环境工程学课件：第二章水的物化处理方法

0
udx
1 E (1 x0 ) ui x u0
部指 颗定 粒速 的度 重的 量颗 比粒
颗粒沉速累积频率分配曲线
例2-2 某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在 一有效水深H为1.8m的沉淀柱内作沉降试验，结果如下：
时间t(min) 取样浓度 C(mg/L)
0 300
60 189
2
—— Stokes（斯托克斯）公式
第二章 水的物化处理方法
①平流式沉砂池
截留效果好，工作稳定，构造简单且易于排砂，但占地面积大
1400
平流式沉砂池
第二章 水的物化处理方法
①平流式沉砂池
水流面积 A
池总宽 B 池 长 L
Q A max v
B
A h2
L vt
86400 Qmax X 1T V 106 K 2
吸附电中和
吸附架桥 网捕
2、混凝剂、助凝剂及其作用
（1）铝盐的水解过程
低聚合度高电荷 多核羟基配合物 高聚合度的 羟基配合物 氢氧化 物溶胶
氧化铝
各水解产物所占比例
脱稳凝聚 桥连絮凝 网捕絮凝
不同pH值相对应的三价铝水解产物
各阶段的脱稳机理？
第二章 水的物化处理方法
凝聚曲线
胶粒浓度S4
剩 余 浊 度
平 流 式
竖 流 式 辐 流 式
（1）多为机械排泥， 运行较好，管理简单 （2）排泥设备已趋稳 定
（1）水流不易均匀，沉淀效果较 差 （2）机械排泥设备复杂，对施工 质量要求高
（1）适用于地下 水位较高地区 （2）适用于大中 型水处理厂
第二章 水的物化处理方法
3、斜板斜管沉淀池 （1）浅池沉降理论
C x C0
ui x 绘制x－u曲线，找出u0对应的x0，并计算 C xi i C0
第二章 水的物化处理方法
（2）絮凝沉降
等 浓 度 （ 效 率 ） 曲 线
注意：P与Δ x的区别！
第二章 水的物化处理方法
絮凝沉降试验
絮凝沉降等效率曲线
总去除率公式
un u1 u2 E E0 P P2 Pn 1 u0 u0 u0
（3、4）拥挤沉降和压缩沉降
第二章 水的物化处理方法
（5）理想沉淀池
假定：1）各过水断面上各点的流速相等； 2）颗粒等速下沉，水平速度为水流速度； 3）颗粒一触池底，不再上浮，认为去除；
v u1 u0 u1
v H
h
L
第二章 水的物化处理方法
（5）理想沉淀池
H u0t0 V HA Qt0
u0 Q A
A 增大
H 减小
Q不变
u0 减小
t 减小
H t u0
u0不变
缩小沉淀区深度对沉淀过程的影响
第二章 水的物化处理方法
（2） 构造
斜板斜管沉淀池
1、配水槽 5、集水槽 2、穿孔墙 6、集泥斗 3、斜板或斜管 7、穿孔排泥管
第二章 水的物化处理方法
4、淹没孔口 8、阻流板
（3）斜板沉淀池的计算
水和药剂的混合 反应 絮凝体和水的分离
保持悬浮状态、浓度稳定且均匀分布的泥渣区
泥渣循环分离型
悬浮泥渣过滤型
机械加速澄清池
悬浮澄清池
第二章 水的物化处理方法
（2） 常见澄清池
找出书中所述“五个主要部分”？
电动机 投药 出水 二次混合及反应区 澄清水 转动 叶轮 竖管 原水 投药 孔口
泥浆池 取样栓 浓缩斗
v2 C ( m m0 ) r
v 2 nr 60
重 力
F (m m0 ) g
C rn 2 F 900
v r n
颗粒的圆周线速度，m/s 旋转半径，m 转速，r/min
分离因素
2、类型
水旋分离设备 器旋分离设备
压力式水力旋流器 重力式水力旋流器
第二章 水的物化处理方法
1、沉淀理论
自由沉淀
沉 淀
絮凝沉淀 拥挤沉淀
压缩沉淀
颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、 质量均不变，下沉速度不受干扰。 沉降过程中颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量 随深度增加而增大，沉速亦随深度而增加。 颗粒浓度较大，在下沉过程中相互干扰，但颗 粒间相对位置不变，整体成层下降。 颗粒浓度很高且相互接触。上层颗粒的重力作 用挤压下层颗粒间的水，使颗粒群压缩。
第二章 水的物化处理方法
平流式沉砂池
第二章 水的物化处理方法
② 竖 流 式 沉 砂 池
结 构 较 复 杂 处 理 能 力 小
竖流式沉砂池
出口
第二章 水的物化处理方法
③曝气式沉砂池
