水质工程学第4章沉淀

第4杂质颗粒在静水中的沉淀第4沉砂池、平流式沉淀池斜板、斜管沉淀池澄清池水中造粒辐流式沉淀池气浮杂质颗粒在静水中的沉淀一、概二、沉淀类型的三、理想沉淀池的沉淀沉淀法的处理对象：悬浮根据悬浮物质的性质、浓度和絮凝能，沉淀可以分为1、自由2、絮凝3、成层4、压缩1、自由定义颗粒在沉淀过程中互不干扰，其形状、2、絮凝定义颗粒在沉淀过程中发生絮常见于；混凝沉淀后、生物污泥的沉3、成层沉淀（拥挤沉淀定义沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物，缩池、化学凝聚沉4、压缩沉定义沉淀过程中最后悬浮颗粒相聚于水底相支撑，互相挤压，发生进一步沉降4、压缩沉二、沉淀类型的（一）、自由（二）、絮凝（三）、成层沉淀（拥挤沉淀（四）、压缩（一）、自由1、自由沉淀的数学2、自本小节思自由沉淀1FFAG图4-1水中颗粒沉降时受的力1假设颗粒是球形，其在水中所受到的重力 A6

d3→0所受到的水的阻0η——阻力根据牛顿第二定律可

F 0ud2 d2d3du

d3→0

0u26力随下d度而增加，当合力为零时，4速度 0u2u 4g→

（4- 1

Re

＝∓

∓

，通过实验，把观察到的u值代入（4-1）、10得η与Re值，点绘见1010 η=24/Re10

η=10/Re10.40.1-

- -

10 10 10图16

10 10 10 10 10 10雷诺数ReηRe（1、自由沉淀的数学斯笃克当Re<1时：呈层流状4)Re代入（4-1），得斯笃克 u1→ gd

1、自由沉淀的数学牛 0u 30

0 当1<Re<1000时，属于过渡区，η* *

10代入得（4-1）得

0)

（4- 1上述式子有何意了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径）由颗粒沉降速度求„„水处理中的沉降实验球法测定2、自由沉淀在ti时，从底部取样，测计算颗粒沉速hh沉速<ui颗粒占全部的百分率

t=tC

t=tC2自由绘制p-u曲线（颗粒粒度分布曲线实验筒

沉速图4-6颗粒沉速累积曲线2自由沉淀在时间颗粒沉速u0，相应残余颗hp0(1)沉速u≥u0的颗粒全部去除hi(2)沉速ut 颗粒部去除 C去除比例=2自由颗粒全部去除率

p0 1/u000沉速2自由沉淀特点:在沉淀过程中，颗粒变大，沉淀变大P CiC0水深水深(二)絮凝沉由图可1、曲线斜率随着深度增加而增大。这符合絮凝粒随沉淀深度增加而颗粒粒径增大，沉速加大的特况不完全是这样，但是这样是偏(二)絮凝计算P：对于某一沉速而言，根据凝聚性百uu分数h/ 值线，可以得出总的去除uuP

0( p

h2/t0(

p h3/t0( pu u505

6h4/t0(6

p 沉降时间凝聚性颗粒的去除百分数计算一、拥挤沉淀特淀水交（层浓况浊水沉

分层清水4个沉淀表现为界面沉，而不是单颗粒沉，沉速用界面沉(三)拥挤沉淀——成层沉淀与压缩沉一、拥挤沉淀清水层（浑液面-- 下降层 等速下过渡层 颗粒浓 颗粒沉 (三)拥挤沉淀——成层沉淀与压缩沉一、拥挤沉淀分区条件：颗粒最大粒径/最小粒径发生在混凝后的矾花活性污泥高浓度泥沙(三)拥挤沉淀——成层沉淀与压缩沉二、拥挤沉降过程 等速沉降区C0 浓度

C-D段是淤积区段，压实过t

H

d时间

浑液面的沉降(三)拥挤沉淀——成层沉淀与压缩沉二、拥挤沉降过程 交界面C交界面0t

Ht

d(三)拥挤沉淀——成层沉淀与压缩沉a-c段：直线，界面等速下降，速度一vt=(H0-c-d段：下凹曲线，界面下沉速率逐渐变vt=(Ht-三、理想沉淀池<3NTU，特殊情况<6NTU。①颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的三、理想沉淀池沉淀出水沉淀出水ⅡⅢⅠ16-4原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B上其水平流速为

