沉淀基础理论

1、.,重力沉淀法,第一节沉降过程的基本理论,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,.,沉淀去除的对象及构筑物砂粒化学沉淀混凝絮体生物污泥污泥浓缩,.,.,.,.,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:,.,（2）高浓度有机废水处理工艺:,（3）含铬废水处理工艺：,.,第一节沉降过程的基本理论,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,.,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,一自由沉

2、降1.斯托克斯公式,分析的假定,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,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。,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,该公式即斯托克斯公式,悬浮颗粒在水中的受力分析,由上式可知，颗粒沉降速度uS与下述因素有关：,当g大于y时，

3、S-L为正值，颗粒以uS下沉；当S与L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；S小于L时，S-L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与成反比，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,.,(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：了解废水中悬浮物的沉淀特点；为工程设计提供参数。,2、自由沉淀实验,.,自由沉降试验所用的沉降柱(settlingcolumn)示意图每次试验用57个相相同的沉降柱,溢流口

4、,取样口,.,H,取样口,沉降柱,(2)实验方法实验编号:123n原水浓度：C0C0C0C0有效水深：HHHH取样时间：t1t2t3tn取样浓度：C1C2C3CnCi/C0=XiX1X2X3XnH/ti=uiu1u2u3un,颗粒沉降到取样口被认为去除；,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,Xi表示沉速uui的颗粒浓度与原始浓度的比值,.,给定的沉降时间t内：对于0的颗粒全部除去,对于0的颗粒可被部分去除。,p0,1-p0,给定的沉降时间t内：对于dd0的颗粒全部除去,对于dd0的颗粒可被部分去除。,p0,1-p0,？：对于0的颗粒，可去除部分所占比

5、例是多少？去除率是多少？,(3)沉淀效率计算,.,.,0的颗粒中，didi+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。,对于0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：,则在didi+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0颗粒群体，可去除部分为：,.,X,.,0部分颗粒所占百分率为1p0,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：,.,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,.,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

6、分率。,.,解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,已知：,.,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)+0.072.7=1.07故沉速为3cm/min时，总去除率为：E=（1-0.67）+1/31.07=0.69,u(cm/min),.,小结：1、基本概念重力沉降,2、重点基本概念沉降试验和沉降曲线,3、难点图解积分法计算ET,.,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、

7、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。,.,1.絮凝沉降试验,装置：140150mmH=2.02.5m45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。,.,沉降时间，t(min),0.5m,1.5m,Et-t曲线,SS等去除率曲线,Et,1.0m,.,不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系,18.0,30.0,

8、39.0,.,不同水深处去除率与沉降时间的关系数据,.,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,.,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

9、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）。,.,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%,.,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：,.,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

10、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。,.,成层沉降沉降曲线,沉降时间（min),.,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:AQ/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:ucH

11、0/t0,.,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：AQtu/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。,.,成层沉降沉降曲线,沉降时间/min,tu,Hu,临界点,AQtu/H0,.,第二节理想沉淀池

12、,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；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。,1.理想沉淀池的几个假定：,由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：,.,理想沉淀池示意图,沉降线为未被去除颗粒；,为刚好100%去除颗粒；,为可部分去除颗粒；,为可全部去除颗粒。,.,2.颗粒的运动,水平,垂直,水平方向:水平流速v等于水流速度;垂直方向:沉速即颗粒的自由沉降速度u。,颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，是一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。,.,当颗粒沉速uu0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即图a中的迹线xy与xy。,设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度,当颗粒沉速u1u0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图b中xy；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中轨迹xy。,.,3.去除效率ET,.,q0在数值上等于最小沉降速度；q0，ET；在自由沉淀中，当处理水量Q一定，ET仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A，q0，则ET。,4.表面负荷q0,.,5实际沉淀池,在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。,.,主要是由于池进口及出口构造的局限，使水流在整个