给水工程完整(五)ppt课件.ppt

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1、.,1,第5章沉淀与澄清,.,2,利用颗粒与水的密度之差,比重1，下沉沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um 以上的颗粒。给水处理混凝沉淀，高浊预沉 废水处理沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离）,第一节 沉淀原理,.,3,（1）自由沉淀(DDiissccrreettee SSeettttlliinngg)： 悬浮物质浓度不高； 颗粒之间互不碰撞，呈离散状态； 沉速不变，各自独立完成沉淀过程；（2）絮凝沉淀(Flocculent Settling)： 悬浮物质浓度为50-500mg/L； 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用； 颗粒粒径与质量逐渐加大，

2、沉速不断加快,.,4, （3）区域沉淀（成层/拥挤沉淀）(Zone Settling)： 悬浮物质浓度500mg/L； 相邻颗粒之间互相妨碍、干扰； 沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒 各自保持相对位置不变 颗粒群结合成一个整体向下沉淀 形成清晰的液固界面，沉淀显示为界面下 沉（4）压缩沉淀(Compression Settling)： 颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩；,.,5,（一）、自由沉淀,.,6,颗粒在静水中的沉淀速度取决于： 颗粒在水中的重力与浮力之差F1 和颗粒下沉时所受水 的阻力F2. 直径为d 的球形颗粒在静水中所受的重力与浮力之差为

3、：,p,6,1,1,3, )g,F1 d(,其中：p 及1颗粒及水的密度； g重力加速度。,.,7,颗粒下沉时所受的阻力F2,与颗粒的糙度、大小、形,状和沉淀速度u 有关，也与水中的密度和粘度有关，其 关系式为：,u2,d 2,F2 CD 124,CD阻力系数，与雷诺数Re 有关；,球形颗粒在垂直方向上的投影面积。,2,4, d,.,8,根据牛顿第二定律可知：,达到重力平衡时，加速度为零，令上式左边为零，加以整 理，得沉速公式：,式中 CD 与雷诺数 Re 有关，雷诺数 Re=ud/，其中 为水的运动粘度。通过实验，将观测到的u值代入公式中，,可以求得 CD,和 Re 值。,24,3,2,1,

4、6dt6,D1,p,p,u d, ) g C,d 3 du 1 d 2 ( ,d,3 C D 1,4 g p, 1,u ,.,9,10,-3,-2,10,-1,10,3,10,4,10,5,6,1010,1010,10,10,10.40.1,C=24/Re,C=10/Re,211010雷诺数Re,阻力系数CD,分析：,.,10,1）斯笃克斯公式当Re1时：呈层流状态：,(16-5),斯笃克斯公式：,(16-6),e,24,CD R,gd 2,18, p 1,u 1,.,11,2） 牛顿公式当1000Re25000时，呈紊流状态，CD接近于常数0.4代入,（16-4）得牛顿公式：,（16-7）,

5、3）阿兰公式,当1Re1000时，属于过渡区，CD近似为,（16-8）,代入得阿兰公式：,（16-9）,1, p 1 dg,u 1.83,Re,10,D,C,13,1,1,)22,4,p,g,d,( ,u , 255 ,.,12,18,u 1 p 1 gd2,1, u1.83p1dg,1,)223,p1,g d,4( ,u,2551,4、结论：,上述公式是在不同情况范围 内的基本公式16-4的特定形 式，但该公式无法直接求出u。 但可以了解u 的影响因素（粒径，密度，粘度）。此外，一般 d 难以测定，u比较容易测定。在实用上常用沉 速代表某一特定颗粒而不追究 颗粒粒径。,3CD1,u4 g p

6、 1 d,CD=f（Re）Re=ud/,适宜： 粒径小于 0.1mm的颗 粒物,粒径0.1mm- 2mm的颗粒 物,粒径大于 2mm的颗粒 物,.,13,因此，实际过程中，自由沉淀规律常通 过沉淀试验得到。沉淀试验内容与排水 工程中相关内容重复，不再赘述。,.,14,（二）成层沉淀,自由沉淀可以看成单个颗粒在无边无际的水体中下 沉，此时颗粒排挤开同体积的水，水将以无限小的速 度上升。当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有 一定的速度，使颗粒所受到的阻力有所增加，颗粒处 于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀 速度称为拥挤沉速。,.,15,高浊度水的拥挤沉淀试验,C,0,H,H,H

