水處理工程沉淀與澄清

1、第四章沉淀與澄清第第1節(jié)節(jié) 沉淀原理與分類沉淀原理與分類(sedimentation, or settling and clarification)一、原理一、原理利用顆粒與水的密度之差，比重1，下沉 比重1，上浮沉淀工藝簡單，應(yīng)用極為廣泛，主要用于去除100um以上的顆粒給水處理混凝沉淀，高濁預(yù)沉廢水處理沉砂池（去除無機物） 初沉池（去除懸浮有機物） 二沉池（活性污泥與水分離） 二、分類二、分類：（1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期發(fā)生 離散顆粒，尺寸形狀不變，相互無干擾，沉速不變（2）絮凝沉淀-絮凝性顆粒，在沉淀過程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀） 顆粒有凝聚性，顆粒相互

2、聚集，粒徑質(zhì)量增大（3）成層沉淀（擁擠沉淀）：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層，形成網(wǎng)狀“絮毯”下沉，顆粒群與澄清水層之間有明顯的界面。 （高濁水、二沉池、污泥濃縮池）沉速就是界面下沉速度。無機顆粒5-8g/l以上，如泥沙?；钚晕勰?-3g/l以上。（4）壓縮沉淀-污泥濃縮池 顆粒間相互擠壓，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力下擠出，污泥得到濃縮。上澄水自由沉淀帶絮凝干涉沉淀帶成層沉淀帶壓縮沉淀時間t水深abcd沉淀過程示意圖n一、一、顆粒沉速公式（顆粒沉速公式（stokes lawstokes law） 假設(shè)條件：假設(shè)條件： 球狀顆粒，不可壓縮，無凝聚性，沉淀過程中大小、形狀、重量不變；水處于靜

3、止?fàn)顟B(tài)顆粒僅受重力和水的阻力作用 水中重浮合力水中重浮合力 阻力，量綱分析得到阻力，量綱分析得到 在等速沉淀情況下在等速沉淀情況下 對于層流對于層流，re時，時，u0，顆粒下沉；當(dāng)顆粒下沉；當(dāng)s ，u0,顆粒顆粒上??；當(dāng)上浮；當(dāng)s=,顆粒既不下沉又不上浮；顆粒直徑越大，顆粒既不下沉又不上?。活w粒直徑越大，沉速越快；水的粘度越小，沉速越快，提高水溫沉速越快；水的粘度越小，沉速越快，提高水溫n顆粒沉淀曲線 將含懸浮物濃度為c0的原水混合均勻后，注入一組沉淀管，經(jīng)過t1時間后，從第一沉淀管深度為h處取樣，測定濃度為c1；.在t1時刻沉速大于u1的所有顆粒全部沉過了取樣面，而沉速小于u1的顆粒濃度不變

4、，仍為c1,c1/c0表示這部分顆粒與全部顆粒之比，記作x1,余類同。將xi與ui作圖，得沉淀曲線。 對于指定沉淀時間t0， u0=h/t0 , uu0顆粒 全部除去 uu0顆粒 部分除去，去除比例h/h，去除量 總?cè)コ縤ixhhiixhh0000uututuhhiii00001)1 (xudxux經(jīng)t0時間沉淀，各種顆粒沉淀的總?cè)コ蕿椋簎u0 xx01.0沉速dx0hhuu0ht=0顆粒沉速所占%u1x1u2x2u3x3u*x*un-2xn-2un-1xn-1unxnt=t1t=t*hn-2hn-1hn011ccx 0*ccx 11thu *thu h高度時各種顆粒百分比為xj，沉淀h

