水處理工程沉淀與澄清.ppt

第四章 沉淀與澄清,沉淀的基本理論 沉淀池 隔油池 氣浮池,第1節(jié) 沉淀原理與分類 (Sedimentation, or settling and Clarification) 一、原理 利用顆粒與水的密度之差，比重1，下沉 比重1，上浮 沉淀工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用極為廣泛，主要用于去除100um以上的顆粒 給水處理混凝沉淀，高濁預(yù)沉 廢水處理沉砂池（去除無(wú)機(jī)物） 初沉池（去除懸浮有機(jī)物） 二沉池（活性污泥與水分離）,二、分類： （1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期發(fā)生 離散顆粒，尺寸形狀不變，相互無(wú)干擾，沉速不變 （2）絮凝沉淀-絮凝性顆粒，在沉淀過(guò)程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀） 顆粒有凝聚性，顆粒相互聚集，粒徑質(zhì)量增大 （3）成層沉淀（擁擠沉淀）：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層，形成網(wǎng)狀“絮毯”下沉，顆粒群與澄清水層之間有明顯的界面。 （高濁水、二沉池、污泥濃縮池） 沉速就是界面下沉速度。無(wú)機(jī)顆粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L以上。 （4）壓縮沉淀-污泥濃縮池 顆粒間相互擠壓，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力下擠出，污泥得到濃縮。,沉淀過(guò)程示意圖,一、顆粒沉速公式（Stokes law） 假設(shè)條件： 球狀顆粒，不可壓縮，無(wú)凝聚性，沉淀過(guò)程中大小、形狀、重量不變；水處于靜止?fàn)顟B(tài)顆粒僅受重力和水的阻力作用 水中重浮合力 阻力，量綱分析得到 在等速沉淀情況下 對(duì)于層流，Re1時(shí),第2節(jié) 自由沉淀(discrete particle settling),對(duì)于非球形顆粒:,：形狀系數(shù),Stokes公式， 顆粒與水的密度差(s )愈大，沉速愈快，成正比關(guān)系。當(dāng)s 時(shí)，u0，顆粒下沉；當(dāng)s ，u0,顆粒上浮；當(dāng)s=,顆粒既不下沉又不上浮；顆粒直徑越大，沉速越快；水的粘度越小，沉速越快，提高水溫,顆粒沉淀曲線 將含懸浮物濃度為c0的原水混合均勻后，注入一組沉淀管，經(jīng)過(guò)t1時(shí)間后，從第一沉淀管深度為H處取樣，測(cè)定濃度為c1；在t1時(shí)刻沉速大于u1的所有顆粒全部沉過(guò)了取樣面，而沉速小于u1的顆粒濃度不變，仍為c1,c1/c0表示這部分顆粒與全部顆粒之比，記作x1,余類同。將xi與ui作圖，得沉淀曲線。 對(duì)于指定沉淀時(shí)間t0， u0=H/t0 , uu0顆粒 全部除去 uu0顆粒 部分除去，去除比例h/H，去除量 總?cè)コ?經(jīng)t0時(shí)間沉淀，各種顆粒沉淀的總?cè)コ蕿椋?H高度時(shí)各種顆粒百分比為xj，沉淀h距離去除的量,不同沉淀時(shí)間的總?cè)コ?二、理想沉淀池 假設(shè)： 顆粒為自由沉淀 水流水平流動(dòng)，在過(guò)水?dāng)嗝嫔?，各點(diǎn)流速相等。 顆粒到底就被去除。,水平流速v=Q/(h0 B) B: 池寬 考察頂點(diǎn)，流線III：正好有一個(gè)沉降速度為u0的顆粒從池頂沉淀到池底，稱為截留速度。,uu0的顆粒可以全部去除 uu0的顆粒只能部分去除 去除率為Eui/u0 = ui/(Q/A) A沉淀池表面積 ( u0=h0/t t=L/v=Lh0B/Q) q=Q/A =u0 表面負(fù)荷或溢流率,對(duì)于顆粒沉速小于u0的顆粒來(lái)講，去除率為 Eui/u0 = ui/(Q/A) 顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷及顆粒沉降速度有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長(zhǎng)、水平流速、沉淀時(shí)間）無(wú)關(guān)。 (Hazen 理論,1904年） 但實(shí)際沉淀池是偏離理想沉淀池。 從上式反映以下兩個(gè)問(wèn)題： 1）E一定，ui越大，表面負(fù)荷越大。ui與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。 2）ui一定，增大A，可以增加產(chǎn)水量Q或增大E。當(dāng)容積一定時(shí)，增加A，可以降低水深“淺層理論”。,h=H,r=R時(shí),對(duì)沉速為u0的顆粒，積分,圓形平流沉淀池，徑向水流速度是一變數(shù),實(shí)際沉淀池偏離理想沉淀池條件的情況: 水流狀況；顆粒絮凝過(guò)程 實(shí)際水流狀況對(duì)沉淀過(guò)程的影響 沉淀池進(jìn)、出水的影響：進(jìn)水流速大于池中平均流速 異重流的影響：渾水比清水比重大；溫差異重流，白天效果均低于晚上 水流紊動(dòng)性和穩(wěn)定性的影響： 水流紊動(dòng)性判別Re=vR/，平流沉淀池中水流Re為4000-15000，降低雷諾數(shù)有利于沉淀 水流穩(wěn)定性以弗勞德數(shù)判別，F(xiàn)r=v2/Rg，高，對(duì)溫差、密度異重流及風(fēng)浪抵抗能力強(qiáng) 降低雷諾數(shù)和提高弗勞德數(shù)的有效措施是減小水力半徑R。R=過(guò)水?dāng)嗝?濕周,理想與實(shí)際有差距，設(shè)計(jì)的表面負(fù)荷應(yīng)為試驗(yàn)值的1/1.25-1/1.7,平均為1/1.5;沉淀時(shí)間為試驗(yàn)值的1.5-2.0倍。,二、絮凝沉淀 沉淀效率由實(shí)驗(yàn)確定。在直徑0.1-0.15m，高1.52.0m，且沿高度方向設(shè)有5個(gè)取樣口的沉淀筒。 沉淀柱應(yīng)有適當(dāng)?shù)目趶剑约耙欢ǖ纳疃?，這樣可以有一定的容量，取樣時(shí)不影響水深； 沉淀柱的高度盡可能和真實(shí)沉淀池相等； 起始濃度在桶中應(yīng)分布均勻，模擬沉淀池進(jìn)口端懸浮物顆粒分布情況，水樣注入時(shí)應(yīng)平穩(wěn)緩慢； 沉淀柱底部應(yīng)留有一個(gè)沉淀部分，以備沉泥之用；,三、成層沉淀與壓縮,vs,A-澄清液層，B-受阻沉降層，C-過(guò)渡層，D-壓縮層；1-1面均勻下降，2-2面勻速上升，t2時(shí)相遇，B,C消失，直到壓實(shí),第二節(jié)沉淀池,一、沉砂池 作用：去除廢水中攜帶的泥沙。 分類：平流和豎流，平流效率高，應(yīng)用廣泛。 構(gòu)造：過(guò)水部分是明渠，渠底有貯砂斗，一般兩個(gè)。下部設(shè)有帶閘門的排砂管。 設(shè)計(jì)控制參數(shù)：水平流速0.150.3m/s，停留時(shí)間大于30s，有效水深55，排泥管徑不小于200mm。 防止有機(jī)物沉淀：采用曝氣沉砂池，鼓風(fēng)曝氣形式。,二、平流沉淀池 基本技術(shù)參數(shù)：長(zhǎng)寬比4，有效水深3m，超高0.3m。進(jìn)口均勻布水，流速25mm/s，水流流入點(diǎn)應(yīng)高出泥層面0.5m以上，盡快消能，加擋板。出口采用溢流堰，大多采用鋸齒形堰。平堰加工嚴(yán)格。用排泥斗排泥，一般設(shè)兩個(gè)池。 設(shè)計(jì)計(jì)算：沉淀區(qū)、污泥斗、池總深度、進(jìn)出口設(shè)備及排泥設(shè)備。 沉淀區(qū)計(jì)算 池平面面積A=Q/u 沉淀區(qū)水深h2=Qt/A=ut 確定B，計(jì)算L=A/B,校核長(zhǎng)寬比 污泥體積計(jì)算 進(jìn)出水SS濃度；污泥容重;P污泥含水率，%；T-排泥間隔時(shí)間（d) 沉淀池的總高度 H=h1+h2+h3+h4 H1-超高，h2有效水深，h3緩沖層高度，h4污泥部分高度,三、豎流式沉淀池 大多為圓形，直徑8m以下，中心管進(jìn)水，從下部流出，集水槽采用平頂堰或鋸齒堰。污泥采用排泥管排出。 