4水处理工程沉淀与澄清

水处理工程第四章沉淀与澄清沉淀的基本理论沉淀池隔油池气浮池水处理工程第1节沉淀原理与分类(Sedimentation,orsettlingandClarification)一、原理利用颗粒与水的密度之差，比重1，下沉比重1，上浮沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物）二沉池（活性污泥与水分离）水处理工程二、分类：–（1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生•离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变–（2）絮凝沉淀-絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）•颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大–（3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层，形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L以上。–（4）压缩沉淀-污泥浓缩池颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。水处理工程上澄水自由沉淀带絮凝干涉沉淀带成层沉淀带压缩沉淀时间t水深ABCD沉淀过程示意图水处理工程一、颗粒沉速公式（Stokes’law）–假设条件：•①球状颗粒，不可压缩，无凝聚性，沉淀过程中大小、形状、重量不变；②水处于静止状态③颗粒仅受重力和水的阻力作用–水中重浮合力–阻力，量纲分析得到–在等速沉淀情况下–对于层流，Re1时gdFFs)(61321223uAF22381)(61udgds3)(4sgdu218)(dgusduReRe24阻力重力浮力第2节自由沉淀(discreteparticlesettling)水处理工程对于非球形颗粒:3)(4sgdu：形状系数Stokes公式，–①颗粒与水的密度差(ρs–ρ)愈大，沉速愈快，成正比关系。当ρsρ时，u0，颗粒下沉；当ρsρ，u0,颗粒上浮；当ρs=ρ,颗粒既不下沉又不上浮；②颗粒直径越大，沉速越快；③水的粘度越小，沉速越快，提高水温水处理工程颗粒沉淀曲线–将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组沉淀管，经过t1时间后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定浓度为c1；…..在t1时刻沉速大于u1的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1,c1/c0表示这部分颗粒与全部颗粒之比，记作x1,余类同。将xi与ui作图，得沉淀曲线。–对于指定沉淀时间t0，u0=H/t0,u≥u0颗粒全部除去–uu0颗粒部分除去，去除比例h/H，去除量–总去除量iixHhiixHh0000uututuHhiii00001)1(xudxux经t0时间沉淀，各种颗粒沉淀的总去除效率为：水处理工程uu0xx01.0沉速dx0Hhuu0水处理工程×××××××Ht=0颗粒沉速所占%u1x1u2x2u3x3u*x*un-2xn-2un-1xn-1unxn××××××t=t1×××××t=t*hn-2hn-1hn011CCX0**CCX11tHu**tHuH高度时各种颗粒百分比为xj，沉淀h距离去除的量jxHh水处理工程不同沉淀时间的总去除率00.10.20.30.40.50.60.70.80.9101530456090180t(min)η总去除率表观去除率水处理工程二、理想沉淀池假设：颗粒为自由沉淀水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。颗粒到底就被去除。水处理工程水平流速v=Q/(h0B)B:池宽考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。uu0的颗粒可以全部去除uu0的颗粒只能部分去除去除率为E＝ui/u0=ui/(Q/A)A—沉淀池表面积(u0=h0/tt=L/v=Lh0B/Q)q=Q/A=u0表面负荷或溢流率水处理工程对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为E＝ui/u0=ui/(Q/A)颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷及颗粒沉降速度有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。(Hazen理论,1904年）但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。从上式反映以下两个问题：1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅层理论”。水处理工程QrHuvudrdh2QAHurrQHuh02020)(AQu0h=H,r=R时对沉速为u0的颗粒，积分圆形平流沉淀池，径向水流速度是一变数hhu0u0uuv’v”v”v”Rrr0污泥区水流表面积A出水区进水Q沉淀区drdh水处理工程•实际沉淀池偏离理想沉淀池条件的情况:–水流状况；颗粒絮凝过程–实际水流状况对沉淀过程的影响»沉淀池进、出水的影响：进水流速大于池中平均流速»异重流的影响：浑水比清水比重大；温差异重流，白天效果均低于晚上»水流紊动性和稳定性的影响：»水流紊动性判别Re=vR/ν，平流沉淀池中水流Re为4000-15000，降低雷诺数有利于沉淀»水流稳定性以弗劳德数判别，Fr=v2/Rg，高，对温差、密度异重流及风浪抵抗能力强»降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径R。