第4篇-給水處理沉淀和澄清課件

1、第十六章 沉淀和澄清 第一節(jié) 沉淀分類第二節(jié) 平流沉淀池第三節(jié) 斜板、斜管沉淀池第四節(jié) 沉淀池類型 第五節(jié) 澄清池 1.自然沉淀 顆粒在沉淀過程中不改變其大小、形狀和密度。2.混凝沉淀 在沉淀過程中，顆粒由于相互接觸凝聚而改變其大小、形狀和密度，這種過程稱為混凝沉淀。3.化學(xué)沉淀 在某些特種水處理中，投加藥劑使水中溶解雜質(zhì)結(jié)晶為沉淀物，稱為化學(xué)沉淀。第一節(jié) 沉淀分類懸浮顆粒在靜水中的沉淀自由沉淀：顆粒沉淀時不受容器壁和其他懸浮物的影響，顆粒狀沉淀。擁擠沉淀：顆粒處于互相干擾的沉淀（網(wǎng)狀沉淀）。一、懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀 一般認(rèn)為，懸浮顆粒與器壁的距離大于50倍顆粒的直徑，同時體積濃度小于0

2、.002時（5400mg/L），可認(rèn)為自由沉淀，此時的沉淀速度稱為自由沉淀速度。以球型顆粒為例，在水中作沉降運(yùn)動時將受重力、浮力、摩擦阻力三種力的作用。（一）顆粒的重力為： F1=1/6 d3 s g 顆粒下沉的速度可得自牛頓第二定律：vs顆粒下沉速度；m顆粒的質(zhì)量；t時間。s 顆粒的密度；d顆粒直徑；g重力加速度；（二）顆粒的浮力為：F2= 1/6 d3 1 g1水的密度。（三）摩擦阻力其值與顆粒在運(yùn)動方向上的投影面積A及動壓1/2vS2有關(guān)。 FD顆粒在水中所受的阻力； cD阻力系數(shù)； 1水的密度； A顆粒在運(yùn)動方向垂直面上的投影面積 d2/4； vS流速（下沉速度）有：顆粒下沉?xí)r，起始沉

3、速為零，故以加速度下沉，隨著vs增加，阻力也相應(yīng)增加，很快顆粒即等速下沉。dvs/dt=0沉速基本公式：1.層流區(qū) Re1 此時曲線傾角為45公式適用d0.1mm泥沙顆粒， Re在10-4 1之間斯篤克斯公式：2.紊流區(qū) 1000 Re105 此時cD=0.4，代入公式，得到牛頓公式：公式適用d2mm的砂粒3.過渡區(qū) 1000 Re105給水處理對象： 0.1mm以下的顆粒給水沉淀池的顆粒沉淀：層流沉降顆粒粒徑：d0.1mm u 7.5mm/s 去除容易 d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除d=0.001mm 膠體，不能自行下沉 必須混凝去除第二節(jié) 平流沉淀池一.理想沉淀池

4、理想沉淀池假設(shè)條件： ui不變：顆粒處于自由沉淀狀態(tài)。即在沉淀過程中，顆粒之間互不干擾，顆粒的大小、形狀、密度和沉速不變。 水平流速v不變：水流沿著水平方向流動。在過水?dāng)嗝嫔?，各點(diǎn)流速相等，并在流動過程中流速始終不變。 顆粒沉到池底即認(rèn)為已被去除，不再返回水中。絮凝池流速平流沉淀池 0.2m/s 3-25mm/s理想沉淀池的工作過程分析uu0的顆粒uu0的顆粒u=u0的顆粒u=u0的顆粒vu沉淀池過流率與顆粒沉降速度的關(guān)系u0t=H，vt=L，有 u0=H/t又因?yàn)椋篞=vBH，所以 HQ/(vB)，所以有：HLu0v長為L，有效水深為H，寬為B的沉淀池，表面積為A=LB.工程中表面積延伸為與

5、水流方向相同的沉淀面積.表面負(fù)荷或過流率二、理想沉淀池沉淀過程分析 去除率 Q/A表面負(fù)荷率，在數(shù)值上等于截流沉速， m3/m2.h = m/.h ;A 沉積面積，m2; 截流速度u0能全部去除顆粒中最小顆粒的沉速。去除率公式分析： E只與ui、 Q/A有關(guān)，與v、H、L、T無關(guān)； E、 ui、 Q/A 、 H 等因素之間的關(guān)系A(chǔ) 不變，Q ，產(chǎn)水量Q 不變，A ，造價 E 一定，若u i ，則 Q/A Q/A 不變，若u i ，則 E ，出水水質(zhì) ui 不變，Q 不變，A E提高去除率途徑提高沉速ui增大A,降低u0斜板（管）沉淀池 （淺池理論）途徑：加強(qiáng)混凝澄清池總?cè)コ视?jì)算公式：顆粒沉速

