重力沉降法.ppt

1、第三章 重力沉降法,3.1 概述,沉降法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉，以达到固液分离的一种过程。分离对象:粒径10 m 可沉物,沉降处理工艺的应用,根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉降可分成四种类型,图3.1 活性污泥在二沉池中的沉降过程,分析的假定,3.2 沉降的基本原理,悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力,重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。,悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析,2.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为FD 式中：Fd-水对颗粒的阻力；Cd-牛顿无因次阻力系数；As-自由颗粒的投影面积；uS-颗粒在水中的运

2、动速度，即颗粒沉速。,式中：As运动方向的面积 Cd牛顿无因次阻力系数；us颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为us（最终沉降速度）,得球状颗粒自由沉降的沉速公式：,球状颗粒自由沉降的沉速公式,图3.2 阻力系数与绕流雷诺数的关系,层流区（亦称斯托克斯定律）：,是水的动力粘度。,过渡区（艾伦区）,紊流区（牛顿区）,颗粒沉降速度uS影响因素：颗粒us下沉 悬浮状态不能用沉降法去除；颗粒us上浮 浮上法 正比，反比，,斯托克斯定律,图3.3 沉降速度与颗粒直径与比重的关系,3.3 沉降试验和沉降曲线,自由沉降试验及其沉降曲线絮凝沉降试验及其沉降曲线,一、自由沉降试验及沉降曲线,试验装置沉降试验,试

3、验装置示意图,试验方法1,试验步骤：取直径为80100mm,高度为1.52.0m的沉降筒n个（68个）；将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设于水深H=1.2m处经t1历时后，在第1个沉淀筒取100mL水样，经t2历时后，在第2个沉淀筒取等量水样，依次取样分析各水样的悬浮物浓度C1，C2，Cn在直角坐标纸上，作沉降效率E与沉淀历时t之间的关系曲线，沉降效率E与沉速u关系曲线,试验方法1(数据记录与处理),E,u,Cn,Ci,C3,C2,C1,C0,C,H0,H0,H0,H0,H,tn,ti,t3,t2,t1,t0,t,E,沉降时间，t(min),图

4、3-1 E-t曲线,最小沉速，u,E,图3-2 E-u曲线,试验方法1(数据记录与处理),试验方法1存在的缺陷,给定的沉降时间t内：对于uu0的颗粒全部除去1-p0 对于uu0的颗粒可被部分去除p0给定的沉降时间t内：对于dd0的颗粒全部除去1-p0 对于dd0的颗粒可被部分去除p0？：对于uu0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？,试验方法2步骤,试验步骤：取直径为80100mm,高度为1.52.0m的沉降筒n个（68个）；将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设于水深H=1.2m处；经沉降时间t1，t2，tn时，分别取1，2，n的沉降

5、筒内取样口以上的全部水样，分析各水样的悬浮物浓度C1，C2，Cn,沉降效率ET,u u0的颗粒中，di di+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示；则在di di+dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：,对于u u0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：,对于全部uu0颗粒群体，可去除部分为：,总沉降效率,uu0部分颗粒所占百分率为1 p0则，总沉降效率为ET：,沉降速度 u,u0,p0,沉降速度 u,u01,p3,沉降速度分布曲线,沉降速度分布曲线的图解,Uu0颗粒分率，p,颗粒分率，p,u02,u03,u3,u2,u1,p2,p1,两种方法比较(由数据绘制沉降曲线),E,沉降

6、时间，t(min),E-t曲线,最小沉速，u,E,E-u曲线,ET-t,E-t,ET-u,E-u,例题3-1：污水悬浮物浓度C0400mg/L，用第二种试验方法的结果见表3-1，试求：需去除u02.5mm/s（0.15m/min）的颗粒的总去除率？需去除u01.0mm/s（0.06m/min）的颗粒的总去除率？,表3-1 沉降试验记录,图3-1 剩余量P0沉速u关系曲线,表3-2图解计算法,要求去除u02.5mm/s颗粒的总去除率为：从图3-1查得u02.5mm/s时，剩余量P00.56；沉速utu0=2.5mm/s的颗粒的去除量0.226（由表3-2），总去除率为：即ut2.5mm/s的颗粒

7、，可去除44；ut2.5mm/s的颗粒，可去除9,要求去除沉速u01.0mm/s的颗粒的总去除率为：从图3-1查得u01.0mm/s时，剩余量P00.5；沉速utu0的颗粒的去除量0.1234（由表3-2），总去除率为：即utu01.0mm/s的颗粒，可去除50；utu01.0mm/s的颗粒，可去除12.3。,例3-2：用有效水深为1.5m的沉降柱对某离散型工业废水作静止试验，取得表3-3所列的数据，试求u02.8m/min时的ET值时多少？,表3-3 自由沉降试验数据表,根据表3-3数据，作出图3-2所示的沉速分布曲线，由图中查出，当u02.8m/min时，p00.544，即有54.4的固体