7、,浓度Ct,Ct,A,B,C,D,a,b,c,d,t1,t,时间t,(b),(c),t (d),H0,Ht,交界面,a,C0,1,1,2,2,沉淀管水深H1,沉淀管水深H2,0,A、区 交 界,P1,P,Q1,Q2,沉 淀时间t,图16-3 不同沉淀高度的沉降过程,清水和浑水交界面下降曲线,.,17,第二节理想沉淀池的沉淀原理,符合以下三个假定1.颗粒处于自由沉淀状态。 即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不再凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变。2.水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等。 并且在流动过程中，v始终不变。3.颗粒沉到池底即认为已被去除。,.,18

8、,一、理想沉淀池,进水区,出水区,沉淀区,A,v,u0,m u0,v,出水,污泥区u0截留沉速。凡是沉速等于或大于沉速u0的颗粒能够全部被沉掉.,反映的是沉淀池所能去除颗粒中的最小颗粒的沉速。,.,19,u, QA,0,理想沉淀池,u,(1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只与颗粒沉降 速率及沉淀池的表面负荷有关，与其他因素无关。（水深， 沉淀时间等）(2)混凝效果与沉淀效果的关系：混凝效果好，则ui大，沉淀效 果好。(3)浅池理论：当颗粒沉速一定，有效池容积一定时，池身浅 些，则表面积大，去除率高。,具有沉速ui（ ui,0, u）的颗粒去除率： E iQ / A,.,20,第三

9、节 实际沉淀池沉淀效果的影响因素,一、 沉淀池实际水流状况的影响1）短流的影响流速沿宽度方向分布不均匀 理论停留时间：t0=V/Q 但在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现为一部分水流通过沉淀区的时间小于t0，而另一部分水流则大于t0，这种现象称为短流。,.,21,短流产生的原因：, 进水的惯性作用 较冷或较重的水产生的异重流 出水堰产生的水流抽吸 风浪 池内存在导流墙和刮泥设施短流的结果，使沉淀池总的沉淀效果下降。,.,22,2）紊流的影响,水流紊动性：,平流沉淀池 中Re=4000- 15000，属于紊流,水流流态稳定性：,2,Fr v,Fr10-5,改善水流状况：降低Re，提高

10、Fr,减小水力半径R,RRg,Re vRR,.,23,二、絮凝作用的影响,实际沉淀池偏离理想沉淀池。,V沿宽度方向的不均匀,(存在速度梯度，继续絮凝）池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。,注意：沉淀和混凝是两个密不可分的单元。,.,24,结论：, 在实际沉淀池中，情况要比理想沉淀池复杂得多，前面的理想沉淀池假定都会因紊流、风吹、水温温差 和密度差引起的对流以及池内水流死角等影响而产生 偏差。这些因素影响的综合结果，使达到一定沉淀效 率所需的停留时间比理论沉降时间要长。,设计沉淀池时，除了对表面负荷有要求外，还对停留时间，池深，进出水构造、排泥方式等均有要求。,.,25,第四节 斜板与

11、斜管沉淀池,1.浅池原理2.构造和特征3.设计计算,.,26,1. 原理,由沉淀效率,公式可知： 在原体,积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提 高。斜板（管）沉淀池与水平面成一定的角度（一般60左右）的板（管）状组件置于沉淀 池中构成，水流可从上向下或从下向上流动， 颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平 流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或 提高沉淀效率。,u i,E Q / A,.,27,此外，浅池湿周长，水力半径大大降低， 因此：a Re大大降低，水流为层流状态，减少了水 流及外界因素造成的紊流；bFr大为提高，水流状态稳定，利于颗粒沉 降缺点：因H

12、小，排泥问题难解决，易堵塞。（因此，对于悬浮物浓度高的沉淀池一般不 推荐使用斜板）,.,28,2.构造特征, 斜板（斜管）式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池 的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由进水配水区、 斜板(管)沉淀区、清水出水区和污泥区组成。目前 我国应用较多的是斜管沉淀池。 按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来区 分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。目前常 采用升流式异向流斜流沉淀池.,.,29,分类：,.,30,接絮凝池,.,31,.,32,.,33,斜管组件产品,.,34,斜管填料,.,35,3.斜管沉淀池设计计算主要设计参数,1.沉淀池表面负荷q应为5-9m3/m2h.2.斜管

