水处理课件-沉淀与澄清

第七章沉淀与澄清

7.1悬浮颗粒在静水中的沉淀7.2.1沉淀分类1.自由沉淀单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。2.絮凝沉淀在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。3.拥挤沉淀当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。

7.1.2悬浮颗粒在静水中的自由沉淀假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为：(7-1)所受到的水的阻力：(7-2)CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。根据牛顿第二定律可知：(7-3)达到重力平衡时，加速度为零，令式（7-3）左边为零，加以整理，得沉速公式：（7-4）

CD与Re有关，见图6-1。

1.斯笃克斯公式当Re<1时：呈层流状态(7-5)斯笃克斯公式：(7-6)

2.牛顿公式

当1000<Re<25000时，呈紊流状态，CD接近于常数0.4代入（7-5）得牛顿公式：（7-7）当1<Re<1000时，属于过渡区，CD近似为（7-8）代入得阿兰公式：（7-9）7.1.3悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀

1．沉降过程分析

如图7-2，整个沉淀筒中可分为清水、等浓度区、变浓度区、压实区等四个区。

2.肯奇沉淀理论

由图7-2可知曲线a-c段的悬浮物浓度为C0，c-d段浓度均大于C0。设在c-d曲线任一点Ct作切线与纵坐标相交于a′点，得高度Ht。按照肯奇沉淀理论得：（7-10）作Ct点切线，这条切线的斜率表示浓度为Ct的交界面下沉速度：（7-11）

3.相似理论

当原水颗粒浓度一样时，不同沉降高度的界面沉降过程曲线的相似性（见图7-3），即(7-12)

7.2理想沉淀池的特性分析7.2.1非凝聚性颗粒的沉淀过程分析理想沉淀池的基本假设：①颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。②水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变。③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。理想沉淀池的工作情况见图7-4。

原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为：考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。u≥的颗粒可以全部去除，u<的颗粒只能部分去除对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速和都与沉淀时间有关（7-13）

（7-14）令（7-13）和（7-14）相等，代入（7-12）得：

（7-15）

即：（7-16）一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷在数值上等于截留速度，但含义不同。设原水中沉速为ui（ui<u0）的颗粒的浓度为C，沿着进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC，沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗粒的数量为hiBvC（见图7-4），则沉速为ui的颗粒的去除率为：（7-17）根据相似关系得：即（7-18）

同理得：（7-19）将式（7-18）和（7-19）代入（7-17）得特定颗粒去除率：

（7-20）将（7-16）代入（7-20）得：

(7-21)

7.2.2理想沉淀池理论由上式可知，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。（1）E一定，越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。（2）一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅池理论”。

7.2.3理想沉淀池的总去除率所有能够在沉淀池中去除的，沉速小于uo的颗粒的去除率为：（7-22）沉速大于和等于u0的颗粒全部下沉去除率为（1-p0），因此理想沉淀池的总去除率为：（7-23）式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率；

7.2.4非凝聚性颗粒的沉淀实验分析非凝聚性颗粒在静水中的沉淀实验，用一个圆筒进行，如图7-5所示。在圆筒水面h处开一个取样口，要求颗粒在在水中均匀分布，浓度为C0；然后在分别在t1,、t2、…tn时取样，分别测得浓度为C1、C2、…Cn,对应的沉速分别为h/t1=u1、h/t2=u2、…h/tn=un。设p1、p2、…pn分别代表C1/C0、C2/C0、…Cn/C0则1-pi表示所有速度大于等于ui的颗粒所占的比例，pi代表沉速小于ui的颗粒所占的比例，见图7-5。具有沉速u1、u2的两种颗粒之间的颗粒浓度分数为p1-p2。

7.2.5凝聚性颗粒的沉淀实验分析1.实验采取图7-7的沉淀试验筒，筒长尽量接近实际沉淀池的深度，可采用2～3m，直径不小于100mm，设5～6个取样口。先均匀搅拌测定初始浓度，然后试验，每隔一段时间，取出各取样口的水测定悬浮物的浓度，计算相应的去除百分数。以沉淀筒高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标把去除百分比相同的各点连成光滑曲线，称为“去除百分数等值线”含义：对应所指明去除百分数时，取出水样中不复存在的颗粒的最远沉降途径，深度与时间的比值指明去除百分数时的颗粒的最小平均沉速。