（4-17h0u≥u0的颗粒可以全部去除，u<u0的颗粒只能部去除对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速v和u0淀时间有两式相等，代入（4-17）

thu

（4- LB Ehi–Ch0–C h0

根据相似关系

h

即h

同理

u

h

–（ 将式（B）和（C）代入（A）得特定颗粒去除率 u将（4-18）代入上式

E

uQAQA理想沉 流速、沉淀时间）无关 ）— 真理论 QE一定，Ui越大，表面负荷Q/A越大，即产水量↑;或Q/A变,但E增大,Ui↑,ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺Ui一定，A↑，则E↑，或产水量Q↑↑，q( t(1.5~沉砂池、平流式沉淀池平流式沉淀沉砂池工作原理自由沉功能主要是去除水中砂粒、煤渣 较的无机颗粒 保证措施：流速控沉砂池设置位平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂多尔常用的有：平流式沉砂池、曝气沉砂沉砂池平流沉沙最大流速0.3m/s,最小流速最大流量时的停留时间不少于30s,一般沉砂池4.2.1沉砂池曝气沉沉砂池曝气沉砂旋流速度：0.25~0.3最大流量时的T：1~3min平流速：0.1平流式沉淀池一、沉淀池的二、沉淀池的适用三、沉淀池的四、实际平流式沉淀池影响沉淀效果平流式沉淀池一、沉淀池的沉淀池按水流方向分为辐沉淀池按在污水处理流程中的位置分为二次沉淀平流式沉淀池 二沉 分高碑店污水处理厂二沉池三、平流式沉淀池沉淀出沉淀出水ⅡⅢⅠ污泥16-4想沉淀池工作状三、沉淀池的构造按功能一个沉淀池可以1、流入区2、流出区:这两个区域是使水均匀流3、沉淀区:工作区，可沉颗粒与污水分离域4、污泥区:污 、浓缩、排出的区平流式沉淀池四、实际平流式沉淀池影响沉淀效果的因水流： 生原(1)进水的惯性；(2)出水堰的水流抽吸；(3)进水异重流；()()①进水区——通常采用穿孔花墙②出水区出水——溢流堰（施工难）、淹没孔制单位堰长的出水量 给水：<300m3/(m初沉<2.9L/(m1.5-2.9L/(m

二沉平流沉淀 整流措 图16-12穿孔 图16-13出水口布出水 2-淹没式孔出水整流出水支出水支沉淀区水力条件要减少紊动Re提高稳定性--- 数Fr＝v2/Rg，宜大于10-5ReFr措施R↓，是池中纵向分格或加斜板、斜管↑，从而提高沉淀效适宜范围V＝10-25mm/s（给水V＝5－7mm/s（污水四、实际平流式沉淀池影响沉淀效实际池中水流流速分布不均匀，存斜板、斜管沉淀池发展历史1904年Hazen1945年Camp认 为1959 开始应用斜1972年中国汉阳正式应4.3、斜管沉淀池普通沉淀池的缺悬浮物质的去除率不高（一般只有体积庞大、占地面积4.3、斜管沉淀池改善措施思1、改善悬浮物的沉淀1、投加混凝剂、助凝剂等化学药2、斜板斜管沉4.3、斜管沉淀池内容1、浅池沉降的24.3、斜管沉淀池1、浅池沉降的原1）QA增大,则可以减小u0,那么就可的悬浮物沉下,提高沉淀效率4.3、斜管沉淀池若将水深为H的沉淀池分隔为n个深为H/n,n4.3、斜管沉淀池改善了水力R

紊动

Fr 增大，水力半径R（面积／湿周）减小，从而降低了雷诺数Re，使其远小于500(在30~300之间4.3、斜管沉淀池在工程应用上，采用分层4.3、斜管沉淀池断面形状：圆形、矩形、方形、多边除圆形以外，其余断面均可同相邻断面共用一条塑料片正六角4.3、斜管沉淀池水力半径 斜R≤d/3斜管径一般25~35mm材质轻质，无毒、坚纸质蜂窝、薄塑料板（硬聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃钢、不锈4.3、斜管沉淀池构造与(4.3斜管沉淀池1)异向流θ＝60度为防污泥堵塞或斜板变形，板间距以80～120mm为宜用于给水处理时，不小于50mm清水区≥1.0m,布水区≥1.5m絮疑500池

