環(huán)境工程基礎(chǔ)課件_沉淀

1、環(huán)境工程學(xué)基礎(chǔ)環(huán)境工程學(xué)基礎(chǔ)3.13.1沉淀法（沉淀法（sedimentationsedimentation）沉降沉降由于分散相和分散介質(zhì)的密度不同，分散相由于分散相和分散介質(zhì)的密度不同，分散相粒子在力場（重力場或離心力場）作用下發(fā)粒子在力場（重力場或離心力場）作用下發(fā)生的定向運動。生的定向運動。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理3 3 廢水的物理處理廢水的物理處理沉淀法沉淀法利用水中懸浮顆粒的可沉利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達到固液生下沉作用，以達到固液分離的一種過程。分離的一種過程。用途1. 沉砂池。2. 初次沉淀池 用初次沉淀池可較經(jīng)濟

2、的去除懸浮有機物，以減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機負荷。3. 用于生物處理后的固液分離 二次沉淀池，主要用來分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。4.用于污泥處理階段的污泥濃縮第二篇第二篇 水污染治理水污染治理3.1.13.1.1沉降原理沉降原理沉淀類型沉淀類型自由沉淀自由沉淀壓縮沉淀壓縮沉淀絮凝沉淀絮凝沉淀區(qū)域沉淀區(qū)域沉淀第二篇第二篇 水污染治理水污染治理1 1）自由沉淀（離散沉淀）自由沉淀（離散沉淀）沉淀過程懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進行沉沉淀過程懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進行沉淀，顆粒的沉淀軌跡呈直線。淀，顆粒的沉淀軌跡呈直線。整個沉淀過程中，顆

3、粒的物理性質(zhì)，如形狀，大小及比整個沉淀過程中，顆粒的物理性質(zhì)，如形狀，大小及比重等不發(fā)生變化。重等不發(fā)生變化。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理StockesStockes公式：公式：式中，式中，u u顆粒沉降速度，顆粒沉降速度，m/sm/s； g g重力加速度，重力加速度，m m2 2/s/s； 液體粘度，（液體粘度，（PaPas s）；）； s s顆粒密度，顆粒密度，kg/mkg/m3 3； l l液體密度，液體密度，kg/mkg/m3 3； d d顆粒直徑，顆粒直徑，m m。2)(18udgls第二篇第二篇 水污染治理水污染治理例題例題計算下列顆粒在計算下列顆粒在2020的水中沉降或上

4、浮的速度：的水中沉降或上浮的速度：（a a）砂粒密度）砂粒密度2.05 g/cm2.05 g/cm3 3，直徑，直徑0.3 mm0.3 mm；（b b）油珠密度）油珠密度0.8 g/cm0.8 g/cm3 3，直徑，直徑0.5 mm0.5 mm（2020時水的粘度時水的粘度 為為1021021010-5 -5PaPas s） 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理(a)(a)(b)(b)33 2259.8 (2.05 1) 10(0.3 10 )()0.05/1818 102 10sgudm s33 2259.8(10.8) 10(0.5 10 )()0.027/1818 102 10sgudm

5、s第二篇第二篇 水污染治理水污染治理2 2）絮凝沉淀（干涉沉淀）絮凝沉淀（干涉沉淀）沉淀過程中懸浮顆粒之間存在相互絮凝作用，使得顆粒沉淀過程中懸浮顆粒之間存在相互絮凝作用，使得顆粒的粒徑和質(zhì)量逐漸增大，沉降速度也不斷加快，沉淀的的粒徑和質(zhì)量逐漸增大，沉降速度也不斷加快，沉淀的軌跡呈曲線。軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀和沉速變化，實際沉速沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀和沉速變化，實際沉速很難用理論公式計算，需通過試驗測定。很難用理論公式計算，需通過試驗測定。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理3 3）集團沉淀）集團沉淀 ( (擁擠沉淀、區(qū)域擁擠沉淀、區(qū)域沉淀、成層沉淀沉淀、成層沉淀 )

6、)顆粒的沉降受到周圍其它顆粒顆粒的沉降受到周圍其它顆粒影響，相鄰顆粒間互相妨礙、影響，相鄰顆粒間互相妨礙、干擾，沉速大的顆粒無法超越干擾，沉速大的顆粒無法超越沉速小的顆粒，顆粒間相對位沉速小的顆粒，顆粒間相對位置保持不變，并在聚合力的作置保持不變，并在聚合力的作用下，顆粒群形成一個整體共用下，顆粒群形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面，沉淀表現(xiàn)為以界的泥水界面，沉淀表現(xiàn)為以界面形式下沉。面形式下沉。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理4 4）壓縮沉淀）壓縮沉淀壓縮沉淀發(fā)生在高濃度懸浮顆粒的沉降過程中，由于懸浮顆粒濃壓縮沉淀發(fā)生在高濃度懸浮顆粒的沉降過程中

