沉淀和澄清给排水工程.ppt
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1、沉淀和澄清,沉淀的分类,自由沉淀:离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变(沉砂池、初沉池前期)絮凝沉淀:絮凝性颗粒,在沉淀过程中沉速增加(初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀)拥挤沉淀:颗粒浓度大,相互间发生干扰,分层(高浊水、二沉池、污泥浓缩池)压缩沉淀:颗粒间相互挤压,下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出,污泥得到浓缩。,悬浮颗粒在静水中的自由沉淀沉降的基本原理沉降试验和沉降曲线沉淀池及其设计计算,悬浮颗粒在静水中的沉淀,沉淀池,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,在环境领域沉降原理如何利用?,应用水与废水处理:各种颗粒物(无机砂粒、有机絮体)的沉降比重较小絮体的上浮油珠的上浮气
2、体净化:粉尘、液珠,沉 淀,二、流体阻力,当某一颗粒在不可压缩的连续流体中做稳定运行时,颗粒会受到来自流体的阻力。该阻力由两部分组成:形状阻力和摩擦阻力。流体阻力的方向与颗粒物在流体中运动的方向相反,其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度u、流体的密度、粘度以及颗粒物的大小、形状有关。对于一般非球形的颗粒物,这种关系非常复杂。阻力公式如下,图a 曲面边界层分离现象,使流体不再贴着圆柱体表面流动,而从表面分图a 曲面边界层分离现象离出来,造成边界层分离,S点称为分离点。形成的旋涡,不断地被主流带走,在圆柱体后面产生一个尾涡区。尾涡区内的旋涡不断地消耗有用的机械能,使该区中的压强降低,即小于圆柱体
3、前和尾涡区外面的压强,从而在圆柱体前后产生了压强差,形成了压差阻力。压差阻力的大小与物体的形状有很大关系,所以又称为形状阻力。,式中:As运动方向的面积 Cd牛顿无因次阻力系数:Cd=f(Re)u颗粒沉降速度 当受力平衡时,沉速变为u(最终沉降速度),沉降动力学:颗粒受力情况分析,沉降的基本原理,对于球形颗粒:,CD阻力系数,与Re有关。Re表示水流的惯性力与粘滞力之间的对比:,非球形颗粒,:形状系数,紊流区(牛顿区),过渡流区(艾伦区),层流区(stokes区):,该公式难以反映实际,因为实际中颗粒大小不一,不是球形。但可以了解u的影响因素。此外,一般d难以测定,在层流区,颗粒太小。可以通过
4、测定u,算出d(注意是名义上的)。,拥挤沉淀,特点:1.发生在SS浓度较高的情况 2.分层沉淀,出现清水浑水交接面 3.出现4个区,参见图162。A:清水区B:等浓度区(与原水颗粒浓度相同)或称受阻沉降层 颗粒沉速等于界面沉降速度,等速下降(Vs)C:变浓度区 颗粒浓度由小变大D:压实区 颗粒沉速从大小 悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程,压实区顶部界面以一定速度上升,当ttc时,变浓度区刚好消失时,称为临界沉降点当再延长沉降时间,污泥层就会发生压实。分区的条件:最大颗粒粒径/最小颗粒粒径2-3g/L)活性污泥1g/L 高浓度泥沙5g/L,沉降过程曲线 以交界面的高度为纵坐标,沉淀时间
5、为横坐标,可作出沉降过程曲线。参考图16-2。b-c的斜率代表交界面的等速沉降 Cc为临界点 最后压实高度为H,沉降过程曲线的相似性同一水样(当原水颗粒浓度一样时)A、B区交界面下降速度与水深无关。OP1/OP2OQ1/OQ2不同水深沉淀过程存在着相似性;由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线;有可能用较短的沉淀管来推测实际沉淀效果界面沉降速度Vs与颗粒浓度有关Vs=f(C),平流沉淀池,非凝聚性颗粒的沉淀过程理想沉淀池沉淀去除率凝聚性颗粒的沉淀过程凝聚性颗粒特点 大小、形状和密度在变,沉速也随着沉淀的深度和时间而加快。沉淀效果根据沉淀试验加以预测,理想沉淀池假设:颗粒为自由沉淀
