悬浮颗粒在静水中的沉淀.ppt

第五章 沉淀 第五章 沉淀 第一节 悬浮颗粒在静水中的沉淀 第二节 理想沉淀池的沉淀原理 第三节 沉淀池 第四节 沉沙池 第五节 澄清池 第一节 悬浮颗粒在静水中沉淀 1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮 力、摩擦阻力三种力的作用。颗粒下沉的速度可得自牛顿 第二定律： （一）颗粒在水中的重力为： F1=1/6 d3（ p- l） g u颗粒下沉速度； m颗粒质量； t时间。 p 颗粒的密度； d颗粒直径； （二）颗粒受到的阻力为： 与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2lu2有关。 1水的密度。 CD阻力系数 A颗粒在运动方向垂直 面上的投影面积 沉速基本公式 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随 着u增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。 du/dt=0 不同水流流态下的沉速公式 （1）层流下的Stokes公式（Re1） （2）紊流下的沉速公式（ 1000Re25000 ） （3）过渡区的Allen公式 2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 第二节 理想沉淀池的沉淀原理 符合以下三个假定 1.颗粒处于自由沉淀状态。 即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不在凝聚和破碎， 颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变。 2.水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等。 在流动过程中，v始终不变。 3.颗粒沉到池底即认为已被去除。 一、理想沉淀池 进水区 出水区沉淀区 污泥区 A m v u0 u0 v 出水 理想沉淀池 (1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只与沉淀池的 表面负荷有关，与其他因素无关。 (2)混凝效果与沉淀效果的关系：混凝效果好，则ui大，沉淀效 果好。 (3)浅池理论：当颗粒沉速一定，有效溶容积一定时，池身些， 则明表面积大，去除率高。 具有沉速ui（ ui 10-5 改善水流状况：降低Re，提高Fr 减小水力半径R R R （2）凝聚作用的影响 池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。 实际沉淀池偏离理想沉淀池。 第三节 沉淀池 1.沉淀池的类型 （1）平流式沉淀池 （2）斜板（管）沉淀池 （3）辐流式沉淀池 （4）竖流式沉淀池 2.平流沉淀池 出水区进水区沉淀区 存泥区 出水 出 水 集 水 堰 桁车式吸泥机 平流沉淀池设计计算 控制指标： 停留时间 T 表面负荷 Q/A 在混凝沉淀池中，絮凝体的u0与混水的混凝反应有关，其值 实际上不易测定，所以沉淀池q一般都选取经验值。 但在实际沉淀池中，由于存在许多影响沉淀效果的不利因 素，只能选取比u0低的q 值。 （1）按表面负荷率 计算 在理想沉淀池 中，可取q=u0以计算沉淀 池A。 =1.21.5 qu0 q = u0 / q小，建筑费用高，但混凝剂投加量较小，运行费用降低了。 相反， q大，建筑费用小，但混凝剂投加量较大，运行 费用增高了，所以q的选定应根据条件相似的沉淀池通过 技术经济原则来确定，一般混凝沉淀池的表面负荷： q=0.350.6 mm/s 或 3050 m /日.米2 在东北地区水温低，水的混凝性能较差，易选取低值，在南 方可适当提高。 3 沉淀池长： L=3.6vT v水平流速 mm/s; T沉淀时间 （小时）一般13小时（低温低浊 水采用高值）； 沉淀池宽度： （2）按照停留时间计算 V=QT V沉淀池容积（M ）； Q产水量（m /h）； T停留时间（小时）。 根据选定的水深H，计算宽度B。 L=3.6vT 3 3 沉淀池尺寸确定后，可以复合沉淀池中水流的稳定 性，使费劳德数Fr控制在 110-4 110-5 。 