沉淀基礎(chǔ)理論演示文稿

沉淀基礎(chǔ)理論演示文稿第一頁，共五十三頁。（優(yōu)選）沉淀基礎(chǔ)理論第二頁，共五十三頁。沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達到固液分離的一種過程。沉淀處理工藝的四種用法

沉砂池：用以去除污水中的無機性易沉物

初次沉淀池：較經(jīng)濟的去除懸浮有機物，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機負荷

二次沉淀池：用來分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。

污泥濃縮池：將來自初沉池及二沉池的污泥進一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構(gòu)筑物的尺寸及處理費用等。第三頁，共五十三頁。沉淀去除的對象及構(gòu)筑物

①砂粒②化學(xué)沉淀③混凝絮體④生物污泥⑤污泥濃縮

沉砂池濃縮池沉淀池第四頁，共五十三頁。第五頁，共五十三頁。第六頁，共五十三頁。第七頁，共五十三頁。位置

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:第八頁，共五十三頁。（2）高濃度有機廢水處理工藝:（3）含鉻廢水處理工藝：第九頁，共五十三頁。第一節(jié)沉降過程的基本理論第十頁，共五十三頁。自由沉淀懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進行沉淀，顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中，顆粒的物理性質(zhì)不變。發(fā)生在沉砂池中。根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類型懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉速是變化的。化學(xué)絮凝沉淀屬于這種類型。絮凝沉淀區(qū)域沉淀或成層沉淀壓縮沉淀懸浮顆粒濃度較高（5000mg/L以上）；顆粒的沉將受到周圍其它顆粒的影響，顆粒間相對位置保持不變，形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支承，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。第十一頁，共五十三頁。沉砂池二沉池污泥斗;濃縮池二次沉淀池與污泥濃縮池化學(xué)絮凝沉淀第十二頁，共五十三頁。一自由沉降1.斯托克斯公式分析的假定沉淀過程中顆粒的大小、形狀、重量等不變顆粒為球形顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響。靜水中懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用產(chǎn)生加速運動，經(jīng)過很短的時間后，顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力平衡時，顆粒即成等速下沉。第十三頁，共五十三頁。懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力

重力大于浮力時，下沉；

重力等于浮力時，相對靜止；

重力小于浮力時，上浮。

配圖說明第十四頁，共五十三頁。懸浮顆粒在水中的受力分析式中，u——顆粒沉速，m/s; m——顆粒質(zhì)量； t——沉淀時間，s； F1——顆粒重力； F2——顆粒浮力； F3——下沉過程中受到的摩擦力；應(yīng)用范圍：顆粒為球形；沉淀過程中顆粒不變化；只受重力影響。第十五頁，共五十三頁。C——阻力系數(shù)，球形顆粒周圍液體繞流雷諾數(shù)的函數(shù)，由于污水中顆粒直徑較小，沉速不大，繞流處于層流狀態(tài)，可用層流阻力系數(shù)公式懸浮顆粒在水中的受力分析第十六頁，共五十三頁。該公式即斯托克斯公式

懸浮顆粒在水中的受力分析第十七頁，共五十三頁。由上式可知，顆粒沉降速度uS與下述因素有關(guān)：

當(dāng)ρg大于ρy時，ρS-ρL為正值，顆粒以uS下沉；

當(dāng)ρS與ρL相等時，uS=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；

ρS小于ρL時，ρS-ρL為負值，顆粒以uS上浮，可用浮上法去除。

uS與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。

uS與μ成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。斯托克斯公式第十八頁，共五十三頁。

(1)實驗?zāi)康?/p>

實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：

①

了解廢水中懸浮物的沉淀特點；②為工程設(shè)計提供參數(shù)。2、自由沉淀實驗第十九頁，共五十三頁。

自由沉降試驗所用的沉降柱(settlingcolumn)示意圖

每次試驗用5–7個相相同的沉降柱溢流口取樣口第二十頁，共五十三頁。H取樣口沉降柱

(2)實驗方法實驗編號:123········n原水濃度：C0C0C0······C0有效水深：HHH········H取樣時間：t1t2t3······tn取樣濃度：C1C2C3······CnCi/C0=