6、水流水平流动,在过水断面上,各点流速相等。颗粒到底就被去除。,水平流速v=Q/(h0 B)B:池宽 考察顶点,流线III:正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底,称为截留速度。uu0的颗粒可以全部去除 uu0的颗粒只能部分去除,去除率为Eui/u0=ui/(Q/A)q=Q/A=u0 表面负荷或溢流率由上式可知,颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关,而与其它因素(如水深、池长、水平流速、沉淀时间)无关。(Hazen 理论,1904年),Eui/u0=ui/(Q/A)反映两个问题,1)E一定,ui越大,表面负荷越大、产水量越高;或q(溢流率)不变,ui越大,E越大。ui与混凝效果有关
7、,应重视加强混凝工艺。2)ui一定,增大A,可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时,增加A,可以降低水深“浅层理论”。,理想沉淀池示意图,刚好100%去除颗粒;,可部分去除颗粒;,可全部去除颗粒。,静沉试验所得到的沉降规律用于理想沉淀池。,去除效率为,二、表面负荷q0,q0在数值上等于最小沉降速度;q0,ET;在自由颗粒沉降中,当处理水量为定值是,处理效率ET 仅是沉降区表面积的函数,而与水深无关。A,q0,则ET。,三、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。,四、对于絮凝沉降,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
8、粒运动轨迹,但是,为保守起见,沉降效率依然按照:,进行计算。,沉降试验和沉降曲线,一、自由沉降试验及沉降曲线,二、絮凝沉降试验及沉降曲线,一、自由沉降试验及沉降曲线,一、试验装置,三、Camp图解积分法及沉降曲线,二、常规计算法及沉降曲线,试验装置示意图,二常规计算法(数据记录与处理),二常规计算法(由数据绘制沉降曲线)(续),E,沉降时间,t(min),图3-1 E-t曲线,最小沉速,u,E,图3-2 E-u曲线,三Camp积分法,给定的沉降时间t内:对于uu0的颗粒全部除去,对于uu0的颗粒可被部分去除。,1-p0,给定的沉降时间t内:对于dd0的颗粒全部除去,对于dd0的颗粒可被部分去除
9、。,1-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?,三Camp积分法,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。,对于u u0的颗粒,其中可去除部分所占比例为:,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:,对于全部uu0颗粒群体,可去除部分为:,三Camp积分法,uu0部分颗粒所占百分率为1 p0,则,总沉降效率为ET:,二、絮凝沉降试验及沉降曲线,絮凝沉降的特点:,颗粒的形状d、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=2.0
10、2.5m 45个取样口,间距500mm,取样:C0由t=0时中间取样口采集t1、t2、ti、tn时,同时从各取样口取水样(两份,求平均浓度),用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度C1、C2、Ci、Cn。,绘图:例如:0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口,按设定的时间序列同时取样,并计算Et。,沉降时间,t(min),0.5m,1.5m,Et-t 曲线,SS等去除率曲线,Et,1.0m,颗粒去除率的计算,方法:按自由沉淀来类推(参考图169),影响平流沉淀池效果的因素,实际水流状况短流、死角、水流紊动(雷诺数)、异重流(弗劳德数)水力半径:水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。湿周,
11、就是在总流的过流断面上与流体相接触的固体边壁周长。凝聚作用,(1)入口整流措施,斜板(管)沉淀池,浅层沉降原理斜板(管)沉淀池设计举例,斜板(管)沉淀池:浅层沉降原理,,ET,则要以减小处理能力为代价。,当分为n层时,,当A一定时,,每层处理的水量为,(1 p0)100%,,等于n,ET,实际应用中,考虑排泥的要求,将隔板以4560角度倾斜。按水流方向不同,可分为:异向流、同向流、横向流(侧向流)。,ET不变,在分层后,处理水量变化?分层后处理水量:Q=BHv u0/v=u0t/vt=h/L H=nh u0/v=u0t/vt=H/L有:v=nv分层后处理水量:Q=BHnv=nBHv=nQ,处理
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