矿业环境工程五

1、第五章第五章 废水处理方法废水处理方法第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 一、沉淀原理与分类一、沉淀原理与分类 1、原理、原理 利用颗粒与水的密度之差，比重利用颗粒与水的密度之差，比重11，下沉，下沉 比重比重11，上浮，上浮 沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除+100um+100um颗粒颗粒 给水处理给水处理混凝沉淀，高浊预沉混凝沉淀，高浊预沉 废水处理废水处理沉砂池（去除无机物）沉砂池（去除无机物） 初沉池（去除悬浮有机物）初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离）二沉池（活性污泥与水分离） 2. 沉降过程分类沉降过程分类 自由沉降自

2、由沉降 絮凝沉降絮凝沉降 干涉沉降干涉沉降 压缩沉降压缩沉降 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 一、沉淀原理与分类一、沉淀原理与分类 自由沉降自由沉降：离散颗粒、在沉降过程中：离散颗粒、在沉降过程中沉速不变沉速不变 （沉砂池、初沉池前期）（沉砂池、初沉池前期） 絮凝沉降絮凝沉降：絮凝性颗粒，在沉降过程中：絮凝性颗粒，在沉降过程中沉速增加沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀） 干涉沉降干涉沉降：颗粒浓度大，相互间发生干扰，：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层分层 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池）（高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 压缩沉降压缩沉降：颗

3、粒间相互挤压颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒，下层颗粒间的水在上层颗粒 的重力下挤出，污泥得到浓缩。的重力下挤出，污泥得到浓缩。四种沉降的特征四种沉降的特征通过沉淀设备除去水中的颗粒物，达到要求的除去率，颗粒的沉速很关键。通过沉淀设备除去水中的颗粒物，达到要求的除去率，颗粒的沉速很关键。1.自由沉降末速公式自由沉降末速公式 二二. 自由沉降自由沉降第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 2.自由沉降速度的分布自由沉降速度的分布颗粒沉降实验颗粒沉降实验 实验测出某一沉降高度下，不同实验测出某一沉降高度下，不同 的沉降时间时样品的悬浮物含的沉降时间时样品的悬浮物含 量，作量，作 出沉降速度的分

4、布曲线出沉降速度的分布曲线 二二. 自由沉降自由沉降第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 自由沉降速度的分布：自由沉降速度的分布： Ci/C0 沉降末速沉降末速u uh/t h/t 的的 悬浮粒子的重量分数悬浮粒子的重量分数， 1-Ci/C0 已沉降的悬浮粒子已沉降的悬浮粒子 的重量分数的重量分数在在t0 时，时， u u0 的颗粒全部去除的颗粒全部去除 uu0 的颗粒部分去除的颗粒部分去除 二二. 自由沉降自由沉降第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 3. 理想沉淀池理想沉淀池 假设：颗粒为自由沉淀（假设：颗粒为自由沉淀（沉降末速沉降末速ui 恒定恒定） 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等

5、。水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。 颗粒到底就被去除。颗粒到底就被去除。 理想沉降条件下，颗粒的运动轨迹为直线理想沉降条件下，颗粒的运动轨迹为直线 若：若： 沉淀池的宽沉淀池的宽B B、长、长L L、面积、面积A A、水深、水深H H ， 单位时间的給水量单位时间的給水量Q Q ，水在池内的平均停留时间，水在池内的平均停留时间 t t0 0 有：有： 沉速为沉速为 u0 的颗粒从池顶沉入池底的颗粒从池顶沉入池底 当当 ui u0 ，粒子全部沉降；，粒子全部沉降； uiu0，粒子部分沉降，沉降部分比率为，粒子部分沉降，沉降部分比率为ui/ u0 （hi/H = uit0/(u0t0)

6、= ui/u0） 3. 理想沉淀池理想沉淀池故：悬浮物在理想沉淀池中的总沉降效率为故：悬浮物在理想沉淀池中的总沉降效率为 上升流式的沉淀池中，颗粒的沉降末速小于上升水流速u0者，将随水全部流出，则上升流式的沉淀池中的沉降效率：XT=1-X0, 平流式沉淀池的实际停留时间只有理论值的40-60%，因此，实际应用时积分项可以忽略不计。 t0=H/u0 , Qt0=B L H=A H 则有：则有： u0=Q/A 面积负荷面积负荷q 由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。