2.计算对于某一表面负荷而言，根据凝聚性颗粒去除百分数等值线，可以得出总的去除百分数（见图7-8）：（7-24）

7.3庭平流替沉淀池的被基本结构7.3这.1似基本结损构平流式恭沉淀池薄分为进佛水区、游沉淀区箭、存泥潜区、出妥水区4根部分。1.进弊水区进水区的蜜作用是使哭流量均匀杂分布在进腐水截面上丸，尽量减耻少扰动。劈燕一般做法牢是使水流螺从絮凝池盈直接流入台沉淀池，闸通过穿孔驴墙将水流浸均匀分布困在沉淀池挡的整个断示面上，见富图7-9阶。为使矾桨花不宜破索碎，通常蝴采用穿孔筒花墙仆V<0.州15-0括.2m驱/s，洞极口总面积剩也不宜过施大。2.沉淀教区沉淀区树的高度喊一般约惊3～4丽m，平积流式沉摄淀池中镜应减少惩紊动性蝴，提高提稳定性纵。紊动性指横标为雷诺昼数，视(7夜-25)稳定性侮指标为戚弗劳德咬数，头(7已-26也)能同时降龄低雷诺数晨和提高弗燥劳德数的汉方法只能勇是降低水示力半径R骂，措施是它加隔板，虹使平流式坛沉淀池L席/B>4信,貌L/H>翠10，每柱格宽度应爪在3～8费m不宜大瘦于15m测。3出水区通常采用迅：溢流堰找（施工难月），淹没袖孔口（容拢易找平）面见图7-眉10。孔陡口流速宜趴为0.6恭～0.7暑m/s，虹孔径20渣～30m局m，孔口谦在水面下后15cm哑，水流应吼自由跌落祖到出水渠专。为了不行使流线衫过于集薪中，应灯尽量增剥加出水撞堰的长哭度，降释低流量间负荷。引堰口溢从流率一模般小于村500锤m3嫌/m隙d，目药前我国款增加堰桂长的办恰法如图叨7-1贼1。4.存社泥区及亭排泥措坚施泥斗排泥框：靠静水卧压力1哭.5–拌2.0持m，下设王有排泥管剩，多斗形悲式，可省惭去机械刮蜜泥设备（堵池容不大堪时）穿孔管排育泥：需存滔泥区，池轨底水平略明有坡度以泰便放空。机械排疲泥：带街刮泥机陵，池底孝需要一唇定坡度拖，适用锄于3m局以上虹杯吸水头先的沉淀艳池，当涌沉淀池崇为半地菜下式时送，用泥依泵抽吸浮。还有一种苗单口扫描任式吸泥机道，无需成悉排的吸口肤和吸管装晶置。沿着吃横向往复蚀行走吸泥博。7.3唱.2岭影响平麦流式沉缩慧淀池沉分淀效果高的因素1.沉淀洒池实际水滥流状况对茄沉淀效果封的影响主要为短队流的影响门，产生的狼原因有：(1)进威水的惯性蛛作用；(2)出脊水堰产生献的水流抽渡吸；(3)较傻冷或较重建的进水产像生的异重饺流；(4)烘风浪引贱起的短暗流；(5)框池内存含在的导目流壁和值刮泥设培施等2.凝陪聚作用晒的影响勿。由于实际鸡沉淀池的亏沉淀时间熟和水深所篮产生的絮钳凝过程均师影响了沉芹淀效果，醒实际沉淀套池也就偏脸离了理想麻沉淀池的卫假定条件哲。7.4平酷流沉淀池找的工艺设质计设计平宿流沉淀文池的主沾要控制还指标是花表面负召荷或停佣留时间健。应根崭据原水残水质、膏沉淀水贤质要求捐、水温粮等设计患资料、微运行经也验确定耕。停留业时间一雪般采用愿1～3屡h。华籍东地区盗水源一邻般采用犬1～2璃h。低咏温低浊乔水源停巧留时间劫往往超弱过2h辨。一、各付参数间遍关系(7-扫27)(7-篇28)(7-嫌29)二、第一哀种设计计迹算方法（愿实验计算与方法）1.根叼据沉淀鸦实验结纱果选取u0，用uo=Q/A可以计算茶得到沉淀加池的面积A；2.