凈水工程第6講-07環(huán)境教案資料

第4章沉淀(chéndiàn)4.1雜質(zhì)顆粒(kēlì)在靜水中的沉降4.2平流式沉淀池4.3斜板與斜管沉淀池4.4澄清池第一頁，共21頁。4.1雜質(zhì)(zázhì)顆粒在靜水中的沉降4.1.1沉淀原理與分類4.1.2雜質(zhì)顆粒在水中的自由沉降(chénjiàng)4.1.3雜質(zhì)顆粒在水中的擁擠沉降(chénjiàng)第二頁，共21頁。4.1.1沉淀原理(yuánlǐ)與分類原理利用顆粒與水的密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮(shànɡfú)沉淀處理對象：懸浮物質(zhì)，主要用于去除100nm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）目的：產(chǎn)生澄清的出水。第三頁，共21頁。4.1.1沉淀(chéndiàn)原理與分類根據(jù)懸浮物質(zhì)的性質(zhì)、濃度和絮凝性能，沉淀可以分為(fēnwéi)四類：1、自由沉淀√2、擁擠沉淀√3、絮凝沉淀4、壓縮沉淀第四頁，共21頁。4.1.1沉淀(chéndiàn)原理與分類1、自由沉淀定義：顆粒在沉淀過程中互不干擾，下沉過程中顆粒的大小、形狀、密度(mìdù)保持不變，經(jīng)過一段時(shí)間后，沉速也不改變。特點(diǎn)：離散顆粒、在沉淀過程中沉速不變。常見于：沉砂池、初沉池前期第五頁，共21頁。2、擁擠(yōngjǐ)沉淀定義：沉淀過程中，絮凝或非絮凝顆粒的濃度達(dá)到一定值后，將會形成層狀物而整體下沉，出現(xiàn)較明顯的固液界面。特點(diǎn)：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層。常見于：高濁水的沉淀、活性污泥法的二沉池、污泥濃縮池、化學(xué)(huàxué)凝聚沉淀第六頁，共21頁。3、絮凝沉淀(chéndiàn)定義：在沉淀的過程，顆粒由于相互接觸絮聚，其大小、形狀、密度會發(fā)生改變，并且隨著沉淀深度和時(shí)間(shíjiān)的增長，沉速也越來越快。特點(diǎn)：凝聚性顆粒，在沉淀過程中沉速逐漸增加。常見于：給水混凝沉淀、初沉池后期、二沉池前期第七頁，共21頁。4、壓縮(yāsuō)沉淀定義：隨著沉淀過程的進(jìn)行，當(dāng)懸浮顆粒相互聚集沉淀到水底時(shí)，會互相支撐，互相擠壓，而發(fā)生進(jìn)一步沉降。特點(diǎn)：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。常見于：污泥的濃縮

在實(shí)際的活性污泥法二沉池及濃縮池中沉淀與濃縮的過程中，都順序(shùnxù)存在著1、2、3、4這四種類型的沉淀過程，只是產(chǎn)生各類沉淀的時(shí)間長短不同而已。第八頁，共21頁。4.1.2雜質(zhì)(zázhì)顆粒在水中的自由沉降條件：低濃度的離散顆粒，沉淀不受阻礙。顆粒運(yùn)動過程：開始：加速下沉；（時(shí)間短）一定時(shí)間后：等速下沉。作等速沉降(chénjiàng)顆粒的受力分析：三種力：重力、浮力、水流阻力假設(shè)：顆粒為球形，沉速為：u，直徑為d。自由(zìyóu)沉淀過程第九頁，共21頁。1、自由(zìyóu)沉淀的數(shù)學(xué)表達(dá)式顆粒受到的重力(zhònglì)和浮力：受到的水的阻力：η與顆粒大小、形狀、粗造度、沉速有關(guān)。達(dá)到平衡時(shí)：F1＝F2+F3可得到沉速計(jì)算公式（對球形顆粒）：（4-1）投影(tóuyǐng)面積動壓第十頁，共21頁。1、自由沉淀(chéndiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式式（4-1）中η與Re有關(guān)，雷諾數(shù)Re（水的慣性力/水的粘滯力）數(shù)學(xué)表達(dá)式：不同的阻力系數(shù)η與Re之間存在著函數(shù)關(guān)系，通過試驗(yàn)確定。