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1、水处理工程第四章沉淀与澄清沉淀的基本理论沉淀池隔油池气浮池水处理工程第第1节节 沉淀原理与分类沉淀原理与分类(Sedimentation,or settling and Clarification)一、原理一、原理利用颗粒与水的密度之差，比重1，下沉比重1，上浮沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um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）水处理工程 二、分类二、分类：（1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变（2）絮凝沉淀-絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加 （初沉池后期
2、、二沉池前期、给水混凝沉淀）颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大（3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层，形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L以上。（4）压缩沉淀-污泥浓缩池 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。水处理工程上澄水自由沉淀带絮凝干涉沉淀带成层沉淀带压缩沉淀时间t水深ABCD沉淀过程示意图水处理工程n一、一、颗粒沉速公式（颗粒沉速公式（StokesStokes law law）假设条件：假设条件：球状颗
3、粒，不可压缩，无凝聚性，沉淀过程中大小、形状、重量不变；水处于静止状态颗粒仅受重力和水的阻力作用水中重浮合力水中重浮合力阻力，量纲分析得到阻力，量纲分析得到在等速沉淀情况下在等速沉淀情况下对于层流对于层流，Re时，时，u0，颗粒下沉；当颗粒下沉；当s ，u0,颗颗粒上浮；当粒上浮；当s=,颗粒既不下沉又不上浮；颗粒既不下沉又不上浮；颗粒直径越颗粒直径越大，沉速越快；大，沉速越快；水的粘度越小，沉速越快，提高水温水的粘度越小，沉速越快，提高水温水处理工程n颗粒沉淀曲线将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组沉淀管，经过t1时间后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定浓度为c1；.在t1时刻沉速
4、大于u1的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1,c1/c0表示这部分颗粒与全部颗粒之比，记作x1,余类同。将xi与ui作图，得沉淀曲线。对于指定沉淀时间t0，u0=H/t0,uu0颗粒 全部除去uu0颗粒 部分除去，去除比例h/H，去除量总去除量经t0时间沉淀，各种颗粒沉淀的总去除效率为：水处理工程uu0 xx01.0沉速dx0Hhuu0水处理工程Ht=0颗粒沉速所占%u1x1u2x2u3x3u*x*un-2xn-2un-1xn-1unxnt=t1t=t*hn-2hn-1hnH高度时各种颗粒百分比为xj，沉淀h距离去除的量水处理工程不同沉淀时间的总去除率水处理工程二
5、、理想沉淀池二、理想沉淀池假设：假设：颗粒为自由沉淀颗粒为自由沉淀水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。颗粒到底就被去除。颗粒到底就被去除。水处理工程水平流速v=Q/(h0B)B:池宽考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。uu0的颗粒可以全部去除uu0的颗粒只能部分去除去除率为Eui/u0=ui/(Q/A)A沉淀池表面积(u0=h0/tt=L/v=Lh0B/Q)q=Q/A=u0表面负荷或溢流率水处理工程对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为Eui/u0=ui/(Q/A)颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表