8、颗粒沉速小于u0，其中能被去除的部分占SS总量的分率 用图解积分法求取。计算结果见表3-4。,图3-2 剩余量P0沉速u关系曲线,表3-4图解计算法,二、絮凝沉降试验及沉降曲线,絮凝沉降的特点：颗粒的形状、大小、密度在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。,1.絮凝沉降试验,装置：140150mm，H=2.02.5m；45个取样口，间距500mm,1.絮凝沉降试验,试验步骤：（1）试验开始时，将已知悬浮物浓度C0，水温T的水样注入沉淀筒，注满沉淀筒，搅拌均匀，开始计时；（2）每隔一定的时间间隔（510min），同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），确定

9、不同时间、不同水深处残留的SS的浓度C1、C2、Ci、Cn；（3）计算水样悬浮物的去除率；（4）绘制不同深度的Et曲线和SS等去除率曲线；（5）计算在某一个指定水深处，在某一沉降时间t下悬浮物的总沉降率Et（）,总沉降率Et（）,例3-3：已知某种废水中絮凝性悬浮固体浓度为430mg/L。通过絮凝沉降试验，取得表3-5所列的结果。试计算沉降时间为40min时，水深1.5m处的SS总沉降效率Et？,表3-5 多点取样沉降试验数据,（1）计算不同水深处各沉降时间的SS去除率Et。,（2）绘制不同水深的SS去除率与沉降时间关系曲线。,图3-3 Ett关系曲线,（3）绘制 SS等去除率曲线,表3-7

10、40min等时线与中间去除率曲线交点的hi和Ei值,（4）计算ET值。,3.4 理想沉淀池,理想沉淀池假设：沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。,当某一颗粒进入沉淀池后,另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。,3.4 理想沉淀池,o,x,x,理想沉淀池示意图,y,o,沉降区,3.4 理想沉淀池,3.4 理想沉淀池,同样地有：,可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。,3.4 理想沉淀池,表面负荷q

11、0,3.4 理想沉淀池,理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/m2h。只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，即与池的体积V无关。,3.4 理想沉淀池,实际沉淀池 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。,3.4 理想沉淀池,絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或变大，u也会之变大。其运动轨迹发生变化：,絮凝沉降颗粒运动轨迹,但是，为保守起见，沉降效率依然按照：,进行计算。,3.4 理想沉淀池,3

12、.5 沉砂池,沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的几种型式,1、沉砂池的作用,从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。,2、沉砂池的工作原理,以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。,3、沉砂池主要设计参数,城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的只数或分格数应不小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。,3、沉砂池主要设计参数,设计流量应按分期建设考虑。最大时流量、最大组合流量、合流制流量沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每

13、106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。,4、平流式沉砂池,平流式沉砂池的设计参数,流量Q：按Qmax设计；自流时，按最大流量；泵输送时，按泵的最大组合流量 分格数n：n2 水平流速v：0.150.3m/s 停留时间：t3060s,平流式沉砂池的设计内容,工艺和结构尺寸工艺设备,1.长度L 式中：v-最大设计流量时的 速度，m/s;t-最大设计流量时的停留时 间，s。2.水流断面面积A 式中：Q-最大设计流量，m3/s。,平流式沉砂池：工

14、艺尺寸,3.池总宽度b 式中：h2-设计有效水深，m。4.贮砂斗所需容积V 式中：X-城市污水的沉砂量，一般采用3m3/105m3（污水）T-排砂时间的间隔，d；kz 生活污水流量的总变化 系数。,平流式沉砂池：工艺尺寸,5.贮砂斗个部分尺寸计算 设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为60；则贮砂斗的上口宽b2为：贮砂斗的容积V1：式中：h3-贮砂斗高度，m；S1，S2-贮砂斗上口和下口的面积。6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度 i=6%，坡向砂斗，则,平流式沉砂池：工艺尺寸,7.池总高度h 式中：h1-超高，0.3m；h3-贮砂斗高度，m。8.核算最小流速vmin 式中

15、：Qmin-设计最小流量，m3/s；n1-最小流量时工作的沉砂池数目 Amin-最小流量时沉砂池中的水流断面面 积，m2。,平流式沉砂池：工艺尺寸,平流式沉砂池：工艺装备,输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。,5、曝气沉砂池,曝气沉砂池的特点沉砂中含有机物的量低于5%由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。,5、曝气沉砂池,曝气沉砂池的构造曝气沉砂池是一个长型渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约6090cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有i=0.10.5的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽。为了使曝气能起到池内回流

16、作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。,曝气沉砂池的工作原理,污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。,上海嘉定水质净化厂,上海曲阳水质净化厂,曝气沉砂池的设计参数,水平流速一般取0.080.12m/s；污水在池内的停留时间为46min；当雨天最大流量时为13min。如作为预曝气，停留时间为1030min；池的有效水深为23m，池宽与池深比为11.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板；曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.56.0mm，距池底约为0.60.9m，并应有调节阀门；曝气量可参照表3-8。曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。,表3-8 单位池长所需空气量,主要确定沉砂池的