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1、水污染控制工程 第二章第二章第二章 污水的物理处理污水的物理处理 第一节第一节 格栅和筛网格栅和筛网第二节第二节 沉淀的基础理论沉淀的基础理论第三节第三节 沉砂池沉砂池第四节第四节 沉淀池沉淀池第五节第五节 隔油池隔油池第六节第六节 气浮池气浮池水污染控制工程 第二章第二节第二节 沉淀的基础理论沉淀的基础理论水污染控制工程 第二章 沉淀法是利用水中悬浮颗粒和水的密度差，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易沉颗粒物。初次沉淀池：较经济地去除污水中悬浮固体，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
2、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。水污染控制工程 第二章自由沉淀 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性质、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。二沉池中间段活性污泥沉淀属于这种类型。絮凝沉淀区域沉淀或成层沉淀压缩沉淀 悬浮颗粒
3、浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，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，互相支撑，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。水污染控制工程 第二章自由沉淀过程示意图自由沉淀过程示意图液面液面t=0时时t=t1时时t=t2时时t=无穷大时无穷大时在搅拌的作用下分布均匀随着沉降的进行，上部变清到到一定时间，一定时间，沉降完成。沉降完成。含量少的泥砂在水中的沉淀含量少的泥砂
4、在水中的沉淀现象：现象：实验时可观察到水是从上到下逐步变清的实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。水污染控制工程 第二章自由沉淀及其理论基础 分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、质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,颗粒即等速下沉水污染控制工程 第二章 悬浮颗粒在水中的受力：重力F1、浮力F2、摩擦阻力FD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。FDF2F1水污染控制工程 第二章1.悬浮颗粒在水中受到的作用 力Fg Fg是促使
5、沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：式中：Fg水中颗粒受到的作 用力；V颗粒的体积；S颗粒的密度；L水的密度；g重力加速度。2.水对自由颗粒的摩擦阻力式中：FD水对颗粒的摩擦阻力；阻力系数；A自由颗粒的投影面积；uS颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析水污染控制工程 第二章球状颗粒自由沉淀的沉速公式 当颗粒所受外力平衡时，即因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：水污染控制工程 第二章当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在层流状态下，=24/Re，带入式中
6、，整理得球状颗粒自由沉淀的沉速公式（亦称斯托克斯公式）：式中:水的动力黏度。水污染控制工程 第二章颗粒沉降速度us影响因素有：斯托克斯公式:nus与颗粒与水的密度差s-L成正比关系。当s时u0，颗粒下沉；(沉淀法)当s时,u0，颗粒上浮；(浮上法)当s=时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，颗粒既不下沉也不上浮。(絮凝沉淀或气浮法)n us与颗粒直径d的平方成正比。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。n 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。水污染控制工程 第二章沉淀池的工作原理理想沉淀池 n 理想沉淀池按功能分区：进水区、沉淀区、出水区和污
7、泥区n 假定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。水污染控制工程 第二章由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：水污染控制工程 第二章理想沉淀池的工作原理示意图理想沉淀池的工作原理示意图uu0的颗粒uu0的颗粒u=u0的颗粒u=u0的颗粒vu出出水水区区理想沉淀池工作过程分析理想沉淀池工作过程分析水污染控制工程 第二章式中：v颗粒的水平分速；Q进水流量；A沉淀区过水断面 面积，Hb；H沉淀区的水深；b沉淀区宽度。当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，颗粒
8、在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v水污染控制工程 第二章 设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。I.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，即左上图中的迹线xy与xy。II.当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如左下图中轨迹xy所示；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所示。说明对于沉速u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底
9、被去除。水污染控制工程 第二章 在同一沉淀时间t，下式成立：故 对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：而沉淀池能去除的颗粒包括uu0以及 u1u0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的 的颗粒将会从水中沉到池底而去除。式中：P0沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例；（1-P0）沉速u0的颗粒去除率。水污染控制工程 第二章 上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：将上式带入式中 并简化后得出 Q/A反映沉淀池效率的参数，一般称为沉淀池的表面水力负荷，或称沉淀池的溢流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/（m2h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，即与池的体积V无关。当V为定值时，池子越浅，则A值越大，沉淀效率越高“浅池沉淀原理”。