水污染控制工程2013年湖南科技大學(xué)(一)

幻燈片1水污染控制工程幻燈片2第一章緒論?一、環(huán)境工程及其背景知識簡介（一）環(huán)境工程學(xué)科及其分類一級學(xué)科二級學(xué)科主要方向內(nèi)容環(huán)境科學(xué)：理論上、宏觀方面環(huán)境問題研究環(huán)境科學(xué)與工程環(huán)境工程：工程上、微觀領(lǐng)域環(huán)境問題研究幻燈片3（-）所需主要基礎(chǔ)課程1、四大化學(xué)（無機(jī)、有機(jī)、分析、物化）、生物化學(xué)（微生物學(xué)）2、化工原理、水力學(xué)、生態(tài)學(xué)（基本知識）3、環(huán)境學(xué)及環(huán)境化學(xué)大氣環(huán)境、水體環(huán)境、土壤環(huán)境（全球環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、03層破壞、酸雨人類面臨的問題：人口、資源、環(huán)境（1）環(huán)境學(xué)幻燈片4（2）水體環(huán)境及其化學(xué)（教材下冊P7?10）a水體自凈物理、化學(xué)、生物作用等

b無機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化

沉淀一溶解；配合作用；氧化還原作用C有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化揮發(fā)作用：吸附分配；光解作用；生物降解作用環(huán)境化學(xué)實(shí)質(zhì)是排放后污染物的遷移轉(zhuǎn)化問題.幻燈片5水體自凈（物理、化學(xué)、生物作用等）無機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化 配合作用有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化沉淀一溶解水體環(huán)境及其化學(xué)無機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化 配合作用有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化氧化還原作用揮發(fā)作用吸附分配作用光解作用生物降解作用幻燈片6

