沉淀与澄清ppt课件演示文稿

14.水质工程学 I —沉淀与澄清 §3-5澄清池(ppt文档)

（3）回流水量可为进水量的2～4倍。
（4）第一反应室出口流速50～80mm/s，第二反应室进口流速40～50mm/s。
（5）清水区上升流速0.7～1.0m。
（6）清水区高度为2～3m，超高0.3m，喷嘴离池底不大于0.6m，以免积泥。
（7）池底进水管流速为1.0m/s左右。
（8）与无阀滤池配套使用时，澄清池的出水槽即可作为滤池的配水箱。
3、因池身较高，与无阀滤池配套较多。
4、原水浊度低或短时间内水量水温变化较大时，工作不稳定，选用时应加注意。
设计参数：
（1）停留时间1～1.5小时，第一反应室、第二反应室的停留时间分别为1～2min和5～7min。
（2）喷嘴流速6～9m/s，喉管流速2～3m/s。喷嘴直径和喉管直径之比为1：3～1：4，截面积之比1： 12～1：13。
特点：
1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较好；
2、它需要设置变速电动机和减速装置等机电设备，结构较复杂。
3、适用于原水悬浮物长期低于5000mg/L的大、中、小型水厂。
设计参数：
（1）清水区上升流速一般采用0.8~1.1mm/s。
（2）水在澄清池内总停留时间可采用1.2~1.5h。
（3）叶轮直径可为第二絮凝室内径的70~80%，并应设调整叶轮转速和开启度的装置。
最大的脉冲澄清池
上海南市水厂,规模3000m3/h，采用钟罩（虹吸）式脉冲发生器。
2、泥渣循环型澄清池（1）机械搅拌澄清池（机械加速澄清池）
第二反应室导流室
分离室
第一反应室
搅拌提升装置
加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬浮泥渣，驱使泥渣回流，所以它具有较好的调节性能（泥渣浓度、搅拌速度、泥渣循环量）。通常提升流量为进水流量的3~5倍，因此所形成的循环泥渣量为进水量的2~4倍。

水质工程学第4章沉淀与澄清3

—— 清水与固体有清晰界面，该界面等速下降 ——压缩区内部自上而下，沉速递减
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C）（多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST）四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提高容积利用系数。出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。

沉淀和澄清(给排水工程)

最广泛的机械加速澄清池。
废水从进水管进入环形配水三角槽,混凝剂通过投药管加在配水三角槽中，再一起流入混合室，进行水与药剂和回流污泥的混合。由于涡轮的提升作用，混合后的泥不被提升到反应室，继续进行混凝反应,并溢流到导流室。导流室中有导流板，使废水平稳地沿伞形罩进入分离室，分离
室中设有排气管，将废水中带入的空气排出，减少对泥水分离的干扰，泥渣便靠重力自然下沉，清液由集水槽和出水管流出池外。
此外，一般d难以测定，在层流区，颗粒太小。可以通过测定u，算出d（注意是名义上的）。
拥挤沉淀
特点：1.发生在SS浓度较高的情况 2.分层沉淀，出现清水－浑水交接面
3.出现4个区，参见图16－2。 A：清水区 B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻降
层颗粒沉速等于界面沉降速度，等速下降（Vs） C：变浓度区
一、自由沉降试验及沉降曲线二、絮凝沉降试验及沉降曲线
一、自由沉降试验及沉降曲线
一、试验装置二、常规计算法及沉降曲线三、Camp图解积分法及沉降曲线
φ100mm Δh
试验装置示意图
H0=1.5~2.0m H=H0-Δhi
二．常规计算法(数据记录与处理)
t t0
t1
t2
t3
…
ti
…
tn
H H0
沉降的基本原理
Fd
Cd
As

l u2
2

Ff l V g
Fg mg s V g
式中：As——运动方向的面积
Cd——牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) u——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为u（最终沉降速度）
沉降动力学 :颗粒受力情况分析

水的混凝澄清及沉淀处理

2.混凝剂的影响
（2）混凝剂投加量(dosage) 投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混
凝剂品种、投加方式及介质条件有关。任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药
量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序(sequence) 当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确
胶体的性质
(1)稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
动力学稳定性：无规则的布朗运动强，
对抗重力影响的能力强。
胶体稳定性
聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎
水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性
胶体）
胶体的脱稳和凝聚机理
1.基本概念稳定性（stabilization)---胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性
混凝的概述
混凝澄清法的概念
混凝澄清－－是指在混凝剂的作用下，使水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。
混凝凝聚coagulation ：胶体失去稳定性的过程称为凝聚絮凝flocculation ：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。
混凝机理
胶体
水处理中常见胶体粘土颗粒（对于d<4μm），大部分细菌（0.2~80nm），病毒（10~300nm），蛋白质。
2.混凝剂的影响
（1）混凝剂种类(kinds of coagulants)
混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。
如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚;
如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。
很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。