6、面负荷及颗粒沉降速度有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。(Hazen理论,1904年）但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。从上式反映以下两个问题：1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。2）ui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“浅层理论”。水处理工程h=H,r=R时对沉速为u0的颗粒，积分圆形平流沉淀池，径向水流速度是一变数hhu0u0uuvv”v”v”Rrr0污泥区水流表面积A出水区进水Q沉淀区drdh水处理工程实际沉淀池偏离理想沉淀池条件的情况:水流状况；颗粒絮凝过程实际水流状况对沉淀过程的影响
7、沉淀池进、出水的影响：进水流速大于池中平均流速异重流的影响：浑水比清水比重大；温差异重流，白天效果均低于晚上水流紊动性和稳定性的影响：水流紊动性判别Re=vR/，平流沉淀池中水流Re为4000-15000，降低雷诺数有利于沉淀水流稳定性以弗劳德数判别，Fr=v2/Rg，高，对温差、密度异重流及风浪抵抗能力强降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径R。R=过水断面/湿周理想与实际有差距，设计的表面负荷应为试验值的1/1.25-1/1.7,平均为1/1.5;沉淀时间为试验值的1.5-2.0倍。水处理工程二、絮凝沉淀沉淀效率由实验确定。在直径0.1-0.15m，高1.52.0m，且沿高度方向
8、设有5个取样口的沉淀筒。沉淀柱应有适当的口径，以及一定的深度，这样可以有一定的容量，取样时不影响水深；沉淀柱的高度尽可能和真实沉淀池相等；起始浓度在桶中应分布均匀，模拟沉淀池进口端悬浮物颗粒分布情况，水样注入时应平稳缓慢；沉淀柱底部应留有一个沉淀部分，以备沉泥之用；600600600600150水处理工程水处理工程25水处理工程三、成层沉淀与压缩vsA-澄清液层，B-受阻沉降层，C-过渡层，D-压缩层；1-1面均匀下降，2-2面匀速上升，t2时相遇，B,C消失，直到压实bABCD1122v0tt2cADH2t=t2压缩开始dADHut=tu压缩结束at=0均匀污泥C0受阻沉降过渡压缩ABCDv
9、sv2110t2时间H2界面高度C2水处理工程第二节沉淀池n一、沉砂池作用：去除废水中携带的泥沙。分类：平流和竖流，平流效率高，应用广泛。构造：过水部分是明渠，渠底有贮砂斗，一般两个。下部设有带闸门的排砂管。设计控制参数：水平流速0.150.3m/s，停留时间大于30s，有效水深55，排泥管径不小于200mm。防止有机物沉淀：采用曝气沉砂池，鼓风曝气形式。水处理工程n二、平流沉淀池基本技术参数：长宽比4，有效水深3m，超高0.3m。进口均匀布水，流速u0全流失 V=u0 悬浮V0.4,池内流速一般2-5mm/s，停留时间一般1.5-2.0h，去除油粒最小直径100-150m。隔油后含油50-1
10、00mg/L.采用刮油机收油，底刮泥，上刮油。斜板隔油池提高单位容积的处理效率，斜板大多采用聚酯玻璃钢波纹板，板间距20-50mm,倾角45，采用异向流，停留时间为平流式的1/2-1/4,约30min，去除最小粒径60m.应用：前平后斜，平隔大量油；斜板最好用镀锌或不锈钢板，以利热水或蒸汽清洗。水处理工程第四节气浮池n一、概述通入空气，颗粒附着在气泡上，浮力作用，气泡上升，携带颗粒漂浮水面。达到固液分离的目的特点：用于自然沉淀比较难于去除的比重比较轻的细小颗粒气浮表面负荷可达到12m3/m2h,水在池中停留时间只需10-20min，池深2m，占地少，节省投资气浮有预曝气作用，泥渣不易腐化对于低
11、浊含藻水，处理效率高，可除浮游生物，出水好浮渣含水率低，比沉淀污泥少2-10体积，表面刮渣比池底排泥方便可回收利用有用物质，所需药量比沉淀法省。缺点：电耗大，释放器易堵塞，浮渣怕大风雨袭击水处理工程n二、基本原理气浮分离的必要条件向水中提供足够量的微细气泡，尺寸15-30M使目的物呈悬浮态或具有疏水性，附着气泡上升1.气泡的产生：电解法、分散空气法、溶解空气法电解法产生气泡均匀细小，但电耗高，电极易结垢，主要用于小规模水处理分散空气法通过粉末冶金、素烧陶瓷或塑料制成的微孔板，将压缩空气分散成小气泡简便易行，气泡较大，易堵塞吸气气浮将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气
