第篇物理化学及物理化学处理工艺原理市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、水污染控制工程第2篇物理、化学及物理化学处理工艺原理/10/101第1页第4章 沉淀与澄清主要内容4.1 沉淀类型及其特征4.2 理想沉淀池理论4.3 沉淀工艺及其设计4.4 澄清工艺设备水污染控制工程/10/102第2页推荐几本参考书顾夏声、黄铭荣等编著，水处理工程，北京：清华大学出版社，1985年（第一版）许保玖等，当代给水与废水处理原理，北京：高等教学出版社，（第二版）张自杰主编，排水工程（下册），第四版，北京：中国建筑工业出版社，尹士君编著，水处理构筑物设计与计算，北京：化学工业出版社，C.P.Leslie Grady,Jr.,et al., Biological Wastewater

2、 Treatment, Marcel Dekker, Inc., New York, 1999张自杰主编，废水处理理论与设计，北京：中国建筑工业出版社，崔玉川等编，城市污水厂处理设施设计计算，北京：化学工业出版社，/10/103第3页沉淀及其处理对象沉淀借助于水中颗粒与水密度差、在不一样工艺设备中创造一定水力条件，使SS沉淀而与水分离，以实现不一样处理目标。处理对象 水或废水中比重大于1可沉降悬浮固体颗粒（SS，Suspended Solids）。/10/104第4页4.1 沉淀类型及其特征4.1.1 自由沉淀4.1.2 絮凝沉淀4.1.3 拥挤（区域）沉淀4.1.4 压缩沉淀4.1.5 沉淀

3、工艺作用/10/105第5页4.1.1 自由沉淀非絮凝性颗粒、浓度低、颗粒间无絮凝颗粒独立完成沉淀过程，其物理性质（形状、大小、比重）不发生改变颗粒沉速不变 发生在沉砂池及沉淀池前期沉淀过程自由沉淀示意图4.1 沉淀类型及其特征/10/106第6页4.1.2 絮凝沉淀絮凝性颗粒、浓度较低、颗粒间发生絮凝沉淀过程中其物理性质发生改变颗粒沉速度加紧 发生在水处理沉淀池、污水处理初沉池后期及二沉池前期沉淀过程絮凝沉淀示意图4.1 沉淀类型及其特征/10/107第7页4.1.3 拥挤（区域）沉淀絮凝性颗粒、浓度较高（矾花浓度 23g/L、活性污泥浓度1g/L ）、颗粒间发生絮凝 沉淀过程中颗粒间相互干

4、扰并形成网格状绒体共同下沉形成清水浑水界面（界面沉降）。发生在沉淀池后期沉淀过程4.1 沉淀类型及其特征/10/108第8页4.1.4 压缩沉淀絮凝性颗粒、浓度极高沉淀过程中颗粒结成块状，相互接触、相互支撑、相互挤压发生在沉淀池后期沉淀过程及污泥浓缩池中时间泥面高度4.1 沉淀类型及其特征/10/109第9页沉砂池 位于水处理系统前端，用于去除废水中比重较大无机性颗粒，以预防进水对其后续处理设施有害影响仅自由沉淀。沉淀池 用于混凝反应后、生物处理构筑物之前及活性污泥系统，用于去除水中相当部分悬浮态SS或泥水分离、澄清出水各种类型沉淀浓缩池 用于污泥浓缩处理，以减小污泥体积拥挤和压缩沉淀。4.1

5、.5 沉淀工艺作用4.1 沉淀类型及其特征/10/1010第10页4.1.5 沉淀工艺作用活性污泥在沉淀池中沉淀过程4.1 沉淀类型及其特征/10/1011第11页4.2 理想沉淀池理论4.2.1 理想自由沉淀假定4.2.2 自由沉淀速度分析4.2.3 理想沉淀池模型4.2.4 沉淀过程分析4.2.5 沉淀效率计算/10/1012第12页4.2.1 理想自由沉淀假定颗粒为球形沉淀过程中颗粒大小、形状、重量等保持不变颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响颗粒自由沉淀受力分析4.2 理想沉淀池理论/10/1013第13页4.2.2 自由沉淀速度分析不一样水流情况时沉淀模式紊流区 Newto