配图1616斜管沉淀池示意4.3、斜管沉淀池少，适用于低浊水的沉横向使用少，不能适应浑水异重流，下部易4.3、斜管沉淀池斜板、斜管沉淀池的优缺沉淀面积增大，水深降低，产水量增q＝9~11m3/(m2平流式q<2m3/(m2层流状态Re<200，平流式4.3斜管沉淀池缺点1\单位面积上的泥反泥现象,使出水水 2,,常用于给水处理和污水隔侧向流斜板沉淀池4.33.计算△最大沉降轨迹从1l 1l 斜板中过水流QvLBsinθv 设池内共有n块斜4.3lL lL 将L1、L2和v代

l n

4.3斜板、斜管沉淀池4、其他形式的沉高密度沉淀池（）:实例：百年老厂--50×104m3/d的南市水厂和规模为36×104m3/d的杨树浦水厂及临江水厂（20万m3/d）、水源九厂（34万m3/d）斜板、斜管沉淀池1）高密度沉斜板、斜管沉淀池 出，我国上世纪八十年代后期引进消化应用，迷宫4052迷宫（翼片）斜板沉淀池:在斜板的沿水流垂直方向上，添了许多翼片，创造了一个有利于絮体加速分离的小间距斜板沉淀设备（哈工 ）新型多层多格沉淀池 自来 、哈工大九通水 （总工程 08年7月26日顺利通过科最小的占地面积：占地面积是平流池的1／25更低的出水浊度：均稳定在0.5~3.5NTU 更理想的性价比。节省投资及运行费澄清池*一、概二、加速澄清澄清池*一、概1、澄清池特澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构澄清池*4、澄清池分类：泥渣悬浮型、泥渣循悬浮澄清，。 进 澄清室

泥渣浓缩室

澄清室1图16－18 悬浮澄清池流123456澄清池* Ⅰ

Q 出Q 排泥9放空、排泥机械搅拌澄清池剖面泥示意图管；2-三角配水槽；3-透气管；4-投药管；5-搅拌桨；6-提升叶轮；7-集水槽管；9-泥渣浓缩室；10-排泥阀；11-放空管；12-排泥罩；13-搅拌轴；一絮凝室；Ⅱ-第二絮凝室；Ⅲ-导流室；Ⅳ-分离室4.4澄清池二、机械搅拌澄清池*发展史：1920 infilco公司发明1935年有工程1965年我国开始使机械搅拌澄清池的优①对原水的水量、水质和水温的变化适性较强，处理效果需机械设备并增加维修工作，结构较复杂澄清池*二、机械搅拌澄清池*是否设置机械刮泥装置，应根据水池泥设备;<1千mg/l，短时间内≧3千mg/l可不刮泥处理效b、D池<15m，且悬浮物含量<1千mg/l，并池底做成≦45°斜坡时，可不设澄清池三、水力循环澄集集水出出排 进水力循环澄清池示意1-进水管；2-喷嘴；3-喉管；4-喇叭口；5-第一絮凝室；6-第二絮凝室；7泥渣浓缩室；8-分离室澄清池三、水力循环澄自六十年代在国内推广应用，<7500m3/d，现已很少使用，已建的进行了造（增加斜板）优点：不需机械搅拌，结构缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣澄清池四、脉冲澄32最高水位1最低水位6 悬浮层 悬浮层采用真空泵脉冲发生器的澄清池的剖面图123456781956年法国首先工作特点是澄清池的上升流速发生周期性的变化脉冲澄清池的特点如下有利悬浮还可以防止颗粒在池底沉水中造粒原水中造粒实验法发现在利用有机高分子絮凝过程由系，。1941922年水中造粒原学者提出：结团西安建筑科技大学在流 发展了该理论水中造粒水中造粒控制因化学条件：脱稳电位-15~-反应动力学条件：保证快速混合扩散相对稳定的流化床顶部固液界水中造粒自我造粒型流集水辐流式沉淀池辐流式沉淀池（圆形）水沿径向流动，使水厂预沉池（高浊度水沉淀辐流式沉淀池类型：按进、出水布置方·中心进水，周边出水辐流式沉淀·周边进水，中心出水向心辐流式沉淀·周边进水，周边出水向心辐流式沉淀辐流式沉淀池中心进水，周边出水辐流式（圆形 水深适用于小水量，配水条件差，需机械维修，做初沉池辐流式沉淀池出水堰示幅流式沉淀池刮设计参数设计步骤