选拥取沉淀记时间t和沉淀屈池的水摊平流速v，用L=vt可以得到凳沉淀池的剥长度L；3.用公以式B=A文/L得到B；4.用冲公式H=Q沸t/A得到H；三、第二殿种计算方插法（经验唱计算方法隐）1.根枕据经验症选取平露流式沉刊淀池的摔沉淀时纽奉间t，得到闯其体积V=Q太t2.选取资沉淀池的垄深度H，用公卵式A=V继/H得到沉淀帮池的面积A；3.选果取沉淀诞池的水选平流速v，用L=vt可以得幼到沉淀伴池的长晓度L；4.用公能式B=A/倦L得到B；四、其它厚参数平流式沉壳淀池的放状空排泥管盖直径，根雁据水力学锹中变水头嚷放空容器需公式计算简：（7-健30）当渠道底血坡度为零幸时，渠道竖起端水深狮可根据下悔式计算：（7-焦31）式中Q—段沉淀池的鸭流量，m3/s；g—重计力加速缺度9.秩81m换/s2；B—渠倍道宽度巷，m。7.5秀斜板场（管）箱沉淀池赠的特点钢与工艺瓶设计7.5对.1拴原理由沉淀莫效率佣公式可驱知：梯在原体曾积不变咸时，增仰加沉淀职面积，约可使颗听粒去除馅率提高瓣。斜板（管贫）沉淀池球与水平面宽成一定的急角度（一圆般60°潮左右）的乘板（管）扰状组件置蓄于沉淀池墙中构成，那水流可从移上向下或科从下向上萌流动，颗告粒沉于斜逝管底部，奖而后自动旁下滑。斜板（跌管）沉覆淀池的桨沉淀面碧积明显滩大于平兽流式沉图淀池，秃因而可怎提高单抚位面积瓣的产水步量或提叮高沉淀偶效率。7.5纯.2谷分棍类有异向馆流、同耗向流、古横向流绑三种，辈目前在树实际工尤程中应辫用的是彩异向流壮斜板（翅管）沉魄淀池，情其结构添见图7筹-12君。7.5.销3优敏缺点优点：1.沉淀堵面积增大全；2.沉贪淀效率某高，产认水量大眠；3.水尤力条件透好，R席e小，职Fr大午，有利卧于沉淀芒；缺点：1.由于刊停留时间芝短，其缓放冲能力差靠；2.对亿混凝要仅求高；3.维护铁管理较难辜，使用一吗段时间后委需更换斜阶板瞧（管）7.5.烤4设舟计计算1.沉饭淀池面国积A（7-旗32）选定表扭面负荷蹦（2.典5~3秧.0m愧m/s施），计献算得到既面积A娘。2．沉湿淀池总李高度H=h1+h2+h3+h4+h5（7-躺33）式中：h1为超高0滴.3m，司h2为清水葛层高度则1.2栽mh3为自身禾高度0蔑.86致6m，伙h4为配水区赞高度1.辩5mh5为污泥屿斗高度蜜0.8汁m7.6透竖流助式沉淀池竖流式灾沉淀池乖：有圆按形、正妥方形的殊。为了陵池内水刊流分布袜均匀，赤池经一行般采用喊4～7腹m，不烤大于1丹0m，纯沉淀区袖拄形，置污泥斗孤倒锥形果。7.6赔.1桶设计惰参数1.2.t崇=1.砖5～2弦h3.沉淀衔区上升速仿度V=0帆.5～1厅mm/s7.6.垒2设计页要求1.D/H有效≤3，否则水晕流将变伍成辐流潮式2.中心摩管下口应血设喇叭口迅和反射板·反射坦板距底拜泥面·哗喇叭口胃与反射借板的设屋计应按庄图键要求≥0.护3m·喇叭腥口下端嗽距反射订板之间异的间隙去高度H3=0.蚁25～烟0.5消mm3.排湖泥管下确端距池耻底排涌泥管上吨端超出腐水面4钱.浮渣批挡板旗距集水办槽0.景25～域0.5好0m浮渣挡令板高出痒水面：竞0.1之5～0烈.20督m浮渣挡板谎淹没水深抛：0.3灶～0.4妻m7.6.巴3设挂计计算1.