水污染控制工程 同济大学课件3.1

dx x x x x+dx
u
u
沉速u
颗粒去除： 时间内其沉淀距离为h H,有 ▲ u<u0 颗粒去除 ： 在 t0 时间内其沉淀距离为 h<H, 有 部分颗粒通过取样面被去除,去除比例为h/H; 部分颗粒通过取样面被去除,去除比例为h/H;即： h/H 所有颗粒的去除率： ▲ u<u0 所有颗粒的去除率 ： 某一颗粒与 颗粒总量的比例为dx ， 被去除的颗粒为： 颗粒总量的比例为 dx， 被去除的颗粒为 ： dx 沉速u<u 所有颗粒的去除率应为： 沉速u<u0所有颗粒的去除率应为：
3········n n C0······C0 C H········H H t3······tn t C3······Cn C X3······Xn X
dx x
取样口 x+dx
u1 u2 u3······un u
H
u u 沉速u
① 颗粒沉降到取样口 被认为去除； 被认为去除；
表示沉速u ③ Xi表示沉速u＜ui的颗 粒浓度与原始浓度的比值
第3章 沉 淀 Sedimentatio n
1
第一节 概
1、沉淀的定义
述
悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀。 悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀。 沉淀 实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池。 实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池。 沉淀池 当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。 (1) 当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。 ——沉 沉 ——上 上 淀 浮 当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。 (2) 当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。
以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：
（1）城市污水处理工艺: 城市污水处理工艺:
污水 格栅 沉砂池 消化 初沉池 好氧 二沉池 浓缩池
4
排水
高浓度有机废水处理工艺: （2）高浓度有机废水处理工艺:
废水 沉淀调节池 厌氧 沉淀调节池 脱水 沉淀池 好氧 沉淀池 浓缩池 排水
含铬废水处理工艺： （3）含铬废水处理工艺：
药剂
废水
混合反应池 脱水
ρs −ρ µ
gd 2 可知： 可知：
A．与颗粒、水的密度差成正比； 颗粒、水的密度差成正比； 成正比 >ρ时，u>0,颗粒下沉 u>0 颗粒下沉； 当ρs>ρ时平方成正比； B．与颗粒直径平方成正比； ； 颗粒直径平方成正比 <ρ时 u<0 颗粒上浮； d>20 20μm . 一般沉淀只能去除 d>； μm的颗粒。 与水的粘度μ成反比； μm的颗粒 C当ρs<ρ时，u<0,颗粒上浮；的颗粒。 水的粘度μ成反比 20 =ρ时 u=0 颗粒悬浮。 当ρs=ρ时，u=0,颗粒悬浮。 对于粒径较小的颗粒， ， 故提高水温有利于加 对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗 因粘度与水温成反比， 因粘度与水温成反比 粒粒径，促进沉淀； 粒粒径，促进沉淀； 速沉淀。 速沉淀。
水的作用。 颗粒沉淀仅受重力和水的作用 ④ 颗粒沉淀仅受重力和水的作用。
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二、自由沉淀速度
(1) 颗粒在静水中的受力情况 重力： 重力：F 1 = 浮力： 浮力：F 2 =
1 πd 3ρ S g 6
F F
2
浮力
3
阻力
1 πd 3ρg 6
u2 阻力： 阻力：F3 = λρ A 2
F1重力式中： Nhomakorabea式中：ρs,ρ―表示颗粒及水的密度 表示颗粒及水的密度 g―重力加速度 重力加速度 A―颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=лd2/4 颗粒在沉淀方向上的投影面积， 颗粒在沉淀方向上的投影面积 对球形颗粒， u―颗粒沉速 颗粒沉速 ρ ud λ―阻力系数，它是雷诺数（ Re = µ）和颗粒形状的函数。 阻力系数， 雷诺数（ 颗粒形状的函数 的函数。 阻力系数 它是雷诺数 µ—水的粘度 水的粘度
e e
层流状态下： 层流状态下：
24 λ= Re
1 2 πd 4
Stokes公式 Stokes公式
g ( ρs − ρ ) 2 u= d 18µ
1 1 3 3 u2 π d ρ S g − π d ρ g = λρ A 2 6 6
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(4)影响沉淀速度的因素 影响沉淀速度的因素
1 stocks公式 由stocks公式 u = 18
H 2
H
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例题：某废水静止沉淀试验， 例题：某废水静止沉淀试验，有效水深 1.2m， 代表沉降时间t 为1.2m，c代表沉降时间t时取样中所含的悬 浮物浓度， 代表起始悬浮物浓度。 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 沉速为3cm/min 3cm/min时悬浮颗粒的去除百 分率。 分率。
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(2) 实验方法
实验编号: 实验编号: 1 原水浓度： 原水浓度：C0 有效水深： 有效水深：H 取样时间：t1 取样时间： 取样浓度： 取样浓度：C1 Ci/C0= Xi X1 H/ti=ui 2 C0 H t2 C2 X2
的颗 粒与全部颗粒 X x
沉降柱 1-x
悬浮污沉淀累积 分布曲线
x x
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已知：
