第4章_沉淀

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第4章
沉淀
内来自百度文库古工业大学市政系 刘宇红
沉淀与澄清
(Sedimentation, or settling and Clarification)
原理
利用颗粒与水的密度之差,比重>1,下沉;比重<1,上浮
分类 自由沉淀:离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
(沉砂池、初沉池前期) 拥挤沉淀:颗粒浓度大,相互间发生干扰,分层 (高浊水、二沉池、污泥浓缩池) 絮凝沉淀:絮凝性颗粒,在沉淀过程中沉速增加 (初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀) 压缩沉淀: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。
(4-9)
二.杂质颗粒在静水中的拥挤沉降
1.沉降过程分析
如图4-2,整个沉淀筒中可分为清水、等浓 度区、变浓度区、压实区等四个区。
a A
交界面
b
C0
a'
B
C0
H0 浓度Ct Ht
c
Ct
Ct
Ht
d
C D t1 (b)
H∞ H H∞
t ∞ (c)
t (d)
时间t
(e)
4-2
4.2 平流沉淀池
一.理想沉淀池理论 理想沉淀池的基本假设: ①颗粒处于自由沉淀状态,颗粒的沉速始终不变。 ②水流沿水平方向流动,在过水断面上,各点流速 相等,并在流动过程中流速始终不变。 ③颗粒沉到底就被认为去除,不再返回水流中。 理想沉淀池的工作情况见图4-4。
4.1
杂质颗粒在静水中的沉降
一.杂质颗粒在水中的自由沉降
假设沉淀的颗粒是球形,其所受到的重力为:
1 3 F1 d ( p 1 ) g 6
(4-1)
u 2 d 2 所受到的水的阻力: F2 C D 1 2 4
(4-2)
CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。
根据牛顿第二定律可知:
3.平流沉淀池的工艺设计
设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷 或停留时间。应根据原水水质、沉淀水质要求、 水温等设计资料、运行经验确定。停留时间一般
采用1~3h。华东地区水源一般采用1~2h。低温
低浊水源停留时间往往超过2h。
1) 各参数间关系
L t
H u0 t
(4-27) (4-28)
0
令(4-13)和(4-14)相等,代入(4-12)得:
L t v ( 4-13)
h0 t u0 (4-14)
Q (4-15) u0 LB
(4-16) 一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负 荷在数值上等于截留速度,但含义不同。 由图4-3分析沉速为ui的颗粒的去除率:
Q u0 A
机械搅拌澄清池的设计要点:
①清水区上升流速为0.8~1.1mm/s;
②水在澄清池内总的停留时间可采用1.2~1.5h; ③叶轮提升流量为进水流量的3~5倍; ④原水进水管、三角配水槽的水流流速分别为1m/s、 0.4m/s; ⑤第一絮凝室的容积:第二絮凝室的容积(含导流室): 分
离室为2:1:7,第二絮凝室与导流室的水流流速一般为40~60m
四. 设计计算
1.沉淀池面积A
AQ
(4-32) 选定表面负荷(2.5~3.0mm/s),计算得到面积A。 2. 沉淀池总高度 H=h1+h2+h3+h4+h5 (4-33) 式中:h1为超高0.3m, h2为清水层高度1.2m h3为自身高度0.866m, h4为配水区高度1.5m h5为污泥斗高度0.8m

du 1 2 u 2 d 3 d 3 p d ( p 1 ) g C D 1 6 dt 6 2 4
(4-3)
达到重力平衡时,加速度为零,令式(4-3)左边为零, 加以整理,得沉速公式:
u
4 g p 1 d 3 CD 1
(4-4)
CD与Re有关,见图4-1。
q
hi BcC hi E h0 BC h0 (4-17)
根据相似关系得:
h0 L u0
h0
Lu0

(4-18) (4-19)
同理得:
hi
Lui

将式(4-18)和(4-19)代入(4-17)得特定颗粒去除率:
ui E u0
将(4-16)代入(4-20)得:
(4-20)
q
4.4 澄清池
澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完 成,主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。 当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来 使水获得澄清的现象,称为接触絮凝。 在原水中加入较多絮凝剂,并适当降低负荷,经 过一段时间,便能形成泥渣层,常用于给水处理。 澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。
4)其它参数 平流式沉淀池的放空排泥管直径,根据水力学中变水头放空 0.5 容器公式计算:
0.7 BLH d T
(4-30) (4-31)
当渠道底坡度为零时,渠道起端水深可根据下式计算:
Q H 1.733 gB 2
式中Q—沉淀池的流量,m3/s; g—重力加速度9.81m/s2; B—渠道宽度,m。
二. 分类 有异向流、同向流、横向流三种,目前在 实际工程中应用的是异向流斜板(管)沉淀池, 其结构见图4-12。
穿孔集水管
絮 疑 池 500 清水区
斜管区
配水区 穿孔排泥管 积泥区
Ⅱ-Ⅱ剖面
图 4-12 斜管沉淀池示意
三. 优缺点 优点: 1.沉淀面积增大; 2.沉淀效率高,产水量大; 3.水力条件好,Re小,Fr大,有利于沉淀; 缺点: 1.由于停留时间短,其缓冲能力差; 2.对混凝要求高; 3.维护管理较难,使用一段时间后需更换斜 板(管)
ui ui E u0 Q A
(4-21)
ui ui E u0 Q A
结论: (1)颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关,而与 其它因素(如水深、池长、水平流速、沉淀时间)无关。 (2)E一定,越大,表面负荷越大,或q不变但E增大。与混 凝效果有关,应重视加强混凝工艺。
(3)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―――浅池理论”。
进水区
沉淀区 出水区
Ⅱ Ⅲ Ⅰ
污泥区
图 4-3 理想沉淀池工作状态
原水进入沉淀池,在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为:
淀到池底,称为截留速度。 u≥ u0的颗粒可以全部去除,u< u0的颗粒只能部分去除 对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言,流速和沉速都与沉淀时间有关
Q v h0 B 考察顶点,流线III:正好有一个沉降速度为u 的颗粒从池顶沉
2)沉淀区
沉淀区的高度一般约3~4m,平流式沉淀池中应减少紊 动性,提高稳定性。
R 紊动性指标为雷诺数, Re
稳定性指标为弗劳德数,r F
2
Rg
(4-25)
(4-26)
能同时降低雷诺数和提高弗劳德数的方法只能是降低水 力半径R,措施是加隔板,使平流式沉淀池L/B>4, L/H>10, 每格宽度应在3~8m不宜大于15m。
出水支渠 出水支渠
图 4-11 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。
脉冲澄清池的特点如下:
(1)有利于颗粒和悬浮层接触; (2)悬浮层污泥趋于均匀。 (3)还可以防止颗粒在池底沉积 (4)处理效果受水量、水质、水温影响较大;
(5)构造复杂。
3 最高水位 1 最低水位
2
5
4
一.澄清池的工作原理 二.机械搅拌澄清池 机械搅拌澄清池的构造如图4~14所示
4
3 8 5Q 13 5Q Q 出水 清 Ⅱ 水 区 10
7 Ⅳ 进水 6