7、，由于懸浮顆粒濃度很高，顆粒相互之間已擠集成團塊結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支承，度很高，顆粒相互之間已擠集成團塊結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支承，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間的水被擠出，使污泥層被在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間的水被擠出，使污泥層被濃縮。濃縮。由于污水中懸浮顆粒的大小、形狀和密度的差異性，通常通過沉由于污水中懸浮顆粒的大小、形狀和密度的差異性，通常通過沉淀試驗得到確定其沉降性能，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求得沉降時間淀試驗得到確定其沉降性能，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求得沉降時間和沉降速度兩個基本設(shè)計參數(shù)。和沉降速度兩個基本設(shè)計參數(shù)。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理3.1.23.1.2理想沉淀

8、池理想沉淀池沉淀池中各過水?dāng)嗝嫔细鼽c的流速均相同；沉淀池中各過水?dāng)嗝嫔细鼽c的流速均相同；沉降過程中懸浮顆粒以等速下沉，顆粒的水平分速等于水流速沉降過程中懸浮顆粒以等速下沉，顆粒的水平分速等于水流速度；度；懸浮顆粒沉到池底后即認為已被去除。懸浮顆粒沉到池底后即認為已被去除。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理理想沉淀池分為流入?yún)^(qū)、沉淀區(qū)、流出區(qū)和污泥區(qū)理想沉淀池分為流入?yún)^(qū)、沉淀區(qū)、流出區(qū)和污泥區(qū)4 4個部分。個部分。由由A A點進入的顆粒的運動軌跡是水平流速點進入的顆粒的運動軌跡是水平流速v v和沉降速度和沉降速度u u的矢量和。的矢量和。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理第二篇第二篇 水污染治

9、理水污染治理顆粒中必然存在某一粒徑的顆粒，沉降速度為顆粒中必然存在某一粒徑的顆粒，沉降速度為u u0 0，剛好，剛好沉至池底沉至池底式中，式中，t t污水停留時間，污水停留時間，h h； L L沉淀區(qū)長度，沉淀區(qū)長度，m m； H H沉淀區(qū)水深，沉淀區(qū)水深，m m； v v污水的水平流速，即顆粒的水平分速。污水的水平流速，即顆粒的水平分速。 uHvLt第二篇第二篇 水污染治理水污染治理沉淀的容積沉淀的容積V V：式中，式中，Q Q污水進水流量，污水進水流量，m m3 3/s/s；q q表面負荷或溢流率，表示單位時間內(nèi)通過沉淀池表面負荷或溢流率，表示單位時間內(nèi)通過沉淀池單位表面積的流量，單位單位

10、表面積的流量，單位m m3 3/m/m2 2s s或或m m3 3/m/m2 2h h HAQtVqutHAQ0第二篇第二篇 水污染治理水污染治理實際沉淀池實際沉淀池式中：式中：q q實實、t t實實沉淀池設(shè)計的表面負荷和沉降時間；沉淀池設(shè)計的表面負荷和沉降時間； q q、t t沉降實驗得到的表面負荷和沉降時間。沉降實驗得到的表面負荷和沉降時間。 0)75. 1125. 11(qq實tt)0 . 25 . 1 (實第二篇第二篇 水污染治理水污染治理第二篇第二篇 水污染治理水污染治理第二篇第二篇 水污染治理水污染治理第二篇第二篇 水污染治理水污染治理1 1、平流式沉淀池、平流式沉淀池(horiz

11、ontal sedimentation tank)(horizontal sedimentation tank)污水從池的一端進入，從另一端流出，水流在池內(nèi)作水平運污水從池的一端進入，從另一端流出，水流在池內(nèi)作水平運動。其外形為長方形，既可以是單格，也可以是多格串聯(lián)。動。其外形為長方形，既可以是單格，也可以是多格串聯(lián)。在池的進口端底部或池長方向，設(shè)有一個或多個貯泥斗，貯在池的進口端底部或池長方向，設(shè)有一個或多個貯泥斗，貯存沉淀下來的污泥。存沉淀下來的污泥。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理1 1、構(gòu)造、構(gòu)造第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 進水區(qū)進水區(qū)使進水均勻地分布在整個進水使進水均勻地

