補充第2章(2.1重力沉淀).ppt

1,第2章 沉 淀,Sedimentation,2,第一節(jié) 概 述 1、沉淀的定義 懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為沉淀。實現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構筑物或設備稱為沉淀池。 (1) 當懸浮物密度大于水時，懸浮物下沉與水分離。 沉 淀 (2) 當懸浮物密度小于水時，懸浮物上浮與水分離。 上 浮,3,2、沉淀去除的對象及構筑物 砂粒 化學沉淀 混凝絮體 生物污泥 污泥濃縮,4,3、位置及作用 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:,5,（2）高濃度有機廢水處理工藝:,（3）含鉻廢水處理工藝：,6,(1)自由沉淀 水中懸浮物顆粒濃度低，呈離散狀態(tài)；互不干擾，各自完成沉淀過程。顆粒在下沉過程中的形狀、尺寸、密度、不發(fā)生變化。 例如：沉砂池,4、沉淀類型 根據(jù)懸浮顆粒的性質(zhì)及其濃度的高低，沉淀可分為四種類型：,7,(2)絮凝沉淀 水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性能。在沉淀過程中互相碰撞發(fā)生凝聚，其粒徑和質(zhì)量均隨沉淀距離增加而增大，沉淀速度加快。 例如：二沉池； 混凝沉淀。,8,(3)擁擠沉淀(分層沉淀) 水中懸浮物濃度較高，顆粒下沉受到周圍其它顆粒的干擾，沉速降低，顆粒碰撞互相 “凝聚”而共同下沉，形成一明顯的泥、水界面。沉淀過程實質(zhì)是泥、水界面下降的過程，沉淀速度為界面下降速度。 如：二沉池的上部； 污泥濃縮池上部。,動畫,9,(4)壓縮沉淀 當懸浮物濃度很高、顆粒互相接觸、互相支承，在上層顆粒的重力作用下將下層顆粒間的水擠出，使顆粒群濃縮。 例如：二沉池污泥斗; 濃縮池底部。,10,第二節(jié) 自由沉淀 一、自由沉淀的假定條件 實際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十分復雜的，影響顆粒沉淀的因素很多。 為了解顆粒在水中自由沉降過程的動力學本質(zhì)，進行如下假定：, 顆粒為球形，沉淀過程中大小、形狀和質(zhì)量均不發(fā)生變化； 液體為靜止狀態(tài)； 顆粒沉淀不受容器器壁影響； 顆粒沉淀僅受重力和水的作用。,作用方式？,11,二、自由沉淀速度 (1) 顆粒在靜水中的受力情況 重力： 浮力： 阻力：,式中：s,表示顆粒及水的密度 g重力加速度 A顆粒在沉淀方向上的投影面積，對球形顆粒，A=d2/4 u顆粒沉速 阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)（ ）和顆粒形狀的函數(shù)。 水的粘度,12,(2)顆粒在靜水中的運動情況 在靜水中懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用而產(chǎn)生加速運動，同時水的阻力也逐漸增大。 經(jīng)一很短時間后，當阻力F3增大到與顆粒的“重力F1和浮力F2之差”相等時，顆粒作等速下沉運動。 等速沉淀的速度常稱沉淀末速度，簡稱沉速。,13,(3)顆粒沉淀速度 在等速沉淀情況下，F(xiàn)1-F2=F3，即:,層流狀態(tài)下：,Stokes公式,14,由stocks公式 可知：,(4)影響沉淀速度的因素,A與顆粒、水的密度差成正比； 當s時，u0,顆粒下沉； 當s時，u0,顆粒上??； 當s=時，u=0,顆粒懸浮。,B與顆粒直徑平方成正比； 一般沉淀只能去除 d20m的顆粒。 對于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆粒粒徑，促進沉淀；,C. 與水的粘度成反比； 因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。,15,(1) 實驗目的 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： 了解廢水中懸浮物的沉淀特點； 為工程設計提供參數(shù)。,三、自由沉淀實驗,16,H,取樣口,沉降柱,(2) 實驗方法 實驗編號: 1 2 3n 原水濃度：C0 C0 C0C0 有效水深：H H HH 取樣時間：t1 t2 t3tn 取樣濃度：C1 C2 C3Cn Ci/C0= Xi X1 X2 X3Xn H/ti=ui u1 u2 u3un, 顆粒沉降到取樣口被認為去除；, 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, Xi表示沉速uui的顆粒濃度與原始濃度的比值,17,(3) 沉淀效率計算 uu0顆粒去除率：t0時間內(nèi)，沉淀距離H,全部去除。