6、n模式过渡区 Allen模式层流区 Stokes模式Stokes模式及其应用模式分析u与S 、L 及d关系分析应用分析4.2 理想沉淀池理论/10/1014第14页4.2.3 理想沉淀池模型污水在池内沿水平方向作平稳等速流动，流速为v。 悬浮颗粒在过水断面上均匀分布并作自由沉淀，沉速为u。 颗粒一经沉到池底即认为已被去除而不再返回水中4.2 理想沉淀池理论/10/1015第15页4.2.3 理想沉淀池模型4.2 理想沉淀池理论/10/1016第16页4.2.4 沉淀过程分析截留速度（u0） 在一定条件下，沉淀过程中可被全部去除颗粒所含有最小沉速（m/h）。表面负荷率（q0） 单位时间内、单位沉

7、淀池表面积所处理水量（m3/m2.d）u0与q0异同分析4.2 理想沉淀池理论/10/1017第17页4.2.4 沉淀过程分析v/u0=L/HQ=A v=(B H) v e =(B H) u0 L/H = =(B L) u0=AT . u0 u0 = Q /AT = q0Q确定沉淀池型式确定u0确定AT确定AS确定4.2 理想沉淀池理论/10/1018第18页4.2.5 沉淀效率计算4.2 理想沉淀池理论/10/1019第19页4.2.5 沉淀效率计算设：某颗粒u1u0，占全部颗粒dP%， 即全部uu0颗粒占全部颗粒数P0 则：颗粒u u0，占全部颗粒1-P04.2 理想沉淀池理论/10/10

8、20第20页u u0颗粒去除率：全部去除 ，即（1-P0）4.2.5 沉淀效率计算 u u0颗粒去除率：部分去除，即：u00（u /u0 ）dP =u00u dPu01总去除率（） ： = (1-P0) + u00u dPu01u u0u 4（普通控制在45）长深比（ L/h ）：控制在812/10/1055第55页4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工艺设计/10/1056第56页4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工艺设计工艺计算表面积（A）：A=Qmax/qS（m2）有效水深（ h2）：h2=qSt（m）沉淀区有效容积（ V ）：V=Ah2 =Qmaxt （m3）沉淀区长度（ L ）：L= vt（m

9、）沉淀池宽度（ B ）：B=A/L（m）总长度（ LS ）：LS=l1+L+l2（m）总高度（ H ）：H=h1+h2+h3+h4（m）/10/1057第57页4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工艺设计污泥区所需容积（ VS ）： 依据人口当量计算：VS =SNT/1000（m3） 依据处理要求计算：VS = （m3）Qmax（SSi-SSe）86400 100TKZ（100-S） 混凝沉淀池、初沉池：普通按(T)2日污泥贮量计算； 二沉池：按(T)不超出2小时贮泥量设计。/10/1058第58页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池水流特征中心进水辐流式沉淀池周围进水辐流式沉淀池基本结构直径（D）：20

10、30m，高达60m，大于16m径深比（D/h2）：612刮泥方式：D20m，周围传动刮泥装置4.3 沉淀工艺及其设计/10/1059第59页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池4.3 沉淀工艺及其设计/10/1060第60页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池4.3 沉淀工艺及其设计/10/1061第61页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池辐流式沉淀池中心导流筒及刮泥装置4.3 沉淀工艺及其设计/10/1062第62页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池辐流式沉淀池出水堰4.3 沉淀工艺及其设计/10/1063第63页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池4.3 沉淀工艺及其设计/10/1064第64页4.3.2 沉淀池辐

11、流式沉淀池4.3 沉淀工艺及其设计/10/1065第65页4.3.2 沉淀池辐流式沉淀池工艺设计主要工艺设计参数表面负荷率（qS）：2 4m3/m2.h(视详细功效而定)有效水深（h2）：34m 池周围1.53.0m 池中心2.55.0m其余设计参数同平流式沉淀池工艺设计计算计算步骤同平流式沉淀池/10/1066第66页4.3.2 沉淀池竖流式沉淀池水流特征基本结构竖流式沉淀池4.3 沉淀工艺及其设计/10/1067第67页4.3.2 沉淀池竖流式沉淀池工艺设计主要工艺参数直径（D）： 8m，普通为47m径深比（D/h2）： 3（通常为2）(Why?)水流上升速度（v）：0.51.0mm/s表