二、水污染控制工程框架內(nèi)容、

教材及參考書（一）廢水水質(zhì)控制方法分類（從作用原理上劃分）調(diào)節(jié)、篩濾沉降法、浮上法（隔油、氣?。?、物理法阻力截流法（過濾）離心分離磁力分離法——利用污染物物理特性，諸如比重、質(zhì)量、尺寸、磁性等進(jìn)行分離：主要適用于不溶解污染物的分離處理。r幻燈片7酸堿中和法2、化學(xué)法 化學(xué)沉淀法（有時(shí)包括混凝法）氧化還原法一利用污染物的化學(xué)特性，諸如酸堿性、電離性、氧化還原性等進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分解；主要適用于溶解態(tài)污染物的轉(zhuǎn)化處理。幻燈片8吸附法、離子交換法3,物理化學(xué)法3,物理化學(xué)法萃取法蒸發(fā)法、結(jié)晶法、冷凍法（混凝法——適用于不溶態(tài)污染物的分離處理）一利用污染物物理化學(xué)特性，如沸點(diǎn)、揮發(fā)度、溶解度、比表面等進(jìn)行分離；主要適用于溶解態(tài)污染物的分離處理。幻燈片94、生物化學(xué)法活性污泥法好氧生物處理法 生物濾池生物膜法生物轉(zhuǎn)盤生物接觸氧化厭氧生物處理法 生物流化床自然條件下的生物處理一通過微生物的代謝作用將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為C02、H2。、CH4等進(jìn)行處理：適用于有機(jī)污染物的處理?；脽羝?0（二）系統(tǒng)污泥處理處置方法分類——污泥主要來源于生物處理系統(tǒng)及沉降法處理裝置污泥濃縮主要方法 脫水干化幻燈片11（三）主要內(nèi)容1、預(yù)處理：調(diào)節(jié)、格柵、篩網(wǎng)2、不溶態(tài)污染物的分離處理法：沉淀、隔油及破乳、氣浮、混凝、離心分離等3、溶解態(tài)污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化法：中和法、沉淀法、氧化法、還原法4、溶解態(tài)污染物的物化分離法：吸附法、離子交換法、膜分離法、吹脫汽提法、萃取法幻燈片125,有機(jī)污染物的生化處理法：活性污泥法、生物膜法、厭氧法等6、廢水的深度處理及回用：NH3-N脫除、P去除、過濾7、污泥處理及處置8、廢水處理廠的設(shè)計(jì)9、相關(guān)其它幻燈片13(四)教材及參考書(1)高廷耀，等.《水污染控制工程》下冊——高教出版社(2)楊潤昌編《水污染控制工程》——中國教育文化出版社(3)張希衡，等.《水污染控制工程》——冶金工業(yè)出版社(北京北河沿大街篙祝院北巷39號(4)唐受印，等.《廢水處理工程》——化學(xué)工業(yè)出版社(5)王郁主編《水污染控制工程》——化學(xué)工業(yè)出版社需要說明的是：(a)高式教材生物法編得好，但非生物法很不全面；且主要針對城市污水而言，其在工業(yè)廢水方面則涉及很少。(b)上冊內(nèi)容主要是介紹排水管渠系統(tǒng)，其工程性較強(qiáng)，需結(jié)合實(shí)踐來學(xué)，課堂上講解可能難以接受；今后若從事這方面工作，查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊便可。幻燈片14三、學(xué)習(xí)方法及考核方式1、目的進(jìn)一步培養(yǎng)環(huán)境意識，加強(qiáng)環(huán)境素養(yǎng)——科技人員必備;學(xué)會工程治理及解決問題的思路方法——環(huán)工人員必備;培養(yǎng)自學(xué)能力，學(xué)會如何學(xué)習(xí)——走向社會所需。