XiX1X2X3······Xn

H/ti=uiu1u2u3······un①顆粒沉降到取樣口被認為去除；

②沉降速度u：在指定時間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

③Xi表示沉速u＜ui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第二十一頁，共五十三頁。給定的沉降時間t內(nèi)：

對于μ≥μ0的顆粒全部除去

對于μ<μ0的顆?？杀徊糠秩コ?。p0

1-p0

給定的沉降時間t內(nèi)：

對于d≥d0的顆粒全部除去

對于d<d0的顆?？杀徊糠秩コ0

1-p0

？？：對于μ<μ0的顆粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？(3)沉淀效率計算第二十二頁，共五十三頁。Hh第二十三頁，共五十三頁。μ

＜μ0的顆粒中，di

→di+dd范圍內(nèi)顆粒所占SS總量的百分率用dp表示。對于μ

＜μ0的顆粒，其中可去除部分所占比例為：則在di→di+dd范圍內(nèi)能被去除部分顆粒占SS總量的百分率為：對于全部μ<μ0顆粒群體，可去除部分為：第二十四頁，共五十三頁。X第二十五頁，共五十三頁。μ≥μ0部分顆粒所占百分率為1–p0

則，總沉降效率為ET

：

在t0時間內(nèi)，各種顆粒沉淀的總?cè)コ蕿椋?/p>

第二十六頁，共五十三頁。

根據(jù)計算結(jié)果，可繪制E-t和E-u0關(guān)系曲線，稱為——沉降特性曲線第二十七頁，共五十三頁。

例題：某廢水靜止沉淀試驗，有效水深為1.2m，c代表沉降時間t時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時懸浮顆粒的去除百分率。

第二十八頁，共五十三頁。解：與各沉降時間相應(yīng)的顆粒沉速計算如下：時間t(min)01530456090180u=H/t（cm/min）

842.6721.330.67以u為橫坐標，C/C0為縱坐標作圖，如圖所示：已知：時間t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.06第二十九頁，共五十三頁。

當(dāng)u0=3cm/min時，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)+0.07×2.7=1.07故沉速為3cm/min時，總?cè)コ蕿椋篍=（1-0.67）+1/3×1.07=0.69u(cm/min)第三十頁，共五十三頁。小結(jié)：

1、基本概念重力沉降2、重點①基本概念②沉降試驗和沉降曲線3、難點圖解積分法計算ET

第三十一頁，共五十三頁。二、絮凝沉降試驗及沉降曲線

絮凝沉降的特點：顆粒的形狀d、在沉降過程中改變；濃度上稀下濃；SS濃度隨水深度變化而變化，且呈現(xiàn)非線性變化。u隨d而增大。第三十二頁，共五十三頁。1.絮凝沉降試驗●裝置：φ140~150mmH=2.0~2.5m4~5個取樣口，間距500mm

●取樣：C0由t=0時中間取樣口采集t1、t2、…、ti、…、tn時，同時從各取樣口取水樣（兩份，求平均濃度），用以確定不同時間、不同水深處殘留的SS濃度C1、C2、…、Ci、…、Cn?！窭L圖：例如：0.5m、1.0m、1.5m處各有一取樣口，按設(shè)定的時間序列同時取樣，并計算Et。第三十三頁，共五十三頁。沉降時間，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降時間，t(min)102030405060Et-t曲線SS等去除率曲線Et1.0m第三十四頁，共五十三頁。不同沉降深度表觀去除率與沉降時間的關(guān)系18.030.039.0第三十五頁，共五十三頁。不同水深處去除率與沉降時間的關(guān)系數(shù)據(jù)表觀去除率/%不同水深達到去除率所需的時間/min0.6m1.2m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57555.075.087.5第三十六頁，共五十三頁。等去除率曲線（equalpecentremovalcurve）繪制過程示意圖然后以沉降時間為橫坐標，水深為縱坐標，繪出各點。再把去除率相等的點用線連接起來，即可得到等去除率曲線。水深0.6m,去除率10%，2.5min水深1.2m,去除率10%，5.0min水深1.8m,去除率10%，6.5min水深1.8m,去除率20%，14.5min水深1.2m,去除率40%，18.0min沉降時間/min

