補(bǔ)充第2章(2.1重力沉淀).ppt

1,第2章 沉 淀,Sedimentation,2,第一節(jié) 概 述 1、沉淀的定義 懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過(guò)程稱(chēng)為沉淀。實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構(gòu)筑物或設(shè)備稱(chēng)為沉淀池。 (1) 當(dāng)懸浮物密度大于水時(shí)，懸浮物下沉與水分離。 沉 淀 (2) 當(dāng)懸浮物密度小于水時(shí)，懸浮物上浮與水分離。 上 浮,3,2、沉淀去除的對(duì)象及構(gòu)筑物 砂粒 化學(xué)沉淀 混凝絮體 生物污泥 污泥濃縮,4,3、位置及作用 A、作為處理系統(tǒng)的主體； B、工藝流程主體處理單元之前預(yù)處理； C、工藝流程主體處理單元之后； D、污泥處置。,（1）城市污水處理工藝:,5,（2）高濃度有機(jī)廢水處理工藝:,（3）含鉻廢水處理工藝：,6,(1)自由沉淀 水中懸浮物顆粒濃度低，呈離散狀態(tài)；互不干擾，各自完成沉淀過(guò)程。顆粒在下沉過(guò)程中的形狀、尺寸、密度、不發(fā)生變化。 例如：沉砂池,4、沉淀類(lèi)型 根據(jù)懸浮顆粒的性質(zhì)及其濃度的高低，沉淀可分為四種類(lèi)型：,7,(2)絮凝沉淀 水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性能。在沉淀過(guò)程中互相碰撞發(fā)生凝聚，其粒徑和質(zhì)量均隨沉淀距離增加而增大，沉淀速度加快。 例如：二沉池； 混凝沉淀。,8,(3)擁擠沉淀(分層沉淀) 水中懸浮物濃度較高，顆粒下沉受到周?chē)渌w粒的干擾，沉速降低，顆粒碰撞互相 “凝聚”而共同下沉，形成一明顯的泥、水界面。沉淀過(guò)程實(shí)質(zhì)是泥、水界面下降的過(guò)程，沉淀速度為界面下降速度。 如：二沉池的上部； 污泥濃縮池上部。,動(dòng)畫(huà),9,(4)壓縮沉淀 當(dāng)懸浮物濃度很高、顆?；ハ嘟佑|、互相支承，在上層顆粒的重力作用下將下層顆粒間的水?dāng)D出，使顆粒群濃縮。 例如：二沉池污泥斗; 濃縮池底部。,10,第二節(jié) 自由沉淀 一、自由沉淀的假定條件 實(shí)際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十分復(fù)雜的，影響顆粒沉淀的因素很多。 為了解顆粒在水中自由沉降過(guò)程的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)，進(jìn)行如下假定：, 顆粒為球形，沉淀過(guò)程中大小、形狀和質(zhì)量均不發(fā)生變化； 液體為靜止?fàn)顟B(tài)； 顆粒沉淀不受容器器壁影響； 顆粒沉淀僅受重力和水的作用。,作用方式？,11,二、自由沉淀速度 (1) 顆粒在靜水中的受力情況 重力： 浮力： 阻力：,式中：s,表示顆粒及水的密度 g重力加速度 A顆粒在沉淀方向上的投影面積，對(duì)球形顆粒，A=d2/4 u顆粒沉速 阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)（ ）和顆粒形狀的函數(shù)。 水的粘度,12,(2)顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)情況 在靜水中懸浮顆粒開(kāi)始沉淀時(shí)，因受重力作用而產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)水的阻力也逐漸增大。 經(jīng)一很短時(shí)間后，當(dāng)阻力F3增大到與顆粒的“重力F1和浮力F2之差”相等時(shí)，顆粒作等速下沉運(yùn)動(dòng)。 等速沉淀的速度常稱(chēng)沉淀末速度，簡(jiǎn)稱(chēng)沉速。,13,(3)顆粒沉淀速度 在等速沉淀情況下，F(xiàn)1-F2=F3，即:,層流狀態(tài)下：,Stokes公式,14,由stocks公式 可知：,(4)影響沉淀速度的因素,A與顆粒、水的密度差成正比； 當(dāng)s時(shí)，u0,顆粒下沉； 當(dāng)s時(shí)，u0,顆粒上??； 當(dāng)s=時(shí)，u=0,顆粒懸浮。,B與顆粒直徑平方成正比； 一般沉淀只能去除 d20m的顆粒。 