2、方法(1)課堂講授(框架、思路、基本概念及原理等)+自學(xué);(2)講解+答問(蘇格拉底式)(3)“理論”與“實(shí)際”相結(jié)合(4)作業(yè)：溫故而知新，鞏固注：作業(yè)也是自學(xué)、答問、復(fù)習(xí)、鞏固的體現(xiàn)形式?；脽羝?53、考核內(nèi)容及方式考核內(nèi)容：講解內(nèi)容的重點(diǎn)(基本概念及其原理等)作業(yè)及答問內(nèi)容考試：70%—80%（非生物法3/5、生物法2/5）方式平時(shí)：20%-30%（作業(yè)及其答問、考勤）幻燈片16四、本課程有關(guān)基本知識“水污染控制工程”，對應(yīng)于過去所講的“廢水處理工程”。但是，從“廢水處理工程”一“水污染控制工程”，系由被動處理轉(zhuǎn)入污染控制，由終點(diǎn)控制轉(zhuǎn)入全過程控制等方面綜合的結(jié)果（同時(shí)還請注意與“工業(yè)廢水處理工程”、“工業(yè)水處理工程”等的區(qū)別）。從履蓋的范圍看，“水污染控制工程”還包括了水的再生回用?；脽羝?7“廢水”與“污水”（教材下冊P1?6）?工業(yè)廢水與生活污水，城鎮(zhèn)污水?（另詳見教材下冊P1-2）另外，“廢水”是指廢棄外排的水，強(qiáng)調(diào)廢棄的一面；“污水”則多強(qiáng)調(diào)其污濁的一面。1、處理依據(jù)——水質(zhì)水量幻燈片18Foxexample1：傳統(tǒng)上，含酚廢水處理采用的方法：酚＞1g/L：萃取法（如N503劑）、汽提法酚＜1g/L：Q較小時(shí)，化學(xué)氧化法；Q較大時(shí)，生物化學(xué)法Foxexample2：傳統(tǒng)上，含硫廢水處理采用的方法：硫較高（＞500~1000mg/L）時(shí)：汽提法硫較低（＜500mg/L）時(shí)：化學(xué)氧化法、催化氧化法幻燈片19FoxExample3：COD含量較高的高濃有機(jī)廢水處理法：CODW1萬mg/L時(shí)：BOD5/CODA0.3時(shí)，生化法BOD5/CODV0.3,Q較大時(shí)，物化法BOD5/COD<0.3,Q較小時(shí)，氧化法COD含量很高時(shí)：COD250?60萬mg/l時(shí)，焚燒法。3口10~50萬019/1時(shí)，濕式氧化法幻燈片20Foxexample4：傳統(tǒng)上，NH3-N廢水處理法：NH3-N含量較高時(shí)（>1g/L）：汽提法、吹脫法、MPA化學(xué)沉淀法等NH3-N含量較低時(shí)（V1g/L）：可采用生物A/。法。幻燈片212,處理原則 先粗后細(xì)，先易后難（不同污染物）（同一污染物）廢水處理流程組合時(shí)，往往采用先粗后細(xì)，先易后難的原則，廢水中較粗大的或易于去除的污染物先進(jìn)行處理；同一種污染物，先用簡易方法降低濃度后，再進(jìn)一步精細(xì)處理。幻燈片223、處理系統(tǒng)及其分級（1）處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)由包括廢水和污泥處理以及與這兩個(gè)流程有關(guān)的輔助設(shè)備和設(shè)施等組合而成。以某城市污水處理為例，其典型流程如下圖Fig.1（另見楊式參考書P22圖2-3）.幻燈片23