存在著3個(gè)截然不同的區(qū)域(qūyù)，這取決于Re。有：層流區(qū)、過渡區(qū)、紊流區(qū)（4-2）第十一頁，共21頁。3-11、自由(zìyóu)沉淀的數(shù)學(xué)表達(dá)式存在著3個(gè)區(qū)域：當(dāng)Re<1時(shí)：呈層流狀態(tài)103<Re<25000時(shí)：Re與η無關(guān)呈紊流狀態(tài)當(dāng)1<Re<103時(shí)：屬于(shǔyú)過渡區(qū)ηη第十二頁，共21頁。1、自由沉淀(chéndiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式層流區(qū)內(nèi)的沉降：將式（4-3）代入式（4-1）得到stokes公式：式中μ—水的動力粘度，N·s/m2。u與d2成正比，增大粒徑，可提高沉淀效果。u與μ成反比，μ決定于水質(zhì)與水溫，水質(zhì)相同(xiānɡtónɡ)時(shí)，水溫高則μ值小，有利于顆粒下沉。顆粒越粗，水溫越高，其沉速越快。（4-3）（4-4）第十三頁，共21頁。1、自由沉淀(chéndiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式紊流區(qū)的沉降：將式（4-5）代入式（4-1）得到牛頓(niúdùn)公式：過渡區(qū)的沉降：帶入得Allen公式：（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）第十四頁，共21頁。2、Stokes公式(gōngshì)的應(yīng)用1）水處理領(lǐng)域，注重對顆粒沉速的研究。被去除的顆粒粒徑小于0.1mm，顆粒在水中的沉降屬于層流狀態(tài)。u與d2成正比，與μ成反比，粒徑增大，水溫越高，沉淀(chéndiàn)效果好。2）通過測量沉速，確定細(xì)小顆粒的粒徑。第十五頁，共21頁。4.1.2雜質(zhì)(zázhì)顆粒在水中的擁擠沉淀特點(diǎn)發(fā)生在SS濃度較高的情況；分層沉淀，出現(xiàn)清水－渾水(húnshuǐ)交接面；渾液面出現(xiàn)4個(gè)層。3-2A：等速沉淀區(qū)B:過度(guòdù)區(qū)C:壓縮區(qū)第十六頁，共21頁。4.1.2擁擠(yōngjǐ)沉淀1、界面下沉的初始階段，由于濃度(nóngdù)較低，呈等速下沉出現(xiàn)了清水層。2、在渾液面下有一個(gè)濃度(nóngdù)變化較小的沉降層，等濃度(nóngdù)層（等速沉降區(qū)）。3、筒底出現(xiàn)濃度(nóngdù)很高的淤積層（壓縮層）。4、過渡層（等濃度(nóngdù)層與淤積層之間）變化：沉降時(shí)間增長，渾液面下降→沉降層減小→淤積層增厚→過渡層上移→沉降層消失第十七頁，共21頁。臨界(línjiè)沉降點(diǎn)C0CtCt4.1.2擁擠(yōngjǐ)沉淀沉降過程曲線以交界面的高度(gāodù)為坐標(biāo)，沉淀時(shí)間為橫坐標(biāo)第十八頁，共21頁。4.1.2擁擠(yōngjǐ)沉淀A：清水區(qū)B：等濃度區(qū)。顆粒等速下降，直線(zhíxiàn)的斜率代表渾液面的沉速，ct為臨界沉降點(diǎn)。C：沉降曲線后段，顆粒濃度由小變大，斜率減少，沉速降低，D：壓實(shí)區(qū)顆粒沉速從大――小懸浮物緩慢下沉是這一區(qū)內(nèi)懸浮物緩慢壓實(shí)過程，沉降曲線趨于平緩，呈水平線，渾液面的高度為淤積高度為：H第十九頁，共21頁。沉淀開始，t=0，渾液面高度：H0；沉淀t時(shí)刻時(shí)，渾液面高度：H；渾液面的沉速為：擁擠沉淀實(shí)例：高濁度水的沉淀、澄清池中懸浮(xuánfú)泥渣層沉降、活性污泥濃縮等。4.1.2擁擠(yōn