制漿造紙污染控制第三章第一節(jié)重力沉降法

1、浙江理工大學浙江理工大學 材料與紡織學院材料與紡織學院2015-2016 第一學期第一學期制漿造紙污染控制制漿造紙污染控制1主講：郭大亮主講：郭大亮第一節(jié)第一節(jié) 重力沉降法重力沉降法 1.1 概述概述p 定義：在重力作用下，使懸浮液中密度大于水的懸浮固定義：在重力作用下，使懸浮液中密度大于水的懸浮固體下沉，從而與水分離的水處理方法。體下沉，從而與水分離的水處理方法。p 處理對象：懸浮顆粒直徑大于處理對象：懸浮顆粒直徑大于10um的可沉固體，或者的可沉固體，或者2h左右自然沉降時間內能從水中分離的固體。左右自然沉降時間內能從水中分離的固體。2第三章第三章 不溶解態(tài)污染物的分離技術不溶解態(tài)污染物的

2、分離技術1.2 沉降理論沉降理論1.2.1 顆粒沉降類型顆粒沉降類型p 自由沉降自由沉降p 絮凝沉降絮凝沉降p 成層沉降成層沉降p 壓縮沉降壓縮沉降31.2.2 離散顆粒的沉降規(guī)律（沉降動力學）離散顆粒的沉降規(guī)律（沉降動力學）o 假設顆粒的初始沉降速度為零，起初顆粒只受重力和浮假設顆粒的初始沉降速度為零，起初顆粒只受重力和浮力的作用。力的作用。o 假設顆粒密度大于水的密度，作用于顆粒上的外力之和假設顆粒密度大于水的密度，作用于顆粒上的外力之和不等于零，顆粒將產(chǎn)生加速度。不等于零，顆粒將產(chǎn)生加速度。o 沉降過程中顆粒受到的外力有沉降過程中顆粒受到的外力有:l 1) 重力重力Fg ： Fg = m

3、*g；式中：；式中：m為顆粒質量。為顆粒質量。l 2）浮力）浮力Ffl 3）阻力）阻力FD： ；式中：；式中：CD為牛頓無因次阻為牛頓無因次阻力系數(shù)；力系數(shù)；Ap為垂直運動方向的投影面積；為垂直運動方向的投影面積；v為沉降速度為沉降速度4p 根據(jù)牛頓第二定律，可得：根據(jù)牛頓第二定律，可得：p 對于球形顆粒：對于球形顆粒：5o 隨著沉降速度的不斷增加，阻力逐漸增加，加速度逐漸隨著沉降速度的不斷增加，阻力逐漸增加，加速度逐漸減小。當加速度為零時，對球形顆粒而言，上式可轉化減小。當加速度為零時，對球形顆粒而言，上式可轉化為：為：o 由上式可解得：由上式可解得：6o 阻力系數(shù)阻力系數(shù)CD是顆粒沉降時周

4、圍液體繞流的雷諾數(shù)是顆粒沉降時周圍液體繞流的雷諾數(shù)Re的的函數(shù)，二者的關系如下圖所示：函數(shù)，二者的關系如下圖所示：7o 將上表中的阻力系數(shù)將上表中的阻力系數(shù)CD的計算公式與雷諾系數(shù)的表達的計算公式與雷諾系數(shù)的表達式式Re = dsus1/u = dsus/v, 可以獲得不同流動狀態(tài)下，顆可以獲得不同流動狀態(tài)下，顆粒的沉降速度的計算公式。粒的沉降速度的計算公式。o 式中：式中：u，v分別為液體的動力粘度和運動粘度。分別為液體的動力粘度和運動粘度。8o Re小于小于2的層流區(qū)（斯托克斯公式）：的層流區(qū)（斯托克斯公式）：o 2 Re500的過渡區(qū)（艾倫公式）：的過渡區(qū)（艾倫公式）：o 500 v時，