12、吸入并分散为小气泡。适用于悬浮物浓度很高的废水，如洗煤废水，含油脂、羊毛等废水，设备不易堵塞利用射流或水泵吸入和分散空气溶气气浮法使空气在压力下溶于水中并呈饱和状态，然后使废水压力骤然降低，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮水处理工程溶气气浮法真空气浮在负压下析出加压溶气气浮在常压下析出应用最多加压溶气气浮按溶气水不同有全部进水溶气、部分进水溶气、部分处理水溶气三种基本流程。部分进水溶气和处理水溶气流程，用于加压溶气的水量只占总水量的30%35%或10%20%，溶气压力高、气泡小、均匀、不破坏絮体关键设备：溶气罐，操作压力0.3-0.5MPa，水泵吸水管进气、出水射流吸气或空压机
13、供气。释放器，释放效果好，不易堵塞2.悬浮物与气泡的附着：界面张力和湿润接触角接触角90疏水物质，易于气浮；90亲水物质颗粒与气泡的附着条件 界面能W=S（S-界面面积）颗粒附着气泡前W1=LG+LS（假设S=1cm2)附着后W2=GS 界面能变化W=W1-W2=LG+LS-GS 据热力学，气泡和颗粒的附着过程，是向该体系界面能减小的方向自发地进行，附着后的总界面能小于附着前水处理工程LGLGGSGSLSLS被水湿润的面积被水湿润的面积水气泡颗粒颗粒亲水性颗粒气气气气气气气LGLSGSSGGLLS水颗粒颗粒疏水性颗粒液气水处理工程颗粒处于平衡时，水、气、固三相界面张力应是 LS LGcos(1
14、80-)-GS 代入上式，得：W=LG(1-COS）得出结论：当颗粒完全被水湿润时，0,COS 1,W0,颗粒与气泡不能粘附，不能用气浮处理；0900W LG气浮效果不够好；90 LG气浮效果较好，易气浮 180,W2 LG，最易气浮。LG，W，易气浮；LG与水中所含的表面活性物质有关，表面活性物质多，LG；表面活性物质少，LG。气泡的稳定性：气浮要求气泡在水中有一定的分散度，一定的稳定性。洁净水（表面张力大）中，气泡易兼并，达不到一定的分散度，且易破灭。可往水中加一定的起泡剂，目的降低LG，在气泡表面起保护作用，保护气泡之稳定性；但加气泡剂太多，LG降低太多，颗粒气泡附着不好。如何控制气泡剂
15、的量是气浮效果好坏的重要条件。分离亲水性颗粒：投加合适的药剂，改变颗粒的表面性质称为浮选剂。浮选剂带有亲水基团，被亲水性物质吸附，另一端朝向水，使颗粒表面变成疏水表面。水包油-破乳水处理工程n三、气浮设备及其设计计算常用加压溶气气浮、射流气浮、叶轮气浮应用广泛。部分回流用的较多设计要点：溶气罐压力 V=KTP(亨利定律）压力越大，溶解空气越多。空气过多，细小气泡易聚集，效果不好最佳：气水比 1%5%；气固比0.5%1%；溶气罐中空气的饱和程度50%80%水力停留时间：10-20min；池型：平流式，竖流式气固比G/S的选择：影响出水水质和浮渣浓度G/S=释放出空气总量/原水带入悬浮固体总量计算
16、空气量水处理工程加压溶气气浮流程（回流式）1-混合器，2-反应室，3-入流室，4-分离室，5-泵，6-射流器，7-气体流量计，8-溶气罐，9-释放器，10-浮渣槽，11-刮渣机QQ25-50%Q1239410117568混凝剂水处理工程部分回流溶气气浮装置流程图部分回流溶气气浮装置流程图气浮池配水池出水池溶气罐水处理工程n四、气浮法在水处理中的应用废水：1、含油废水的处理，主要去除乳化油悬浮油用隔油池去除2、造纸白水回收纤维3、毛纺废水：含有羊毛脂，洗涤剂4、染色废水5、污泥浓缩：比一般重力浓缩效果好给水：1、除藻与沉淀法比较：可同时去除多种污染物，污泥浓度高缺点：耗电，维修复杂水处理工程思考题：1.沉淀过程有哪几种基本类型？说明它们的内在联系与区别。2.为什么要做废水沉降性能曲线？反映废水沉淀性能的主要参数是什么？它的具体含义是什么？3.沉降曲线是如何绘制的？对于自由沉降、絮凝沉降过程，测定时有何区别？4.斜板沉淀池为何能提高沉淀效率？5.气浮法使悬浮物上浮分离的基本原理是什么？影响悬浮气浮分离效果的主要因素是什么？6.什么是压力溶气气浮法？基本流程有哪几类？整个过程有哪几部分组成？与其它气浮法相比，具有什么优点？