12、面负荷率（q）：1.53.0m3/m2.h出水堰流量: 5.5m3/m.h，普通为1.83.6m3/m.h工艺设计计算计算步骤同平流式沉淀池/10/1068第68页4.3.2 沉淀池竖流式沉淀池工艺设计v0 : 设反射板100mm/s 不设反射板30mm/sv : 20mm/s/10/1069第69页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池浅沉理论（定性分析）Hazen浅沉理论模型若u0(qs)不变、因其表面积A增大n倍,则理论上Q亦可增大n倍;若Q不变，因其表面积A增大n倍,则处理效率大大提升，即u0(qs) 大大降低。其水力条件大大改进，Re 远低于普通平流式沉淀池(500)。( )vR4.3 沉淀

13、工艺及其设计/10/1070第70页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池基本结构与主要工艺特点逆向流斜板沉淀池斜管（板）长度：11.2m。斜管（板）倾角 ：60。斜板垂直间距:80120mm；斜管内切圆直径大于3050 mm。受进水中SS和浊度影响较小。4.3 沉淀工艺及其设计/10/1071第71页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池基本结构与主要工艺特点斜板清水原水集水支管泥渣同向流斜板沉淀池斜管（板）长度：22.5m。斜管（板）倾角 ： 上部3040，下部 60斜板垂直间距:80120mm；斜管内切圆直径大于3050 mm。适合用于低浓度SS或浊度水处理。4.3 沉淀工艺及其设计/10/1072第7

14、2页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池斜流（管）沉淀池中惯用PVC波纹、蜂窝填料要求：无毒、质坚、耐久、光滑厚度:0.40.5mm4.3 沉淀工艺及其设计/10/1073第73页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池逆向流斜板沉淀池结构超高（0.30.5m）清水区（0.51.0m）斜板（管）高配水缓冲区高（1.01.5m ）污泥斗高45400500mm进水出水集水槽出水堰高度方向长度方向4.3 沉淀工艺及其设计/10/1074第74页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池逆向流斜流沉淀池沉淀效率（定量分析）u0ll1l2vab 设有n块斜板，其总水平距离为L，则每块斜板间水平距离（忽略板厚）为L/n。沉淀过程分析

15、4.3 沉淀工艺及其设计/10/1075第75页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池u0ll1l2vabl2 l + l1 u v=0 u0 v=Lntgl +sinLnQ = vLBsin v =Q LBsin Q nBl cos+LBu =0Q = u（A斜+A原）0Qs= u （A斜+A原）0 普通为0.60.84.3 沉淀工艺及其设计/10/1076第76页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池工艺设计工艺参数及基本要求斜板（管）内水流速度（v）：35mm/s表面负荷率（qS）：410m3/m2.h有效水深（ h2 ）：11.2m（即斜管或斜板区水深）停留时间（ t ）：1.52.5h沉淀池长度（

16、L ）：1020m沉淀池宽度（ B ）：2.510m/10/1077第77页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池工艺设计工艺计算表面积（A）：A=Qmax/qS（m2）有效水深（ h2）：即斜板或斜管垂直高度沉淀区有效容积（ V ）：V=Ah2 =Qmaxt （m3）沉淀池宽度（ B ）：B=A/L（m）总长度（ LS ）：LS=l1+L+l2（m）总高度（ H ）：H=h1+h1+h2+h3+h4（m）泥斗设计同平流式沉淀池/10/1078第78页4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池应用可比普通沉淀池大幅度提升处理能力，即可大大缩小沉淀池容积藻类易繁殖、单位面积泥量增加，斜管过斜板易出现积泥和泛泥现象斜