二級處理一二級處理格柵 沉砂池 沉淀池 生物處理池 二次沉泥池剩余污泥回流污泥剩余污泥垃圾 沉渣 沉泥混凝、過濾、消毒三級處理 進(jìn)污泥處理系統(tǒng)Fig.l城市污水典型處理流程幻燈片24工業(yè)廢水處理，以某石油化工Jor吸附隔油(平流，斜板)氣浮調(diào)節(jié) 生化處理過濾排放一級處理 隔油(平流，斜板)氣浮調(diào)節(jié) 生化處理過濾排放一級處理 二級處理三級處理Fig.2某石油化工廠廢水處理流程簡圖幻燈片25根據(jù)處理程度，分為一級、二級、三級處理。(2)一級處理——初級處理主要處理對象是較大的懸浮物，采用的分離設(shè)備依次為格柵、沉砂池和沉污池等,就二級處理而言，一級處理也稱作預(yù)處理。(3)二級處理處理對象主要是廢水中膠體懸浮物和溶解有機(jī)物等，如“生物處理”、“物化處理”等?；脽羝?6(4)三級處理和高級處理出水要求更高時(shí)采用，有時(shí)，其目的不是排放，而是為了直接回用。主要處理對象是殘留的污染物和營養(yǎng)物質(zhì)(N、P)等，方法有過濾、吸附、離子交換、反滲透、消毒等?；脽羝?74、污染指標(biāo)及其處理程度（1）污水性質(zhì)與污染指標(biāo)詳見教材下冊P2?7。其中，重要的指標(biāo)有：TS、DS、SS；VS、FSBOD,B0D5、COD、0C；TOC（以C02計(jì)）、TOD（以02計(jì)）注意：NH3是沒有COD的，但有TOD.（why?）；書中P13思考題3。幻燈片28（2）處理程度（n）的確定1=（C0-Ce）/C0X100%CO：廢水處理前某污染物的濃度Co：廢水處理后某污染物的濃度口主要由Ce（排放要求或重復(fù)利用的要求）來決定的。根據(jù)n確定合適的處理流程及方法?；脽羝?95、水質(zhì)控制目標(biāo)（下冊P10?13）控制廢水水質(zhì)，有1?3項(xiàng)基本目標(biāo)宜滿足：（1）排放水體對水質(zhì)的要求；（2）污水或廢水回收再用；（3）有價(jià)物質(zhì)回收工藝對水質(zhì)的要求。城鎮(zhèn)污水為（1）?（2）,工業(yè)廢水則為（1）?（3）。排放的污水處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）。排放的廢水必須符合國家頒布的GB8978——1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（可詳見相關(guān)設(shè)計(jì)手冊或楊式參考書）。宜注意：第一類、第二類污染物的區(qū)分（前者能在環(huán)境或動植物體內(nèi)積蓄，對人類健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)的不良影響；后者長遠(yuǎn)影響小于前者）?；脽羝?0水污染控制工程講解提綱?第一篇緒論第一章緒論第二章水質(zhì)水量調(diào)節(jié)第二篇不溶態(tài)污染物的分離處理第三章重力沉降法第四章浮力浮上法（含隔油、氣?。┑谖逭禄炷ǖ诹虏蝗軕B(tài)污染物分離的其它方法第三篇溶解態(tài)污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理第七章中和法第八章化學(xué)沉淀法第九章氧化還原法第四篇溶解態(tài)污染物的物理化學(xué)處理第十章 吸附法（含離子交換）第十一章膜分離技術(shù)第十二章其它相轉(zhuǎn)移分離法（萃取法、超臨界處理法等）第五篇有機(jī)污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化處理第十三章生物處理基本概念和原理第十四章活性污泥法第十五章生物膜法第十六章厭氧處理法第十七章污泥的處理與處置（略）幻燈片31第二章水質(zhì)水量調(diào)節(jié)提綱：第一節(jié)水量調(diào)節(jié)一、調(diào)節(jié)方式1、線內(nèi)調(diào)節(jié)；2、線外調(diào)節(jié)。二、設(shè)計(jì)參數(shù)（t,v）確定第二節(jié)水質(zhì)調(diào)節(jié)一、混合方式1、空氣攪拌、水力混合（常用）2、機(jī)械攪拌（葉輪）（較少用）3、強(qiáng)制循環(huán)（水泵）（很少用）二、設(shè)計(jì)參數(shù)（t,v）的確定注意事項(xiàng)作業(yè)及思考題幻燈片32概述廢水的水量和水質(zhì)并不總是恒定均勻的，往往隨著時(shí)間的推移而變化，其中：生活污水：隨生活作息規(guī)律而變化；（可不單設(shè)）工業(yè)廢水：隨生產(chǎn)過程而變化.（需要單設(shè)）水質(zhì)和水量的變化使得處理設(shè)備不能在最佳的工藝條件下運(yùn)行，影響廢水處理裝置的正常工作。尤其是：（1）采用生物法處理廢水時(shí)，微生物對廢水有毒物質(zhì)十分敏感，超過所能接受的濃度，微生物的代謝作用將受到抑制，甚至造成微生物死亡，破壞廢水處理系統(tǒng)的工作（水質(zhì)調(diào)節(jié)必要性）?；脽羝?3ctCt水質(zhì)調(diào)節(jié)前 水質(zhì)調(diào)節(jié)后圖中：Ct代表微生物所能接受的最高允許毒物濃度幻燈片34(2)廢水處理裝置處理能力是一定的，超過其容許能力，會引起處理出水水質(zhì)的惡化(水量調(diào)節(jié)必要性)。水量調(diào)節(jié)后水量調(diào)節(jié)前水量調(diào)節(jié)后因此，處理廢水需要設(shè)置調(diào)節(jié)池，對水量和水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。QmaxQmaxt幻燈片35第一節(jié)水量調(diào)節(jié)（均衡）一、調(diào)節(jié)方式廢水處理中單純的水量調(diào)節(jié)有兩種方式：線內(nèi)調(diào)節(jié)和線外調(diào)節(jié)。1、線內(nèi)調(diào)節(jié)（流程線內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)池）