優(yōu)點(diǎn)：排泥簡(jiǎn)單，用于小型污水處理 存在一個(gè)u0,v與u0 Vu0全流失 V=u0 懸浮 Vu0 全沉降 計(jì)算：中心管直徑、喇叭口與反射板縫隙高度、沉淀區(qū)有效斷面積、沉淀池直徑、沉淀區(qū)有效深度、截圓錐部分容積、沉淀池總高度。,四、輻流式沉淀池 基本參數(shù)：直徑較大（2030m），中心深度2.55.0m，周邊深度1.53.0m；中心進(jìn)水，輻射流動(dòng)，流速漸減；機(jī)械排泥 應(yīng)用：主要用于大型污水處理設(shè)施；廣泛用于城市污水處理廠,輻流式沉淀池結(jié)構(gòu)圖,五、斜板斜管沉淀池 理想沉淀池的特性：沉淀池的處理效率僅與顆粒沉淀速度和表面負(fù)荷有關(guān)，與池深無(wú)關(guān) 原理：如將水深為H的沉淀池分隔為n個(gè)水深為H/n的沉淀池，則當(dāng)沉淀區(qū)為原沉淀區(qū)長(zhǎng)度L的1/n時(shí)，就可處理與原來(lái)的沉淀池相同的水量，并達(dá)到完全相同的處理效果。,為了讓沉到底部的污泥便于流動(dòng)排除，需要把這些淺的沉淀區(qū)傾斜60，超過(guò)污泥的休止角，因此稱為斜板沉淀池。,水,斜板沉淀池構(gòu)造 根據(jù)水流和泥流的相對(duì)方向，可將斜板沉淀池分為逆向流、同向流、橫向流三種類型 計(jì)算：以異向流為例 應(yīng)用： 大量應(yīng)用在給水處理中，因?yàn)榈\花容易滑下去。污水處理中慎用斜板，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生生物膜，飄在出水中，泥易堆積在斜板上，易坍塌 占地面積：斜板小，極易損壞，5年更換一次。與平流式對(duì)比，總造價(jià)差不多，可節(jié)省地價(jià)。 平流式過(guò)流慢約1h；斜板過(guò)流快，約10min，要求前邊反應(yīng)好，需加藥等，不可有小顆粒。 給水：廣泛使用斜板；廢水：少用斜板,顆粒由A移動(dòng)到B被去除，可理解為顆粒以v的速度上升到l+l1的同時(shí)以u(píng)0的速度下沉l2，兩者在時(shí)間上相等：,沉淀單元長(zhǎng)度,沉淀單元斷面面積為dw,則單元通過(guò)的流量為q=dwv 代入上式變換得：,lwcos即為斜板在水平方向投影的面積，用af代替；dw/sin沉淀池在水平方向的面積，用a表示。 則:q=u0(af+a) 考慮 各種影響，取修正系數(shù)0.7,第三節(jié)隔油池,一、油在水中的存在狀態(tài) 懸浮油、乳化油、溶解油，隔油池僅能去除懸浮油 二、種類 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，一般不少于兩個(gè)，池深1.5-2.0m，超高0.4m，單格長(zhǎng)寬比不小于4,工作水深與每格寬度之比0.4,池內(nèi)流速一般2-5mm/s，停留時(shí)間一般1.5-2.0h，去除油粒最小直徑100-150m。隔油后含油50-100mg/L.采用刮油機(jī)收油，底刮泥，上刮油。 斜板隔油池提高單位容積的處理效率，斜板大多采用聚酯玻璃鋼波紋板，板間距20-50mm,傾角45，采用異向流，停留時(shí)間為平流式的1/2-1/4,約30min，去除最小粒徑60m. 應(yīng)用：前平后斜，平隔大量油；斜板最好用鍍鋅或不銹鋼板，以利熱水或蒸汽清洗。,第四節(jié) 氣浮池,一、概述 通入空氣，顆粒附著在氣泡上，浮力作用，氣泡上升，攜帶顆粒漂浮水面。達(dá)到固液分離的目的 特點(diǎn)：用于自然沉淀比較難于去除的比重比較輕的細(xì)小顆粒 氣浮表面負(fù)荷可達(dá)到12m3/m2h,水在池中停留時(shí)間只需10-20min，池深2m，占地少，節(jié)省投資 氣浮有預(yù)曝氣作用，泥渣不易腐化 對(duì)于低濁含藻水，處理效率高，可除浮游生物，出水好 浮渣含水率低，比沉淀污泥少2-10體積，表面刮渣比池底排泥方便 可回收利用有用物質(zhì)，所需藥量比沉淀法省。 缺點(diǎn)：電耗大，釋放器易堵塞，浮渣怕大風(fēng)雨襲擊,二、基本原理 氣浮分離的必要條件 向水中提供足夠量的微細(xì)氣泡，尺寸15-30M 使目的物呈懸浮態(tài)或具有疏水性，附著氣泡上升 1.