中惨心管面版积与直足径（7-3狠4）（7-抹35）2沉淀俊区的面绵积（7-央36）3.沉淀雷池的总面扒积A和池锄径D（7-末37）4．沉淀遍区的有效淋水深（中师心管喇叭疏口出水面酷高度）（7-呼37）式中：V焦为上升流劣速0.5年～1.0容mm/st为沉压淀时间持，1.你0～1覆.5h5.下喇叭口改距反射寄板之间捐的缝隙额高度（7-鸭38）式中：红V1为出流速覆度，d1为喇叭蚊口直径≤40涝mm/争s6．污泥兽量W(m3)，其计盒算同平流匆式7．污叼泥区容虚积（7-3址9）式中：为侦上部半径猴，为下部跑半径要求：特V>野W8．总高摊度H（7-4超0）式中：携h1为废超高，您h2为庙有效水没深，h彩3为缝衰隙高度h4为缓晋冲层高度份，h5为嗽圆锥高度7.7棕幅流式计沉淀池辐流式贩沉淀池胜（太圆形、满正方形斤）直径命6～6翅0m池颈内水深用1.5泉～3.顺0m,蒸机械排他泥,池翅底坡度嘱不小于喷0.0懒5,见减图7-绝13和迷图7-掌14。死为使布伙水均匀眠,设穿津孔挡板丙,穿孔享率10窄％～2纱0％.7.7.取1设计参眉数1.沉淀欺时间t2.表加面负荷q（m3/m2.h）3.Qma育x4.H有效≤4m7.7街.2设谁计要求1.D/H有效=6～排12m2.池销底坡度3.机齐械刮泥宜、静水诊压力排界泥（关圆形）无机械刮耀泥、静水安压力排泥垂（正方榨形）4.进、备出水有三爽种布置方坐式(1)吼中心进壮水，周威边出水欢：辐流剩式(2)周列边进水，张中心出水接：向心式(3)亡周边进拆水，周敲边出水5.刮泥阻机旋转角予度：1～堪1.5m记/min仪（周边谱线速）6.穿孔欠挡板开孔泽面积为挡秩板处池断纲面面积的龄10～2傲0%7.7夺.3佛设计计柱算1.每龙座沉淀减池表面些积A1与池径D（7-4维1）2.有螺效水深难h23.污牌泥量W睬（与贷平流式采相同）4.污新泥区容鞋积（7-闷42）（7-哥43）5.总高笑度（H）越和周边处织的高度（筐Hˊ）（7-4岸4）其中：脚h1为超高炼，h2为有效水飞深，h3为缓冲高赏度层，h4为底坡依落差，娱h5为污泥斗谜高度。7.8浑澄清典池澄清池将萄絮凝和沉渠淀过程综漠合于一个血构筑物完馒成，主要盆依靠活性吹泥渣层达勤到澄清目元的。当脱创稳杂质随细水流与泥油渣层接触灭时被阻留才下来使水枝获得澄清监的现象，肿称为接触暮絮凝。在原水手中加入附较多絮妖凝剂，到并适当严降低负般荷，经袋过一段没时间，哲便能形腿成泥渣难层，常吴用于给执水处理肚。澄清池分肿为泥渣悬裕浮型和泥定渣循环型瞎两种。7.8横.1朱悬浮澄怕清池1.悬屠浮澄清情池其结构见脚图7~2另2。悬浮论澄清池结绍构简单，梳一般用于械小水厂，该运行适应业性差（水替温、水量厨、变化时章，泥渣层互工作不稳候定），目彻前已很少冰用。2．脉请冲澄清坝池特点是澄妹清池的上假升流速发惑生周期性细的变化，秆这种变化塘是由脉冲转发生器引艺起的。靠滴脉冲方式伤进水，悬苹浮层发生征周期性的循收缩和膨糟胀，见图邀7~23闷。脉冲澄鉴清池的携特点如幅下：(1)杏有利于雄颗粒和液悬浮层张接触；(2)芳悬浮层祸污泥趋环于均匀池。(3)还指可以防止脏颗粒在池夸底沉积(4)处独理效果受轨水量、水圾质、水温子影响较大长；(5)摇构造复杜杂。7.8茄.2册循环型遮澄清池1.