去除率為10%的等去除率線第三十七頁，共五十三頁。絮凝沉淀顆粒去除率按下式計算：式中：E——沉降高度為H、沉降時間為T時沉淀柱中顆粒的總?cè)コ剩?/p>

ET——沉降時間為T時，沉降高度H處顆粒的去除率；

H——沉淀高度（0、H3、H2、H1、H0），由水面向下量測；

h——沉淀時間T對應(yīng)各等效率曲線間中點的高度（h1、h2...hn）。第三十八頁，共五十三頁。計算沉降時間t=45min時懸浮物的總?cè)コ蔈。

=[0.15×(1-0.8)+0.4×(0.8-0.75)+0.84×(0.75-0.6)+1.6×(0.6-0.45)]/2.0+0.45=0.658=65.8%第三十九頁，共五十三頁。三、成層沉降和壓縮沉降沉降面積的確定1）成層沉降和壓縮沉降過程分析

成層沉降和壓縮沉降過程可用下圖表示：

第四十頁，共五十三頁。試驗方法：

試驗可用1000mL量筒進行。把事先標好刻度的量筒中加入一定體積的待試驗的水樣，同時以5r/min的速度攪拌，目的是防止沉降過程中可能發(fā)生的層疊現(xiàn)象。沉降開始后，按一定的時間間隔記錄界面1的高度，直到界面的高度基本不變?yōu)橹?。然后以沉降時間為橫坐標，以界面高度為縱坐標作圖，可得如下所示的沉降曲線。第四十一頁，共五十三頁。成層沉降沉降曲線

沉降時間（min)H0

第四十二頁，共五十三頁。確定澄清所需的最小面積

澄清所需的最小面積取決于界面1到達臨界濃度c2以前的沉降速度uc。即在實際沉淀池的連續(xù)過程中，水流的上升速度不超過uc才能得到澄清液。此時澄清所需要的最小面積可由下式計算:A＝Q/uc式中：A－沉淀池的最小面積，m2；uc－界面的沉降速度，m/s；Q－廢水的處理量m3/s可以把沉降曲線開始為直線的部分延長與橫坐標相交，交點為t0，即可得:uc＝H0/t0第四十三頁，共五十三頁。濃縮所需最小面積的確定：濃縮所需的最小面積可由下式計算：A＝Qtu/H0

式中：tu是到達要求的濃度所需的沉降時間，其它為已知量，關(guān)鍵是求tu，方法如下：（a）確定等于要求濃度cu時的界面高度HuHu=c0H0/cu（b）確定臨界點：分別做成層沉降和壓縮沉降曲線的切線，并延長使兩切線相交，然后做兩切線夾角的平分線，與沉降曲線相交，交點即是臨界點。（c）在縱坐標上找到Hu，過Hu做橫坐標的平行線，過臨界點做沉降曲線的切線，使兩直線相交，交點為E，過E點做橫坐標的垂線與橫坐標的交點即tu。

第四十四頁，共五十三頁。成層沉降沉降曲線

沉降時間/minH0

t0

tuHu臨界點A＝Qtu/H0

第四十五頁，共五十三頁。第二節(jié)理想沉淀池第四十六頁，共五十三頁。

沉淀區(qū)過水?dāng)嗝嫔细鼽c的水流速度均相同，水平流速為v；

懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為u；