12、分布在整個進水?dāng)嗝嫔?，以降低池?nèi)的水流速斷面上，以降低池內(nèi)的水流速度。度。污水由進水槽由配水孔進入池污水由進水槽由配水孔進入池內(nèi)后，一般采取孔后設(shè)置擋板內(nèi)后，一般采取孔后設(shè)置擋板或穿孔整流墻的方法來消能穩(wěn)或穿孔整流墻的方法來消能穩(wěn)流，防止在池內(nèi)形成短路流或流，防止在池內(nèi)形成短路流或股流。股流。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀區(qū)沉淀區(qū)使可沉顆粒與污水分離，沉至池底。使可沉顆粒與污水分離，沉至池底。為使池內(nèi)水流分布均勻，沉淀區(qū)的長寬比不小于為使池內(nèi)水流分布均勻，沉淀區(qū)的長寬比不小于4:14:1，當(dāng)，當(dāng)顆粒密度較大時，長寬比不小于顆粒密度較大時，長寬比不小于3:13:1。有效水深不大于。有效

13、水深不大于3 3 m m，污水在池內(nèi)的停留時間一般為，污水在池內(nèi)的停留時間一般為1 13 h3 h。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 出水區(qū)出水區(qū)由流出槽和擋板組成，作用是由流出槽和擋板組成，作用是使沉淀后的出水在出水區(qū)均勻使沉淀后的出水在出水區(qū)均勻流出。流出槽一般設(shè)置為自由流出。流出槽一般設(shè)置為自由溢流堰，溢流堰應(yīng)嚴(yán)格水平，溢流堰，溢流堰應(yīng)嚴(yán)格水平，既可以保證池內(nèi)水流均勻分布，既可以保證池內(nèi)水流均勻分布，又可控制沉淀池的水位。又可控制沉淀池的水位。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理鋸齒型溢流堰鋸齒型溢流堰孔式集水槽孔式集水槽 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 污泥區(qū)污泥區(qū)用于貯存、濃縮和

14、排放污泥。用于貯存、濃縮和排放污泥。(1) (1) 機械排泥式機械排泥式當(dāng)池的進口端設(shè)置泥斗時，應(yīng)當(dāng)池的進口端設(shè)置泥斗時，應(yīng)設(shè)置刮泥車或刮泥機，將全池設(shè)置刮泥車或刮泥機，將全池的底泥集中于泥斗進行處理并的底泥集中于泥斗進行處理并及時排走。及時排走。(2) (2) 多斗排泥式多斗排泥式在全池設(shè)置多個排泥斗進行排在全池設(shè)置多個排泥斗進行排泥。在每個污泥斗處單獨設(shè)置泥。在每個污泥斗處單獨設(shè)置排泥管或排污閥，利用池內(nèi)的排泥管或排污閥，利用池內(nèi)的靜水壓力將污泥斗中的污泥排靜水壓力將污泥斗中的污泥排出。出。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理鏈帶式刮泥機裝有刮板，沿池底緩慢移動將沉泥緩緩?fù)迫牍文喽?。鏈帶式?/p>

15、泥機裝有刮板，沿池底緩慢移動將沉泥緩緩?fù)迫牍文喽?。?dāng)鏈帶刮板轉(zhuǎn)至水面，又可將浮渣推向流出擋板處的浮渣槽。當(dāng)鏈帶刮板轉(zhuǎn)至水面，又可將浮渣推向流出擋板處的浮渣槽。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理橋式行車刮泥機適用于大型平流沉淀池橋式行車刮泥機適用于大型平流沉淀池兩種機械排泥法，主要適用于初沉池。兩種機械排泥法，主要適用于初沉池。圖圖 橋式行車刮泥機橋式行車刮泥機第二篇第二篇 水污染治理水污染治理沉淀池類型沉淀時間(h)表面水力負荷(m3/m2h)每人每日污泥量(g/人d)污泥含水率(%)固體負荷(kg/m2d)沉淀池0.5-2.01.5-4.516-3695-97-二次沉淀池活性污泥法后1.5-

16、4.00.6-1.512-3299.2- 99.6150生物膜法后1.5-4.01.0-2.010-2696-98150表表 沉淀池設(shè)計數(shù)據(jù)沉淀池設(shè)計數(shù)據(jù)沉淀池設(shè)計一般規(guī)定沉淀池設(shè)計一般規(guī)定沉淀池個數(shù)或分格數(shù)不少于沉淀池個數(shù)或分格數(shù)不少于2 2個，宜并聯(lián)；個，宜并聯(lián)；沉淀時間一般不小于沉淀時間一般不小于30min30min；沉淀池超高不應(yīng)小于沉淀池超高不應(yīng)小于0.3m0.3m；緩沖層高度一般；緩沖層高度一般0.3-0.5m0.3-0.5m沉淀池有效水深宜采用沉淀池有效水深宜采用2.0-4.0m2.0-4.0m；初次沉淀池污泥區(qū)容積，除設(shè)機械排泥的宜按初次沉淀池污泥區(qū)容積，除設(shè)機械排泥的宜按4h