進(jìn)水一般采用重力流，出水用泵提升（另參見楊式參考書P33圖3—1）?！┍空{(diào)節(jié)池，幻燈片362,線外調(diào)節(jié)（流程線外）（此時(shí)動力消耗較大）二、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（調(diào)節(jié)時(shí)間t及調(diào)節(jié)池容積V）1、間歇排放時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間等于排放周期（即將一個(gè)周期排出的水量都貯存起來,并連續(xù)向外排出），據(jù)此確定調(diào)節(jié)池容積。（排放周期為8小時(shí)）可由逐時(shí)水量累計(jì)曲線求出所需的有效調(diào)節(jié)容積（調(diào)節(jié)多余的水量及不足可由逐時(shí)水量累計(jì)曲線求出所需的有效調(diào)節(jié)容積（調(diào)節(jié)多余的水量及不足1JJ

yu6U33.80幻燈片372、連續(xù)排放時(shí),的水量）注意：調(diào)節(jié)容量是以池出口以上貯水容積計(jì)算。另外，實(shí)際上，由于廢水的變化往往規(guī)律性差，所以調(diào)節(jié)池容積的設(shè)計(jì)一般憑經(jīng)驗(yàn)確定。祟計(jì)水￡票計(jì)水量祟計(jì)水￡票計(jì)水量Q+調(diào)方尊校終點(diǎn)Q+調(diào)方尊校終點(diǎn)票計(jì)水￡怎點(diǎn)幻燈片38一、混合方式混合的方式主要有：幻燈片38一、混合方式混合的方式主要有：（1）空氣攪拌；（2）水力混合；（除水力混合外）（3）機(jī)械攪拌；（4）水泵強(qiáng)制循環(huán)。第二節(jié)水質(zhì)調(diào)節(jié)（均衡）外加動力強(qiáng)制調(diào)節(jié)（自然調(diào)節(jié)）幻燈片391、空氣攪拌：向調(diào)節(jié)池內(nèi)鼓入壓縮空氣，除均衡水質(zhì)外，還能：①防止廢水中雜物在池內(nèi)沉積；②起著預(yù)曝氣作用，去除廢水中大量還原性物質(zhì)和一些易被氧化的有機(jī)物。該方法應(yīng)用較多，但廢水中含有較多揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)不宜采用，否則形成大氣污染。2、水力混合（差流式均和）：能把不同時(shí)間的來水混合起來，達(dá)到均化水質(zhì)的目的（參見如下圖的對角線出水調(diào)節(jié)池）。3、機(jī)械攪拌：借助專門的攪拌設(shè)備（如葉輪）進(jìn)行。4、水泵強(qiáng)制循環(huán)：該法耗電較大，很少采用（僅應(yīng)用于水量很少時(shí)）。5、其它幻燈片40

出水出水對角線出水調(diào)節(jié)池東方仿真COPYRIGHT幻燈片41二、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定水質(zhì)均衡的計(jì)算應(yīng)是確定池的均衡時(shí)間t和容積V.1、當(dāng)水質(zhì)具有周期性時(shí)，應(yīng)采用調(diào)節(jié)時(shí)間等于變化周期，如一工作班排濃液，另一工作班排稀液，調(diào)節(jié)時(shí)間應(yīng)為16h?調(diào)節(jié)容積應(yīng)為兩班水量之和。2、如需控制廢水在某一合適的濃度以內(nèi)，可以根據(jù)廢水濃度的變化曲線及所擬定的出水濃度，確定所需的均衡時(shí)間。例題2-1：某廢水流量為150nl3/h,水質(zhì)變化為每5h一周期。每周期內(nèi)的小時(shí)濃度為20、60、110、20、30mg/L,,計(jì)算廢水調(diào)節(jié)所需的均衡時(shí)間及其池容積(假設(shè)采用一般調(diào)節(jié)池)。解:廢水調(diào)節(jié)所需的均衡時(shí)間T=5h；廢水調(diào)節(jié)所需的池容積V=5h*150m3/h=750m3幻燈片42例題2-2：上題中，設(shè)要求排出的廢水濃度W80mg/L,則調(diào)節(jié)池容積又為多少？解：據(jù)上數(shù)據(jù)分析，任何一個(gè)3h來水的混合，其混合平均濃度不超過80mg/L,故T=3h,V=3X150=450(m3)注意事項(xiàng)：1、實(shí)際生產(chǎn)中，可能既要調(diào)節(jié)水量又要調(diào)節(jié)水質(zhì)，宜視具體情況綜合考慮。例如：出水則既可調(diào)節(jié)水量及可調(diào)

節(jié)水質(zhì)。此時(shí)，亦稱為化出水則既可調(diào)節(jié)水量及可調(diào)

節(jié)水質(zhì)。此時(shí)，亦稱為化幻燈片432、一般的沉淀池，由于停留時(shí)間短(Wl-2h),不具有調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)池不宜與沉淀池合并建設(shè)。3、調(diào)節(jié)池的設(shè)置地點(diǎn)，宜視具體情況而定。4、事故池屬變相的調(diào)節(jié)池。附:關(guān)于格柵(shan)和篩(shai)網(wǎng)(教材P14?26)說k.貯留事^—3—板出水事故池幻燈片44A和平窗格柵幻燈片45幻燈片46

幻燈片47應(yīng)用時(shí)，可直接查閱相關(guān)資料。但值得說明的是：（1）格柵和篩網(wǎng)，主要應(yīng)用于城市生活污水，工業(yè)廢水中用得很少。（2）格柵 由多條平行的金屬柵條組成篩網(wǎng)二者均應(yīng)用于去除粗大懸浮物。（3）格柵和篩網(wǎng)，亦可設(shè)置在污水泵集水井進(jìn)口端或管道閥門前，防止堵塞泵及閥門。

