03廢水的物理處理之沉淀1課件

第3章廢水的物理處理沉淀重力分離是依靠廢水中懸浮物密度與水密度不同這一特點(diǎn)來(lái)分離廢水中固體懸浮物的方法。當(dāng)懸浮物的密度大于水的密度時(shí)，在重力作用

下，懸浮物下沉形成沉淀物(sludge)。當(dāng)懸浮

物的密度小于水的密度時(shí)，懸浮物將上浮到水

面形成浮渣（scum），通過(guò)收集沉淀物與浮渣，使廢水得到凈化的過(guò)程就是重力分離的方法。重力分離法又分為：–沉降法(settlement)–上浮法(floating)重力分離可以除去的污染物：懸浮物(SS)：包括有機(jī)懸浮物和無(wú)機(jī)懸浮物油類物質(zhì)(oil

and

grease)：包括浮油和乳化油2沉降過(guò)程的分類根據(jù)廢水中可沉降物質(zhì)顆粒的大小、凝聚性能的強(qiáng)弱及其濃度的高低，按觀察到的現(xiàn)象可把沉降可分為四種類型：–自由沉降–絮凝沉降–集團(tuán)沉降(成層沉降、干涉沉降）–壓縮沉降自由沉降的特點(diǎn)發(fā)生條件：廢水中的懸浮固體濃度不高，而且不具有凝聚性時(shí)發(fā)生的。特征：※沉降過(guò)程中，固體顆粒不改變形狀和尺寸，也不互相粘合，各自獨(dú)立地完成沉降過(guò)程?！w粒的沉降速度在經(jīng)一定的沉降時(shí)間后保持不變?，F(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)時(shí)可觀察到水是從上到下逐步變清的。自由沉降過(guò)程示意圖液面t=0時(shí)t=t1時(shí)t=t2時(shí)t=無(wú)窮大時(shí)在攪拌的作用下分布均勻隨著沉降的進(jìn)行，上部變清到一定時(shí)間，沉降完 成。成層沉降的特點(diǎn)發(fā)生條件：廢水中懸浮顆粒的濃度提高到一定程度后發(fā)生的。特征：每個(gè)顆粒的沉淀將受到其周圍顆粒存在的干擾，沉速有所降低，在聚合力的作用下，顆粒群結(jié)合成為一個(gè)整體，各自保持相對(duì)不變的位置共同下沉?，F(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)時(shí)可觀察到水與顆粒群之間有明顯的分界面，沉降的過(guò)程實(shí)際上是該界面下沉的過(guò)程。壓縮沉降的特點(diǎn)發(fā)生條件：廢水中懸浮物的濃度很高時(shí)發(fā)生的。特征：此時(shí)固體顆?；ハ嘟佑|，互相支承，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間隙中的液體被擠出界面，固體顆粒群被濃縮。現(xiàn)象：粒群與水之間也有明顯的界面，但顆粒群部分比成層沉降時(shí)密集，界面的沉降速度很慢。3.1.2

顆粒自由沉降速度的確定Stokes公式計(jì)算顆粒沉降速度(terminal

settling

velocity)的假設(shè)：顆粒為球形，不可壓縮，也無(wú)凝聚性，沉降過(guò)程中其大小、形狀和質(zhì)量等均不變；水處于靜止?fàn)顟B(tài)；顆粒沉降僅受重力和水的阻力作用。當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周圍的繞流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，λ=24/Re，帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式（亦稱斯托克斯定律）：式中:μ——水的動(dòng)力黏度。Stokes公式式中：u－顆粒的沉降速度,m/s；ρs、ρL－分別表示顆粒及水的密度，kg/m3g－重力加速度，m/s2μ－水的粘度，Pa?s；d－顆粒的粒徑，m。Stokes公式說(shuō)明的問(wèn)題（1）顆粒與水的密度差（ρs－ρL）愈大，它的沉速也愈大，成正比關(guān)系。當(dāng)ρs>ρL時(shí)u>0，顆粒下沉；

當(dāng)ρs<ρL時(shí),u<0，顆粒上浮；當(dāng)ρs=ρL時(shí)，u=0，顆粒既不下沉也不上浮。Stokes公式說(shuō)明的問(wèn)題（3）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成平方關(guān)系。因此隨粒度的下降，

顆粒的沉降速度會(huì)迅

速降低。2.自由沉降去除率的確定目的：顆粒自由沉降雖然能夠計(jì)算，但其計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程有許多假設(shè)，實(shí)際情況與這些假設(shè)相差較大，因此實(shí)際沉降要復(fù)雜得多，需要通過(guò)試驗(yàn)才能確定設(shè)計(jì)沉淀池的參數(shù)。自由沉降去除率的確定實(shí)驗(yàn)自由沉降試驗(yàn)所用的沉降柱(settlingcolumn)示意圖

每次試驗(yàn)用5–7個(gè)相相同的沉降柱溢流口取樣口(2）將待測(cè)廢水?dāng)嚢杈鶆颍尤氲礁鞒两抵兄敝了畯纳喜恳缌骺谝绯鰹橹?，測(cè)定原始濃度c0；（3）攪拌均勻后開始計(jì)時(shí)，并按確定好的時(shí)間間隔，順序從不同的沉降柱取樣口取樣，分別測(cè)定相應(yīng)的懸浮物濃度c1、c2、c3

