第一章_沉淀理论2.ppt

第三节 沉淀理论 环境学院 田晴 本节提示 课程主要内容 掌握 沉淀的类型、影响沉淀效率的主要因素 理想沉淀池的处理效率 临界沉速 u0的概念， u0与表面负荷率q的关系 熟悉 理想沉淀池理论 提高沉淀效率的主要措施和原理 本节提示 课程主要内容 了解 斯 托 克 斯 公 式 的 含 意 与 应 用 难点 不同粒径的颗粒在理想沉淀池中的运动轨迹及其去除效率的推导 沉淀曲线的绘制与用途 §2-1 概述 定义： 沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能， 在重力作用下产生下沉作用，以达到固液 分离的一种过程。 沉砂池——废水的予处理 初沉池——废水进入生物处理构筑物前的初步处理，一 级处理 二沉池——用于生物处理构筑物后的生物膜或活性污泥与废水的固液分离 污泥浓缩池——浓缩来自二沉池的污泥以减小污泥体积，降低污泥含水率，减少后续处理构筑物的尺寸与处理费用等。 用途： §2-2 沉淀的基本原理 自由沉淀 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。 根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。 絮凝沉淀 成层沉淀 压缩沉淀 悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。 悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。 自由沉淀及其理论基础 分 析 的 假 定 沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变 颗粒为球形 颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他 颗粒影响 静水中悬浮颗粒开始沉淀时, 因受重力作用 产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与 水对其产生的阻力平衡时, 颗粒即等速下沉 式中：As——运动方向的面积 Cd——牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) us——颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为us（最终沉降速度） 对于球形颗粒： 当颗粒粒径较小、沉速小, 颗粒运动是处于层流状态。 在层流状态下，Cd=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）： 式中:μ——水的动力黏度。 us 颗粒沉降速度us与下述因素有关： 斯托克斯定律: 当ρsρL，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs=ρL，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除； ρsρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。 us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。 us与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。 斯托克斯定律: 沉淀池的工作原理 理想沉淀池 分为： 进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域 四个部分 沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。 理想沉淀池的几个假定： 水平流速相等。 沉速不变 颗粒浓度各高度均相同 挨地（底）便去除 由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线： H h 沉淀试验装置示意图 给定的沉降时间t内： 2. dd0的颗粒可被部分去除 p0 1-p0 Q：对于(dd0) uu0的颗粒， 可去除部分所占比例是多少？ 去除率是多少？ 1. 对于d≥d0的颗粒全部去除 u (di)＜u0(d0)的颗粒中， 所有粒径为di （ di di + ? d）颗粒 所占全部颗粒的百分比为?P, 颗粒u ＜u0，可去除部分比例 则d=di 颗粒中被去除部分颗粒占全部颗粒比例为 b. 对于u≥u0部分颗粒，去除率为100%， 颗粒占全部颗粒比例为： 1 – P0 去除部分占全部颗粒比例为 1 – P0 则，总沉降效率为 a. 对于全部uu0颗粒群体，可去除部分为： 沉降曲线 沉降时间，t (min) 最小沉速，u η η