水质工程学 第四章_沉淀1.ppt

第四章 沉淀 4.0 沉淀原理 利用颗粒与水的密度之差,比重1，下沉 比重1，上浮 沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去 除100um以上的颗粒。 给水处理――沉砂池，混凝沉淀，高浊预沉 废水处理――沉砂池（去除无机物） 初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离） （1）自由沉淀(Discrete Settling)： ? 悬浮物质浓度不高； ? 颗粒之间互不碰撞，呈离散状态； ? 沉速不变，各自独立完成沉淀过程； （2）絮凝沉淀(Flocculent Settling)： ? 悬浮物质浓度为50-500mg/L； ? 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用； ? 颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快 （3）区域沉淀（成层/拥挤沉淀）(Zone Settling)： ? 悬浮物质浓度〉500mg/L； ? 相邻颗粒之间互相妨碍、干扰； ? 沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒 ? 各自保持相对位置不变 ? 颗粒群结合成一个整体向下沉淀 ? 形成清晰的液—固界面，沉淀显示为界面下沉 （4）压缩沉淀(Compression Settling)： 颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩； 活性污泥在二沉池中的沉淀具备上述四种类型的沉淀过程； 4.1.1 杂质颗粒在静水中的自由沉淀 假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力与浮力之差为： （4-1) 所受到的水的阻力： （4-2) CD为阻力系数，与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 根据牛顿第二定律可知： （4-3) 达到平衡时，加速度(（3-3）左边)为零，得沉速公式： （4-4） 阻力系数是雷诺数的函数 当Re1时：呈层流状态 （4-5) 斯托克斯公式： （4-6) 应用：被去除的颗粒沉速远小于0.1mm泥砂沉速，即7mm/s,此时属于层流，沉速与粒径平方、颗粒与水的密度差成正比，与粘度系数成反比 2. 牛顿公式 当1000Re25000时，呈紊流状态，η接近于常数0.4代入（3-5）得牛顿公式： （3-7） 3.阿兰公式 当1Re1000时，属于过渡区，CD近似为 （3-8） 代入得： （3-9） 界面沉降外观现象和沉淀过程分析 基本特征：水沉降过程中出现清浑交界面（浊液面），整个过程就是界面下沉过程. 清水区：浓度很小；（增加） 等浓度区：浓度均匀；大小颗粒不同；大小颗粒互相干扰，由于大颗粒沉速变慢、小颗粒变快，形成等速下沉现象 变浓度区：等浓度区和压实区的过渡区。 淤积层：沉速很小，浓度很大。（增加） 临界沉降点：界面沉降速率开始减小。 4.2 平流沉淀池 4.2.1 理想沉淀池理论 理想沉淀池的基本假设： ①颗粒处于自由沉淀状态。颗粒的沉速始终不变。 ②水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等， 并在流动过程中流速始终不变。 ③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。 ④在沉淀池的进口区域，水流的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面面上。 在进水区被均匀分配在过流断面上其水平流速为： （4-17） 正好有一个沉降速度为的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度 。 u≥ 的颗粒可以全部去除，u 的颗粒只能部分去除 对沉速大于等于 的颗粒而言，流速与沉淀时间有关 。 （ 4-18） （4-19） 令（4-18）和（4-19）相等，得： （4-20） 对于沉速大于u0的颗粒，能全部沉淀去除，而沉