5、則顆粒將以時，則顆粒將以u-v的差值向下沉淀，顆的差值向下沉淀，顆粒得以去除；粒得以去除；b.當當u=v時，則顆粒處于隨遇狀態(tài)，不下沉不上升；時，則顆粒處于隨遇狀態(tài)，不下沉不上升；c.當當uv時，顆粒將不能沉淀下來，則會隨上升水流帶走。時，顆粒將不能沉淀下來，則會隨上升水流帶走。p 當當顆粒屬于顆粒屬于絮凝沉淀類型絮凝沉淀類型時，由于池中的流動存在著各自時，由于池中的流動存在著各自相反的狀態(tài)，就會出現(xiàn)上升著的顆粒與下降著的顆粒，上升相反的狀態(tài)，就會出現(xiàn)上升著的顆粒與下降著的顆粒，上升顆粒與上升顆粒之間、下沉顆粒與下沉顆粒之間的湘湖接觸顆粒與上升顆粒之間、下沉顆粒與下沉顆粒之間的湘湖接觸、碰撞，

6、致使顆粒的直徑逐漸增大，有利于顆粒的沉淀。、碰撞，致使顆粒的直徑逐漸增大，有利于顆粒的沉淀。352.3.2 豎流式沉淀池的設計計算豎流式沉淀池的設計計算o36p 最小最小沉降速度沉降速度uo和沉降時間和沉降時間t的確定的確定l 首先首先根據(jù)原廢水中的懸浮顆粒的濃度根據(jù)原廢水中的懸浮顆粒的濃度c1及允許排放濃度及允許排放濃度c2求算應該達到的求算應該達到的去除率去除率E，然后根據(jù)沉降曲線確定與要然后根據(jù)沉降曲線確定與要達到的去除率相對應的最小沉降速度達到的去除率相對應的最小沉降速度u0和和所需的沉降時所需的沉降時間間t。p 中中心管有效過水斷面面積心管有效過水斷面面積A1的計算的計算l 式中，式

7、中，Qmax為為最大廢水流量最大廢水流量，m3/s；vo為污水在中心管為污水在中心管內的流速，內的流速，m/s。372.3.2.2 豎流式沉淀池的計算豎流式沉淀池的計算38p 沉淀池工作部分的有效斷面面積沉淀池工作部分的有效斷面面積A2的計算的計算p 沉淀池的總面積沉淀池的總面積Ap 沉淀池的直徑沉淀池的直徑Dp 沉淀池的有效水深沉淀池的有效水深h1 l 式中，式中，v 為污水在沉淀區(qū)的上升速度，為污水在沉淀區(qū)的上升速度，mm/s；t為沉淀時為沉淀時間，間，h。h1的值一般不小于的值一般不小于2.75m。p 中心管喇叭口與反射板間的縫隙高度中心管喇叭口與反射板間的縫隙高度h2l 式中，式中，v

8、1為污水由中心管與反射板之間間隙的流出速為污水由中心管與反射板之間間隙的流出速度，度，m/s；D為喇叭口直徑，為喇叭口直徑，m。p 沉淀區(qū)圓錐體的容積沉淀區(qū)圓錐體的容積V l 式中，式中，h5為截頭圓錐部分的高度，為截頭圓錐部分的高度，m；R為圓錐體上部為圓錐體上部的半徑，的半徑，m；r為圓錐體下部的半徑，為圓錐體下部的半徑，m。39 p 沉淀池的總高度沉淀池的總高度H l 式中，式中，h3為超高，一般取為超高，一般取0.3m；h4為緩沖層高度，一般為緩沖層高度，一般取取0.30.5m。402.4 輻流式沉淀池輻流式沉淀池2.4.1 輻流沉淀池結構輻流沉淀池結構p 中心進水式輻流式沉淀池一般呈

9、圓形，直徑中心進水式輻流式沉淀池一般呈圓形，直徑2040m以上，甚至達到以上，甚至達到100m左右；池中心深度在左右；池中心深度在2.55.0m范圍；池周邊深度取范圍；池周邊深度取1.53.0m。 輻流沉淀池輻流沉淀池4142434445o 輻流式沉淀池采用表面負荷進行設計輻流式沉淀池采用表面負荷進行設計計算，其中表面負計算，其中表面負荷荷q和沉降時間和沉降時間t通過沉降試驗獲得。通過沉降試驗獲得。o 沉淀沉淀部分水面面積部分水面面積A1 l 式中，式中，n為池子個數(shù)，為池子個數(shù)，q為表面負荷，為表面負荷，m3/(m2h)p 池子池子直徑直徑Dp 沉淀池沉淀池有效水深有效水深h1462.4.2