第四章水的沉淀沉降与澄清详解

• b-c段为直线，表明交界面等速下降。
• a-b曲线段一般较短，且有时不是很明显，所以可以认为是
b-c直线段的延伸。
• c-d为下凹的曲线，
表明交界面下降的
絮凝过程
速度逐渐变小。此
交界面等速下沉
下降速度逐渐变小
B区消失
时B区以消失，故C 点称为沉降临界点，相应于C点的交界面下的浓度均大于C0 。
• 沉淀柱高度＝实际沉淀池深度 • 1）在时间ti，不同深度测Ci • 2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p＝(C0-Ci)/C0 *100%
• 3）绘制去除百分率等值线
层状沉降（拥挤沉降）
❖ 如水中悬浮颗粒的量较多，则它们在水中沉降时常常会形成一个由许多颗粒聚集成的“毯状毯”。此时，可看到水体中有一个清水和浑水的交界面在不断地下移。此种沉降称为层状沉降。
2Ca(OH )2 Mg(HCO3)2 2CaCO3 Mg(OH )2 2H2O
石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：
Ca(OH )2 MgSO4 CaSO4 Mg(OH )2 2NaHCO3 Ca(OH )2 CaCO3 Na2CO3 2H2O
✓ 石灰处理原理
在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破坏了水的
碳酸平衡并使之右移：
H2O CO2
H HCO3
2H CO32
2OH 2H2O源自Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除
去： Ca(OH )2 CO2 CaCO3 H2O
Ca(OH )2 Ca(HCO3)2 2CaCO3 2H2O
• c-d段后表示B、C、
❖ 产生碰撞的原因：对于密度相同的颗粒，大颗粒的沉降速度大于小颗粒的沉降速度，此外，也有风力、水的撞动和温差等因素。当颗粒变大时，其沉降速度就加快，因此，颗粒的沉降速度不是恒定的，而是随流程逐渐增大的。

化学水处理沉淀与澄清课件

2.3 理想沉淀池的总去除率
所有能够在沉淀池中去除的，沉速小于uo的颗粒的去除率为： p u
p
0
i
0
u0
dpi
（7-22）
沉速大于和等于u0的颗粒全部下沉去除率为（1p0），因此理想沉淀池的总去除率为：
p (1 p0 )
p0 0
ui dpi u0
（7-23）
式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率；
(7-27)
(7-28) (7-29)
二、第一种设计计算方法（实验计算方法） 1.根据沉淀实验结果选取u0 ，用uo=Q/A可以计算得到沉淀池的面积A； 2.选取沉淀时间t和沉淀池的水平流速v，用 L=vt可以得到沉淀池的长度L； 3.用公式B=A/L得到B； 4.用公式H=Qt/A得到H；
三、第二种计算方法（经验计算方法） 1.根据经验选取平流式沉淀池的沉淀时间t，得到其体积V=Qt 2.选取沉淀池的深度H，用公式A=V/H得到沉淀池的面积A； 3.选取沉淀池的水平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的长度L； 4.用公式B=A/L得到B
出水支渠出水支渠
图 7-11 增加出水堰长度的措施
4.存泥区及排泥措施
泥斗排泥：靠静水压力 1.5 – 2.0m，下设有排泥管，多斗形式，可省去机械刮泥设备（池容不大时）穿孔管排泥：需存泥区，池底水平略有坡度以便放空。机械排泥：带刮泥机，池底需要一定坡度，适用于3m以上虹吸水头的沉淀池，当沉淀池为半地下式时，用泥泵抽吸。还有一种单口扫描式吸泥机，无需成排的吸口和吸管装置。沿着横向往复行走吸泥。
影响平流沉淀池沉淀效果的因素 1、进水的影响水流经进水穿孔板孔眼的流速0.1～0.2 m/s,较池中水流速3～20m/s高出很多，所以进池水流有很大的功能，它能在池内持续很长距离才逐渐消失，这种射流加剧水的紊动，从而影响沉淀效果。影响距离可达数米至数十米之遥。在沉淀池的末端，以水流的出水溢流堰顶为轴心向上形成出流水舌，细粒杂质在出流水舌夹带下能随水流流出池外，从而使沉淀效果降低。 2、异重流的影响浑水进入沉淀池后，因水中颗粒杂质不断沉淀而逐渐变清，流出沉淀池的水中浑水物质的含量已经很少，浑水和清水的比重是不同的。即进入沉淀池浑水的比重比流出沉淀池清水的比重大。比重大的浑水进沉淀池后，在重力作用下会潜入池的底部流动，形成所谓的浑水异重流。

第三章混凝、沉淀和澄清

逐渐减小。
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备混凝设备
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二、絮凝与混凝作用理论
工业用水中的悬浮物或固体颗粒通常呈现胶体状态分布，这些固体微粒具有巨大的比表面积，可以吸附液体介质中的正离子或负离子或极性分子等，使固液两相界面上的电荷呈不平衡分布，在界面两边产生电位差，这就是固体微粒的双电层现象。
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二、絮凝与混凝作用理论
2.固液分散体系的稳定性固液分散体系的稳定化理论（DLVO理论）：
假设分散的固体微粒间存在一种排斥位能和吸引位能的平衡，排斥作用是由于带同种电荷的胶体颗粒的双电层相互作用而引起的，或者由于粒子和溶剂之
间的相互作用而引起的，吸引作用则主要是范德华力
所引起的。
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第一节混凝机理
混凝沉淀法：为满足用水水质和环境排放的要求，向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性，使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体，以便从水中分离出来，达到水质净化的目的。
第二节混凝剂及其配制与投加
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第三节混凝设备
1.混合设备：水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间2－3秒机械混合：搅拌
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二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备混凝设备之管道式混合器
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沉淀PPT课件