平流沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中变水 头放空容器公式计算： d排泥管直径（m）； B池宽（m）； L池长（m）； H池深（m）； T放空时间（S）。 沉淀池的出水渠采用薄壁溢流堰，渠道断面多采用矩形， 当渠道底坡宽度为0时，渠道底坡水深H可根据下式计算： Q沉淀池流量（m /s）； g重力加速度（m /s）； B渠道宽度（m）。 3 3 异向流斜管沉淀池 3. 斜板斜管沉淀池 一、斜板与斜管沉淀池的特点 按照理想沉淀池的理论，可知 沉淀效率为： 设原有沉淀池的长度为 L，高度为 H ，如果将沉淀池分为四 层，则每层高度为 H/4。 设水平流速v和沉速u0不变，则分层后的沉降迹现坡 度不变，从图上可以看出，沉淀池的长度可以缩小L/4。 如仍保持原来的沉淀效率，则沉淀池的体积可以缩小 1/4。 设沉淀池长度L不变，从图上可见，v可以增加到4 v 。即分层后的流量可增加至4倍。 分层后的沉淀效率 E增加到原有的E四倍。 颗粒的沉速ui和流量Q不变，由于沉淀池分层后沉淀面 积增加4倍，从下式可以看出： 为解决好排泥问题，可以用四层斜板代替水平隔板，同 样增加沉淀效率4倍。 由上述可见，在保证同样的产水量，同样的效率的条件 下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地缩小沉淀池的容积， 使建筑费用大大地降低。 但由于保持了相同的截流沉速u0 ，所以仍具有与平流 沉淀池相同的沉淀效率。 因此，多层沉淀池与平流沉淀池相比，是一种高效能 的沉淀构筑物，沉淀距离的减小，从而缩短了沉淀池的长度 和沉淀时间。 斜板、斜管沉淀池，R大大地减小了，Re大大地降低了； Fr大大地增大，水流稳定； 处于层流状态，从而提高了沉淀效率。 斜板、斜管沉淀池由一系列倾斜的薄板组成，斜板斜管沉淀 池按水流方向分为：上向流、平向流、下向流三种。 Q/A为斜板、斜管的表面负荷率。因此，水力特征参数 可以理解为：斜板斜管的截流速度与其表面负荷率之比。 综上所述，讨论斜板、斜管沉淀池水力特征参数的依据是 ：1.水流在斜板（斜管）中的流态为层流； 2.斜板（斜管）内纵向流速，随着板间（管内）断面上 不同位置而变化。 3.颗粒为分散性非絮凝颗粒，颗粒沉降速度不变。 二、斜板斜管沉淀池设计计算 1.上项流斜板、斜管沉淀池 进水方向有三种： 第一种不理想，在转弯处直冲斜板中的沉泥，不利沉 泥下滑。第二、三种方向进水较好，在实际中应用较多。 2.整流配水装置 为了能使水流均匀地进入斜管下的配水区，絮凝池一般应 考率整流措施。 .采用缝隙栅条配水，缝隙前狭后宽； 采用穿空墙，配水孔v0.15m/s，（应不大于絮 凝池出口流速）； 3.倾斜角 越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高； 越大，排泥容易 根据生产经验，为使排泥通畅。52 60，一般常 取60。 4.斜管长度 L 斜管长度大则沉淀效果好。 试验证明在斜管进口一段距离内，泥水混杂，水流 紊乱，污泥浓缩也较大，此段称为过度段或紊流段. 该段以上便看出泥水分离，此段称为分离段。 过渡段的长度随管中上升流速而异，该段泥水虽然 混杂，但 由于浓度较大，反而有利于接触絮凝，从而有 利于分离段的泥水分离。 斜板的实际长度L=过渡段长度L0+分离段长度Lt 过渡段长度一般估计约200mm. 斜板过长会增加造价，而沉淀效率的提高有限，有 分离段上部出现一段较长的清水段，并未利用。 目前长度多采用8001000mm。 5.斜板的板距，斜管的管径d及端面形状 斜板的板距从沉效率考虑，越小越高 ，但从施工、安装、排泥考虑，不宜太小 。 d=50150mm, 常取100mm； 斜管管径 d=2540mm,（多边形内切 圆直角），端面形状，多采用正六角形。 实际应用中，采用斜管较多。 d 其它沉淀池 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池 在给水处理中的应用： 预沉 第四节 沉砂池 1 平流沉砂池 2 曝气沉砂池 第五节 澄清池 泥渣为什么有净水作用 由于混凝剂混凝浑水后新生成的 泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能 继续吸附和粘附水中的悬浊物质，所以 有净水作用。 泥渣具有疏松的结构和很大的表 面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表 面上进行（接触凝聚）要比在水中进行 （自由凝聚）强的多，所以也提高了混 凝效果。 