10、 輻流式沉淀池設計計算輻流式沉淀池設計計算p 沉淀池沉淀池的總高度的總高度Hl 式中，式中，h2為高超，一般取為高超，一般取0.3m；h3 為為 緩沖層高；緩沖層高；h4為儲泥斗以上部分的高度（與刮泥車高度有關），為儲泥斗以上部分的高度（與刮泥車高度有關），m；h5為儲泥斗高度，為儲泥斗高度，m。472.5 斜板（管）沉淀池斜板（管）沉淀池2.5.1 淺層沉降原理淺層沉降原理p 沉淀沉淀效率效率 ： p 由上式可知：由上式可知：l A一定，增加一定，增加Q，則，則u0增加，增加，E降低。降低。l 提高提高E，則需要降低，則需要降低u0，增加，增加A或降低或降低Q。p 可見，提高沉淀效率和增加處

11、理量相互矛盾?？梢?，提高沉淀效率和增加處理量相互矛盾。4849o 淺層沉降原理：將沉降層分隔層淺層沉降原理：將沉降層分隔層n層，沉降高度層，沉降高度H變?yōu)樽優(yōu)镠/n，沉降速度降為，沉降速度降為n分之一，沉淀效率分之一，沉淀效率E提高提高n倍。倍。 50p 構造：由構造：由斜板（管）沉淀區(qū)、進水配水區(qū)、清水出水區(qū)、斜板（管）沉淀區(qū)、進水配水區(qū)、清水出水區(qū)、緩沖區(qū)和污泥區(qū)組成。緩沖區(qū)和污泥區(qū)組成。2.5.2 斜管板沉淀池構造斜管板沉淀池構造p 按斜板或斜管間水流域污泥的相對運動方向來區(qū)分，斜按斜板或斜管間水流域污泥的相對運動方向來區(qū)分，斜流式沉淀池有同向流、異向流、橫向流三種。流式沉淀池有同向流、

12、異向流、橫向流三種。p 污水處理中常采用升流式異向流斜流沉淀池。污水處理中常采用升流式異向流斜流沉淀池。512.5.3 斜管板沉淀池類型斜管板沉淀池類型522.5.3 斜管板沉淀池的設計計算斜管板沉淀池的設計計算p 顆粒運動速度關系：顆粒運動速度關系：p 每個沉降單元流量每個沉降單元流量q=v*d*w，即，即v = q/d*w，代入上式，代入上式可得：可得：l 式中，式中，af為一個斜板在水平方向的投影面積，為一個斜板在水平方向的投影面積，a為沉降為沉降單元的水平底面積。單元的水平底面積。p 若沉降單元為若沉降單元為n個，則：個，則：p 式中，式中，Q為沉淀池設計流量；為沉淀池設計流量；Af為

13、所有沉淀單元的斜板為所有沉淀單元的斜板的總水平投影面積；的總水平投影面積；A為所有沉淀單元的水平底面積。為所有沉淀單元的水平底面積。53p 每個沉降單元流量每個沉降單元流量q=v*d*w，即，即v = q/d*w，代入上式，代入上式可得：可得：l 式中，式中，af為一個斜板在水平方向的投影面積，為一個斜板在水平方向的投影面積，a為沉降為沉降單元的水平底面積。單元的水平底面積。p 若沉降單元為若沉降單元為n個，則：個，則：p 式中，式中，Q為沉淀池設計流量；為沉淀池設計流量；Af為所有沉淀單元的斜板為所有沉淀單元的斜板的總水平投影面積；的總水平投影面積；A為所有沉淀單元的水平底面積。為所有沉淀單