排泥 1 2 Ⅰ 4Q 12 11 5
9
放空、排泥
图 4-14 机械搅拌澄清池剖面泥示意图
1-进水管;2-三角配水槽;3-透气管;4-投药管;5-搅拌桨;6-提升叶轮;7-集水槽 8-出水管;9-泥渣浓缩室;10-排泥阀;11-放空管;12-排泥罩;13-搅拌轴; Ⅰ-第一絮凝室;Ⅱ第二絮凝室;Ⅲ-导流室;Ⅳ-分离室
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 p0 u 粒的去除率为: i
p

0
u0
dp i
(4-22)
沉速大于和等于u0的颗粒全部下沉去除率为 (1-p0),因此理想沉淀池的总去除率为:
p (1 p0 )
p0
0
ui dpi u0
(4-23)
式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量 的百分率。
(4-6)
2.牛顿公式
当1000<Re<25000时,呈紊流状态,CD接近于常数0.4代入 (4-5)得牛顿公式:
s 1 u 1.83 dg 1
10 Re
1 3
(4-7)
3. 当1<Re<1000时,属于过渡区,CD近似为
CD
代入得阿兰公式:
(4-8)
4 ( s 1 ) 2 g 2 u d 1 255
1
2
图 4-9 穿孔墙
图 4-10 出水口布置
1-出水堰 2-非淹没式孔口
3)出水区 通常采用:溢流堰(施工难),淹没孔口(容 易找平)见图4-10。孔口流速宜为0.6~0.7m/s, 孔径20~30mm,孔口在水面下15cm,水流应自 由跌落到出水渠。 为了不使流线过于集中,应尽量增加出水堰 的长度,降低流量负荷。堰口溢流率一般小于500 m3/m d,目前我国增加堰长的办法如图4-11。
10 10 阻力系数 C D 10 10 1 0.4 0.1 10 C=24/Re
C=10/Re
-3
10
-2
10
-1
1
10
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
雷诺数 Re
图 4-1
C D 与 Re 的关系(球型颗粒)
1. 斯笃克斯公式
当Re<1时:呈层流状态
24 CD Re
斯笃克斯公式:
(4-5)
1 p 1 2 u gd 18
m/S; ⑥直径大于6m时用6~8条集水槽,直径小于6m时用4~6条集水槽
机械搅拌澄清池的优点: ①处理效果好,稳定; ②适用于大、中水厂 机械搅拌澄清池的缺点: ①维修维护工作量较大; ②启动时有时需人工加土和加大加药量。
三.脉冲澄清池
是澄清池的上升流速发生周期性的变化,这种变化是 由脉冲发生器引起的。靠脉冲方式进水,悬浮层发生周期 性的收缩和膨胀,见图4~15。
2.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素
1) 沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响 主要为短流的影响,产生的原因有:
(1)进水的惯性作用;
(2)出水堰产生的水流抽吸; (3)较冷或较重的进水产生的异重流;
(4)风浪引起的短流;
(5)池内存在的导流壁和刮泥设施等 2) 凝聚作用的影响。 由于实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的絮凝过程 均影响了沉淀效果,实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的 假定条件。
四. 平流沉淀池的基本结构
1 .基本结构
平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4 部分。
1)进水区 进水区的作用是使流量均匀分布在进水截面上,尽量 减少扰动。一般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池, 通过穿孔墙将水流均匀分布在沉淀池的整个断面上,见图 4-9。为使矾花不宜破碎,通常采用穿孔花墙 V<0.15-0.2 m/s,洞口总面积也不宜过大。
Q u0 q0 A
(4-29)
2) 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;
3) 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;
4.3
一.沉淀原理
斜板、斜管沉淀池
时,增加沉淀面积,可使颗粒去除率提高。
ui ui E u0 Q 公式可知:在原体积不变 由沉淀效率 A
斜板(管)沉淀池与水平面成一定的角度(一般60°左
右)的板(管)状组件置于沉淀池中构成,水流可从上向下 或从下向上流动,颗粒沉于斜管底部,而后自动下滑。 斜板(管)沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池, 因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。
相关文档
最新文档