沉淀基础理论ppt课件

1、1重力沉淀法重力沉淀法第一节第一节 沉降过程的基本理论沉降过程的基本理论2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。 沉淀处理工艺的四种用法 沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物 初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷 二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。 污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。3沉淀去除的对象及构筑物沉淀去除的对象及构筑物 砂粒砂粒 化学沉淀化学沉淀 混凝絮体混凝絮体 生物污泥生物污泥 污泥浓缩

2、污泥浓缩 沉砂池沉砂池浓缩池浓缩池沉淀池沉淀池4567位置位置 A A、作为处理系统的主体；、作为处理系统的主体； B B、工艺流程主体处理单元之前、工艺流程主体处理单元之前预处理；预处理； C C、工艺流程主体处理单元之后；、工艺流程主体处理单元之后； D D、污泥处置。、污泥处置。（1 1）城市污水处理工艺）城市污水处理工艺: :污污水水格格栅栅沉沉砂砂池池初初沉沉池池好好氧氧二二沉沉池池排排水水浓浓缩缩池池消消化化污污水水格格栅栅沉沉砂砂池池初初沉沉池池好好氧氧二二沉沉池池排排水水浓浓缩缩池池消消化化8（2 2）高浓度有机废水处理工艺）高浓度有机废水处理工艺: :废水废水沉淀沉淀调节池调

3、节池厌氧厌氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水浓缩池浓缩池脱水脱水废水废水沉淀沉淀调节池调节池厌氧厌氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水浓缩池浓缩池脱水脱水（3 3）含铬废水处理工艺：）含铬废水处理工艺：药剂药剂废水废水混合反应池混合反应池沉淀池沉淀池排水排水浓缩池浓缩池脱水脱水药剂药剂废水废水混合反应池混合反应池沉淀池沉淀池排水排水浓缩池浓缩池脱水脱水9第一节第一节 沉降过程的基本理论沉降过程的基本理论10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

4、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。絮凝沉淀区域沉淀或 成层沉淀压缩沉淀悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉将受到周围其它颗粒的影响，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，互相支承，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。11

5、沉砂池沉砂池二沉池污泥斗二沉池污泥斗; ;浓缩池浓缩池二次沉淀池与污泥浓缩池二次沉淀池与污泥浓缩池化学絮凝沉淀化学絮凝沉淀12一自由沉降 1.斯托克斯公式分 析 的 假 定沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等 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，颗粒即成 等速下沉。 13悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力 重力大于浮力时，下沉； 重力等于浮力时，相对静止； 重力小于浮力时，上浮。 配图说明14悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析321FFFdtdum式

6、中，式中，uu颗粒沉速，颗粒沉速，m/s;m/s;mm颗粒质量；颗粒质量；tt沉淀时间，沉淀时间，s s；F1F1颗粒重力；颗粒重力；F2F2颗粒浮力；颗粒浮力；F3F3下沉过程中受到的摩擦力；下沉过程中受到的摩擦力；应用范围：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒不变化；只受重力影响。应用范围：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒不变化；只受重力影响。15ggdF613ygdF6232248322222uCAudCudCFyyyC阻力系数，球形颗粒周围液体绕流雷诺数的函数，由于污水中颗粒直径较小，沉速不大，绕流处于层流状态，可用层流阻力系数公式Re24CyduRe悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析16

7、2134dCguyyg218gduyg该公式即斯托克斯公式即斯托克斯公式321FFFdtdum246)(223udCdgdtdumyyg悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析17由上式可知，颗粒沉降速度uS与下述因素有关： 当当g大于大于y时，时，S-L为正值，颗粒以为正值，颗粒以u uS下沉；下沉； 当当S与与L相等时，相等时，u uS=0=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除； S小于小于L时，时，S-L为负值，颗粒以为负值，颗粒以u uS上浮，可用浮上法去除。上浮，可用浮上法去除。 u uS与颗粒直径与颗粒直径d d的平

8、方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮的平方成正比，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。速度），提高去除效果。 u uS与与成反比，成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。大。218gduyg斯托克斯公式斯托克斯公式18 (1) 实验目的实验目的 实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形状各异，密度也有差异。实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形状各异，密度也有差异。 通过沉淀试验：通过沉淀试验： 了解废水中悬浮物的沉淀特点；了解废水中悬浮物的沉淀特点； 为工程设计提供参数。为工程设计提