6、：umin u1 u2 u0 u01 u02 umax占總量百分比： p0 1-p0三、影響沉淀池沉淀效果的因素1.進(jìn)出口的影響進(jìn)口水流銜接管中流速v ？水流慣性導(dǎo)流區(qū) 洞口流速 v0.150.2m/s三、影響沉淀池沉淀效果的因素1.進(jìn)出口的影響出口水流銜接強(qiáng)烈抽吸出水支渠出水支渠指形渠2.水流紊動性平流 Re：400015000 紊流 水溫不變,是常數(shù)； v 減小(Q=v), Q 減小 降低水力半徑 R寬：38m加隔墻： R , Re , 紊動性3.異重流和水流穩(wěn)定性異重流：水流密度不同 穩(wěn)定性：v：1025mm/sV Re 利于降低紊動性Fr 不利于提高穩(wěn)定性R Fr 穩(wěn)定性原因：水溫 T

7、 , 雜質(zhì)濃度C , 水平流速水流慣性力與重力作用對比的比值4. 混凝條件ui d2 降低Re R 提高Fr R提高 E斜板斜管 沉淀池T H d ui 有利于沉淀小結(jié)：Ui A H u0 E 淺池理論四、構(gòu)造（1）進(jìn)、出水區(qū)避免礬花破碎；避免礬花帶出，水質(zhì)下降；減少無效沉淀面積A無效。（2）沉淀區(qū)布置：直流式要求進(jìn)水：配水花墻、縫隙出水：指形渠、非淹沒式孔口出流四、構(gòu)造（2）沉淀區(qū)確定長、寬、高 有效水深H：理論：H A E 淺池好 實(shí)際：a）抗異重流最小水深； b) 高程布置。H=（34m)四、構(gòu)造長： L= 3.6vT T：13hr (美國：24hr; 日本：35hr）校核：L:B4:1

8、 L:H10:1 Fr=10-4 10-5寬： B=Q/(vH) v=1025mm/s 分格 B=38m確定長、寬、高四、構(gòu)造（3）積泥區(qū)排泥方式：泥斗排泥穿孔管排泥機(jī)械排泥 刮泥 吸泥 虹吸式 泵吸式虹吸式機(jī)械排泥五、設(shè)計(jì)計(jì)算 u0 ： A=Q/ u0 L=3.6vT T ： V=QT L=3.6vT B=V/(LH) 校核：L:B4:1 L:H10:1 Fr=10-4 10-5多層沉淀池排泥第三節(jié) 斜板斜管沉淀池一、構(gòu)造二、特點(diǎn) （1）截留速度u0小，去除率E高。平：u0=Q/A斜：us =Q/（Af+A）us u0E = ui/u0總 P u0=u i u0凌莊： 18萬噸/日 斜管占地

9、 為15萬噸/日 平流的1/3有效系數(shù)斜板間距計(jì)算長度設(shè)計(jì)參數(shù)：二、特點(diǎn)（3）縮短沉淀距離,減少沉淀時間例：平流：H=3m，ui=2m/h T=3/2=1.5h斜板： H=0.173m，ui=2m/h T=0.173/2=0.09h=5.4minH=0. 1tg60o =0.173mV = QT V = H A1/31/31/31/3二、特點(diǎn)（4）改善水力條件，利于沉淀斜板：平流：RRe 500Fr 10-310 -4Re 400015000Fr 10-410 -5斜板與斜管比較Re A板(2) Re(3) FrR=d/4斜管更優(yōu)于斜板三、設(shè)計(jì)與計(jì)算1.進(jìn)水方向(1)長邊進(jìn)水(2)水流方向三、

10、設(shè)計(jì)與計(jì)算2. 傾角a f =LBcos滑泥不利異向流： =60同向流： =3040自然滑瀉=5 水力滑瀉 美國afE三、設(shè)計(jì)與計(jì)算3.斜板（管）長L取斜板（管）長 1 米三、設(shè)計(jì)與計(jì)算4.斜板間距、斜管直徑及其斷面形狀斜板間距：50100mm，常為100mm斜管直徑：2540mm， 常為 25mm三、設(shè)計(jì)與計(jì)算5.材料斜板：木板斜管：塑料 聚氯乙烯 聚丙烯試驗(yàn)：紙質(zhì)、木質(zhì)、石棉水泥板、紙漿水泥板、玻璃鋼單體氯乙烯有毒聚氯乙烯配方含鉛三、設(shè)計(jì)與計(jì)算6.表面負(fù)荷q=Q/F 板間流速：v=Q / ( F凈sin)（管內(nèi)流速） FF凈F總= F凈+F結(jié)+ F無q毛= Q/ F總q凈= Q/ F凈上升

11、流速：v= q毛單位：m3/ m2h m/h三、設(shè)計(jì)與計(jì)算7.分類斜板、斜管斜板斜板異向流（上） ：水 泥同向流（下） ：水 泥側(cè)向流（橫）：水 泥第四節(jié) 沉淀池類型平流式豎流式輻射式斜管、斜板式1.平流式沉淀池最早、最常用的形式2.豎流式沉淀池進(jìn)水排泥出水中心進(jìn)水周邊出水輻流式沉淀池示意圖進(jìn)水出水排泥3.輻流式沉淀池第五節(jié) 澄清池沉淀：礬花下沉 沉降性能澄清：礬花 吸附性能懸浮循環(huán)第五節(jié) 澄清池一、澄清原理二、澄清池的類型三、澄清池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)澄清凈水原理：接觸絮凝反應(yīng)+沉淀澄清池澄清池泥渣為什么有凈水作用 由于混凝劑混凝渾水后新生成的泥渣尚有大量的未飽和的活性集團(tuán)，能繼續(xù)吸附和粘附水中的