R=过水断面/湿周理想与实际有差距，设计的表面负荷应为试验值的1/1.25-1/1.7,平均为1/1.5;沉淀时间为试验值的1.5-2.0倍。水处理工程–二、絮凝沉淀•沉淀效率由实验确定。在直径0.1-0.15m，高1.5～2.0m，且沿高度方向设有5个取样口的沉淀筒。–沉淀柱应有适当的口径，以及一定的深度，这样可以有一定的容量，取样时不影响水深；–沉淀柱的高度尽可能和真实沉淀池相等；–起始浓度在桶中应分布均匀，模拟沉淀池进口端悬浮物颗粒分布情况，水样注入时应平稳缓慢；–沉淀柱底部应留有一个沉淀部分，以备沉泥之用；600600600600φ150水处理工程絮凝沉淀的等效沉淀曲线02040608010012000.61.21.8池深H(m)t(min)5%10%20%30%40%50%60%70%75%在指定的沉淀率E时不同h与沉淀时间t时间t(min)沉淀率E（%）h1=60cmh2=120cmh3=180cm51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57055.087.5--7575.0----絮凝沉淀中沉淀时间t与沉淀效率E010203040506070800510203040506075t(min)E(%)h1=0.6mh2=1.2mh3=1.8m水处理工程25水处理工程–三、成层沉淀与压缩vsA-澄清液层，B-受阻沉降层，C-过渡层，D-压缩层；1-1面均匀下降，2-2面匀速上升，t2时相遇，B,C消失，直到压实bABCD1122v0tt2cADH2t=t2压缩开始dADHut=tu压缩结束at=0均匀污泥C0受阻沉降过渡压缩ABCDvsv2110t2时间H2界面高度C2水处理工程第二节沉淀池一、沉砂池–作用：去除废水中携带的泥沙。–分类：平流和竖流，平流效率高，应用广泛。–构造：过水部分是明渠，渠底有贮砂斗，一般两个。下部设有带闸门的排砂管。–设计控制参数：水平流速0.15～0.3m/s，停留时间大于30s，有效水深1.2m，渠宽不小于0.6m，超高为0.3m。采用最大流量计算，最小流量校核。贮砂斗坡角55°，排泥管径不小于200mm。–防止有机物沉淀：采用曝气沉砂池，鼓风曝气形式。水处理工程二、平流沉淀池–基本技术参数：长宽比4，有效水深3m，超高0.3m。进口均匀布水，流速25mm/s，水流流入点应高出泥层面0.5m以上，尽快消能，加挡板。出口采用溢流堰，大多采用锯齿形堰。平堰加工严格。用排泥斗排泥，一般设两个池。–设计计算：沉淀区、污泥斗、池总深度、进出口设备及排泥设备。•沉淀区计算–池平面面积A=Q/u沉淀区水深h2=Qt/A=ut–确定B，计算L=A/B,校核长宽比•污泥体积计算–—进出水SS浓度；γ—污泥容重;P—污泥含水率，%；T-排泥间隔时间（d)•沉淀池的总高度H=h1+h2+h3+h4–H1-超高，h2—有效水深，h3—缓冲层高度，h4—污泥部分高度10)100()(21PTccQV水处理工程水处理工程三、竖流式沉淀池–大多为圆形，直径8m以下，中心管进水，从下部流出，集水槽采用平顶堰或锯齿堰。污泥采用排泥管排出。–优点：排泥简单，用于小型污水处理–存在一个u0,v与u0•Vu0全流失•V=u0悬浮•Vu0全沉降–计算：中心管直径、喇叭口与反射板缝隙高度、沉淀区有效断面积、沉淀池直径、沉淀区有效深度、截圆锥部分容积、沉淀池总高度。vu0水处理工程四、辐流式沉淀池–基本参数：直径较大（20～30m），中心深度2.5～5.0m，周边深度1.5～3.0m；中心进水，辐射流动，流速渐减；机械排泥–应用：主要用于大型污水处理设施；广泛用于城市污水处理厂水处理工程辐流式沉淀池结构图水处理工程五、斜板斜管沉淀池–理想沉淀池的特性：沉淀池的处理效率仅与颗粒沉淀速度和表面负荷有关，与池深无关–原理：如将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区为原沉淀区长度L的1/n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。vu0vu0vu0vu0ABDC为了让沉到底部的污泥便于流动排除，需要把这些浅的沉淀区倾斜60°，超过污泥的休止角，因此称为斜板沉淀池。水处理工程水泥异向流同向流水水泥水水泥横向流水处理工程–斜板沉淀池构造•根据水流和泥流的相对方向，可将斜板沉淀池分为逆向流、同向流、横向流三种类型–计算：以异向流为例–应用：•大量应用在给水处理中，因为矾花容易滑下去。污水处理中慎用斜板，因为会产生生物膜，飘在出水中，泥易堆积在斜板上，易坍塌•占地面积：斜板小，极易损坏，5年更换一次。与平流式对比，总造价差不多，可节省地价。•平流式过流慢约1h；斜板过流快，约10min，要求前边反应好，需加药等，不可有小颗粒。•给水：广泛使用斜板；废水：少用斜板水处理工程021ulvllsinsincoscoscossin0ddlddluvcossin10duvlsincossin1cos00dludvludq颗粒由A移动到B被去除，可理解为颗粒以v的速度上升到l+l1的同时以u0的速度下沉l2，两者在时间上相等：沉淀单元长度沉淀单元断面面积为dw,则单元通过的流量为q=dwv代入上式变换得：lwcosα即为斜板在水平方向投影的面积，用af代替；dw/sinα沉淀池在水平方向的面积，用a表示。则:q=u0(af+a)考虑各种影响，取修正系数η—0.7ABvu0αcos2dlcossin1dl水处理工程第三节隔油池一、油在水中的存在状态–悬浮油、乳化油、溶解油，隔油池仅能去除悬浮油二、种类–平流式隔油池、斜板式隔油池•平流式隔油池—同平流式沉淀池，一般不少于两个，池深1.5-2.0m，超高0.4m，单格长宽比不小于4,工作水深与每格宽度之比0.4,池内流速一般2-5mm/s，停留时间一般1.5-2.0h，去除油粒最小直径100-150μm。隔油后含油50-100mg/L.采用刮油机收油，底刮泥，上刮油。•斜板隔油池—提高单位容积的处理效率，斜板大多采用聚酯玻璃钢波纹板，板间距20-50mm,倾角45°，采用异向流，停留时间为平流式的1/2-1/4,约30min，去除最小粒径60μm.–应用：前平后斜，平隔大量油；斜板最好用镀锌或不锈钢板，以利热水或蒸汽清洗。水处