7、其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。(Hazen (Hazen 理论理论,1904,1904年）年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。 从上式反映以下两个问题：从上式反映以下两个问题： 1 1）除去率一定，）除去率一定，u ui i越大，表面负荷越大。越大，表面负荷越大。u ui i与混凝效果有关，与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。应重视加强混凝工艺。 2 2）增大）增大A A， u ui i一定时可以增加产水量一定时可以增加产水量Q Q， Q Q一定则增大除去率。一定则增大除去率。当容积一定时，增加当容积一定时，增加A A，可以降低水深，可以降低水深

8、“浅层理论浅层理论”。 二二. 自由沉降自由沉降第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 三、絮凝沉降三、絮凝沉降 1、特点、特点 在沉降过程中，颗粒变大，沉速变化，在沉降过程中，颗粒变大，沉速变化，没有恒定的沉降末速，没有恒定的沉降末速，颗粒的沉降轨迹是曲线颗粒的沉降轨迹是曲线。 悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。 无理论公式描述，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。无理论公式描述，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。 有效沉降速度用试验得到的等去除率曲线求得有效沉降速度用试验得到的等去除率曲线求得ui=

9、hi/t i 2、沉降实验与颗粒去除率沉降实验与颗粒去除率 沉淀柱高度实际沉淀池深度沉淀柱高度实际沉淀池深度 1）在时间）在时间ti，不同深度测，不同深度测Ci2) 计算各深度处的颗粒去除百分率：计算各深度处的颗粒去除百分率： P 100%*( C0-Ci)/C03）绘制去除百分率等值线）绘制去除百分率等值线4）计算颗粒去除率）计算颗粒去除率 三、三、絮凝沉降絮凝沉降 第二节第二节沉淀与澄清沉淀与澄清 利用等除去率曲线计算静止态沉淀池一定时刻、一定深度的固体颗粒等除去率曲线计算静止态沉淀池一定时刻、一定深度的固体颗粒的除去率的除去率： 例例：在时刻t2、深度h5，固体颗粒的除去率为： P= (

10、h1/h5 ) (R1+R2)/2+ (h2/h5 ) (R2+R3)/2+ (h3/h5 )(R3+R4)/2 +(h4/h5 ) (R4+R5)/23、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系 要求一定的去除率要求一定的去除率- - 设计停留时间和表面负荷设计停留时间和表面负荷 假定不同的水力停留时间假定不同的水力停留时间t-t-计算总去除率计算总去除率 P P 得出相应的表面负荷得出相应的表面负荷 q q 绘制三者之间的关系曲线绘制三者之间的关系曲线 注意：曲线与水深有关。注意：曲线与水深有关。停留时间表面负荷沉淀效率第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄

11、清 四、四、干涉沉降和压缩沉降干涉沉降和压缩沉降 1、特点、特点 发生在悬浮物浓度较高的情况发生在悬浮物浓度较高的情况 分层沉淀，分现出4个区：A：清水区B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻沉降层 颗粒沉速等于11界面（清水浑水交接面）沉降速度，等速下降（Vs）C：变浓度区 浓度由小变大D：压实区 颗粒沉速从大小 悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程界面（22面）以一定速度上升第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 四、四、干涉沉降和压缩沉降干涉沉降和压缩沉降 1、特点、特点沉淀开始，11面下降，22面上升当ttc时，11面和22面相遇时，临界沉降点当再延长沉降时间，污泥层就会发生压实

12、。分区的条件：最大颗粒粒径/最小颗粒粒径2-3g/L） 活性污泥1g/L 高浓度泥沙5g/L 2. 沉降曲线与沉降速度沉降曲线与沉降速度BCBC：直线段，干涉（界面）沉降段：直线段，干涉（界面）沉降段CDCD：凹线段，界面沉降和压缩沉降的过渡段：凹线段，界面沉降和压缩沉降的过渡段D D点以后：压缩沉降阶段点以后：压缩沉降阶段BOCBOC中，浓度和沉降速度均为常数，分别等于在中，浓度和沉降速度均为常数，分别等于在B B点的初始值；点的初始值；CODCOD中，等浓度曲线为通过原点的直线中，等浓度曲线为通过原点的直线OCOC、OMOM及及ODOD等。等。在时间在时间t1厚度为厚度为t1b的污泥中可分

