净水工程第6讲-07环境教案资料

第4章沉淀(chéndiàn)4.1杂质颗粒(kēlì)在静水中的沉降4.2平流式沉淀池4.3斜板与斜管沉淀池4.4澄清池第一页，共21页。4.1杂质(zázhì)颗粒在静水中的沉降4.1.1沉淀原理与分类4.1.2杂质颗粒在水中的自由沉降(chénjiàng)4.1.3杂质颗粒在水中的拥挤沉降(chénjiàng)第二页，共21页。4.1.1沉淀原理(yuánlǐ)与分类原理利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮(shànɡfú)沉淀处理对象：悬浮物质，主要用于去除100nm以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物）二沉池（活性污泥与水分离）目的：产生澄清的出水。第三页，共21页。4.1.1沉淀(chéndiàn)原理与分类根据悬浮物质的性质、浓度和絮凝性能，沉淀可以分为(fēnwéi)四类：1、自由沉淀√2、拥挤沉淀√3、絮凝沉淀4、压缩沉淀第四页，共21页。4.1.1沉淀(chéndiàn)原理与分类1、自由沉淀定义：颗粒在沉淀过程中互不干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度(mìdù)保持不变，经过一段时间后，沉速也不改变。特点：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变。常见于：沉砂池、初沉池前期第五页，共21页。2、拥挤(yōngjǐ)沉淀定义：沉淀过程中，絮凝或非絮凝颗粒的浓度达到一定值后，将会形成层状物而整体下沉，出现较明显的固液界面。特点：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层。常见于：高浊水的沉淀、活性污泥法的二沉池、污泥浓缩池、化学(huàxué)凝聚沉淀第六页，共21页。3、絮凝沉淀(chéndiàn)定义：在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚，其大小、形状、密度会发生改变，并且随着沉淀深度和时间(shíjiān)的增长，沉速也越来越快。特点：凝聚性颗粒，在沉淀过程中沉速逐渐增加。常见于：给水混凝沉淀、初沉池后期、二沉池前期第七页，共21页。4、压缩(yāsuō)沉淀定义：随着沉淀过程的进行，当悬浮颗粒相互聚集沉淀到水底时，会互相支撑，互相挤压，而发生进一步沉降。特点：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。常见于：污泥的浓缩

在实际的活性污泥法二沉池及浓缩池中沉淀与浓缩的过程中，都顺序(shùnxù)存在着1、2、3、4这四种类型的沉淀过程，只是产生各类沉淀的时间长短不同而已。第八页，共21页。4.1.2杂质(zázhì)颗粒在水中的自由沉降条件：低浓度的离散颗粒，沉淀不受阻碍。颗粒运动过程：开始：加速下沉；（时间短）一定时间后：等速下沉。作等速沉降(chénjiàng)颗粒的受力分析：三种力：重力、浮力、水流阻力假设：颗粒为球形，沉速为：u，直径为d。自由(zìyóu)沉淀过程第九页，共21页。1、自由(zìyóu)沉淀的数学表达式颗粒受到的重力(zhònglì)和浮力：受到的水的阻力：η与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。达到平衡时：F1＝F2+F3可得到沉速计算公式（对球形颗粒）：（4-1）投影(tóuyǐng)面积动压第十页，共21页。1、自由沉淀(chéndiàn)的数学表达式式（4-1）中η与Re有关，雷诺数Re（水的惯性力/水的粘滞力）数学表达式：不同的阻力系数η与Re之间存在着函数关系，通过试验确定。存在着3个截然不同的区域(qūyù)，这取决于Re。有：层流区、过渡区、紊流区（4-2）第十一页，共21页。3-11、自由(zìyóu)沉淀的数学表达式存在着3个区域：当Re<1时：呈层流状态103<Re<25000时：Re与η无关呈紊流状态当1<Re<103时：属于(shǔyú)过渡区ηη第十二页，共21页。1、自由沉淀(chéndiàn)的数学表达式层流区内的沉降：将式（4-3）代入式（4-1）得到stokes公式：式中μ—水的动力粘度，N·s/m2。u与d2成正比，增大粒径，可提高沉淀效果。u与μ成反比，μ决定于水质与水温，水质相同(xiānɡtónɡ)时，水温高则μ值小，有利于颗粒下沉。颗粒越粗，水温越高，其沉速越快。（4-3）（4-4）第十三页，共21页。1、自由沉淀(chéndiàn)的数学表达式紊流区的沉降：将式（4-5）代入式（4-1）得到牛顿(niúdùn)公式：过渡区的沉降：带入得Allen公式：（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）第十四页，共21页。2、Stokes公式(gōngshì)的应用1）水处理领域，注重对颗粒沉速的研究。被去除的颗粒粒径小于0.1mm，颗粒在水中的沉降属于层流状态。u与d2成正比，与μ成反比，粒径增大，水温越高，沉淀(chéndiàn)效果好。2）通过测量沉速，确定细小颗粒的粒径。第十五页，共21页。4.1.2杂质(zázhì)颗粒在水中的拥挤沉淀特点发生在SS浓度较高的情况；分层沉淀，出现清水－浑水(húnshuǐ)交接面；浑液面出现4个层。3-2A：等速沉淀区B:过度(guòdù)区C:压缩区第十六页，共21页。4.1.2拥挤(yōngjǐ)沉淀1、界面下沉的初始阶段，由于浓度(nóngdù)较低，呈等速下沉出现了清水层。2、在浑液面下有一个浓度(nóngdù)变化较小的沉降层，等浓度(nóngdù)层（等速沉降区）。3、筒底出现浓度(nóngdù)很高的淤积层（压缩层）。4、过渡层（等浓度(nóngdù)层与淤积层之间）变化：沉降时间增长，浑液面下降→沉降层减小→淤积层增厚→过渡层上移→沉降层消失第十七页，共21页。临界(línjiè)沉降点C0CtCt4.1.2拥挤(yōngjǐ)沉淀沉降过程曲线以交界面的高度(gāodù)为坐标，沉淀时间为横坐标第十八页，共21页。4.1.2拥挤(yōngjǐ)沉淀A：清水区B：等浓度区。颗粒等速下降，直线(zhíxiàn)的斜率代表浑液面的沉速，ct为临界沉降点。C：沉降曲线后段，颗粒浓度由小变大，斜率减少，沉速降低，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，沉降曲线趋于平缓，呈水平线，浑液面的高度为淤积高度为：H第十九页，共21页。沉淀开始，t=0，浑液面高度：H0；沉淀t时刻时，浑液面高度：H；浑液面的沉速为：拥挤沉淀实例：高浊度水的沉淀、澄清池中悬浮(xuánfú)泥渣层沉降、活性污泥浓缩等。4.1.2拥挤(yōn