可避免沉砂发臭，预曝气，有利于后续生化处理，但能耗高
曝气式沉砂池
第二章 水的物化处理方法
三、离心分离
1、原理
离心力
空气涡流柱 澄清液
浓缩液 空气
压 力 式 水 力 旋 流 器
第二章 水的物化处理方法
压力式水力旋流器
1、入流 2、一次涡流 3、二次涡流 4、零锥面 5、空气旋涡柱
压力式水力旋流器
第二章 水的物化处理方法
离 心 机
第二章 水的物化处理方法
第二节
一、 沉淀
水中悬浮物质和胶体物质的去除
沉淀 混凝 澄清 过滤 气浮
水泵站 2~150mm
缝隙宽度
沉淀/砂池 15~30mm
格栅倾角：50~60°
液面落差：10~15 cm
后处理：填埋、堆肥、焚烧等
第二章 水的物化处理方法
水流速度：0.6~1.0 m/s 清除方式：人工、机械
格栅
链 条 式 格 栅 除 污 机
不锈钢机械自动格栅
带溢流旁通道的人工清理铁格栅 第二章 水的物化处理方法
2、自由沉降 —— 在沉降过程中颗粒杂质的尺寸、形状
和比重均不随时间而变的现象。
u2 ( s ) gVs CD As 2
4 ( s ) u CD As gd 3 CD
2
层流区，Re≤2，CD=24/Re，Re=Фρud/μ
gd u (s ) 18
≥0.1或1mm
旋流分离器 离 心 机
第二章 水的物化处理方法
一、格栅、筛网和微滤机
1、格栅
主要用途：用于去除可能堵塞水泵机组及管道闸门的粗大悬
浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
结构特点：由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成，栅 条间形成缝隙。（缝隙宽度和水质决定截留效率）
安装：倾斜安装在进水的渠道或进水泵站集水井的进口处。
2、筛网
第二章 水的物化处理方法
主要用途：去除水中纤维、纸浆、藻类等较小杂物，
去除效果相当于初次沉淀池。
水力筛网 振动筛网
转筒式筛网原理图
1、旋转筒 2、污水 3、筛滤后水 4、蒸气或高压空气管 5、旋转筒旋转方向 6、截留污物排出 转鼓式筛网 7、筛网
振 动 筛 网
振动筛网
第二章 水的物化处理方法
S3 G2
S2
G1
S1
混凝剂投量
S3 S4 胶粒浓度S G1－凝聚最佳投药量 G2－絮凝最佳投药量
S2
第二章 水的物化处理方法
第二章 水的物化处理方法
（2）有机合成高分子絮凝剂 （3）助凝剂
3、混合与反应设备
药剂的溶解与投加过程
3、混合与反应设备
混 合
第二章 水的物化处理方法
三、澄清池
（1） 澄清池
第二章 水的物化处理方法
自由沉淀实验 有效水深 H 指定沉淀时间 t0 初始浓度C0
对应临界的颗粒沉速
颗粒沉速 颗粒百分数
H u0 t0
颗粒沉淀百分数
u ≥ u0
（1－x0 ）
（ 1－x0）
x0 1 与 小 udx 0 u全 0 于
u < u0
x0
1 E (1 x0 ) u0

x0
第一篇
水质净化与水污染控制工程
第一章 水质与水体自净
第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法 第四章 水处理工程与废水最终处置
第二章
水的物化处理方法
粗大颗粒物质
第一节 水中粗大颗粒物质的去除
按颗粒的大小 悬浮物质和胶体物质
溶解性物质 砂石、小卵石、砾石、树 枝、菜叶、碎布、垃圾等 筛滤截留 格 栅 筛 网 微滤机 重力沉降 沉砂池 离心分离
第二章 水的物化处理方法
过
程
（1）自由沉降
Stokes（斯托克斯）公式
Fn Fg Fb ( s ) gVs
u2 Fd C D As 2
4 ( s ) u gd 3 CD
2
Re 2
CD
24 Re
ud Re
g u ( s )d 2 18
（以异向流斜板沉淀池为例）
l2 l l 1 u0 v
l1 L/n l2 b
Q v vBLsin
l1
L sec n
l2
L tan n
v
Q BL sin
l
v a θ
Q L tan vl Q u0 2 BL sin n L l1 l nlB cos LB sec l n
周边进水周边出水的辐流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
（2） 沉淀池类型的选择
类型 优 点 缺 点 适 用 条 件