17、管或斜板易因积泥而变形，影响排泥，影响处理效果因池容较小，耐冲击负荷能力较差主要适合用于物化沉淀处理，不适合于生物处理泥水分离处理/10/1079第79页4.3.2 沉淀池各种沉淀池特点及适用条件池 型 优点 缺点 适用条件平流式辐流式竖流式斜流式（1）对负荷、温度改变适应性强。（2）施工简单、造价低（1）采取机械排泥，运行管理简单。（2）排泥设备产品定型。（1）排泥方便、通例简单。（2）占地小。（1）处理能力大、效果好。（2）便于对已经有处理设施改造。 排泥操作复杂、工作量大。（1）排泥设备复杂、要求高。（2）水流不够稳定。（1）池深大，施工困难、造价高。（2）适应性较差。易堵塞，维护管理要

18、求高。（1）地下水位较高、地质条件较差地域。（2）大、中、小型处理规模。（1）地下水位较高地域。（2）大、中型处理规模。小规模处理厂（站）。（1）物化处理。（2）处理要求高。（3）扩产改造。/10/1080第80页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池应用于高浊（浓）度水沉淀工艺高浊水沉淀池（水处理）活性污泥处理二沉池（废水处理）污泥浓缩池（污泥处理）沉淀类型拥挤沉淀（清水区、匀速沉降区、过渡区、压缩区同时存在）处理要求清澈出水（低出水SS）稠厚底泥（高污泥压缩程度）4.3 沉淀工艺及其设计/10/1081第81页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池高浊水沉淀工艺设计理论工艺运行方式连续进水Q0连续出水

19、Qe连续排泥Qu工艺运行目标出水澄清（Ce）浓缩污泥（Cu ）工艺设计方法澄清能力（Ae）浓缩能力（Au）As = max（ Ae ，Au）4.3 沉淀工艺及其设计/10/1082第82页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池ABCDv vsQ0，C0Qe，CeQu，CuA清水区；B匀速（受阻）沉降区；C过渡区；D压缩区泥水界面高浊度水沉淀池中污泥层分布示意H0H1H2HuC2t2tu界面高度时间临界浓度计算图解4.3 沉淀工艺及其设计/10/1083第83页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池拥挤沉淀基本过程4.3 沉淀工艺及其设计/10/1084第84页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池按澄清能力计算

20、取决于界面沉淀速度。需确保沉淀池表面积（Ae）大到足以防止水流上升速度（v）超出界面沉降速度（ vs ） Qe Q0-Qu vs vsAe = =Qu=Q0 C0 Cu?4.3 沉淀工艺及其设计/10/1085第85页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池按浓缩能力计算经过沉淀柱试验取得沉淀曲线；依据曲线，确定临界浓度（C2H2、t2）；依据所要到达浓缩程度（Cu），计算Hu。依据物料恒算，进入沉淀池SS速率应与排出沉淀池SS速率相等（忽略出水中带走SS），有：C0H0=H2C2=CuHuC0 Q0 =CuHuAu/tu =C0H0Au/tuAu=Q0 tu H04.3 沉淀工艺及其设计/10/10

21、86第86页4.3.2 沉淀池高浊度水沉淀池沉淀池面积确定相关参数确定As = maxAu=Q0 tu H0 Qe Q0-Qu vs vsAe = =A =（1.21.3）As 设计 高浊度水沉淀池有效水深普通为34m。污泥浓缩池停留时间（HRT）普通为912h，二沉池HRT普通为23h。？4.3 沉淀工艺及其设计/10/1087第87页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池固体通量（G）概念单位时间内经过单位浓缩池表面积固体量。浓缩池连续运行，单位时间内进入固体量等于其底部排出固体量（动态平衡）。浓缩池任一断面G由两部分组成：（1）浓缩池底部连续排泥形成固体通量底流固体通量Gu ；（2）浑水（泥水混合

22、液）沉降压密所形成固体通量压缩沉降固体通量（Gi ）。4.3 沉淀工艺及其设计/10/1088第88页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池ABCDv vsQ0，C0Qe，CeQu，CuA清水区；B匀速（受阻）沉降区；C过渡区；D压缩区泥水界面底流固体通量Gu压缩沉降固体通量Gi4.3 沉淀工艺及其设计/10/1089第89页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池底流固体通量（Gu）Gu=vCi式中：Gu底流固体通量（KgSS/m2.d）； v 底流流速（m/d）。若底部排泥量为Qu，浓缩池断面积为A，则v =Qu / A 。 Ci压缩区某断面固体浓度（KgSS/m3）。V一定时，Gu与Ci成正比。固体浓度C固体