9、供参数。2 2、自由沉淀实验、自由沉淀实验19自由沉降试验所用的沉降柱自由沉降试验所用的沉降柱(settling column)示意图示意图 每次试验用每次试验用57个相相同的沉降柱个相相同的沉降柱溢流口溢流口取样口取样口20H取样口沉降柱沉降柱 (2) 实验方法实验方法实验编号实验编号: 1 2 3: 1 2 3n n原水浓度：原水浓度：C C0 0 C C0 0 C C0 0C C0 0有效水深：有效水深：H H HH H HH H取样时间：取样时间：t t1 1 t t2 2 t t3 3t tn n取样浓度：取样浓度：C C1 1 C C2 2 C C3 3C Cn nC Ci i/C

10、/C0 0= = X Xi i X X1 1 X X2 2 X X3 3X Xn n H/tH/ti i=u=ui i u u1 1 u u2 2 u u3 3u un n 颗粒沉降到取样口被认为去除；颗粒沉降到取样口被认为去除； 沉降速度沉降速度u u：在指定时间：在指定时间t t内，能从液面恰好内，能从液面恰好沉到水深沉到水深H H处最小颗粒的沉速。处最小颗粒的沉速。u=H/tu=H/t X Xi i表示沉速表示沉速u uu ui i的颗粒浓度与原的颗粒浓度与原始浓度的比值始浓度的比值沉速uuuxdxxxx+dxx1-x沉速u 的颗粒与全部颗粒的重量比X悬浮污沉淀累积分布曲线21给定的沉降

11、时间给定的沉降时间t内：内： 对于对于0的颗粒全部除去的颗粒全部除去 对于对于0的颗粒可被部分去除。的颗粒可被部分去除。p0 1-p0 给定的沉降时间给定的沉降时间t内：内： 对于对于dd0的颗粒全部除去的颗粒全部除去 对于对于dd0的颗粒可被部分去除。的颗粒可被部分去除。p0 1-p0 ？：对于？：对于0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？(3) (3) 沉淀效率计算沉淀效率计算22 H H h h23 0的颗粒中，的颗粒中，di di + dd范围内颗粒所占范围内颗粒所占SS总量的百分率用总量的百分率用dp表示。表示。对于对于 0

12、的颗粒，其中可去除部的颗粒，其中可去除部分所占比例为：分所占比例为：0/tHthHh则在则在di di + dd范围内能被去除部分颗粒占范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：总量的百分率为：dp0对于全部对于全部0颗粒群体，可去除部分为：颗粒群体，可去除部分为：dpp00 024dxuuxEx00001）（沉 速 uuuxdxxxx+dxx1-x沉 速 u 的 颗粒 与 全 部 颗 粒的 重 量 比X250部分颗粒所占百分率为部分颗粒所占百分率为1 p0 则，总沉降效率为则，总沉降效率为ET ： dpuupEpT00 00)1 ( 在在t0时间内，各种颗粒沉淀的总去除率为：时间内，各种颗

13、粒沉淀的总去除率为： 26020406080100306090120 150E(%)t(min)0200.05604080E(%)1000.10.20.15图 自由沉淀型沉降曲线u0(mm/s) 根据计算结果，可绘制根据计算结果，可绘制E-tE-t和和E-uE-u0 0关系曲线，称为关系曲线，称为沉降特性曲线沉降特性曲线27 例题：例题：某废水静止沉淀试验，有效水深为某废水静止沉淀试验，有效水深为1.2m1.2m，c c代表沉降时间代表沉降时间t t时取样时取样中所含的悬浮物浓度，中所含的悬浮物浓度，C C0 0代表起始悬浮物浓度。代表起始悬浮物浓度。 求：沉速为求：沉速为3cm/min3cm

14、/min时悬浮颗粒的去除百分率。时悬浮颗粒的去除百分率。 28解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：时间t(min)01530456090180u=H/t（cm/min）842.6721.330.67以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：已知：时间t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.0629 当u0=3cm/min时，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0=0.67，积分式可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，其值为： 00 xudx 0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =

15、1.07故沉速为3cm/min时，总去除率为： E=（1-0.67）+1/31.07=0.69u(cm/min)30 小结：小结： 1、基本概念基本概念 重力沉降重力沉降 2、重点重点 基本概念基本概念 沉降试验和沉降曲线沉降试验和沉降曲线 3、难点难点 图解积分法计算图解积分法计算ET 31二、絮凝沉降试验及沉降曲线二、絮凝沉降试验及沉降曲线 絮凝沉降的特点：颗粒的形状颗粒的形状d、在沉降过程中改变；、在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。非线性变化。u随随d 而增大。而增大。321.絮凝沉降试验絮凝沉降试验

16、 装置：装置：140150mm H=2.02.5m 45个取样口，间距个取样口，间距500mm 取样：取样：C0由由t=0时中间取样口采集时中间取样口采集t1、t2、ti、tn时，同时从各取样口取水样（两份，时，同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度浓度C1、C2、Ci、Cn。 绘图：绘图：例如：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算时间序列同时取样，并计算Et。 33沉降时间，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降时间，t(

17、min)102030405060Et- -t 曲线曲线SS等去除率曲线等去除率曲线Et1.0m34不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系0 01010202030304040505060607070808090900 010102020303040405050606070708080时间t(min)时间t(min)悬浮物去除率E()悬浮物去除率E()0.6m0.6m1.2m1.2m1.8m1.8m18.030.039.035不同水深处去除率与沉降时间的关系数据不同水深处去除率与沉降时间的关系数据表观去除率表观去除率/%不同水深达到去除率所需的时间不同水深达

18、到去除率所需的时间/min0.6m1.2 m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57555.075.087.536等去除率曲线（等去除率曲线（equal pecent removal curve）绘制过程示意图）绘制过程示意图然后以沉降时间为横坐标，然后以沉降时间为横坐标，水深为纵坐标，绘出各点。水深为纵坐标，绘出各点。 再把去除率相等的点用线连接再把去除率相等的点用线连接起来，即可得到等去除率曲线。起来，即可得到等去除率曲线。水深水深0.6m,

19、 去除率去除率10%，2.5min水深水深1.2m, 去除率去除率10%，5.0min水深1.8m,去除率20%，14.5min水深1.2m,去除率40%，18.0min沉降时间/min37o 絮凝沉淀颗粒去除率按下式计算：o 式中：E沉降高度为H、沉降时间为T时沉淀柱中颗粒的总去除率； o ET沉降时间为T时，沉降高度H处颗粒的去除率； o H沉淀高度（0、H3、H2、H1、H0），由水面向下量测； o h沉淀时间T对应各等效率曲线间中点的高度（h1、h2.hn）。 )()()(112211nTEnTTTTTEEHhEEHhEEHhEEnT38计算沉降时间t=45min时悬浮物的总去除率E。

20、 o =0.15(1-0.8)+0.4(0.8-0.75)+0.84(0.75-0.6)+1.6(0.6-0.45)/2.0+0.45o =0.658=65.8%0.82.0010201.61.20.4水深(m)0403050时间(min)6080%40%45%30%60%75%5544433322211)()()()(EEEHhEEHhEEHhEEHhE39三三、成层沉降和压缩沉降沉降面积的确定、成层沉降和压缩沉降沉降面积的确定1 1）成层沉降和压缩沉降过程分析）成层沉降和压缩沉降过程分析 成层沉降和压缩沉降过程可用下图表示：成层沉降和压缩沉降过程可用下图表示： o 40试验方法：试验方法：

21、 o试验可用试验可用1000 mL量筒进行。量筒进行。 o把事先标好刻度的量筒中加入一定体积的待试验的水样，同时以把事先标好刻度的量筒中加入一定体积的待试验的水样，同时以5 r/min的速度搅拌，目的是防止沉降过程中可能发生的层叠现象。的速度搅拌，目的是防止沉降过程中可能发生的层叠现象。 o沉降开始后，按一定的时间间隔记录界面沉降开始后，按一定的时间间隔记录界面1的高度，直到界面的高度基本的高度，直到界面的高度基本不变为止。不变为止。 o然后以沉降时间为横坐标，以界面高度为纵坐标作图，可得如下所示的然后以沉降时间为横坐标，以界面高度为纵坐标作图，可得如下所示的沉降曲线。沉降曲线。41成层沉降沉