13、材料应为无毒材料，多采用聚氯乙烯塑料，斜管 断面为正六边形，断面内径30-40mm，斜管长1m，倾 角为60度。3.斜管顶部以上的清水区高度为1.0-1.5m，斜管底部以 下配水区高度不小于1.5m，机械排泥时，应大于 1.6m，便于安装和检修。4.絮凝池和沉淀池之间应有整流措施，配水孔流速应小 于絮凝池出口流速。5.出水采用穿孔管或穿孔集水槽，类似平流池，排泥可 用穿孔管或机械排泥，与平流池类似。6.斜管中水流的Re小于500，Fr数为10-310-4，斜管中水 力停留时间在2-5min （校核）,.,36,计算公式：,1、表面面积斜板（管）沉淀池的表面负荷率为：q=Q/A式中 Q流量，m

14、3 /h； A沉淀池总平面面积（清水区表面积），m 2 。故 A=Q/q,2、斜管内流速,式中 v 斜管内流速； Q 沉淀池流量； 斜板倾角A/ 斜管的净出口面积。,A/ sin,Q,v ,.,37,注意：斜板（斜管）沉淀池的表面负荷率是沉淀池总平 面面积而言的，沉淀池总平面面积A 包括斜板（管） 净出口面积 A，斜板（管）板材所占面积，无效面 积A（如第一块斜板所占面积等）部分。斜板（斜管）总平面面积：A=KA+A式中 A 沉淀池的总平面面积； A斜板（管）净出口面面积；A 沉淀池中的无效面积；K 斜板（管）的结构系数。它表示斜板或斜管 所占面积比例（一般 K=1.031.1）。,.,38,

15、3、斜管沉淀池高度（1）上部清水区高度h2 不宜小于1m。,（2）下部布水区高度 h4 不宜小于 1.5m。,（3）斜管高度h3 按斜管长度折算。（4）积泥区高度h5 按泥量设计计算。（5）超高h1=0.30.5m。,4、水力条件校核，沉淀时间核算1、雷诺数Re 一般小于500；2、弗劳德数Fr 在10 -310 -4之间；3、斜管中的沉淀时间T=l/v 在25 分钟 之间。,h1,h3,h2,h4,h5,.,39,例题：设计单池产水量为15000m3/d的 斜管沉淀池。水厂自用水量按5%计, 1.设计参数设计流量 Q=15000*1.05=650m3/h=0.18m3/s表面负荷取q=10m

16、3/m2h=2.8mm/s 斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径25mm，长1000mm，水平倾角60度。,.,40, 2.计算 清水区面积A=Q/q=0.18/0.0028=64.5m2 采取沉淀池尺寸5.5*12m=66m2， 为了配水均匀，沉淀池进水区布置在12m长的一侧，在5.5m的长度中扣除无效长度0.5m。因 此净出口面积（考虑斜管结构系数1.03）A=(5.5-0.5)*12/1.03=58m2,.,41,接絮凝池,.,42, 采用保护高0.3m，清水区高度1.2m，配水区 高度1.5m，穿孔排泥槽高0.8m，斜管高度 h=lsin60=0.87m，池子总高

17、度 H=0.3+1.2+1.5+0.87+0.8=4.67m 沉淀池进口采用穿孔墙，排泥采用穿孔管，集 水系统采用穿孔管。,.,43, 3.校核,（1）雷诺数Re(应小于500） 水力半径R=d/4=6.25mm 管内流速v=Q/Asin=0.18/58sin60=0.36cm/s Re=Rv/v 水温20度时，水的运动粘度v为0.01cm2/s,代入得Re=0.625*0.36/0.01=22.5（2）弗劳德数Fr（10-310-4） Fr=v2/Rg=0.362/0.625*981=2.1*10-4,.,44, (3)斜管中沉淀时间 T=l/v=1000/3.6=280s=4.6min(2

