沉淀基础理论演示文稿

沉淀基础理论演示文稿第一页，共五十三页。（优选）沉淀基础理论第二页，共五十三页。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。第三页，共五十三页。沉淀去除的对象及构筑物

①砂粒②化学沉淀③混凝絮体④生物污泥⑤污泥浓缩

沉砂池浓缩池沉淀池第四页，共五十三页。第五页，共五十三页。第六页，共五十三页。第七页，共五十三页。位置

A、作为处理系统的主体；B、工艺流程主体处理单元之前——预处理；C、工艺流程主体处理单元之后；D、污泥处置。（1）城市污水处理工艺:第八页，共五十三页。（2）高浓度有机废水处理工艺:（3）含铬废水处理工艺：第九页，共五十三页。第一节沉降过程的基本理论第十页，共五十三页。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。第十一页，共五十三页。沉砂池二沉池污泥斗;浓缩池二次沉淀池与污泥浓缩池化学絮凝沉淀第十二页，共五十三页。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。第十三页，共五十三页。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。

配图说明第十四页，共五十三页。悬浮颗粒在水中的受力分析式中，u——颗粒沉速，m/s; m——颗粒质量； t——沉淀时间，s； F1——颗粒重力； F2——颗粒浮力； F3——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。第十五页，共五十三页。C——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悬浮颗粒在水中的受力分析第十六页，共五十三页。该公式即斯托克斯公式

悬浮颗粒在水中的受力分析第十七页，共五十三页。由上式可知，颗粒沉降速度uS与下述因素有关：

当ρg大于ρy时，ρS-ρL为正值，颗粒以uS下沉；

当ρS与ρL相等时，uS=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；

ρS小于ρL时，ρS-ρL为负值，颗粒以uS上浮，可用浮上法去除。

uS与颗粒直径d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。

uS与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。斯托克斯公式第十八页，共五十三页。

(1)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。

通过沉淀试验：

①

了解废水中悬浮物的沉淀特点；②为工程设计提供参数。2、自由沉淀实验第十九页，共五十三页。

自由沉降试验所用的沉降柱(settlingcolumn)示意图

每次试验用5–7个相相同的沉降柱溢流口取样口第二十页，共五十三页。H取样口沉降柱

(2)实验方法实验编号:123········n原水浓度：C0C0C0······C0有效水深：HHH········H取样时间：t1t2t3······tn取样浓度：C1C2C3······CnCi/C0=

XiX1X2X3······Xn

H/ti=uiu1u2u3······un①颗粒沉降到取样口被认为去除；

②沉降速度u：在指定时间t内，能从液面恰好沉到水深H处最小颗粒的沉速。u=H/t

③Xi表示沉速u＜ui的颗粒浓度与原始浓度的比值X悬浮污沉淀累积分布曲线第二十一页，共五十三页。给定的沉降时间t内：

对于μ≥μ0的颗粒全部除去

对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。p0

1-p0

给定的沉降时间t内：

对于d≥d0的颗粒全部除去

对于d<d0的颗粒可被部分去除。p0

1-p0

？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？(3)沉淀效率计算第二十二页，共五十三页。Hh第二十三页，共五十三页。μ

＜μ0的颗粒中，di

→di+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。对于μ

＜μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：则在di→di+dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：对于全部μ<μ0颗粒群体，可去除部分为：第二十四页，共五十三页。X第二十五页，共五十三页。μ≥μ0部分颗粒所占百分率为1–p0

则，总沉降效率为ET

：

在t0时间内，各种颗粒沉淀的总去除率为：

第二十六页，共五十三页。

根据计算结果，可绘制E-t和E-u0关系曲线，称为——沉降特性曲线第二十七页，共五十三页。

例题：某废水静止沉淀试验，有效水深为1.2m，c代表沉降时间t时取样中所含的悬浮物浓度，C0代表起始悬浮物浓度。求：沉速为3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率。

第二十八页，共五十三页。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)10.960.810.620.460.230.06第二十九页，共五十三页。

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：

0.1×(0.5+1.0+1.3+1.6+2.0+2.4)+0.07×2.7=1.07故沉速为3cm/min时，总去除率为：E=（1-0.67）+1/3×1.07=0.69u(cm/min)第三十页，共五十三页。小结：

1、基本概念重力沉降2、重点①基本概念②沉降试验和沉降曲线3、难点图解积分法计算ET

第三十一页，共五十三页。二、絮凝沉降试验及沉降曲线

絮凝沉降的特点：颗粒的形状d、在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。u随d而增大。第三十二页，共五十三页。1.絮凝沉降试验●装置：φ140~150mmH=2.0~2.5m4~5个取样口，间距500mm

●取样：C0由t=0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，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度C1、C2、…、Ci、…、Cn。●绘图：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算Et。第三十三页，共五十三页。沉降时间，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降时间，t(min)102030405060Et-t曲线SS等去除率曲线Et1.0m第三十四页，共五十三页。不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系18.030.039.0第三十五页，共五十三页。不同水深处去除率与沉降时间的关系数据表观去除率/%不同水深达到去除率所需的时间/min0.6m1.2m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57555.075.087.5第三十六页，共五十三页。等去除率曲线（equalpecentremovalcurve）绘制过程示意图然后以沉降时间为横坐标，水深为纵坐标，绘出各点。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。水深0.6m,去除率10%，2.5min水深1.2m,去除率10%，5.0min水深1.8m,去除率10%，6.5min水深1.8m,去除率20%，14.5min水深1.2m,去除率40%，18.0min沉降时间/min

去除率为10%的等去除率线第三十七页，共五十三页。絮凝沉淀颗粒去除率按下式计算：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；

ET——沉降时间为T时，沉降高度H处颗粒的去除率；

H——沉淀高度（0、H3、H2、H1、H0），由水面向下量测；

h——沉淀时间T对应各等效率曲线间中点的高度（h1、h2...hn）。第三十八页，共五十三页。计算沉降时间t=45min时悬浮物的总去除率E。

=[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+0.45=0.658=65.8%第三十九页，共五十三页。三、成层沉降和压缩沉降沉降面积的确定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可用下图表示：

第四十页，共五十三页。试验方法：

试验可用1000mL量筒进行。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5r/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。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不变为止。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。第四十一页，共五十三页。成层沉降沉降曲线

沉降时间（min)H0

第四十二页，共五十三页。确定澄清所需的最小面积

澄清所需的最小面积取决于界面1到达临界浓度c2以前的沉降速度uc。即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。此时澄清所需要的最小面积可由下式计算:A＝Q/uc式中：A－沉淀池的最小面积，m2；uc－界面的沉降速度，m/s；Q－废水的处理量m3/s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:uc＝H0/t0第四十三页，共五十三页。浓缩所需最小面积的确定：浓缩所需的最小面积可由下式计算：A＝Qtu/H0

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tu，方法如下：（a）确定等于要求浓度cu时的界面高度HuHu=c0H0/cu（b）确定临界点：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。（c）在纵坐标上找到Hu，过Hu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E，过E点做横坐标的垂线与横坐标的交点即tu。

第四十四页，共五十三页。成层沉降沉降曲线

沉降时间/minH0

t0

tuHu临界点A＝Qtu/H0

第四十五页，共五十三页。第二节理想沉淀池第四十六页，共五十三页。

沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；

悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；