13、成三个区域：的污泥中可分成三个区域： 顶部区顶部区bc，这里浓度和沉降速度是均匀的，并保持其初，这里浓度和沉降速度是均匀的，并保持其初Co和和u0; 中间区中间区cd，这里浓度由，这里浓度由c逐渐增加到逐渐增加到d，因而沉降速度降低，因而沉降速度降低 低部区低部区dt1，这里污泥絮凝颗粒互相接触并受到压缩。，这里污泥絮凝颗粒互相接触并受到压缩。 在上述介质中，顶部区在时间在上述介质中，顶部区在时间t2消失，在时间消失，在时间t4则只剩下底部区。则只剩下底部区。 四、四、干涉沉降和压缩沉降干涉沉降和压缩沉降 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 2. 沉降曲线与沉降曲线与沉降速度沉降速度 曲线上任

14、意曲线上任意M点的浓度：点的浓度： 作作MM点的切线与纵轴交于点的切线与纵轴交于H Hi i，用深用深 度度h hi i，可计算，可计算MM点界面处的浓度点界面处的浓度C Ci i Ci=C0h0/hi 曲线上任意曲线上任意M点的沉降速度：点的沉降速度： 由曲线的斜率可以求得由曲线的斜率可以求得 ui=dh/dt ( MHi 的斜率的斜率 ) Hi第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 四、四、干涉沉降和压缩沉降干涉沉降和压缩沉降 1、表面积的确定、表面积的确定 （1）以澄清为目的的沉淀池的表面积以澄清为目的的沉淀池的表面积A A=Q/u0 Q 单位时间给入的废水量单位时间给入的废水量 u u0

15、0面积负荷，面积负荷，根据除去率的要求，根据除去率的要求，用用StokesStokes公式计算或用速度分布公式计算或用速度分布 试验实际测定试验实际测定 对絮凝沉降必须用试验测定有效沉降速度对絮凝沉降必须用试验测定有效沉降速度u u0 0 五、五、沉降池和澄清池的一般设计原则沉降池和澄清池的一般设计原则第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 1、表面积的确定、表面积的确定 （2）以浓缩为目的的沉淀池的表面积以浓缩为目的的沉淀池的表面积A 五、沉降池和澄清池的一般设计原则五、沉降池和澄清池的一般设计原则第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清Hi1、表面积的确定、表面积的确定 （3） 以澄清和浓缩为目的的

16、沉淀池的表面积以澄清和浓缩为目的的沉淀池的表面积A 按公式按公式 A=Q/uA=Q/u0 0 公式公式 A=QA=Qf ft tu u/h/h0 0 分别计算所需的表面积后，取大值。分别计算所需的表面积后，取大值。 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清五、沉降池和澄清池的一般设计原则五、沉降池和澄清池的一般设计原则 2、沉淀池形状的确定、沉淀池形状的确定 有圆形和矩形两种有圆形和矩形两种 水深：水深：2.5-3.5m 圆直径：多在圆直径：多在50m50m内，也可达内，也可达100m100m 长宽比：长长宽比：长: :宽宽=(3-5):1=(3-5):1， 泥渣斗最小泥渣斗最小30cm30cm 3

17、 3、面积负荷、面积负荷 城市生活污水、初次沉淀池，面积城市生活污水、初次沉淀池，面积 负荷设计标准负荷设计标准 40m40m3 3/m/m2 2d d 工业废水，面积负荷由试验确定。如表。工业废水，面积负荷由试验确定。如表。五、沉降池和澄清池的一般设计原则五、沉降池和澄清池的一般设计原则第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清 分为：分为： 沉砂池、沉砂池、 沉淀池、沉淀池、 澄清池澄清池 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清六、沉降设备沉降设备第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清六、沉降设备沉降设备1、沉砂池、沉砂池 第二节第二节 沉淀与澄清沉淀与澄清六、沉降设备沉降设备1、沉砂池、沉砂池六、沉降设

18、备沉降设备2、沉淀池、沉淀池 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池进水区进水区 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池进水区进水区 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池沉淀区沉淀区水流速度的控制也很重要水流速度的控制也很重要 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池出水区出水区 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池出水区出水区 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池污泥区污泥区 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池缓冲区缓冲区（2 2）竖流沉淀池）竖流沉淀池 六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池（2 2）竖流沉淀池）竖流沉淀池 六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池（2 2）竖流沉淀池）竖流沉淀池 六、沉降设备沉降设备2、沉淀池、沉淀池竖流沉淀池的特点竖流沉淀池的特点（3）辐流式沉淀池）辐流式沉淀池2、