對(duì)于粒徑較小的顆粒，可以通過(guò)混凝增大顆粒粒徑，促進(jìn)沉淀；,C. 與水的粘度成反比； 因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。,15,(1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)際廢水中懸浮物顆粒粒徑不均勻，形狀各異，密度也有差異。 通過(guò)沉淀試驗(yàn)： 了解廢水中懸浮物的沉淀特點(diǎn)； 為工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)。,三、自由沉淀實(shí)驗(yàn),16,H,取樣口,沉降柱,(2) 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)編號(hào): 1 2 3n 原水濃度：C0 C0 C0C0 有效水深：H H HH 取樣時(shí)間：t1 t2 t3tn 取樣濃度：C1 C2 C3Cn Ci/C0= Xi X1 X2 X3Xn H/ti=ui u1 u2 u3un, 顆粒沉降到取樣口被認(rèn)為去除；, 沉降速度u：在指定時(shí)間t內(nèi)，能從液面恰好沉到水深H處最小顆粒的沉速。u=H/t, Xi表示沉速u(mài)ui的顆粒濃度與原始濃度的比值,17,(3) 沉淀效率計(jì)算 uu0顆粒去除率：t0時(shí)間內(nèi)，沉淀距離H,全部去除。, uu0顆粒去除：在t0時(shí)間內(nèi)其沉淀距離為hH,有部分顆粒通過(guò)取樣面被去除,去除比例為h/H;即：,X,去除率為(1- X0),X0表示沉速u(mài)u0的顆 粒與全部顆粒的比。, uu0所有顆粒的去除率：某一顆粒與顆?？偭康谋壤秊閐x，被去除的顆粒為： 沉速u(mài)u0所有顆粒的去除率應(yīng)為：,18,在t0時(shí)間內(nèi)，各種顆粒沉淀的總?cè)コ蕿椋?X,19,思考：沉降曲線與沉淀實(shí)驗(yàn)的水深有無(wú)關(guān)？,根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可繪制E-t和E-u0關(guān)系曲線，稱(chēng)為沉降特性曲線,20,上述實(shí)驗(yàn)工作量太大，嚴(yán)格地說(shuō)，經(jīng)沉降時(shí)間t后，將有效水深內(nèi)全部水樣取出，測(cè)定剩余懸浮物濃度C,按下式計(jì)算效率E：,實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法： (1)從有效水深的上、中、下部同時(shí)取相同數(shù)量水樣混合后求出平均懸浮物濃度。 (2)中部取樣方法：可以假定懸浮物濃度沿深度呈直線變化，將取樣口設(shè)在H/2處。,21,例題：某廢水靜止沉淀試驗(yàn)，有效水深為1.2m，c代表沉降時(shí)間t時(shí)取樣中所含的懸浮物濃度，C0代表起始懸浮物濃度。 求：沉速為3cm/min時(shí)懸浮顆粒的去除百分率。,22,解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：,以u(píng)為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：,已知：,23,當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見(jiàn)小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分 式可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為：,0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =1.07 故沉速為3cm/min時(shí)，總?cè)コ蕿椋?E=（1-0.67）+1/31.07=0.69,u(cm/min),24,思考題 如何理解沉速u(mài)u0的顆粒部分被去除，去除比例為u/u0？,25,第三節(jié) 絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性懸浮物（如投加混凝劑后形成的礬花、生活污水中的有機(jī)懸浮物、活性污泥等），在沉淀過(guò)程中大顆粒將會(huì)趕上小顆粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。 