12、懸濁物質(zhì)，所以有凈水作用。 泥渣具有疏松的結(jié)構(gòu)和很大的表面積，渾水的混凝過程在泥渣的團(tuán)體表面上進(jìn)行（接觸凝聚）要比在水中進(jìn)行（自由凝聚）強(qiáng)的多，所以也提高了混凝效果。 一、泥渣凈水的作用 懸浮泥渣層具有很高的濃度（從數(shù)百到數(shù)千mg/l）,能大大地增加泥渣之間的碰撞機(jī)會，促進(jìn)絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度，試驗(yàn)表明，當(dāng)上升提高1mg/l左右時，仍能獲得良好的出水水質(zhì)。這個流速值較沉淀池提高了約1倍。二、澄清池的分類 澄清池的種類和形式很多，基本上可分為兩大類： 泥渣懸浮型澄清池 加藥后的原水向上通過處于懸浮狀態(tài)的泥渣層，水中雜質(zhì)有充分的機(jī)會與結(jié)構(gòu)較密的泥渣碰撞凝聚，這樣就大大地提高

13、了顆粒的沉速，從而可以提高水流上升流速或產(chǎn)水量。 泥渣循環(huán)型澄清池 泥渣在垂直方向上不斷地循環(huán)，在泥渣循環(huán)的過程中，主動積極地來撲捉水中的雜質(zhì)，進(jìn)行接觸絮凝作用，使雜質(zhì)從水中分離出來，泥渣在循環(huán)過程中不斷地壯大自己，因此，本身流速不斷提高，從而提高沉淀效率。三、澄清池的特點(diǎn)： 1.將絮凝和沉淀兩個過程在一個構(gòu)筑物內(nèi)靠活性泥渣完成； 2.泥渣層的開始形成，可適當(dāng)多投混凝劑，降低負(fù)荷； 3.充分利用了泥渣的絮凝作用。二、澄清池的類型泥渣懸浮型泥渣循環(huán)型脈沖澄清池懸浮澄清池機(jī)械加速澄清池水力循環(huán)澄清池脈沖澄清池原水由進(jìn)水管進(jìn)入進(jìn)水室，由真空泵造成的真空而使進(jìn)水室的水位上升，此為沖水過程。當(dāng)水面達(dá)到進(jìn)

14、水室最高水位時，進(jìn)氣閥開啟，進(jìn)水室通大氣，這時進(jìn)水室內(nèi)水位迅速下降，向澄清池放水，此為放水過程。懸浮澄清池 加過藥劑的原水經(jīng)過氣水分離器后，從穿孔配水管進(jìn)入澄清池室，由下向上穿過懸浮泥渣層中進(jìn)行絮凝和沉淀。 特點(diǎn)： 構(gòu)造簡單； 對進(jìn)水量、水質(zhì)、水溫的變化適應(yīng)性較差，當(dāng)進(jìn)水流量、水質(zhì)變化較大時，懸浮泥渣易遭破壞； 面積過大時，也容易導(dǎo)致配水和懸浮層濃度分布不均勻；故適用于中小型水廠。機(jī)械加速澄清池 主要由第一、第二反應(yīng)室和分離室組成，加過藥劑的原水在第一、第二反應(yīng)室與高濃度的回流泥渣相接觸，達(dá)到較好的絮凝效果，結(jié)成大而重的絮凝體，在分離室中進(jìn)行分離。泥渣的循環(huán)回流用機(jī)械抽升，故稱機(jī)械加速澄清池。

15、第一反應(yīng)室第二反應(yīng)室原水進(jìn)入環(huán)型三角配水槽，通過縫隙均勻流入第一反應(yīng)室，因原水中可能含有氣體，匯集在三角槽頂部故應(yīng)安裝透氣管，加藥地點(diǎn)可在進(jìn)水管、三角配水槽，也可數(shù)處同時加注藥劑，由實(shí)驗(yàn)決定。特點(diǎn)：1、能適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，工作穩(wěn)定性較好；2、它需要設(shè)置變速電動機(jī)和減速裝置等機(jī)電設(shè)備，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。水力循環(huán)澄清池 原水從池底進(jìn)入，先經(jīng)噴嘴高速噴入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而系入回流泥渣。 原水與回流泥渣在喉管中劇烈混合后，被送入第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室。 從第二反應(yīng)室流出的泥水混合液，在分離室中進(jìn)行泥水分離，清水向上匯集于上部集水槽，下流的泥渣隨水流回流至噴嘴，多余的泥渣進(jìn)入泥渣濃縮室，如此周而復(fù)始。原水流量與泥渣回流量之比一般為1：31：4。喉管和喇叭口的高低可用池頂?shù)纳甸y調(diào)節(jié)，以調(diào)整噴嘴與喉管的