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.化學沉淀 在某些特種水處理中，投加藥劑使水中溶解雜質結晶為沉淀物，稱為化學沉淀。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動方向上的投影面積A及動壓1/2vS2有關。 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：顆粒下沉時，起始沉

3、速為零，故以加速度下沉，隨著vs增加，阻力也相應增加，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。在過水斷面上，各點流速相等，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系u0t=H，vt=L，有 u0=H/t又因為：Q=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，與v、H、L、T無關； E、 ui、 Q/A 、 H 等因素之間的關系A 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 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：加強混凝澄清池總去除率計算公式：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.進出口的影響進口水流銜接管中流速v ？水流慣性導流區(qū) 洞口流速 v0.150.2m/s三、影響沉淀池沉淀效果的因素1.進出口的影響出口水流銜接強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：Ui A H u0 E 淺池理論四、構造（1）進、出水區(qū)避免礬花破碎；避免礬花帶出，水質下降；減少無效沉淀面積A無效。（2）沉淀區(qū)布置：直流式要求進水：配水花墻、縫隙出水：指形渠、非淹沒式孔口出流四、構造（2）沉淀區(qū)確定長、寬、高 有效水深H：理論：H A E 淺池好 實際：a）抗異重流最小水深； b) 高程布置。H=（34m)四、構造長： 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、構造（3）積泥區(qū)排泥方式：泥斗排泥穿孔管排泥機械排泥 刮泥 吸泥 虹吸式 泵吸式虹吸式機械排泥五、設計計算 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、構造二、特點 （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)斜板間距計算長度設計參數(shù)：二、特點（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（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、設計與計算1.進水方向(1)長邊進水(2)水流方向三、

10、設計與計算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、設計與計算3.斜板（管）長L取斜板（管）長 1 米三、設計與計算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、設計與計算5.材料斜板：木板斜管：塑料 聚氯乙烯 聚丙烯試驗：紙質、木質、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、設計與計算6.表面負荷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+ 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、設計與計算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.豎流式沉淀池進水排泥出水中心進水周邊出水輻流式沉淀池示意圖進水出水排泥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、澄清池的主要設計參數(shù)澄清凈水原理：接觸絮凝反應+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，能繼續(xù)吸附和粘附水中的

12、懸濁物質，所以有凈水作用。 泥渣具有疏松的結構和很大的表面積，渾水的混凝過程在泥渣的團體表面上進行（接觸凝聚）要比在水中進行（自由凝聚）強的多，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會，促進絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度，試驗表明，當上升提高1mg/l左右時，仍能獲得良好的出水水質。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，水中雜質有充分的機會與結構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，進行接觸絮凝作用，使雜質從水中分離出來，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： 1.將絮凝和沉淀兩個過程在一個構筑物內(nèi)靠活性泥渣完成； 2.泥渣層的開始形成，可適當多投混凝劑，降低負荷； 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械加速澄清池水力循環(huán)澄清池脈沖澄清池原水由進水管進入進水室，由真空泵造成的真空而使進水室的水位上升，此為沖水過程。當水面達到進

14、水室最高水位時，進氣閥開啟，進水室通大氣，這時進水室內(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，從穿孔配水管進入澄清池室，由下向上穿過懸浮泥渣層中進行絮凝和沉淀。 特點： 構造簡單； 對進水量、水質、水溫的變化適應性較差，當進水流量、水質變化較大時，懸浮泥渣易遭破壞； 面積過大時，也容易導致配水和懸浮層濃度分布不均勻；故適用于中小型水廠。機械加速澄清池 主要由第一、第二反應室和分離室組成，加過藥劑的原水在第一、第二反應室與高濃度的回流泥渣相接觸，達到較好的絮凝效果，結成大而重的絮凝體，在分離室中進行分離。泥渣的循環(huán)回流用機械抽升，故稱機械加速澄清池。

15、第一反應室第二反應室原水進入環(huán)型三角配水槽，通過縫隙均勻流入第一反應室，因原水中可能含有氣體，匯集在三角槽頂部故應安裝透氣管，加藥地點可在進水管、三角配水槽，也可數(shù)處同時加注藥劑，由實驗決定。特點：1、能適應水質水量的變化，工作穩(wěn)定性較好；2、它需要設置變速電動機和減速裝置等機電設備，結構較復雜。水力循環(huán)澄清池 原水從池底進入，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，被送入第一反應室和第二反應室。 從第二反應室流出的泥水混合液，在分離室中進行泥水分離，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，多余的泥渣進入泥渣濃縮室，如此周而復始。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