速愈快，成平方关系。
因此随粒度的下降，颗粒的沉降速度会迅速降低。
▪ 实际水处理过程中，
u g(s L)d2 18
水流呈层去除d>20m
的颗粒。
Stokes公式应用举例：
油珠的直径为50m，密度为 800 kg/m3。试计算油珠在20℃水中的上浮速度。
解 : 油珠 d ＝ 5Om=5×lO-5m ， 2O℃ 水的粘度＝ 0.001OlPa·s，代入Stokes公式得 u=9.81(1000-800)×(5×10 － 5)2/18×1.01×10 － 3 = 2.7×10－4 m/s = 0.97 m/h
特点：沉淀过程中，颗粒的形状、粒径和沉速是变化的。
3、区域沉淀（或成层沉淀）：颗粒（强絮凝性）在较高浓度（5000mg/L）悬浮液中的沉降。
特点：沉速受其他颗粒影响，颗粒间相对位置保持不变。一个整体，共同下沉，形成一个清晰的界面，发生在二沉池的后期，浓缩池的初期。 4、压缩沉淀：悬浮颗粒浓度很高。
式中λ′是雷诺数Re的函数 Re dup
当
Re 1, 24
Re
2 Re 500 , 10
Re
500 Re 10 5 , 0 .44
当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围
的绕流流速也小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，
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
u 沉；
18 当s< L时,u<0，颗粒上
2 sL
浮；
当s= L时，u=0，颗粒既不下沉也不上浮。
Stokes公式说明的问题
（2）水的粘度愈小，沉速愈快，成反比关系。因粘度与水温成反比，故提高水温有利于颗粒的沉降。

第4章沉淀与澄清

沉淀过程中颗粒间相互干扰并形成网格状绒体共同下沉形成清水浑水界面（界面的沉降）。
发生在沉淀池后期沉淀过程
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8
4.1.4 压缩沉淀
4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝性颗粒、浓度极高
沉淀过程中颗粒结成块状，相互接触、相互支撑、相互挤压
发生在沉淀池后期沉淀过程及污泥浓缩池中
停留时间（t）：2~5min。
池底坡度（i）：0.1%~0.5%。
供气量：一般每m3污水0.2m3或2~3m3/m2池面积。
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要计算公式
总有效容积（V）：V=60Qmaxt (m3) 沉砂池总长度（L）：L=v/A (m)
许保玖等，当代给水与废水处理原理，北京：高等教学出版社， 2000（第二版）
张自杰主编，排水工程（下册），第四版，北京：中国建筑工业出版社，2000
尹士君编著，水处理构筑物设计与计算，北京：化学工业出版社， 2019
C.P.Leslie Grady,Jr.,et al., Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker, Inc., New York, 2019
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4.3.1 沉砂池—平流式沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要性能特点
常用沉砂设备截留效果好，工作稳定，构造简单，
投资省，维护管理方便。沉淀杂质中挟带有较多有机成分，易
于腐化而不利于进一步处理和处置。
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池

5沉淀和澄清51页PPT

u
4g 3CD
p 1 1
d
在Re<1的范围内,呈层流状态,CD=24/Re 得斯笃克斯公式:
u118p1 gd2
在1000< Re<25000范围内,呈紊流状态, CD=0.4,
得牛顿公式:
u1.83 p 1 dg 1
在1<Re<1000的范围内,属过渡区,CD近似
为:
10 CD Re
得到阿兰公式:
重加力速与度d阻u力/dt的,得差: (F1-F2)使颗粒产生向下运动的
6 d 3p d d 1 6 u td 2 (p 1 ) g C D 1 u 2 2 d 4 3
在下沉过程中,阻力不断增加,在短暂时间后,达到与重力平衡,加速度变为零,颗粒的沉淀速度转为常数.
得沉速基本公式为:
第5章沉淀、澄清和气浮
5.1 沉淀和气浮原理
5.1.1 沉淀分类
➢ 沉淀:水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中分离出来的过程. ➢ 分散颗粒自由沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此没有干扰,只受到
颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用. ➢ 絮凝颗粒自由沉淀:经过絮凝后的悬浮颗粒具有一定絮凝性能,
两颗粒相互碰撞后聚结,其粒径和质量逐渐增大,沉速随水深增加而加快的沉淀. ➢ 拥挤沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此干扰,或受到容器壁的干扰, 虽然其粒度和第一种相同,但沉淀速度却较小. ➢ 压缩沉淀:即为污泥浓缩,沉降到沉淀池底部的悬浮颗粒组成网状结构絮凝体,在上部颗粒的重力作用下挤出空隙水得以浓缩的沉淀.
EhiBvC hi ui ui h0BvC h0 u0 Q /A
1
u 4 p 225
2g23
1
1
d
沉速公式的实用意义