幻燈片48作業(yè)及思考題：1、求出：水量變化規(guī)律如下圖a及b時(shí)所需調(diào)節(jié)時(shí)間t及其容積v各為多少?幻燈片492、下列情況下，哪些具有水量調(diào)節(jié)作用？注意：(1)進(jìn)水一般采用重力流，出口宜采用泵提升;(2)調(diào)節(jié)容量以池出口以上貯水容積計(jì)算。曲k，三. teSTf幻燈片503、一個(gè)工作班（8h）排濃液，?個(gè)工作班（8h）排稀液，其排放廢水平均流量依次為50m3/h和60m3/h,試求所需調(diào)節(jié)時(shí)間t及其池容積Vo4、某企業(yè)生產(chǎn)廢水排放流量為60m3/h,其濃度變化為每8h一周期，每周期內(nèi)的小時(shí)濃度為30、80、90、140、60、50、70、100mg/L。試求所需要的均和時(shí)間、調(diào)節(jié)池容積及均和后的廢水濃度?；脽羝?1第三章重力沉降法提綱：第一節(jié)重力沉降的基本理論?、沉降類型：自由沉降、絮凝沉降、成層及壓縮沉降二、自由沉降理論基礎(chǔ)：stocks公式及其說明的道理三、理想沉降池工作原理理想沉降池——其條件及沉降效率公式n=f（u,）所揭示的道理四、絮凝沉降（結(jié)合教材講解+自學(xué)）第二節(jié)沉淀池（結(jié)合教材講解）一、沉砂池二、普通沉淀池三、斜板沉淀池（重點(diǎn)說明理論依據(jù)）幻燈片52概述重力分離法是依據(jù)廢水中懸浮物的比重（d）與廢水不同的特點(diǎn)去除廢水中懸浮物的一種方法。當(dāng)d懸Ad廢水 重力沉降（如泥砂）當(dāng)d懸＜d廢水 重力上?。ㄈ缬头荩┑谝还?jié)重力沉降的基本理論一、沉降類型（教材P27）沉降可分為四大類型：自由沉降；絮凝沉降；成層沉降；壓縮沉降。1、自由沉降：廢水中懸浮物量少，顆粒間相互不粘合，各自進(jìn)行獨(dú)立沉降，沉降過程中，懸浮物始終保持原有的形狀和尺寸。例如：污水沉砂池及廢水初次沉淀池內(nèi)的初期沉降過程。幻燈片532、絮凝沉降：廢水中懸浮物量少，但懸浮物具有較強(qiáng)絮凝性能，沉降過程中，重（大）顆粒趕上細(xì)顆粒，出現(xiàn)顆粒碰撞，相互之間出現(xiàn)凝聚作用，顆粒尺、「隨下降的進(jìn)程而增大，沉降速度越往下越快。例如：一般的化學(xué)混凝沉淀池和生物處理后二次沉淀池的初期沉降。