时 间 t(min) C/C0(X) 0 1 15 0.96 30 0.81 45 0.62 60 0.46 90 0.23 180 0.06
解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：
时间t(min) u=H/t （cm/min） 0 15 8 30 4 45 2.67 60 2 90 1.33 180 0.67
沉淀池 浓缩池
排水
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4、沉淀类型
根据悬浮颗粒的性质及其浓度的高低 悬浮颗粒的性质及其浓度的高低， 根据 悬浮颗粒的性质及其浓度的高低 ，沉淀可分为 四种类型： 四种类型：
(1)自由沉淀
水中悬浮物颗粒 浓 度 低 ， 呈 离散状态 ； 互 离散 状态； 状态 不干扰， 不干扰 ， 各自完成沉淀 过程。 过程 。 颗粒在下沉过程 形状、 中的形状 尺寸、 密度、 中的 形状 、 尺寸 、 密度 、 不发生变化。 不发生变化。 例如： 例如：沉砂池
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(2)颗粒在静水中的运动情况 (2)颗粒在静水中的运动情况 在静水中悬浮颗粒开始沉淀时， 在静水中悬浮颗粒开始沉淀时， 开始沉淀时 因受重力作用而产生加速运动， 因受重力作用而产生加速运动，同 时水的阻力也逐渐增大。 时水的阻力也逐渐增大。 经一很短时间后，当阻力F3增 经一很短时间后， 阻力F 大到与颗粒的“重力F 浮力F 之差” 大到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差” 相等时，颗粒作等速下沉运动 等速下沉运动。 相等时，颗粒作等速下沉运动。 等速沉淀的速度常称沉淀末速 等速沉淀的速度常称沉淀末速 简称沉速 沉速。 度，简称沉速。
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F F
2
浮力
3
阻力
F
1
重力
(3)颗粒沉淀速度 颗粒沉淀速度 在等速沉淀情况下， 在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:
1 1 3 π d ρ S g − π d 3 ρ g = λρ A 6 6
u2 2
水流状态： 水流状态： 24 层流状态： ——Stokes 式 层流状态：Re<1时， λ = Re 时 24 3 过渡状态： 过渡状态：1<Re<103 时，λ = R + R + 0.34 —— Fair式 式 紊流状态： 紊流状态：103<Re<105时，λ=0.44 ——Newton式 式
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第二节 自由沉淀
一、自由沉淀的假定条件
实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、 实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十 分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。 分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。 为了解颗粒在水中自由沉降过程的 动力学本质 为了解颗粒 在水中自由沉降过程的动力学本质， 进 在水中自由沉降过程的 动力学本质， 行如下假定： 行如下假定： 颗粒为球形，沉淀过程中大小、 ① 颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不 发生变化； 发生变化； 液体为静止状态； ② 液体为静止状态； 颗粒沉淀不受容器器壁影响； ③ 颗粒沉淀不受容器器壁影响； 作用方式？ 作用方式？
2
2、沉淀去除的对象及构筑物 ① 砂粒 ② 化学沉淀 ③ 混凝絮体 ④ 生物污泥 ⑤ 污泥浓缩 浓缩池
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沉砂池 沉淀池
3、位置及作用
A、作为处理系统的主体； 作为处理系统的主体； 工艺流程主体处理单元之前——预处理； 预处理； B、工艺流程主体处理单元之前 预处理 工艺流程主体处理单元之后； C、工艺流程主体处理单元之后； 污泥处置。 D、污泥处置。
沉降速度u 在指定时间t ② 沉降速度 u ： 在指定时间 t 能从液面恰好沉到水深H 内，能从液面恰好沉到水深H处 最小颗粒的沉速。 最小颗粒的沉速。u=H/t
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(3) 沉淀效率计算
的颗 粒与全部颗粒 X x
1-x
颗粒去除率： 时间内， ▲ u≥u0 颗粒去除率 ： t0 时间内 ， 沉淀 距离H,全部去除。 去除率为(1 距离H,全部去除。 去除率为(1- X ) H,全部去除 (1- 0 X0表示沉速u<u0的颗 表示沉速u<u 粒与全部颗粒的比。 粒与全部颗粒的比。
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(2)絮凝沉淀 水中悬浮物浓度不高， 水中悬浮物浓度不高 ， 但有絮凝性能。 絮凝性能 但有 絮凝 性能 。 在沉淀过程 中互相碰撞发生凝聚， 中互相碰撞发生 凝聚，其 粒 凝聚 径和质量均随沉淀距离增加 径和质量 均随沉淀距离增加 而增大，沉淀速度加快。 而增大，沉淀速度加快。 例如：二沉池； 例如：二沉池； 混凝沉淀。 混凝沉淀。
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三、自由沉淀实验 (1) 实验目的
实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀， 实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形 颗粒粒径不均匀 状各异，密度也有差异。 状各异，密度也有差异。 通过沉淀试验： 通过沉淀试验： 了解废水中悬浮物的沉淀特点； ① 了解废水中悬浮物的沉淀特点； 为工程设计提供参数。 ② 为工程设计提供参数。