水污染控制工程_同濟(jì)大學(xué)課件3.1

1、第3章沉 淀 Sedimentation1第一節(jié) 概 述 1、沉淀的定義 懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為沉淀。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 2 2、沉淀去除的對象及構(gòu)筑物 砂粒 化學(xué)沉淀 混凝絮體 生物污泥 污泥濃縮 沉砂池濃縮池沉淀池3 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:4（2）高濃度有機(jī)廢水處理工藝:（3）含鉻廢水處理工藝：5

2、(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，各自完成沉淀過程。顆粒在下沉過程中的形狀、尺寸、密度、不發(fā)生變化。 例如：沉砂池 4、沉淀類型 根據(jù)懸浮顆粒的性質(zhì)及其濃度的高低，沉淀可分為四種類型：6 (2)絮凝沉淀 水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性能。在沉淀過程中互相碰撞發(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。7 (3)擁擠沉淀(分層沉淀) 水中懸浮物濃度較高，顆粒下沉受到周圍其它顆粒的干擾，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。沉淀過程實(shí)質(zhì)是泥、水界面下降的過程，沉淀速度為界面下降速度。 如：二沉池的上

3、部； 污泥濃縮池上部。動(dòng)畫8 (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。9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？10二、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

4、的密度 g重力加速度 A顆粒在沉淀方向上的投影面積，對球形顆粒，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11 (2)顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)情況 在靜水中懸浮顆粒開始沉淀時(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沉淀末速度，簡稱沉速。 12 (3)顆粒沉淀速度在等速沉淀情況下，F(xiàn)1-F2=F3，即:水流狀態(tài)： 層流狀態(tài)：Re1時(shí)， Stokes 式 過渡狀態(tài)：1Re103 時(shí)， Fair式 紊流狀態(tài)：103Re時(shí)，u0,顆粒下沉；

5、當(dāng)s時(shí)，u20m的顆粒。 對于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆粒粒徑，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。14 (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)15H取樣口沉降柱 (2) 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)編號: 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 C3CnCi/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；

6、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uui的顆粒濃度與原始濃度的比值X懸浮污沉淀累積分布曲線16 (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uu0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uu0所有顆粒的去除率應(yīng)為：17 在t0時(shí)間內(nèi)，各種顆粒沉淀的總?cè)コ蕿椋?X18思考：沉降曲線與沉淀實(shí)驗(yàn)的水深有無關(guān)？ 根據(jù)計(jì)算

7、結(jié)果，可繪制E-t和E-u0關(guān)系曲線，稱為沉降特性曲線19 上述實(shí)驗(yàn)工作量太大，嚴(yán)格地說，經(jīng)沉降時(shí)間t后，將有效水深內(nèi)全部水樣取出，測定剩余懸浮物濃度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。20 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。 21解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：時(shí)間t(min)0153045609018

8、0 u=H/t（cm/min）842.6721.330.67以u為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：已知：時(shí)間t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.0622 當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見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=0.69u(cm/min)23思考題 如何理解沉速uu0的顆粒部分被去除

9、，去除比例為u/u0？ 24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），在沉淀過程中大顆粒將會趕上小顆粒，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。25 可見，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。 26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

10、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，稱為等去處率曲線，如下圖示。2728等去處率曲線含義： 當(dāng)沉淀時(shí)間為t0時(shí)，對應(yīng)沉速u0=H/t0，凡是uu0的顆粒能全部被去除，u0的顆粒的去除率 E-表示不同水深處ut20min時(shí)，誤差僅2-3%。這數(shù)值與懸浮物取樣和測定誤差相比，可以認(rèn)為是很小的。 上述方法可滿足工程需要，而且沉

11、淀柱中部取樣法的實(shí)驗(yàn)工作量和計(jì)算都大為簡化。32 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。 時(shí)間t(min)01530456090180C/C010.960.810.620.460.230.0633解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：時(shí)間t(min)01530456090180u=H/t（cm/min）842.6721.330.67以u為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：3435 當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見小于該沉速的顆粒與全部顆

12、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=0.68736 例題：某有機(jī)廢水含懸浮物430mg/l，絮凝沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示，試求該廢水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的總懸浮物去處率。表 沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間(min)指定深度的SS濃度和表觀去除率E（括號中數(shù)字）0.6 m1.2 m1.8 m 5356.9(17.0)387.0(10.0)395.6(8.0) 10309(28.0)346.2(19.5)365.5(15.0) 20251.6(41.5)298.9(30.5)316.1(26.5) 30197.8(54.0)253.7(41.0)288.1(33.0) 40163.4(62.0)230.1(46.5)251.6(41.5) 50144.1(66.5)195.7(54.5)232.2(46.0) 60116.1(73.0)178.5(58.5)204.3(52.5) 75107.5(75.0)143.2(66.7)180.6(58.0)37解：（1）描點(diǎn)繪制各取樣口處的E-t曲線。38（2）取一組E，從上圖中讀取各取樣