5、距離去除的量jxhh不同沉淀時間的總?cè)コ?0.10.20.30.40.50.60.70.80.9101530456090180t(min)總?cè)コ时碛^去除率二、理想沉淀池二、理想沉淀池假設(shè)：假設(shè)：顆粒為自由沉淀顆粒為自由沉淀水流水平流動，在過水?dāng)嗝嫔希鼽c流速相等。水流水平流動，在過水?dāng)嗝嫔?，各點流速相等。顆粒到底就被去除。顆粒到底就被去除。水平流速v=q/(h0 b) b: 池寬 考察頂點，流線iii：正好有一個沉降速度為u0的顆粒從池頂沉淀到池底，稱為截留速度。uu0的顆粒可以全部去除 uu0的顆粒只能部分去除 去除率為eui/u0 = ui/(q/a) a沉淀池表面積 ( u0=h0/

6、t t=l/v=lh0b/q) q=q/a =u0 表面負荷或溢流率對于顆粒沉速小于u0的顆粒來講，去除率為 eui/u0 = ui/(q/a)顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負荷及顆粒沉降速度有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長、水平流速、沉淀時間）無關(guān)。 (hazen 理論,1904年） 但實際沉淀池是偏離理想沉淀池。從上式反映以下兩個問題： 1）e一定，ui越大，表面負荷越大。ui與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強混凝工藝。 2）ui一定，增大a，可以增加產(chǎn)水量q或增大e。當(dāng)容積一定時，增加a，可以降低水深“淺層理論”。qrhuvudrdh2qahurrqhuh02020)(aqu 0h=h,r=

7、r時對沉速為u0的顆粒，積分圓形平流沉淀池，徑向水流速度是一變數(shù)hhu0u0uuvv”v”v”rrr0污泥區(qū)水流表面積a出水區(qū)進水q沉淀區(qū)drdh 實際沉淀池偏離理想沉淀池條件的情況: 水流狀況；顆粒絮凝過程 實際水流狀況對沉淀過程的影響 沉淀池進、出水的影響：進水流速大于池中平均流速 異重流的影響：渾水比清水比重大；溫差異重流，白天效果均低于晚上 水流紊動性和穩(wěn)定性的影響： 水流紊動性判別re=vr/，平流沉淀池中水流re為4000-15000，降低雷諾數(shù)有利于沉淀 水流穩(wěn)定性以弗勞德數(shù)判別，fr=v2/rg，高，對溫差、密度異重流及風(fēng)浪抵抗能力強 降低雷諾數(shù)和提高弗勞德數(shù)的有效措施是減小水

8、力半徑r。r=過水?dāng)嗝?濕周理想與實際有差距，設(shè)計的表面負荷應(yīng)為試驗值的1/1.25-1/1.7,平均為1/1.5;沉淀時間為試驗值的1.5-2.0倍。 二、絮凝沉淀 沉淀效率由實驗確定。在直徑0.1-0.15m，高1.52.0m，且沿高度方向設(shè)有5個取樣口的沉淀筒。 沉淀柱應(yīng)有適當(dāng)?shù)目趶?，以及一定的深度，這樣可以有一定的容量，取樣時不影響水深； 沉淀柱的高度盡可能和真實沉淀池相等； 起始濃度在桶中應(yīng)分布均勻，模擬沉淀池進口端懸浮物顆粒分布情況，水樣注入時應(yīng)平穩(wěn)緩慢； 沉淀柱底部應(yīng)留有一個沉淀部分，以備沉泥之用；600600600600150在在指指定定的的沉沉淀淀率率 e 時時不不同同 h

9、與與沉沉淀淀時時間間 t 時間 t(min) 沉淀率 e（%） h1=60cm h2=120cm h3=180cm 5 1.2 2.5 3.7 10 2.5 5.0 6.5 20 6.7 11.0 14.5 30 11.7 19.0 25.0 40 18.0 30.0 39.0 50 27.0 44.0 56.5 60 38.5 61.5 77.5 70 55.0 87.5 - 75 75.0 - - 25 三、成層沉淀與壓縮vsa-澄清液層，b-受阻沉降層，c-過渡層，d-壓縮層；1-1面均勻下降，2-2面勻速上升，t2時相遇，b,c消失，直到壓實babcd1122v0tt2cadh2t=t