沉淀时间表面负荷H有效由q设A＝Qmax/(nq设沉淀池有效水深H有效＝q设t沉淀池总高度

D 4 h3:缓冲层高

h2:有效水深h4:沉淀池底坡落差 h5:污泥斗高度由于过水断面是变化的，水流速度由大→颗粒在池中的沉降轨 曲沉淀轨迹： h分d件 (Rr21流速变化(Rr212 rrV h

Q4.6 4.62.周边进水中心出水向心辐流式：进水断大，进水易均4.6周边进水周边出水向心辐流式：向心式的表面负荷可提高约14.6直径 机械排泥,池底坡度设计要求：另详《室外排水设计规范GB50014-2006,第6.5.12条气浮气浮的理论基气浮设气浮在一、气浮过二、悬浮物与气泡的附着三、气泡的稳一、气浮过定义：气浮是一种固－液和液－液分离的方法SS 如：给水处理中除藻废水处理中去除纤维、悬浮物、油类、脂二、悬浮物与气泡的附着界面张力与界如图4-θ湿接θ>900水性θ<900水界面能WS：界面面积;σ：界面张附着前:W1=σ水气+σ水粒（假设S为附着后:W2=σ4.7.1界面能的减少△Ｗ=W1-W2=σ水气+σ水粒－σ三个力之间的平衡关σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180°-θ)△W越大，推动力越大，越易气浮4.7.1气浮与润湿接触角的由界面能的减少值△Ｗ=σ水气(1-θ→0COSθ→10能气θ<900,COSθ<1σ水气，颗粒附着不牢--θ>900,△Ｗ>σ水气，易气浮―疏水θ→1800,△Ｗ=2σ水气，最易被4.7.1亲水性颗粒与气泡的粘对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性性加浮选剂（浮选剂分三大类：捕收三、气泡的稳气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性气泡粒径在100μm左右为气泡的洁净水中气泡常不能达到气浮要求的极细分散度洁净水表面张力大，气泡有自动降面自由能的倾向，即气泡合并稳定性不好缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭、破加混凝剂→压缩双电硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁一、气浮分二、加压溶气气浮设一、气浮电解气浮散气气浮溶气气浮气浮设一、气浮1、电解气浮法负极：产生氧气，微气泡气泡小于溶气法和散气法但电耗有竖流式和平流式装一、气浮1、电解气浮法4.7.2一、气浮散气气浮叶轮气浮法4.7.2气浮设扩散板曝气气浮4.7.24.7.2335264图8-- 扩散板曝气气浮1--入流液；2--空气进入；3--分离柱；4--微孔陶扩散板；5--浮渣；6--出流液4.7.2气浮2）叶轮气浮法适用于处理水量不大,污染物浓度高的废空6 7 2364 进 5 1

图8-7叶轮气浮设备构造示意 4.7.2气浮设溶气气4.7.2气浮设设备流程简4.7.2气浮设二、加压溶气气气浮工回流加压溶气法4.7.2气浮设全溶电耗高，但气浮 7348 渣5 水图8- （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；74.7.2气浮设部分溶气法7压 8浮 52 2出 4.7.2回流加压溶气法适用于SS高的原7348165 出水图8-11 回流加压溶气方式流程示意1234-压力溶气罐（含填料层）56789-集水管及回流清水管4.7.2压力溶气系统包括加压水泵、压力溶气备及其他附属设4.7.2压力溶气系统空气释放系统气浮池4.7.2空气在水中的溶解度遵循亨利定律V＝KTP（L-气/m3gm3-水）：空气所受的绝对mmHgKT：实际气浮操作