14、元的水平底面積。54p 同理，同向流斜板沉淀池：同理，同向流斜板沉淀池：p 橫向流斜板沉淀池：橫向流斜板沉淀池：p 可見：相同條件下，異向流斜板沉淀池處理能力最大可見：相同條件下，異向流斜板沉淀池處理能力最大，同向流居中，橫向流最小。，同向流居中，橫向流最小。552.6 沉砂池沉砂池o 作用：除去水中的沙粒、石子、爐渣及其他較重的固作用：除去水中的沙粒、石子、爐渣及其他較重的固體物質。體物質。o 通常置于格柵之后，泵站和初沉池之前通常置于格柵之后，泵站和初沉池之前o 常用的沉砂池：平流式沉砂池、曝氣式沉砂池、渦流常用的沉砂池：平流式沉砂池、曝氣式沉砂池、渦流式沉砂池式沉砂池562.6.1平流式

15、沉砂池平流式沉砂池p 構造：加深加寬的明渠、設有閘板（控制水流）、底部構造：加深加寬的明渠、設有閘板（控制水流）、底部設有設有1-2個貯砂斗、排沙管、及螺旋式或射流泵。個貯砂斗、排沙管、及螺旋式或射流泵。57平流式沉淀池平流式沉淀池582.6.1.1 平流沉砂池的設計平流沉砂池的設計（1）Q設計：污水重力自流進入污水廠，按設計：污水重力自流進入污水廠，按Qmax設計；污設計；污水由泵提升進入，按泵房最大組合流量設計。水由泵提升進入，按泵房最大組合流量設計。（2）vmax=0.3m/s，vmin=0.15m/s使無機顆粒下沉，而有機顆使無機顆粒下沉，而有機顆粒不會下沉（按砂粒比重粒不會下沉（按砂

16、粒比重2.65，去除，去除d0.2mm砂粒來設計）砂粒來設計）（3）t停留停留30s，一般為，一般為3060s。（4）H有效有效=0.251.0m，1.2m；每格寬度；每格寬度b0.6m；超高；超高0.3m 59o 設計計算公式如下：設計計算公式如下：（1）水流部分的長度）水流部分的長度L（m）l 式中，式中，v為最大設計流量對應的流速，為最大設計流量對應的流速，m/s；t為最大設為最大設計流量對應的停留時間，計流量對應的停留時間，s。（2）水流斷面積）水流斷面積Al 式中，式中，Qmax最大設計流量，最大設計流量，m3/s。（3）池總寬度）池總寬度Bl 式中，式中，h1為沉砂池有效水深，為沉

17、砂池有效水深，m。602.6.1.2 平流沉砂池的計算平流沉砂池的計算（4）沉砂斗容積）沉砂斗容積V（m3）l 式中，式中，f1 為污水為污水沉砂量，一般取沉砂量，一般取30m3砂砂/106m3污水；污水；I為排砂間隔時間，為排砂間隔時間，d；c為污水為污水流量變化系數(shù)。流量變化系數(shù)。（5）沉砂池總高度）沉砂池總高度Hl 式中，式中，h2為超高；為超高；h3為儲砂斗高度，為儲砂斗高度，m。（6）驗算最?。炈阕钚×魉倭魉賚 式中，式中，Qmin為最小流速，為最小流速，m3/s；n為最小流量時工作時為最小流量時工作時的沉砂池座數(shù)；的沉砂池座數(shù)；Amin為最小流量下沉砂池的過水斷面面為最小流量下沉砂池的過水斷面面積，積，m2。612.6.2 曝氣沉砂池曝氣沉砂池p 構造：長型渠道、表面呈矩形、池底具有一定坡度、曝構造：長型渠道、表面呈矩形、池底具有一定坡度、曝氣裝置設在坡面、使池內水做旋流運動，增加無機顆粒氣裝置設在坡面、使池內水做旋流運動，增加無機顆粒摩擦，去除表面有機物。摩擦，去除表面有機物。626364曝氣沉砂池曝氣沉砂池（1）V水平水平=0.080.12m/s，最大旋流速度為，最大旋流速度為0.250.40m/s。（2）流量最大時，）流量最大時，t停留停留=13min。（3）h有效有效