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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,一自由沉降 1.斯托克斯公
2、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
3、上式可知，颗粒沉降速度uS与下述因素有关：,当g大于y时，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(settling co
4、lumn)示意图 每次试验用57个相相同的沉降柱,溢流口,取样口,H,取样口,沉降柱,(2)实验方法实验编号:1 2 3n原水浓度：C0 C0 C0C0有效水深：H H HH取样时间：t1 t2 t3tn取样浓度：C1 C2 C3CnCi/C0=Xi X1 X2 X3Xn H/ti=ui u1 u2 u3un,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,
5、对于dd0的颗粒可被部分去除。,p0,1-p0,？：对于0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？,(3)沉淀效率计算,0的颗粒中，di di+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di di+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1 p0,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，
6、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
7、、絮凝沉降试验及沉降曲线,絮凝沉降的特点：,颗粒的形状d、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：140150mm H=2.02.5m 45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
8、深度表观去除率与沉降时间的关系,18.0,30.0,39.0,不同水深处去除率与沉降时间的关系数据,等去除率曲线（equal pecent removal curve）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、
9、沉降时间为T时沉淀柱中颗粒的总去除率；ET沉降时间为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1000 mL量筒进行。把事先标好刻度的量筒中加入一定体积的待
10、试验的水样，同时以5 r/min的速度搅拌，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
11、相交，交点为t0，即可得:ucH0/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Hu Hu=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
12、/H0,第二节 理想沉淀池,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
13、，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，使水流在整个断面上分布不均匀，整个池子的有效容积未能得到充分利用，一些沉淀池还存在死水区，因此，废水在沉淀池中实际停留的时间要比理论停留时间短。由于紊流的影响，悬浮颗粒的实际沉速比理想沉速小。实际沉速还受水温，风吹等因素的影响。,实际沉淀池与理想沉淀池是有区别的。,絮凝沉降颗粒运动轨迹,但是，为保守起见，沉降效率依然按照：,进行计算。,6 絮凝沉降,颗粒之间并聚变大，或,变大，u也会之变大。,其运动轨迹发生变化：,