22、降曲线成层沉降沉降曲线沉降时间（min)H0 42确定澄清所需的最小面积确定澄清所需的最小面积 o澄清所需的最小面积取决于界面澄清所需的最小面积取决于界面1到达临界浓度到达临界浓度c2以前的沉降速度以前的沉降速度uc。即。即在实际沉淀池的连续过程中，水流的上升速度不超过在实际沉淀池的连续过程中，水流的上升速度不超过uc才能得到澄清液。才能得到澄清液。o此时澄清所需要的最小面积可由下式计算此时澄清所需要的最小面积可由下式计算: AQ/uco式中：式中：A沉淀池的最小面积，沉淀池的最小面积，m2； uc界面的沉降速度，界面的沉降速度，m/s； Q废水的处理量废水的处理量m3/so可以把沉降曲线开始

23、为直线的部分延长与横坐标相交，交点为可以把沉降曲线开始为直线的部分延长与横坐标相交，交点为t0，即可得，即可得: ucH0/t043浓缩所需最小面积的确定：浓缩所需最小面积的确定：o浓缩所需的最小面积可由下式计算：浓缩所需的最小面积可由下式计算： AQtu/H0 式中：式中：tu是到达要求的浓度所需的沉降时间，其它为已知量，关键是求是到达要求的浓度所需的沉降时间，其它为已知量，关键是求tu，方法如下方法如下：（a）确定等于要求浓度）确定等于要求浓度cu时的界面高度时的界面高度Hu Hu=c0H0/cu（b）确定临界点：）确定临界点： o分别做成层沉降和压缩沉降曲线的切线，并延长使两切线相交，然

24、后做分别做成层沉降和压缩沉降曲线的切线，并延长使两切线相交，然后做两切线夹角的平分线，与沉降曲线相交，交点即是临界点。两切线夹角的平分线，与沉降曲线相交，交点即是临界点。（c）在纵坐标上找到）在纵坐标上找到Hu，过，过Hu做横坐标的平行线，过临界点做沉降曲线的做横坐标的平行线，过临界点做沉降曲线的切线，使两直线相交，交点为切线，使两直线相交，交点为E，过，过E点做横坐标的垂线与横坐标的交点点做横坐标的垂线与横坐标的交点即即tu。 44成层沉降沉降曲线成层沉降沉降曲线 沉降时间/minH0 t0 tuHu临界点AQtu/H045第二节第二节 理想沉淀池理想沉淀池46 沉淀区过水断面上各点的水流速

25、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。 1.理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池的几个假定：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：47入流区出流区污泥区理想沉淀池示意图理想沉淀池示意图 沉降线为未被去除颗粒；沉降线为未被去除颗粒； 为刚好为刚好100%去除颗粒；去除颗粒； 为可部分去除颗粒；为可部分去除颗粒； 为可全部去除颗粒。为可全部去除颗粒。482.2.颗粒的运动颗粒的运动水平水平垂直垂直水平方向水平方向: :水平流速水平流速v

26、v等于水流速度等于水流速度; ;垂直方向垂直方向: :沉速即颗粒的自由沉降速度沉速即颗粒的自由沉降速度u u。颗粒运动的轨迹为其水平分速颗粒运动的轨迹为其水平分速v v和沉速和沉速u u的矢量和，是一组倾斜的直线，其坡度为的矢量和，是一组倾斜的直线，其坡度为i=u/vi=u/v。49当颗粒沉速当颗粒沉速uuuu0 0时，无论这种颗粒处于时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即图被去除，即图a a中的迹线中的迹线xyxy与与xyxy。设设u u0 0为某一指定颗粒为某一指定颗粒d d0 0的最小沉降速度的最小沉降速度当颗粒沉速当颗粒沉速u1uu1u0 0时，位于水面的颗粒时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图不能沉到池底，会随水流出，如图b b中中x xyy；而当其位于水面下的