…cn。把結(jié)果添入記錄表中；沉降柱（4）計(jì)算各沉降時(shí)間的沉降速度ui=H/ti。它的意義是在時(shí)間ti內(nèi)能沉降H高度的最小顆粒的沉降速度；沉降柱

表（5）計(jì)算剩余固體分?jǐn)?shù)x,xi=ci/c0，它的意義是懸浮物中沉降速度小于ui的顆粒占懸浮物總量的分?jǐn)?shù)。表因?yàn)樵诔两祎i時(shí)間時(shí)，懸浮物中沉降速度大于ui的顆粒已全部沉降過(guò)了取樣口，而沉降速度小于ui的顆粒的濃度不變。所得數(shù)據(jù)見下表。表試驗(yàn)記錄用表格沉降柱編號(hào)123…n沉降時(shí)間/mint1t2t3…tn試樣固體濃度/（mg/L）c1c2c3…cn沉降速度/（m/s）ui=H/tiu1u2u3…un剩余固體分?jǐn)?shù)xi=ci/c0x1x2x3…xn沉淀效率E1E2E3En（6）以沉降速度u為橫坐標(biāo)，x為縱坐標(biāo)作圖，得到下圖所示曲線：xx0u0u（7）按下式求出指定沉降速度u0或指定沉降時(shí)間

t0(u0=H/t0)懸浮物的總?cè)コ蔈tX0-指定沉降速度u0時(shí)剩余固體分?jǐn)?shù)；示意(1-x0)-是沉降速度大于u0的顆粒的去除率,也稱為表觀去除率（apparent

removal

rate)；U-顆粒的實(shí)際沉降速度；U0-指定的沉降速度；積分項(xiàng)是沉降速度小于u0的顆粒的去除率。理想沉淀池的工作過(guò)程分析u<u0的顆粒u<u0的顆粒入流區(qū)沉降區(qū)污泥區(qū)u>u0的顆粒u=u0的顆粒u=u0的顆粒vu式中：v—顆粒的水平分速；qv—進(jìn)水流量；A′—沉淀區(qū)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e

H×b；H—沉淀區(qū)的水深；

b—沉淀區(qū)寬度。當(dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后另一方面，顆粒在重力

作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由

沉降速度u一方面隨著水流在水平方向流動(dòng)，其水平流速

v

等于水流速度顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡為其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀過(guò)程中，是一組傾斜的直線，其坡度

i=u/v沉淀池溢流率與顆粒沉降速度的關(guān)系：Q/A的物理意義是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位沉淀池表面積的流量，一般稱之為loading)

或溢流率(surface表面負(fù)荷

(suoverflow

rate)

（過(guò)流率），用q表示，單位為：m3/(m2

h)或m3/(m2

s)。?

?4.結(jié)論沉淀池的表面負(fù)荷在數(shù)值上與該沉淀池能夠完全除去的最小的顆粒沉降速度相同。因此通過(guò)沉降試驗(yàn)，根據(jù)要求達(dá)到的沉淀總效率，得到能夠完全除去的最小的顆粒沉降速度，即得到了沉淀池的表面負(fù)荷。在一定流量下，沉淀池表面積越大，則分離的懸浮 顆粒沉淀速度越小，顆粒粒徑也越小，由沉降性能 曲線可知，其總?cè)コ室苍酱?。由此可以看出，沉淀池的去除率僅與顆粒沉速或沉 淀池的表面負(fù)荷有關(guān)，而與池深無(wú)關(guān)。應(yīng)該把沉淀池做得淺些，表面積大些，這就是顆粒 沉降的淺層理論。后邊將要講到的斜板(管)沉淀池 就是基于這個(gè)理論。3.4

沉砂池普通沉砂池沉砂池的功能就是從廢水中分離密度較大的無(wú)機(jī)泥砂顆粒，例如砂粒等。沉砂池既是一種預(yù)防性的處理構(gòu)筑物，又是一種預(yù)備性的處理構(gòu)筑物。沉砂池的形式，按池內(nèi)水流方向的不同，可分為平流式和豎流式兩種。其中以平流式沉砂池的截留效果最好，而且常用。35從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無(wú)機(jī)顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的幾種形式平流式、豎流式、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等以重力或離心力分離為基礎(chǔ)，即將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在只能使相對(duì)密度大的無(wú)機(jī)顆粒下

沉，而有機(jī)懸浮顆粒則隨水流帶走平流式沉砂池平流式沉砂池2.曝氣沉砂池普通沉砂池的最大缺點(diǎn)是在其截留的沉砂中夾雜有一些有機(jī)物，而對(duì)被少量有機(jī)物包覆的砂粒截留效果也不高。使用曝氣沉砂池能夠在一定程度上克服上述缺點(diǎn)。由于曝氣的作用，廢水中的有機(jī)顆粒經(jīng)常處于

懸浮狀態(tài)，砂?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛?，砂粒上附著的有機(jī)污染物能夠去除，有利于獲

得較為純凈的砂粒。93沉砂中含有機(jī)物的量低于5%；由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分離等作用。曝氣沉砂池的特點(diǎn)：曝氣沉