机醋械搅拌慕澄清池机械搅拌罪澄清池的柏构造如图待7~24吊所示2.设垮计要点机械搅拌剧澄清池的个设计要点眠：①清水区为上升流速件为0.8极~1.1短mm/s押；②水在壁澄清池欢内总的汪停留时面间可采找用1.滋2~1属.5h惩；③叶轮提腿升流量为偶进水流量逗的3~5亦倍；④原水绵进水管削、三角喜配水槽拘的水流南流速分永别为1斯m/s键、0腔.4m迅/s；⑤第一絮贷凝室的容踪蝶积：第二累絮凝室的米容积（含猪导流室）捞：分离孤室为2：筋1：7，翁第二絮凝持室与导流牺室的水流税流速一般启为40~围60mm惧/S；⑥直径大由于6m时错用6~8锣条集水槽锯，直径小罩于6m时盆用4~6指条集水槽机械搅拌史澄清池的宇优点：①处理批效果好职，稳定茎；②适用于接大、中水偿厂机械搅滔拌澄清洲池的缺绣点：①维修维击护工作量盖较大；②启动侵时有时兵需人工鞭加土和细加大加床药量。7.8滤.3心瓣水力循融环澄清寄池水力循环漫澄清池的害简图如图阅7-25透所示，水狡力循环澄椒清池现已篮很小使用鹿。水力循助环澄清耐池的优算点：不绢需机械石搅拌，关结构简辨单水力循环蚊澄清池的央缺点：反珠应时间短刃，运行不宰稳定，泥吵渣回流控溉制较难，都不能适应奋水温、水晒质、水量棒的变化，邻只能用于拖小水厂。7.1录0沉结砂池沉砂池的那主要作用颠有：分离挨比重较大亭的无机颗斜粒；减轻耐磨损；减抬轻沉淀池互的负荷.沉砂池的沟主要类型污：平弯流式沉砂旱池，曝气蜡沉砂池，仍多尔沉砂住池，钟式兔沉砂池.7.1可0.1少平班流式沉横砂池平流沉忙砂池结蹲构如图尝7-2认6，它窜具有截艇留无机盒颗粒效率果较好罗，工作辨稳定，烦构造简平单，排叉沉砂方悬便等优皇点。1.设递计参数（1）Q鹿设计污水重墓力自流户进入污灰水厂，刘按Qmax设计污水由恰泵提升零进入，馋按泵房口最大组悦合流量杨设计平流沉据砂池结浆构如图喷7-2训6，它信具有截猫留无机悉颗粒效捎果较好缝，工作摧稳畜定，构铲造简单筹，排沉或砂方便泪等优点恒。（2）vmax=0.3享m/s,欺vmin=0.1哑5m/s废使无机健颗粒下沉卸，而有机旨颗粒不会胜下沉（按砂京粒比重艇2.6体5，去弄除d≥0.2m垃m砂粒来婚设计（3）t蚕停留≥30"慎，一般色为30酒"~6辛0"（4）途H有效北=0.浩25~踩1.0贡m,≤1.20倘m,每凑格宽度b≥0.6涛m（5）民沉砂量化标准生活污宫水：0显.01物~0.局02l糊/人.碎d城市污水妖：3m3/105琴m3污水砂含水率刺60%，医容重15煮00㎏/应m3，贮砂蒙斗的容肯积按2腾d沉砂蛙量计算识，砂斗倾角畅55º~奸60º（6）订超高≥0.3m2.设事计计算（1）水违流部分的育长度L（及m）：L=v尖·t：v：最退大水平流汇速vmaxt：水力停绩留时间（2）水为流断面积心A：（3）穿池总宽浩度B：（4）边沉归砂斗容妇积V（婚m3）（5）捡沉砂池躺总高度势H（6）验脉算最小流姿速验算在Q移min时客，污水流厅经沉砂池近时的3排砂锋装置（1）重粗力排砂：轰排砂管、极排砂罐（2）滥机械排虾砂：单怎口泵吸腥式排砂漆、链板庙刮砂与撒抓斗7.1教0.2樱曝密气沉砂闲池一般沉砂源中夹杂有狮15%的呢有机物，步使后续处旦理增加难没度，影响简环境。通入空塑气，使甩