懸浮物濃度越高，碰撞機(jī)率越大，絮凝的可能性就越大。,26,可見(jiàn)，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度，而且與深度有關(guān)。 絮凝沉淀的效率通常由試驗(yàn)確定。鑒于以上原因，試驗(yàn)用的沉淀柱的高度應(yīng)當(dāng)與擬采用的實(shí)際沉淀池的深度相同，而且要盡量避免礬花因劇烈攪動(dòng)造成破碎，影響沉淀效果。,27,絮凝沉淀試驗(yàn)原理： 采用多點(diǎn)取樣法。在直徑約0.1-0.2m，高約1.5-2.0m，且沿高度方向設(shè)有約5個(gè)取樣口的沉淀筒中倒入濃度均勻的原水靜置沉淀（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，影響沉淀效果），每隔一定時(shí)間，分別從各個(gè)取樣口采樣，測(cè)定水樣的懸浮物濃度，計(jì)算表觀去除率。以取樣口高度h為縱坐標(biāo)，沉淀時(shí)間t為橫坐標(biāo)，將各深度處的顆粒去除百分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在坐標(biāo)紙上，如圖示。 把去除百分?jǐn)?shù)p相同的各點(diǎn)連成光滑曲線，稱(chēng)為等去處率曲線，如下圖示。,28,29,等去處率曲線含義： 當(dāng)沉淀時(shí)間為t0時(shí)，對(duì)應(yīng)沉速u(mài)0=H/t0，凡是uu0的顆粒能全部被去除，u0的顆粒只有部分被去除。 沉淀時(shí)間為t0時(shí)，相鄰兩根曲線表示的數(shù)值之間的差別，反應(yīng)出同一時(shí)間、不同沉淀深度的去除百分?jǐn)?shù)的差別。表示有一部分顆粒對(duì)于上一條曲線來(lái)說(shuō)，已沉降下去了；而對(duì)下一條曲線來(lái)說(shuō)，認(rèn)為尚未沉淀下去?？梢岳斫鉃檫@部分顆粒正介于兩曲線之間，其平均沉速等于其平均高度除以沉淀時(shí)間t0，其數(shù)量為兩曲線的數(shù)值差，若差值無(wú)限小，則可認(rèn)為是某一特定粒徑顆粒，其去除效率為其平均高度除以水深H。,30,對(duì)指定的沉淀時(shí)間和沉淀高度，總沉淀效率可用下式計(jì)算： （見(jiàn)下圖）,Ei-表示指定時(shí)間內(nèi)，水深H處沉速u(mài)tu0的顆粒的去除率 E-表示不同水深處utu0的顆粒的去除率增量 h -表示不同去除率增量之間的平均水深 （兩曲線之間的中點(diǎn)高度）,31,32,簡(jiǎn)易處理方式： 沉淀柱中部取樣法可近似地求絮凝沉降的去除率。據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，誤差一般在5%以?xún)?nèi)；沉淀時(shí)間20min時(shí)，誤差僅2-3%。這數(shù)值與懸浮物取樣和測(cè)定誤差相比，可以認(rèn)為是很小的。 上述方法可滿(mǎn)足工程需要，而且沉淀柱中部取樣法的實(shí)驗(yàn)工作量和計(jì)算都大為簡(jiǎn)化。,33,例題：某廢水靜止沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表中所示。實(shí)驗(yàn)有關(guān)水深為1.2m，表中c代表沉降時(shí)間t時(shí)由取樣口取樣中所含的懸浮物濃度，C0代表起始懸浮物濃度。求沉速為3cm/min時(shí)懸浮顆粒的去除百分率。,34,解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：,以u(píng)為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：,35,36,當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見(jiàn)小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分式 可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +0.12.4+0.072.7=1.07 故沉速為3cm/min時(shí)，總?cè)コ蕿?E=（1-0.67）+1/31.07=0.687,37,