积心管有效过水断面面积A1的计算的计算l 式中，式

7、中，Qmax为为最大废水流量最大废水流量，m3/s；vo为污水在中心管为污水在中心管内的流速，内的流速，m/s。372.3.2.2 竖流式沉淀池的计算竖流式沉淀池的计算38p 沉淀池工作部分的有效断面面积沉淀池工作部分的有效断面面积A2的计算的计算p 沉淀池的总面积沉淀池的总面积Ap 沉淀池的直径沉淀池的直径Dp 沉淀池的有效水深沉淀池的有效水深h1 l 式中，式中，v 为污水在沉淀区的上升速度，为污水在沉淀区的上升速度，mm/s；t为沉淀时为沉淀时间，间，h。h1的值一般不小于的值一般不小于2.75m。p 中心管喇叭口与反射板间的缝隙高度中心管喇叭口与反射板间的缝隙高度h2l 式中，式中，v

8、1为污水由中心管与反射板之间间隙的流出速为污水由中心管与反射板之间间隙的流出速度，度，m/s；D为喇叭口直径，为喇叭口直径，m。p 沉淀区圆锥体的容积沉淀区圆锥体的容积V l 式中，式中，h5为截头圆锥部分的高度，为截头圆锥部分的高度，m；R为圆锥体上部为圆锥体上部的半径，的半径，m；r为圆锥体下部的半径，为圆锥体下部的半径，m。39 p 沉淀池的总高度沉淀池的总高度H l 式中，式中，h3为超高，一般取为超高，一般取0.3m；h4为缓冲层高度，一般为缓冲层高度，一般取取0.30.5m。402.4 辐流式沉淀池辐流式沉淀池2.4.1 辐流沉淀池结构辐流沉淀池结构p 中心进水式辐流式沉淀池一般呈

9、圆形，直径中心进水式辐流式沉淀池一般呈圆形，直径2040m以上，甚至达到以上，甚至达到100m左右；池中心深度在左右；池中心深度在2.55.0m范围；池周边深度取范围；池周边深度取1.53.0m。 辐流沉淀池辐流沉淀池4142434445o 辐流式沉淀池采用表面负荷进行设计辐流式沉淀池采用表面负荷进行设计计算，其中表面负计算，其中表面负荷荷q和沉降时间和沉降时间t通过沉降试验获得。通过沉降试验获得。o 沉淀沉淀部分水面面积部分水面面积A1 l 式中，式中，n为池子个数，为池子个数，q为表面负荷，为表面负荷，m3/(m2h)p 池子池子直径直径Dp 沉淀池沉淀池有效水深有效水深h1462.4.2

10、 辐流式沉淀池设计计算辐流式沉淀池设计计算p 沉淀池沉淀池的总高度的总高度Hl 式中，式中，h2为高超，一般取为高超，一般取0.3m；h3 为为 缓冲层高；缓冲层高；h4为储泥斗以上部分的高度（与刮泥车高度有关），为储泥斗以上部分的高度（与刮泥车高度有关），m；h5为储泥斗高度，为储泥斗高度，m。472.5 斜板（管）沉淀池斜板（管）沉淀池2.5.1 浅层沉降原理浅层沉降原理p 沉淀沉淀效率效率 ： p 由上式可知：由上式可知：l A一定，增加一定，增加Q，则，则u0增加，增加，E降低。降低。l 提高提高E，则需要降低，则需要降低u0，增加，增加A或降低或降低Q。p 可见，提高沉淀效率和增加处

11、理量相互矛盾。可见，提高沉淀效率和增加处理量相互矛盾。4849o 浅层沉降原理：将沉降层分隔层浅层沉降原理：将沉降层分隔层n层，沉降高度层，沉降高度H变为变为H/n，沉降速度降为，沉降速度降为n分之一，沉淀效率分之一，沉淀效率E提高提高n倍。倍。 50p 构造：由构造：由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。缓冲区和污泥区组成。2.5.2 斜管板沉淀池构造斜管板沉淀池构造p 按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流、异向流、横向流三种。流式沉淀池有同向流、

12、异向流、横向流三种。p 污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。512.5.3 斜管板沉淀池类型斜管板沉淀池类型522.5.3 斜管板沉淀池的设计计算斜管板沉淀池的设计计算p 颗粒运动速度关系：颗粒运动速度关系：p 每个沉降单元流量每个沉降单元流量q=v*d*w，即，即v = q/d*w，代入上式，代入上式可得：可得：l 式中，式中，af为一个斜板在水平方向的投影面积，为一个斜板在水平方向的投影面积，a为沉降为沉降单元的水平底面积。单元的水平底面积。p 若沉降单元为若沉降单元为n个，则：个，则：p 式中，式中，Q为沉淀池设计流量；为沉淀池设计流量；Af为