氣泡的產(chǎn)生： 電解法、分散空氣法、溶解空氣法 電解法產(chǎn)生氣泡均勻細(xì)小，但電耗高，電極易結(jié)垢，主要用于小規(guī)模水處理 分散空氣法 通過(guò)粉末冶金、素?zé)沾苫蛩芰现瞥傻奈⒖装澹瑢嚎s空氣分散成小氣泡簡(jiǎn)便易行，氣泡較大，易堵塞 吸氣氣浮將空氣引入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪附近，通過(guò)葉輪的高速剪切運(yùn)動(dòng)，將空氣吸入并分散為小氣泡。適用于懸浮物濃度很高的廢水，如洗煤廢水，含油脂、羊毛等廢水，設(shè)備不易堵塞 利用射流或水泵吸入和分散空氣 溶氣氣浮法 使空氣在壓力下溶于水中并呈飽和狀態(tài)，然后使廢水壓力驟然降低，這時(shí)溶解的空氣便以微小的氣泡從水中析出并進(jìn)行氣浮,溶氣氣浮法 真空氣浮在負(fù)壓下析出 加壓溶氣氣浮在常壓下析出應(yīng)用最多 加壓溶氣氣浮按溶氣水不同有全部進(jìn)水溶氣、部分進(jìn)水溶氣、部分處理水溶氣三種基本流程。 部分進(jìn)水溶氣和處理水溶氣流程，用于加壓溶氣的水量只占總水量的30%35%或10%20%，溶氣壓力高、氣泡小、均勻、不破壞絮體 關(guān)鍵設(shè)備：溶氣罐，操作壓力0.3-0.5MPa，水泵吸水管進(jìn)氣、出水射流吸氣或空壓機(jī)供氣。釋放器，釋放效果好，不易堵塞 2.懸浮物與氣泡的附著： 界面張力和濕潤(rùn)接觸角 接觸角90疏水物質(zhì)，易于氣??； 90親水物質(zhì) 顆粒與氣泡的附著條件 界面能W=S（S-界面面積） 顆粒附著氣泡前W1= LG+ LS（假設(shè)S=1cm2) 附著后W2= GS 界面能變化W=W1-W2= LG+ LS-GS 據(jù)熱力學(xué)，氣泡和顆粒的附著過(guò)程，是向該體系界面能減小的方向自發(fā)地進(jìn)行，附著后的總界面能小于附著前,顆粒處于平衡時(shí)，水、氣、固三相界面張力應(yīng)是 LS LGcos(180-) -GS 代入上式，得： W=LG(1-COS） 得出結(jié)論： 當(dāng)顆粒完全被水濕潤(rùn)時(shí)，0,COS 1, W0,顆粒與氣泡不能粘附，不能用氣浮處理； 0 LG氣浮效果較好，易氣浮 180,W2 LG，最易氣浮。 LG， W，易氣浮； LG與水中所含的表面活性物質(zhì)有關(guān)，表面活性物質(zhì)多， LG；表面活性物質(zhì)少， LG。 氣泡的穩(wěn)定性：氣浮要求氣泡在水中有一定的分散度，一定的穩(wěn)定性。潔凈水（表面張力大）中，氣泡易兼并，達(dá)不到一定的分散度，且易破滅。可往水中加一定的起泡劑，目的降低LG，在氣泡表面起保護(hù)作用，保護(hù)氣泡之穩(wěn)定性；但加氣泡劑太多， LG降低太多，顆粒氣泡附著不好。如何控制氣泡劑的量是氣浮效果好壞的重要條件。 分離親水性顆粒：投加合適的藥劑，改變顆粒的表面性質(zhì)稱為浮選劑。浮選劑帶有親水基團(tuán)，被親水性物質(zhì)吸附，另一端朝向水，使顆粒表面變成疏水表面。水包油-破乳,三、氣浮設(shè)備及其設(shè)計(jì)計(jì)算 常用加壓溶氣氣浮、射流氣浮、葉輪氣浮應(yīng)用廣泛。部分回流用的較多 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 溶氣罐壓力 V=KTP(亨利定律）壓力越大，溶解空氣越多。 空氣過(guò)多，細(xì)小氣泡易聚集，效果不好 最佳：氣水比 1%5%；氣固比0.5%1%；溶氣罐中空氣的飽和程度50%80% 水力停留時(shí)間：10-20min；池型：平流式，豎流式 氣固比G/S的選擇：影響出水水質(zhì)和浮渣濃度 G/S=釋放出空氣總量/原水帶入懸浮固體總量 計(jì)算空氣量,加壓溶氣氣浮流程（回流式）,1-混合器，2-反應(yīng)室，3-入流室，4-分離室，5-泵，6-射流器，7-氣體流量計(jì)，8-溶氣罐，9-釋放器，10-浮渣槽，11-刮渣機(jī),部分回流溶氣氣浮裝置流程圖,四、氣浮法在水處理中的應(yīng)用 廢水： 1、含油廢水的處理，主要去除乳化油 懸浮油用隔油池去除 2、造紙白水回收纖維 3、毛紡廢水：含有羊毛脂，洗滌劑 4、染色