（1）适用于地下 水位高及地质差地 区 （2）适用于大中 小型水处理厂。 适用于小型污水处 理厂，给水厂多不 用。 （1）沉淀效果好 （2）对冲击负荷和温 度变化的适应能力较强 （3）施工简易，造价 较低 （1）排泥方便、管理 简单 （2）占地面积较小 （1）配水不易均匀 （2）采用多斗排泥时，每个泥斗 需单独设排泥管，操作量大，管理 复杂；采用链带式刮泥机排泥时， 机件浸于水中，易锈蚀。 （1）池子深度大，施工困难 （2）造价较高 （3）对冲击负荷和温度变化的适 应能力较差 （4）池径不宜过大，否则布水不 匀
80 180
100 168
130 156
200 111
240 78
420 27
试求此废水在一负荷为25m3/m2· d的沉淀设备内悬浮物质的 理论总沉降去除率。 C0=300mg/L，H=1.8m，u0=25m/d=0.0174m/min
C1 C2 C
3
1 E (1 x0 ) ui x u0
3、微滤机
主要用途：截留细小悬浮物。 优点：占地少，过滤能力大，操作方便，应用广泛
微滤机
微滤机
第二章 水的物化处理方法
1、旋转转筒 2、池 3、水槽 4、孔管 5、滤网冲洗设 备 6、集渣斗 7、排渣管 8、出水管
二、沉砂池
1、沉砂池 —— 以重力分离为基础，从污水中去除砂子、
煤渣等比重较大的颗粒，以免影响后续处理设备的运行。 ①平流式沉砂池 ②竖流式沉砂池 ③曝气式沉砂池
u0
Q u0 (nlBcos LB)
第二章 水的物化处理方法
二、混凝
1、Leabharlann Baidu混 凝 过 程 的 理 论 基 础
电位离子
① 胶 体 的 结 构
反离子 胶核 滑动面 胶团边界 胶粒
吸附层 扩散层
胶体结构与电位示意图
第二章 水的物化处理方法
第二章 水的物化处理方法
② 胶体的脱稳和水的混凝机理
压缩双电层 吸附电中和作用 吸附架桥作用 网捕作用
污泥斗容积 V
V NX 2T
池总高度 H
验算最小流速
H h1 h2 h3
vmin Qmin n1wmin
Qmax 最大设计流量（m3/s） v 最大设计流量时的流速 （0.15，0.3）m/s h2 有效水深 （0.25，1）且≤1.2m t 最大设计流量时的停留时间 （30，60）且≥30s X1 城市污水沉砂量（m3/106m3） X2 生活污水沉砂量（L/人•d） N 沉砂池服务人口数 T 清除沉砂的时间间隔（d） K2 流量总变化系数 h1 沉砂池超高（≥0.3m） h3 贮砂斗高度（m） Qminx 最小流量（m3/s） n1 最小流量时工作的池数 ω min 最小流量时水流断面积（m2）
平流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
竖流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
竖流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
辐流式沉淀池
辐流式沉淀池 第二章 水的物化处理方法
进水
辐 流 式 沉 淀 池
出水
水力吸 泥装置
排泥
周 边 进 水 中 央 出 水
进水 出水
排泥
周 边 进 水 周 边 出 水
第二章 水的物化处理方法
H Qt 0 Q u0 t0 At0 A
v
Q q0 A
1 1 q( ~ )u0 1.25 1.75
u1 u0 u1
v H
t (1.5 ~ 2.0)t0
第二章 水的物化处理方法
h
L
2、普通沉淀池
（1）类型
平流式沉淀池 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池
平流式沉淀池
平流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
回流区 一次混合及反应区
排泥 罩
排泥及放空
机械加速澄清池
第二章 水的物化处理方法
（2） 常见澄清池
强制 出水槽
悬 浮 澄 清 池
泥渣悬浮层
反应罩
进水 穿孔管 排泥 穿孔管 检修人孔
泄水 穿孔管
第二章 水的物化处理方法
四、过滤
1、 过滤机理
阻力截留 重力沉降 接触絮凝
单层滤池 双层滤池 多层滤池
水中悬浮物的粒径 表层滤料的最小粒径 过滤速度 滤料直径 过滤速度 滤料直径（比表面积） 荷电量