17、4h污泥量外，污泥量外，宜按不大于宜按不大于2d2d的污泥量計算。的污泥量計算。活性污泥法處理后的二次沉淀池容積，宜按不大于活性污泥法處理后的二次沉淀池容積，宜按不大于2h2h的污泥量計算，并有連續(xù)排泥措施；生物膜法處的污泥量計算，并有連續(xù)排泥措施；生物膜法處理后的二次沉淀池容積，宜按理后的二次沉淀池容積，宜按4h4h的污泥量計算。的污泥量計算。初次沉淀池的出口堰最大負荷不宜大于初次沉淀池的出口堰最大負荷不宜大于2.9/s.m2.9/s.m；二次沉淀池的出口堰最大負荷不宜大于二次沉淀池的出口堰最大負荷不宜大于1.7/s.m.1.7/s.m.平流式沉淀池平流式沉淀池1.1.每格長度與寬度之比不宜

18、小于每格長度與寬度之比不宜小于4 4，長度與有效水，長度與有效水深之比不宜小于深之比不宜小于8 8，池長不宜大于，池長不宜大于60m60m；2.2.宜采用機械排泥，排泥機械行進速度宜采用機械排泥，排泥機械行進速度0.3-0.3-1.2m/min1.2m/min；3.3.緩沖層高度：非機械排泥時為緩沖層高度：非機械排泥時為0.5m0.5m；機械排泥時，；機械排泥時，應(yīng)根據(jù)刮泥板高度確定，且緩沖層上緣宜高出刮泥應(yīng)根據(jù)刮泥板高度確定，且緩沖層上緣宜高出刮泥板板0.3m0.3m；4.4.池底縱坡不宜小于池底縱坡不宜小于0.01.0.01.第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 平流式沉淀池的設(shè)計計算平流式

19、沉淀池的設(shè)計計算主要包括沉淀區(qū)和污泥區(qū)尺寸的確定。計算參數(shù)有沉淀時間、表主要包括沉淀區(qū)和污泥區(qū)尺寸的確定。計算參數(shù)有沉淀時間、表面負荷和流速等。面負荷和流速等。 沉淀區(qū)的計算沉淀區(qū)的計算 (1) (1) 按表面負荷計算按表面負荷計算當(dāng)已有沉降試驗數(shù)據(jù)時采用。當(dāng)已有沉降試驗數(shù)據(jù)時采用。沉淀區(qū)水面積沉淀區(qū)水面積 (2.9)0uQqQA式中，式中，QQ污水設(shè)計流量，污水設(shè)計流量，m m3 3/s/s； u u0 0顆粒去除的最小沉速，顆粒去除的最小沉速，m/sm/s。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理沉淀池有效水深沉淀池有效水深h h2 2：tuAQth02 (2) (2) 根據(jù)經(jīng)驗值：根據(jù)經(jīng)驗值：

20、沉淀區(qū)水面積沉淀區(qū)水面積: : 式中，式中，qq表面負荷，初沉池為表面負荷，初沉池為1.51.53.0 m3.0 m3 3/m/m2 2hh， 二沉池為二沉池為1.01.02.0 m2.0 m3 3/m/m2 2hh； Q Q最大設(shè)計流量，最大設(shè)計流量，m m3 3/ h/ h。 qQA第二篇第二篇 水污染治理水污染治理沉淀區(qū)有效水深沉淀區(qū)有效水深h h2 2： h h2 2qt qt 式中，式中，tt污水沉淀時間，初沉池為污水沉淀時間，初沉池為1.0-2.0 h1.0-2.0 h，二沉池為，二沉池為1.5-2.5 h1.5-2.5 h；沉淀池有效水深一般沉淀池有效水深一般2 24 m4 m。

21、沉淀區(qū)長度沉淀區(qū)長度L L： L Lv vt t 式中，式中，vv最大設(shè)計流最大設(shè)計流量時的水平流速，量時的水平流速，mm/smm/s，一般，一般5 mm/s5 mm/s。沉淀區(qū)寬度一般采用沉淀區(qū)寬度一般采用303050 m50 m。沉淀區(qū)總寬度沉淀區(qū)總寬度B B： B BA/L A/L 沉淀區(qū)寬度不易過寬，沉淀區(qū)寬度不易過寬，否則流速分布不均勻。一般采用否則流速分布不均勻。一般采用5 510 m10 m。 第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 污泥區(qū)的計算污泥區(qū)的計算污泥斗和污泥區(qū)的容積根據(jù)每日進入的懸浮物的量以及要求的貯污泥斗和污泥區(qū)的容積根據(jù)每日進入的懸浮物的量以及要求的貯泥周期而定。如果