, uu0顆粒去除：在t0時間內(nèi)其沉淀距離為hH,有部分顆粒通過取樣面被去除,去除比例為h/H;即：,X,去除率為(1- X0),X0表示沉速uu0的顆 粒與全部顆粒的比。, uu0所有顆粒的去除率：某一顆粒與顆粒總量的比例為dx，被去除的顆粒為： 沉速uu0所有顆粒的去除率應為：,18,在t0時間內(nèi)，各種顆粒沉淀的總去除率為：,X,19,思考：沉降曲線與沉淀實驗的水深有無關？,根據(jù)計算結果，可繪制E-t和E-u0關系曲線，稱為沉降特性曲線,20,上述實驗工作量太大，嚴格地說，經(jīng)沉降時間t后，將有效水深內(nèi)全部水樣取出，測定剩余懸浮物濃度C,按下式計算效率E：,實驗改進方法： (1)從有效水深的上、中、下部同時取相同數(shù)量水樣混合后求出平均懸浮物濃度。 (2)中部取樣方法：可以假定懸浮物濃度沿深度呈直線變化，將取樣口設在H/2處。,21,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。,22,解：與各沉降時間相應的顆粒沉速計算如下：,以u為橫坐標，C/C0為縱坐標作圖，如圖所示：,已知：,23,當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)+0.072.7 =1.07 故沉速為3cm/min時，總去除率為： E=（1-0.67）+1/31.07=0.69,u(cm/min),24,思考題 如何理解沉速uu0的顆粒部分被去除，去除比例為u/u0？,25,第三節(jié) 絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性懸浮物（如投加混凝劑后形成的礬花、生活污水中的有機懸浮物、活性污泥等），在沉淀過程中大顆粒將會趕上小顆粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。 懸浮物濃度越高，碰撞機率越大，絮凝的可能性就越大。,26,可見，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度，而且與深度有關。 絮凝沉淀的效率通常由試驗確定。鑒于以上原因，試驗用的沉淀柱的高度應當與擬采用的實際沉淀池的深度相同，而且要盡量避免礬花因劇烈攪動造成破碎，影響沉淀效果。,27,絮凝沉淀試驗原理： 采用多點取樣法。在直徑約0.1-0.2m，高約1.5-2.0m，且沿高度方向設有約5個取樣口的沉淀筒中倒入濃度均勻的原水靜置沉淀（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，影響沉淀效果），每隔一定時間，分別從各個取樣口采樣，測定水樣的懸浮物濃度，計算表觀去除率。以取樣口高度h為縱坐標，沉淀時間t為橫坐標，將各深度處的顆粒去除百分數(shù)的數(shù)據(jù)點繪制在坐標紙上，如圖示。 把去除百分數(shù)p相同的各點連成光滑曲線，稱為等去處率曲線，如下圖示。,28,29,等去處率曲線含義： 當沉淀時間為t0時，對應沉速u0=H/t0，凡是uu0的顆粒能全部被去除，u0的顆粒只有部分被去除。 沉淀時間為t0時，相鄰兩根曲線表示的數(shù)值之間的差別，反應出同一時間、不同沉淀深度的去除百分數(shù)的差別。表示有一部分顆粒對于上一條曲線來說，已沉降下去了；而對下一條曲線來說，認為尚未沉淀下去?？梢岳斫鉃檫@部分顆粒正介于兩曲線之間，其平均沉速等于其平均高度除以沉淀時間t0，其數(shù)量為兩曲線的數(shù)值差，若差值無限小，則可認為是某一特定粒徑顆粒，其去除效率為其平均高度除以水深H。,30,對指定的沉淀時間和沉淀高度，總沉淀效率可用下式計算： （見下圖）,Ei-表示指定時間內(nèi)，水深H處沉速utu0的顆粒的去除率 E-表示不同水深處utu0的顆粒的去除率增量 h -表示不同去除率增量之間的平均水深 （兩曲線之間的中點高度）,31,32,簡易處理方式： 沉淀柱中部取樣法可近似地求絮凝沉降的去除率。據(jù)分析統(tǒng)計，誤差一般在5%以內(nèi)；沉淀時間20min時，誤差僅2-3%。這數(shù)值與懸浮物取樣和測定誤差相比，可以認為是很小的。 上述方法可滿足工程需要，而且沉淀柱中部取樣法的實驗工作量和計算都大為簡化。,33,例題：某廢水靜止沉淀試驗數(shù)據(jù)如表中所示。實驗有關水深為1.2m，表中c代表沉降時間t時由取樣口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。,34,解：與各沉降時間相應的顆粒沉速計算如下：,以u為橫坐標，C/C0為縱坐標作圖，如圖所示：,35,36,當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： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +0.12.4+0.072.7=1.07 故沉速為3cm/min時，總去除率為 E=（1-0.67）+1/31.07=0.687,37,