3、成層沉降：廢水中懸浮物濃度較高（c>5000mg/L）,每個(gè)顆粒在沉降過程中所形成的液體繞流對相鄰顆粒的沉降有很大影響，造成顆粒之間相互制約，每個(gè)顆粒的沉降速度下降I,原來沉速大的顆粒下沉?xí)r再也不能趕上沉速小的顆粒，顆粒之間距離保持一定的數(shù)值，廢水中各個(gè)顆粒之間形成?個(gè)顆粒群似的整體，共同下沉。因此，液相與顆粒群之間形成一個(gè)清晰的泥水交界面。例如：污泥濃縮池上部，二次沉淀池下部。幻燈片544、壓縮沉降當(dāng)懸浮物濃度極高、顆粒之間距離很小、形成相互接觸相互支承時(shí)，在污泥上層顆粒的重力作用下，逼得下層顆粒的間隙水被擠壓出來，從而使下層顆粒層被濃縮壓密。例如：沉淀池內(nèi)的貯泥斗及污泥濃縮池下部。（右下圖中:阻力Fd,浮力Fb,重力Fg）二、自由沉降理論基礎(chǔ)（教材P29）為了簡化起見，首先假定：廢水中有一個(gè)顆粒，外形為球形，不可壓密，也無凝聚性，且表面光滑，顆粒向下沉降之初，出現(xiàn)加速運(yùn)動，但隨著v增大，液體阻力增大，最后所受力處于平衡狀態(tài)，顆粒沉降進(jìn)度保持一個(gè)定值，從一開始的加速沉降到等速沉降，所需時(shí)間極為短促,所以常用這個(gè)速度表示顆粒的沉降速度。?阻力Fd.浮力Fb、重力Fg幻燈片55顆粒受力：重力Fg、浮力Fb及阻力Fd重力：Fg=vsPsg=l/6口d3Psg浮力：Fb=vsPLg=l/6itd3PLg阻力與v有關(guān)，可仿照管內(nèi)流動阻力的計(jì)算式寫出其關(guān)系為:阻力Fd=&A;——阻力系數(shù)A——顆粒在垂直于其運(yùn)動方向的平面上的投影面積A=l/4“d2單位為N/m2J.A單位為N）Ql記2PM2Pl"2幻燈片56其實(shí)，該式是1726年牛頓提出的繞流阻力公式。(繞流阻力是指和相對運(yùn)動方向一致的流體作用在物體上的力)；.Fd=「l/4"d2? =外力平衡時(shí)，F(xiàn)g-Fb=Fdl/6d(Ps-PL)g=(3—1)u=(3—1)設(shè)顆粒處于層流狀態(tài)(Re<l時(shí))，&=24/Re,Re=(3-2)代入上式，得：u=(3-2)或u= 斯托克斯(stokes)公式『nd,。出8Plu~