10、2壓縮開始dadhut=tu壓縮結(jié)束at=0均勻污泥c0受阻沉降過渡壓縮abcdvsv2110t2時間h2界面高度c2第二節(jié)沉淀池n一、沉砂池 作用：去除廢水中攜帶的泥沙。 分類：平流和豎流，平流效率高，應(yīng)用廣泛。 構(gòu)造：過水部分是明渠，渠底有貯砂斗，一般兩個。下部設(shè)有帶閘門的排砂管。 設(shè)計控制參數(shù)：水平流速0.150.3m/s，停留時間大于30s，有效水深55，排泥管徑不小于200mm。 防止有機物沉淀：采用曝氣沉砂池，鼓風(fēng)曝氣形式。n二、平流沉淀池 基本技術(shù)參數(shù)：長寬比4，有效水深3m，超高0.3m。進口均勻布水，流速u0全流失 v=u0 懸浮 v0.4,池內(nèi)流速一般2-5mm/s，停留時

11、間一般1.5-2.0h，去除油粒最小直徑100-150m。隔油后含油50-100mg/l.采用刮油機收油，底刮泥，上刮油。 斜板隔油池提高單位容積的處理效率，斜板大多采用聚酯玻璃鋼波紋板，板間距20-50mm,傾角45，采用異向流，停留時間為平流式的1/2-1/4,約30min，去除最小粒徑60m. 應(yīng)用：前平后斜，平隔大量油；斜板最好用鍍鋅或不銹鋼板，以利熱水或蒸汽清洗。第四節(jié) 氣浮池n一、概述 通入空氣，顆粒附著在氣泡上，浮力作用，氣泡上升，攜帶顆粒漂浮水面。達到固液分離的目的 特點：用于自然沉淀比較難于去除的比重比較輕的細小顆粒 氣浮表面負荷可達到12m3/m2h,水在池中停留時間只需1

12、0-20min，池深2m，占地少，節(jié)省投資 氣浮有預(yù)曝氣作用，泥渣不易腐化 對于低濁含藻水，處理效率高，可除浮游生物，出水好 浮渣含水率低，比沉淀污泥少2-10體積，表面刮渣比池底排泥方便 可回收利用有用物質(zhì)，所需藥量比沉淀法省。 缺點：電耗大，釋放器易堵塞，浮渣怕大風(fēng)雨襲擊n二、基本原理 氣浮分離的必要條件 向水中提供足夠量的微細氣泡，尺寸15-30m 使目的物呈懸浮態(tài)或具有疏水性，附著氣泡上升 1.氣泡的產(chǎn)生： 電解法、分散空氣法、溶解空氣法 電解法產(chǎn)生氣泡均勻細小，但電耗高，電極易結(jié)垢，主要用于小規(guī)模水處理 分散空氣法 通過粉末冶金、素?zé)沾苫蛩芰现瞥傻奈⒖装?，將壓縮空氣分散成小氣泡簡便

13、易行，氣泡較大，易堵塞 吸氣氣浮將空氣引入一個高速旋轉(zhuǎn)的葉輪附近，通過葉輪的高速剪切運動，將空氣吸入并分散為小氣泡。適用于懸浮物濃度很高的廢水，如洗煤廢水，含油脂、羊毛等廢水，設(shè)備不易堵塞 利用射流或水泵吸入和分散空氣 溶氣氣浮法 使空氣在壓力下溶于水中并呈飽和狀態(tài)，然后使廢水壓力驟然降低，這時溶解的空氣便以微小的氣泡從水中析出并進行氣浮 溶氣氣浮法 真空氣浮在負壓下析出 加壓溶氣氣浮在常壓下析出應(yīng)用最多 加壓溶氣氣浮按溶氣水不同有全部進水溶氣、部分進水溶氣、部分處理水溶氣三種基本流程。 部分進水溶氣和處理水溶氣流程，用于加壓溶氣的水量只占總水量的30%35%或10%20%，溶氣壓力高、氣泡小