22、已知污水和出水懸浮固體含量（或已知沉淀效泥周期而定。如果已知污水和出水懸浮固體含量（或已知沉淀效率）時，污泥區(qū)的總?cè)莘e率）時，污泥區(qū)的總?cè)莘eV V可按下式計算：可按下式計算：TPCCQV)100(100)(2410式中，式中，C C0 0污水中原有的懸浮固體濃度，污水中原有的懸浮固體濃度，kg/mkg/m3 3； C C1 1沉淀池出水的懸浮固體濃度，沉淀池出水的懸浮固體濃度，kg/mkg/m3 3； T T兩次排泥的間隔時間，初沉池按兩次排泥的間隔時間，初沉池按2 d2 d考慮，二沉池采用考慮，二沉池采用2 24 h4 h； 污泥容積密度，污泥容積密度，kg/mkg/m3 3；當(dāng)污泥主要成分

23、為有機物且含水率在；當(dāng)污泥主要成分為有機物且含水率在 95 95以上時，以上時， 可取可取1000 kg/m1000 kg/m3 3； P P污泥含水率，。污泥含水率，。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理 沉淀池總高度沉淀池總高度H H： 1234Hhhhh式中，式中，h h1 1超高，一般取超高，一般取0.3 m0.3 m； h h2 2沉淀區(qū)高度，沉淀區(qū)高度， m m； h h3 3緩沖區(qū)高度，緩沖區(qū)高度，m m；一般取：無機械刮泥設(shè)備時；一般?。簾o機械刮泥設(shè)備時0.5 m0.5 m， 有機械刮泥設(shè)備時，其上緣應(yīng)高出刮板有機械刮泥設(shè)備時，其上緣應(yīng)高出刮板0.3 m0.3 m； h h4 4

24、污泥區(qū)高度，污泥區(qū)高度，m m。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理圖 平流式沉淀池工程實景第二篇第二篇 水污染治理水污染治理例題例題某工業(yè)園區(qū)廢水量某工業(yè)園區(qū)廢水量10000 m10000 m3 3/d/d，懸浮物濃度，懸浮物濃度C C250 250 mg/Lmg/L。通過沉降試驗測得的要求懸浮物沉淀效率為。通過沉降試驗測得的要求懸浮物沉淀效率為8080時的沉降速度為時的沉降速度為3 m/h3 m/h，沉淀時間，沉淀時間70 min70 min。污泥含水率。污泥含水率9595，污泥區(qū)高度，污泥區(qū)高度1.5 m1.5 m，采用無刮泥機的平流式沉淀池，采用無刮泥機的平流式沉淀池處理，試設(shè)計沉淀池尺

25、寸。處理，試設(shè)計沉淀池尺寸。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理【解】首先對沉降試驗值進行校正，因【解】首先對沉降試驗值進行校正，因o對表面負荷除以對表面負荷除以1.51.5的系數(shù)，沉淀時間乘的系數(shù)，沉淀時間乘1.751.75的系數(shù)，分的系數(shù)，分別得到設(shè)計表面負荷別得到設(shè)計表面負荷qq：oq=u/1.5=3/1.5=2 mq=u/1.5=3/1.5=2 m3 3/m/m2 2hh 和沉淀時間和沉淀時間t t0 0： t t0 0=1.75t=1.75=1.75t=1.757070122.5 min=2 h122.5 min=2 h0)75. 1125. 11(qq實tt)0 . 25 . 1 (

26、實第二篇第二篇 水污染治理水污染治理廢水流量廢水流量Q Q：Q Q10000/2410000/24416 m416 m3 3/h/h總沉淀區(qū)有效面積總沉淀區(qū)有效面積A A：A AQ/qQ/q416/2416/2208 m208 m2 2每個池寬每個池寬B B取取6 m6 m，池長，池長L L：L LA/B=208/6=34.7A/B=208/6=34.7，取，取35 m35 m長寬比核算長寬比核算35/6=5.8435/6=5.84，符合要求。，符合要求。第二篇第二篇 水污染治理水污染治理沉淀池有效水深沉淀池有效水深h h2 2：h h2 2=Qt/A=2=Qt/A=22 24 m4 m污泥區(qū)容積污泥區(qū)容積V V：TPCCQV)100(