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184g?相根據(jù)U=(1)>0,根據(jù)U=(1)>0,即>時(shí)，u>0,下沉，沉降;可知（教材P29）,<0,即<時(shí)，UV0,上浮=0,即=0,即（2）dt,ut,混凝法增大d時(shí)，u則大為提高，故可顯著提高處理效率。（3）提高廢水溫度T,如余熱回收，有利于提高u（VTt,uI）,也可提高處理效率。（4）氣浮法處理中， \, t,亦可提高上浮速度。三、理想沉淀池工作原理（教材P31）1、理想沉淀池及其條件以非絮凝性顆粒自由沉降為依據(jù)。理想沉淀池結(jié)構(gòu)（海倫模型）及分區(qū)（進(jìn)水區(qū)、沉降區(qū)、污泥區(qū)及出水區(qū)）見教材（教材.P32圖10—19）或下頁平流理想沉淀池示意圖，其必備條件如下：（1）在池內(nèi)沉降區(qū)，懸浮顆粒作自由沉降，且等速下沉。(2)水流是穩(wěn)定的，并處于推流狀態(tài)。因此,Ps-PlPsPlPs-PlPsPlPs-PlPsPlPsPl-Ps幻燈片58圖卞13平流理想沉淀池示意圖幻燈片59a）水流進(jìn)入沉降區(qū)時(shí)，各種懸浮物顆粒濃度在垂直水流方向的斷面上是均勻分布的：b）垂直方向上顆?；ゲ桓蓴_，各自沉降；c）斷面上各點(diǎn)水流速度均相同，為V。（3）顆粒進(jìn)入污泥區(qū)即認(rèn)為已被去除。2、理想沉淀池總效率n（教材P33）（1）停留時(shí)間及截流速度等概念停留時(shí)■間tO：tO=V/Q截流速度uO：表示沉淀池內(nèi)可100%去除顆粒中速度最慢的顆粒的沉降速度。大于等于該速度時(shí)顆粒去除率為100%。表面水力負(fù)荷q：q=Q/A（即流量Q/沉淀池的沉降區(qū)表面積A）（2）uO與q的關(guān)系a）平流池（長方形池）非絮凝性顆粒的沉降路線，取決于顆粒沉降速度u和水流速度v的矢量和?；脽羝?0如以uO表示在停留時(shí)間tO（水平距離L）內(nèi)沉降距離為H的顆粒沉降速度，那么，進(jìn)口端水面的顆粒（沉速uO）剛好可以在池內(nèi)沉降下來。單位時(shí)間的進(jìn)水量Q為：Q=BHv,（其中B為池寬，H為池深） （3—3）由A形相似，可得：(3-4)代入上式(3—3)得，=LBuO=AuOQ=BHv=BHuO=Q/A=q=LBuO=AuO(3-5) 式中：A 沉淀池的沉降區(qū)表面積。可見，沉淀池的截流速度uO正好等于池的表面水力負(fù)荷q.v_LuQHLH°幻燈片61b)豎流池對于豎流池，u<v,顆粒隨水流帶走；u>v忖，下沉速度u-v,顆粒下沉；u=v忖，顆粒處于隨遇狀態(tài)。因此，截流速度為uO=v。由于Q=vA,故uO=v=Q/A=q,與平流池相同。(3)沉淀池總效率n及“淺池理論”某指定沉速為u(u<uO)的顆粒，其去除率為nu=u/uO以長方形池為例，則可如此得出：由此可以推出，沉淀池的總效率H,僅是顆粒沉降速度u和水池表面水力負(fù)荷q(=Q/A)的函數(shù)，與水池深度H、停留時(shí)間tO等無關(guān)。()ut() uu，()'o "o 。/AuQJAA幻燈片62“淺池理論”：當(dāng)沉降區(qū)容積V一定時(shí)，深度H下降，池表面積A增大，q(=Q/A)減小，顆粒去除率nu增大，從而總效率n提圖。(4)圓形輻射式沉淀池(參見高式教材P43圖10-26)對于圓形輻射式沉淀池而言，如其半徑為r,則水流速度v= 是一個(gè)變數(shù)枳分得:某指定沉速為u(u<u0)的顆粒去除率為： ，而uO=Q/A=q因此，u0與q的關(guān)系、顆粒去除率及沉淀池總效率Q,均與長方形池相同。Q271rHdhu 112mHdr v Q("=四「2冏?b qJ()Ru兀H 2= yQrr0h=Hu^-r^=HuAQQh_uH~~q7a幻燈片63A具體公式以沉降速度u為橫座標(biāo)，以沉速小于u的顆粒數(shù)占全體顆粒數(shù)的比值p為縱座標(biāo)，畫圖或如圖所示（注意：圖中ut及pO分別對應(yīng)于u及p,另可參見楊式參考書P43圖5—1）。某指定沉速為u的顆粒占全部顆粒的比值為dp,鑒于沉速為u的顆粒去除率為h/H,則其在總懸浮顆粒中去除率為h/Hdp=u/uOdpo對于沉速為u<uO的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：而沉淀池能去除的顆粒包括uNuO以及u<uO的兩部分，故沉淀池對懸浮物的總?cè)コ蕁為：P0——沉速小于uO的顆粒在全部懸浮顆粒中所占比例（百分?jǐn)?shù)）；1-P0一沉速》uO的顆粒所占比例（百分?jǐn)?shù)）。4、n=f（u,uO）、n=f（u,Q/A）的操作——P的確立沉淀試驗(yàn)：開始時(shí)廢水懸浮物濃度為CO,對于沉降高度為h的某點(diǎn)，經(jīng)過時(shí)間ti沉降后的濃度為ci,如圖所示。ui=h/tiU. 1（t/oJ丁呃udpuoMon1J77=1_iqt Iudp幻燈片64幻燈片65已知沉速小于Ui的顆粒數(shù)占全體顆粒數(shù)的比值為Pi,該比值亦即沉速小于Ui的那部分顆粒的殘留量ci與co之比。，Pi=ci/cO以Pi對ui作圖(參見楊式參考書P43圖5-1或上頁圖示)，即可得出P=f(u)的函數(shù)關(guān)系圖。顯然， 即為陰影部分的面積?！咐?1(略講，可參考楊式參考書P43例5-1)：J四姝沉淀管中進(jìn)行靜止沉淀試驗(yàn)，取樣高度為1.2m,所得數(shù)據(jù)如下表3-1所示。(1)試求截留沉淀速度選用u0=2.5mm/s時(shí)的總沉淀效率；(2)若要求該廢水懸浮物去除率250%,試問沉淀池表面水力負(fù)荷宜設(shè)計(jì)為多大？1p，o77—1—Pq~\ Iudp心”），1 1 1（）j7/—1-H Iudp

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