悬浮泥渣层具有很高的浓 度（从数百到数千mg/l）,能大大地增 加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒 的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速 度，试验表明，当上升提高1mg/l左 右时，仍能获得良好的出水水质。这个 流速值较沉淀池提高了约1倍。 一、泥渣净水的作用 二、澄清池的分类 澄清池的种类和形式很多，基本上可分为两大类： 泥渣悬浮型澄清池 加药后的原水向上通过处于悬浮状态的泥渣层，水中杂质有充 分的机会与结构较密的泥渣碰撞凝聚，这样就大大地提高了颗粒的沉 速，从而可以提高水流上升流速或产水量。 泥渣循环型澄清池 泥渣在垂直方向上不断地循环，在泥渣循环的过程中，主动积极 地来扑捉水中的杂质，进行接触絮凝作用，使杂质从水中分离出来， 泥渣在循环过程中不断地壮大自己，因此，本身流速不断提高，从而 提高沉淀效率。 泥渣悬浮澄清池 原水由进水管进入 进水室，由真空泵造成 的真空而使进水室的水 位上升，此为冲水过程 。 当水面达到进水 室最高水位时，进气阀 开启，进水室通大气， 这时进水室内水位迅速 下降，向澄清池放水， 此为放水过程。 （一）脉冲澄清池 多余的泥渣进入泥渣浓 缩室沉淀浓缩后，定期排出 。 脉冲发生器有多种形式 ，设备复杂、噪音大。澄清 池 在进水室与池内水为差的作用下，上升流速突然增大，悬浮泥渣层 相应地膨胀。 竖井充水时，这时进入池内的水量减少，上升流速降低，悬浮泥渣 层便彻底地收缩，由于充水和放水交替地进行，使悬浮泥渣层交替地上 升（膨胀）和下降（收缩）的运动，故称为脉冲澄清池。 （二）悬浮澄清池 加过药剂的原水经过气水分 离器后，从穿孔配水管进入澄清 池室，由下向上穿过悬浮泥渣层 中进行絮凝和沉淀。 在泥渣悬浮层中上升流 速恰好使颗粒受到的阻力与 其在水中的重力相等（处于 动力平衡状态），使泥渣颗 粒处于悬浮状态。 随着原水不断通过，处 于动力平衡状态的泥渣颗粒 逐渐累积，当浓度达到一定 程度（约数千毫克/升），泥 渣悬浮层即形成。 泥渣循环型澄清池 主要由第一、第二反 应室和分离室组成，加过药 剂的原水在第一、第二反应 室与高浓度的回流泥渣相接 触，达到较好的絮凝效果， 结成大而重的絮凝体，在分 离室中进行分离。 泥渣的循环回流用机械 抽升，故称机械加速澄清池 。 （一）机械加速澄清池 第一反应室 第二反应室 原水进入环型三角配水槽，通过缝隙均匀流入第一反应室，因原 水中可能含有气体，汇集在三角槽顶部故应安装透气管，加药地点可在 进水管、三角配水槽，也可数处同时加注药剂，由实验决定。 在清水分离区中，由于沉淀面积很大，上升流速很小， 悬浮泥渣不断下沉，分离出来的清水经清水保护层汇集于上 部集水槽，引出池外。 下沉的泥渣随水往下又回流至第一反应室，在清水 分离区内设有泥渣浓缩室，用以收集多余的泥渣，泥渣经浓 缩后，定期排除池外。 第一反应室搅拌设备的作用是，提升叶轮将泥渣提升至第 二反应室，循环利用，搅拌浆使第一反应室的泥渣循环流 动并与进水进行混合和反应。 提升叶轮和搅拌浆安装在同一轴上，宜采用无级变 速电动机驱动或用普通电动机通过变速装置带动搅拌设备 。 加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬浮泥渣， 驱使泥渣回流，所以它具有较好的调节性能（泥渣浓度、 搅拌速度、泥渣循环量）。 特点： 1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较好； 2、它需要设置变速电动机和减速装置等机电设备 ，结构较复杂。 （二）水力循环澄清池 原水从池底进入，先经 喷嘴高速喷入喉管，在喉管 下部的喇叭口附近造成真空 而系入回流泥渣。 原水与回流泥渣在喉管 中剧烈混合后，被送入第一 反应室和第二反应室。 从第二反应室流出的泥 水混合液，在分离室中进行 泥水分离，清水向上汇集于 上部集水槽，下流的泥渣随 水流回流至喷嘴，多余的泥 渣进入泥渣浓缩室，如此周 而复始。 原水流量与泥渣回流量之比一般为1：31：4。 喉管和喇叭口的高低可用池顶的升降阀调节，以调整喷嘴与喉管的间距，借 以控制回流泥渣量。 第一 第二 特点： 在清水分离区的上升流速是一个