18、-5min),.,45,适用条件,适用于大、中、小型水厂。适用于新建、改建和扩建水厂。为提高产水量 和挖掘潜力，可在平流沉淀池和各种澄清池内加设 斜管或斜板。受到建设场地限制，不能用平流沉淀池时。优缺点：优点：停留时间短，容积小，沉淀效率高缺点：斜管费用高，斜管内容易滋生藻类和积泥， 同时由于斜管沉淀池内停留时间短，要求配套的絮凝 池有良好的絮凝效果。,.,46,第五节 澄清池,一、澄清池特点,1、澄清池将混凝和沉淀两个工艺过程综合于一个构筑物中 完成，原水在池中的净化是由混凝剂对水中微粒的脱稳，池 中悬浮泥渣层对微絮粒的接触絮凝及泥渣的沉降分离等过程 完成。 2、接触絮凝：微絮粒一旦在运动中

19、与相对巨大的泥渣颗粒 接触碰撞，就被吸附于泥渣颗粒上,发生聚合形成絮粒，与 水分离，从而被迅速去除（悬浮泥渣层作为接触介质的净水 过程）。 泥渣层形成方法：运行初期在原水中投入较多凝聚剂并降 低负荷，经过一段时间后逐渐形成。保持悬浮状态且浓度相对均匀的泥渣区是处理效果保证的关键。,.,47,二、澄清池的分类澄清池的种类和形式很多，基本上可分为两大类： 1、泥渣悬浮型澄清池加药后的原水向上通过处于悬浮状态的泥渣层，水 中脱稳杂质与高浓度的泥渣碰撞凝聚并被泥渣层拦截下 来，（类似于过滤作用）。浑水通过悬浮层可获得澄清。 由于悬浮层拦截了进水中的杂质，悬浮颗粒变大，这样 就大大地提高了颗粒的沉速，从

20、而可以提高水流上升流 速或产水量。-依靠上升水流能量形成悬浮泥渣层。 2、泥渣循环型澄清池泥渣在垂直方向上不断地循环，在泥渣循环的过程 中，主动积极地来扑捉水中的杂质，进行接触絮凝作 用，使杂质从水中分离出来，泥渣在循环过程中不断地 壮大自己，因此，本身沉速不断提高，从而提高沉淀效 率。-让泥渣在竖直方向上循环在运动中捕集微絮粒。,.,48,泥渣悬浮型澄清池,悬浮澄清池加过药剂的原水经过气水分离器后，从穿孔配水 管进入澄清池室，由下向上穿过悬浮泥渣层中进行絮凝 和沉淀。原水由池底进入，靠向上的流速使絮凝体悬浮。 因絮凝作用悬浮层逐渐膨胀，当超过一定高度时，则通 过排泥窗口自动排入泥渣浓缩室，压

21、实后定期排出池外。 进水量或水温发生变化时，会使悬浮工作不稳定，现已 很少采用。,.,49,.,50,.,51,特点：,（1）构造简单；,（2）对进水量、水质、水温的变化适应性较差，当进 水流量、水质变化较大时，悬浮泥渣易遭破坏；（3）面积过大时，也容易导致配水和悬浮层浓度分布 不均匀；故适用于中小型水厂。,.,52,泥渣循环澄清池,机械搅拌澄清池：机械搅拌澄清池是将混合、絮凝反应及沉淀工艺综合 在一个池内，池中心有一个转动叶轮，将原水和加入药 剂同澄清区沉降下来的回流泥浆混合，促进较大絮体的 形成。泥浆回流量为进水量的35倍，可通过调节叶轮 开启度来控制。为保持池内浓度稳定，要排除多余的污 泥，所以在池内设有13个泥渣浓缩斗。当池径较大或 进水含砂量较高时，需装设机械刮泥机。,.,53,.,54,.,55,机械搅拌澄清池的优点：处理效果好，稳定；适用于大、中水厂。 机械搅拌澄清池的缺点：维修维护工作量较大；启动时有时需人工加土和加大加药量。,.,56, 与沉淀池不同的是，沉淀池底的沉泥均被排除，未 被利用，而澄清池则充分利用了沉淀泥渣的絮凝作 用，排除的只是经过反复絮凝的多余泥渣，其排泥 量与新形成的泥渣量取得平衡，泥渣层始终处于新 陈代谢中，因而泥渣层能充分保持接触絮凝活性。 澄清池重复利用了有吸附能力的絮粒来澄清原水， 因此可充分发挥混凝剂的净水效能。,