第3章-沉淀法-水质处理-课件-教学-本科分解

第3章沉淀法Sedimentation第一节概述1、沉淀的定义悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀。实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池。(1)当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。——沉淀(2)当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。——上浮2、沉淀去除的对象及构筑物①砂粒②化学沉淀③混凝絮体④生物污泥⑤污泥浓缩沉砂池浓缩池沉淀池3、位置及作用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:污水格栅沉砂池初沉池好氧二沉池排水浓缩池消化污水格栅沉砂池初沉池好氧二沉池排水浓缩池消化（2）高浓度有机废水处理工艺:废水沉淀调节池厌氧沉淀池好氧沉淀池排水浓缩池脱水废水沉淀调节池厌氧沉淀池好氧沉淀池排水浓缩池脱水（3）含铬废水处理工艺：药剂废水混合反应池沉淀池排水浓缩池脱水药剂废水混合反应池沉淀池排水浓缩池脱水(1)自由沉淀水中悬浮物颗粒浓度低，呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度等不发生变化。例如：沉砂池4、沉淀类型根据悬浮颗粒的性质及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀(2)絮凝沉淀水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性能。在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚，其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大，沉淀速度加快。例如：二沉池；混凝沉淀。(3)拥挤沉淀(分层沉淀)水中悬浮物浓度较高，颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰，沉速降低，颗粒碰撞互相“凝聚”而共同下沉，形成一明显的泥、水界面。沉淀过程实质是泥、水界面下降的过程，沉淀速度为界面下降速度。如：二沉池的上部；污泥浓缩池上部。(4)压缩沉淀当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。例如：二沉池污泥斗;浓缩池底部。第二节自由沉淀一、自由沉淀的假定条件实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。为了解颗粒在水中自由沉降过程的动力学本质，进行如下假定：①颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不发生变化；②液体为静止状态；③颗粒沉淀不受容器器壁影响；④颗粒沉淀仅受重力和水的作用。作用方式？二、自由沉淀速度(1)颗粒在静水中的受力情况重力：浮力：阻力：F2浮力F3阻力F1重力gdFS3161gdF3261223uAF式中：ρs,ρ―表示颗粒及水的密度g―重力加速度A―颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=лd2/4u―颗粒沉速λ―阻力系数，它是雷诺数（）和颗粒形状的函数。μ—水的粘度udRe(2)颗粒在静水中的运动情况在静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，同时水的阻力也逐渐增大。经一很短时间后，当阻力F3增大到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差”相等时，颗粒作等速下沉运动。等速沉淀的速度常称沉淀末速度，简称沉速。F2浮力F3阻力F1重力(3)颗粒沉淀速度在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:23326161uSAgdgd水流状态：层流状态：Re1时，——Stokes式过渡状态：1Re103时，——Fair式紊流状态：103Re105时，λ=0.44——Newton式Re2434.0324eeRR23326161uSAgdgdRe24241d218)(dgus层流状态下：Stokes公式由stocks公式可知：2181gdus(4)影响沉淀速度的因素A．与颗粒、水的密度差成正比；当ρsρ时，u0,颗粒下沉；当ρsρ时，u0,颗粒上浮；当ρs=ρ时，u=0,颗粒悬浮。B．与颗粒直径平方成正比；一般沉淀只能去除d20μm的颗粒。对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗粒粒径，促进沉淀；C.与水的粘度μ成反比；因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。第三节絮凝沉淀由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。第四节理想沉淀池前面所述沉淀曲线是静止沉淀试验的结果，虽然它比较真实地反映了废水中不同的悬浮颗粒沉降的特性，但是并不能反映实际沉淀池中水流运动对悬浮颗粒沉降的种种复杂影响。为了分析悬浮颗粒在沉淀池内运动的普遍规律及分离结果，哈增和坎普提出了一种概念化的沉淀池——理想沉淀池。理想沉淀池的假定条件：①进出水均匀分布在整个横断面，亦即沉淀池中各进水断面上各点流速均相同；②悬浮物在沉淀过程中以等速下沉；③悬浮物在沉降过程中的水平分速度等于水流速度，水流是稳定的。④悬浮物落到池底污泥区，不再上浮，即被除去。◆在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。◆沉速大于u0的颗粒可全部除去；沉速u0的颗粒因处于水面以下，也可以除去一部分。例如：沉速为u的颗粒被除去率为h/H或u/u0。理想平流式沉淀池示意图高H/长度(L)①主要是由于池进口及出口构造的局限，使水流在整个断面上分布不均匀，整个池子的有效容积未能得到充分利用，一些沉淀池还存在死水区，因此，废水在沉淀池中实际停留的时间要比理论停留时间短。②由于紊流的影响，悬浮颗粒的实际沉速比理想沉速小。③实际沉速还受水温，风吹等因素的影响。实际沉淀池与理想沉淀池是有区别的。第五节沉淀池按池内水流方向分类平流式沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池斜板式沉淀池工作方式：间歇式和连续式。