14、、均勻、不破壞絮體 關(guān)鍵設(shè)備：溶氣罐，操作壓力0.3-0.5mpa，水泵吸水管進氣、出水射流吸氣或空壓機供氣。釋放器，釋放效果好，不易堵塞 2.懸浮物與氣泡的附著： 界面張力和濕潤接觸角 接觸角90疏水物質(zhì)，易于氣??； 90親水物質(zhì) 顆粒與氣泡的附著條件 界面能w=s（s-界面面積） 顆粒附著氣泡前w1= lg+ ls（假設(shè)s=1cm2) 附著后w2= gs 界面能變化w=w1-w2= lg+ ls-gs 據(jù)熱力學(xué)，氣泡和顆粒的附著過程，是向該體系界面能減小的方向自發(fā)地進行，附著后的總界面能小于附著前l(fā)glggsgslsls被水濕潤的面積被水濕潤的面積水氣泡顆粒顆粒親水性顆粒氣氣氣氣氣氣氣lg

15、lsgssgglls水顆粒顆粒疏水性顆粒液氣 顆粒處于平衡時，水、氣、固三相界面張力應(yīng)是 ls lgcos(180-) -gs 代入上式，得：w=lg(1-cos） 得出結(jié)論： 當(dāng)顆粒完全被水濕潤時，0,cos 1, w0,顆粒與氣泡不能粘附，不能用氣浮處理； 0900w lg氣浮效果不夠好； 90 lg氣浮效果較好，易氣浮 180,w2 lg，最易氣浮。 lg， w，易氣浮； lg與水中所含的表面活性物質(zhì)有關(guān)，表面活性物質(zhì)多， lg；表面活性物質(zhì)少， lg。 氣泡的穩(wěn)定性：氣浮要求氣泡在水中有一定的分散度，一定的穩(wěn)定性。潔凈水（表面張力大）中，氣泡易兼并，達不到一定的分散度，且易破滅?？赏?/p>

16、中加一定的起泡劑，目的降低lg，在氣泡表面起保護作用，保護氣泡之穩(wěn)定性；但加氣泡劑太多， lg降低太多，顆粒氣泡附著不好。如何控制氣泡劑的量是氣浮效果好壞的重要條件。 分離親水性顆粒：投加合適的藥劑，改變顆粒的表面性質(zhì)稱為浮選劑。浮選劑帶有親水基團，被親水性物質(zhì)吸附，另一端朝向水，使顆粒表面變成疏水表面。水包油-破乳n三、氣浮設(shè)備及其設(shè)計計算 常用加壓溶氣氣浮、射流氣浮、葉輪氣浮應(yīng)用廣泛。部分回流用的較多 設(shè)計要點： 溶氣罐壓力 v=ktp(亨利定律）壓力越大，溶解空氣越多。 空氣過多，細小氣泡易聚集，效果不好 最佳：氣水比 1%5%；氣固比0.5%1%；溶氣罐中空氣的飽和程度50%80% 水

17、力停留時間：10-20min；池型：平流式，豎流式 氣固比g/s的選擇：影響出水水質(zhì)和浮渣濃度 g/s=釋放出空氣總量/原水帶入懸浮固體總量 計算空氣量00) 1(qcfqasgpfacsgva10)/(加壓溶氣氣浮流程（回流式）1-混合器，2-反應(yīng)室，3-入流室，4-分離室，5-泵，6-射流器，7-氣體流量計，8-溶氣罐，9-釋放器，10-浮渣槽，11-刮渣機qq25-50%q1239410117568混凝劑部分回流溶氣氣浮裝置流程圖部分回流溶氣氣浮裝置流程圖氣浮池配水池出水池溶氣罐n四、氣浮法在水處理中的應(yīng)用 廢水：1、含油廢水的處理，主要去除乳化油懸浮油用隔油池去除2、造紙白水回收纖維3、毛紡廢水：含有羊毛脂，洗滌劑4、染色廢水5、污泥濃縮：