23、通量GGu=vCiGu与Ci关系曲线4.3 沉淀工艺及其设计/10/1090第90页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池压缩沉降固体通量（Gi）用不一样固体浓度（ c1, c2 , ci, cn）进行静止沉淀浓缩试验，得到各界面沉降曲线（图）。计算不一样浓度水界面沉速（ui ）。压缩沉淀固体通量： Gi= ui Ci绘出Gi Ci关系曲线不一样固体浓度C时界面沉降曲线时间t界面高度Hcncic2c1固体浓度C固体通量GGi=uiCiGi与Ci关系曲线4.3 沉淀工艺及其设计/10/1091第91页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池总固体通量（G） G =Gi+Gu极限固体通量（GL ）在浓缩池深度方向存在一

24、个断面，其固体通量GL最小，而其它断面固体通量都大于GL 。固体通量大于GL必通不过此断面。因而，浓度为CL断面为控制断面，与此对应GL称为极限固体通量。固体通量曲线固体浓度C固体通量GGi=uiCiGu=vCiG =Gi+GuLGLCL4.3 沉淀工艺及其设计/10/1092第92页4.3.2 沉淀池污泥浓缩池浓缩池断面（表）面积（A）AQ0C0GL 若浓缩池面积小于此值，则为超负荷运行，将回出现固体在该控制层（CL）中积累，引发该浓度层膨胀，沉降界面上升而造成固体随出水流失，影响沉淀（浓缩）效果。 对于不一样性质SS及所采取工艺，GL普通为15kg/m2.h（以后将结合详细工艺介绍！）。经

25、典理论普遍引用4.3 沉淀工艺及其设计/10/1093第93页4.4 澄清工艺设备与设计4.4.1 澄清作用与原理4.4.2 澄清工艺类型4.4.3 机械加速澄清池4.4.4 脉冲澄清池4.4.5 水力循环澄清池4.4.6 泥渣悬浮澄清池/10/1094第94页4.4.1 澄清作用与原理去除浊度较低原水中悬浮物，得到澄清出水。将混合反应和沉淀分离集于一个池中。反应区有较高浓度絮体凝粒，产生接触凝聚作用，使脱稳颗粒得到有效去除。4.4 澄清工艺设备与设计/10/1095第95页4.4.2 澄清工艺类型泥渣循环型 机械加速澄清池，水力循环澄清池 为了充分发挥泥渣接触絮凝作用，可使泥渣在池内循环流动

26、，回流量约为设计流量35倍。泥渣悬浮型 锥底悬浮澄清池，脉冲澄清池 加药后原水由下而上经过悬浮状态泥渣层时，使水中脱稳杂质泥渣颗粒碰撞凝聚并被泥渣层拦截下来。这种作用类似于过滤作用，浑水经过悬浮层即取得澄清。4.4 澄清工艺设备与设计/10/1096第96页4.4.3 机械加速澄清池利用机械使水提升和搅拌，促使泥渣循环，并使原水中固体 杂质与已形成泥渣接触絮凝而分离沉淀水池。4.4 澄清工艺设备与设计/10/1097第97页4.4.3 机械加速澄清池机械加速澄清池工作原理4.4 澄清工艺设备与设计/10/1098第98页4.4.3 机械加速澄清池主要工艺设计参数清水区上升流速普通采取0.81.1m/s。总停留时间可采取1.21.5h。叶轮提升流量为进水量35倍，直径为第二絮凝室内径7080%。进水管内流速为1m/s左右，配水槽和隙缝流速0.4m/s。第一絮凝室、第二絮凝室和分离室容积比为2:1:7。第二絮凝室和分离室流速采取0.4m/s 。4.4 澄清工艺设备与设计/10/1099第99页4.4.4 脉冲澄清池悬浮层不停产生周期性压缩和膨胀，促使原水中固体杂质与已形成泥渣进行接触凝聚而分离沉淀水池。4.4 澄清工艺设备与设计