特点及适用条件：一、平流式沉淀池二、竖流式沉淀池三、辐流式沉淀池四、斜板(管)沉淀池一、平流式沉淀池平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可以是单个或多个串联。平流式沉淀池有进水区、沉淀区、出水区、污泥区和缓冲区等五部分组成。1、进水区进水区的作用是使水流均匀分布在整个断面上，尽可能减少扰动。入口流速小于25mm/s。为了保证不冲刷已有的底部沉积物，水的流入点应高出污泥层面0.5m以上。水流入沉淀池后应尽快消能，防止在池内形成短流或股流。设置整流装置（穿孔整流床）。沉淀池进口整流多采用穿孔槽外加挡板（或穿孔墙）的方法，沉淀池进水口布置形式如图示：2．沉淀区如前所述，要降低沉淀池中水流的Re数和提高水流的Fr数，必须设法减少水力半径，采用导流墙，对平流式沉淀池进行纵向分格等，均可减小水力半径，改善水流条件。沉淀区的高度（有效水深H）与其前后有关处理构筑物的高程布置有关，一般约3-4m。沉淀区的长、宽、深之间相互关联，应综合考虑，还应核算表面负荷。一般，L/B≥4，L/H≥10，每格宽度3-8m，不宜大于15m。3．出水区沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀池常见出水口布置形式如下：出流堰是沉淀效果好坏的重要条件，它不仅控制池内水面的高程，而且对池内水流的均匀分布影响极大。应防止池内水流产生偏流现象。尽可能减少单位堰长的过流量，因此堰的施工必须精心，尽量做的水平。4．污泥区（积泥区和排泥区）及时排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。沉淀池排泥方式有斗形底排泥、穿孔管排泥及机械排泥。目前基本都采用机械排泥，不需留存泥区，池底水平，略带坡度以便放空。排泥方式：（1）刮泥：设置刮泥机（车），池底设计坡度0.01-0.02。（2）污泥泵排泥；（3）静水压力排泥（静水压力1.5-2.0m水头，排泥管径不小于200mm）。（4）如设有多个泥斗时，则无需刮泥装置，每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀。5、缓冲区污泥区和清水区之间应有一个缓冲区，其深度可取0.3-0.5m，以减轻水流对存泥的搅动，也为存泥留有余地。二、竖流沉淀池竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度与水流上升速度相等。结构：竖流式沉淀池多为圆形，直径介于4-7m之间。沉淀池的上部为圆筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，中间为缓冲层。竖流沉淀池特点竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度与水流上升速度相等。（1）当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比平流式沉淀池中低得多。（2）当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。（3）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，因而沉降效率比平流沉淀池高。三．辐流式沉淀池辐流式沉淀池是直径较大（20-30m）的圆池，最大直径可达100m。中心深度为2.5-5.0m，周边深度为1.5-3.0m。辐流式沉淀池结构中心进水周边进水进水方式排泥方式：辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排出，刮泥机一般每小时转2-4周。进水区分离区出水区污泥区缓冲区清水区四、斜板(管)沉淀池结构特点：（1）斜板（管）倾角多采用60º，斜板（管）长一般在1.0-1.2m左右，板间距一般不小于50mm。斜管管径25-35mm。（2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波纹板；斜管多为塑料片、波形石棉板、波形玻璃钢板粘合而成的蜂窝状管，断面有正六边形、圆形、椭圆形等，常制成组装件，便于安装。（3）斜板沉淀池的结构形式：包括：异向流、同向流及横向流。（4）进水方式：大多采用异向流。（5）斜板（管）上部清水区为0.7-1.0m，斜板（管）下部为配水区大于1.5m（目的：布水均匀），布水区下部为污泥区。（6）出水方式：采用穿孔集水管集水。（7）排泥方式：采用多斗排泥。斜板（管）沉淀池的优点：（1）水力条件好；（2）处理能力比一般沉淀池大得多；（3）处理效率高。第六节沉砂池（1）沉砂池的功能：从废水中分离比重较大的无机颗粒，如砂粒，炉灰渣、煤渣等。（2）沉砂池位置：设在泵站及沉淀池之前。（3）沉砂池作用：A、保护水泵及管道免受磨损；B、使沉淀池中的污泥具有良好的流动性，能防止排放与输送管道堵塞；C、使无机颗粒和有机颗粒分离，便于分别处理和处置。概述（4）沉砂池的形式：A、平流式沉砂池B、竖流式沉砂池C、曝气沉砂池一．平流式沉砂池平流式沉砂池是最常用的一种沉淀池，它的截流效果好，工作稳定，构造简单，而且易于排除泥砂。结构特点：平流式沉砂池的水流部分，实际上是一个加深加宽的明渠，两端设有闸板，以控制水流。在池底部设1-2个贮砂斗，下设排砂管。开启贮砂斗的闸阀，即能将沉砂排出。还可利用射流泵和螺旋泵排除泥砂，或利用高地或将沉砂池筑于高地，也利于排砂。二．曝气沉砂池（一）工作特点普通沉砂池的一大缺点是其截流的沉砂中夹杂一些有机物。对被有机物包覆的砂砾的截流效果不高，而且沉渣容易腐败发臭，难以处置。曝气沉砂池能够克服上述缺点。沉砂中有机物的含量低于5%，一般长期存放不腐败。（二）曝气的作用①水力旋流使砂粒与有机物分离，沉渣不易腐败；②气浮油脂并吹脱挥发性物质；③预曝气充氧、氧化部分有机物，防止污水厌氧分解（脱臭）。思考题：1、自由沉降、絮凝沉降、拥挤沉降与压缩沉降各有何特点？说明它们的内在联系与区别，各适用在哪些场合？2、平流式沉淀池与竖流式沉淀池的工作原理有什么区别？52第七节隔油池的原理与构造(1)原理：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油的处理筑物。(2)构造：废水从池的一端流入池内，从另一端流出。在流经隔油池的过程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油类杂质得以上浮到水面上，密度大于1.0的杂质则沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。第八节澄清池(Clarifier)澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触