13、所有沉淀单元的斜板为所有沉淀单元的斜板的总水平投影面积；的总水平投影面积；A为所有沉淀单元的水平底面积。为所有沉淀单元的水平底面积。53p 每个沉降单元流量每个沉降单元流量q=v*d*w，即，即v = q/d*w，代入上式，代入上式可得：可得：l 式中，式中，af为一个斜板在水平方向的投影面积，为一个斜板在水平方向的投影面积，a为沉降为沉降单元的水平底面积。单元的水平底面积。p 若沉降单元为若沉降单元为n个，则：个，则：p 式中，式中，Q为沉淀池设计流量；为沉淀池设计流量；Af为所有沉淀单元的斜板为所有沉淀单元的斜板的总水平投影面积；的总水平投影面积；A为所有沉淀单元的水平底面积。为所有沉淀单

14、元的水平底面积。54p 同理，同向流斜板沉淀池：同理，同向流斜板沉淀池：p 横向流斜板沉淀池：横向流斜板沉淀池：p 可见：相同条件下，异向流斜板沉淀池处理能力最大可见：相同条件下，异向流斜板沉淀池处理能力最大，同向流居中，横向流最小。，同向流居中，横向流最小。552.6 沉砂池沉砂池o 作用：除去水中的沙粒、石子、炉渣及其他较重的固作用：除去水中的沙粒、石子、炉渣及其他较重的固体物质。体物质。o 通常置于格栅之后，泵站和初沉池之前通常置于格栅之后，泵站和初沉池之前o 常用的沉砂池：平流式沉砂池、曝气式沉砂池、涡流常用的沉砂池：平流式沉砂池、曝气式沉砂池、涡流式沉砂池式沉砂池562.6.1平流式

15、沉砂池平流式沉砂池p 构造：加深加宽的明渠、设有闸板（控制水流）、底部构造：加深加宽的明渠、设有闸板（控制水流）、底部设有设有1-2个贮砂斗、排沙管、及螺旋式或射流泵。个贮砂斗、排沙管、及螺旋式或射流泵。57平流式沉淀池平流式沉淀池582.6.1.1 平流沉砂池的设计平流沉砂池的设计（1）Q设计：污水重力自流进入污水厂，按设计：污水重力自流进入污水厂，按Qmax设计；污设计；污水由泵提升进入，按泵房最大组合流量设计。水由泵提升进入，按泵房最大组合流量设计。（2）vmax=0.3m/s，vmin=0.15m/s使无机颗粒下沉，而有机颗使无机颗粒下沉，而有机颗粒不会下沉（按砂粒比重粒不会下沉（按砂

16、粒比重2.65，去除，去除d0.2mm砂粒来设计）砂粒来设计）（3）t停留停留30s，一般为，一般为3060s。（4）H有效有效=0.251.0m，1.2m；每格宽度；每格宽度b0.6m；超高；超高0.3m 59o 设计计算公式如下：设计计算公式如下：（1）水流部分的长度）水流部分的长度L（m）l 式中，式中，v为最大设计流量对应的流速，为最大设计流量对应的流速，m/s；t为最大设为最大设计流量对应的停留时间，计流量对应的停留时间，s。（2）水流断面积）水流断面积Al 式中，式中，Qmax最大设计流量，最大设计流量，m3/s。（3）池总宽度）池总宽度Bl 式中，式中，h1为沉砂池有效水深，为沉

17、砂池有效水深，m。602.6.1.2 平流沉砂池的计算平流沉砂池的计算（4）沉砂斗容积）沉砂斗容积V（m3）l 式中，式中，f1 为污水为污水沉砂量，一般取沉砂量，一般取30m3砂砂/106m3污水；污水；I为排砂间隔时间，为排砂间隔时间，d；c为污水为污水流量变化系数。流量变化系数。（5）沉砂池总高度）沉砂池总高度Hl 式中，式中，h2为超高；为超高；h3为储砂斗高度，为储砂斗高度，m。（6）验算最小）验算最小流速流速l 式中，式中，Qmin为最小流速，为最小流速，m3/s；n为最小流量时工作时为最小流量时工作时的沉砂池座数；的沉砂池座数；Amin为最小流量下沉砂池的过水断面面为最小流量下沉砂池的过水断面面积，积，m2。612.6.2 曝气沉砂池曝气沉砂池p 构造：长型渠道、表面呈矩形、池底具有一定坡度、曝构造：长型渠道、表面呈矩形、池底具有一定坡度、曝气装置设在坡面、使池内水做旋流运动，增加无机颗粒气装置设在坡面、使池内水做旋流运动，增加无机颗粒摩擦，去除表面有机物。摩擦，去除表面有机物。626364曝气沉砂池曝气沉砂池（1）V水平水平=0.080.12m/s，最大旋流速度为，最大旋流速度为0.250.40m/s。（2）流量最大时，）流量最大时，t停留停留=13min。（3）h有效有效