废水的重力分离原理.ppt
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1、1,第3章废水的重力分离处理Gravity Settlement,2,本章要解决的问题:,重力沉降在水处理中的作用是什么?你知道重力沉降的原理吗?你是否认为重力沉降过程很简单?重力沉降的规律是什么?沉淀池的体积是如何确定的?实际沉淀池是如何工作的?沉淀池有哪些种类?各有什么特点和用途?,3,第3章 废水的重力分离处理,31 概述 L32 自由沉降试验及去除率的计算L33 絮凝沉降去除率的确定 L34 理想沉淀池工作过程分析 L,35 成层和压缩沉降沉降面积的确定 L36 沉淀池 L37 沉砂池 L38 隔油池 L,4,3.1概述3.1.1定义:重力分离是依靠废水中悬浮物密度与水密度不同这一特点
2、来分离废水中固体悬浮物的方法。当悬浮物的密度大于水的密度时,在重力作用下,悬浮物下沉形成沉淀物(sludge)。当悬浮物的密度小于水的密度时,悬浮物将上浮到水面形成浮渣(scum),通过收集沉淀物与浮渣,使废水得到净化的过程就是重力分离的方法。,5,因此重力分离法又分为沉降法(settlement)和上浮法(floating)。重力分离可以除去的污染物:悬浮物(SS):包括有机悬浮物和无机悬浮物油类物质(oil and grease):包括浮油和乳化油,6,Flotation,Separation is brought about by introducing fine gas(usually
3、 air)bubbles into the liquid phase.The bubbles attach to the particulate matter,and the buoyant force of the combined particle and gas bubbles is great enough to cause the particle to rise to the surface.Particles that have a higher density than the liquid can thus be made to rise.The rising of part
4、icles with lower density than the liquid can also be facilitated,7,Schematic of dissolved-air flotation systems:(a)without recycle in which the entire flow is passed through the pressuring tank;(b)with recycle in which only the recycle flow is pressurized.The pressurized flow is mixed with the influ
5、ent before being released into the flotation tank,8,3.1.2 沉降在废水处理系统中的作用:,(1)在一级处理的废水处理系统中,沉降是主要处理工艺,废水处理效果的高低,基本取决于沉淀池的沉淀效果。(2)在二级处理的废水处理系统中,沉降具有多种功能。在生物处理设备前设初次沉淀池,以减轻后继处理设备的负荷,保证生物处理设备净化功能的正常发挥。,9,3.1.2 沉降在废水处理系统中的作用:,在生物处理设备后设二次沉淀池,用以分离生物污泥,使处理水得到澄清。(3)在灌溉或排入氧化塘前,废水也必须进行沉降处理,以稳定水质,去除寄生虫卵和能够堵塞土壤孔隙
6、的固体颗粒。重力沉降过程是一个看起来简单,实际上很复杂的过程,下面我们详细介绍重力沉降过程。,10,3.1.3 沉降过程的分类:,根据废水中可沉降物质颗粒的大小、凝聚性能的强弱及其浓度的高低,按观察到的现象可把沉降可分为四种类型:自由沉降(discrete settling)絮凝沉降(flocculent settling)成层沉降(集团沉降、干涉沉降)(zone,settling group settling,hindered settling)压缩沉降(compression settling),11,Types of gravitational phenomena utilized in
7、 wastewater treatment:,12,自由沉降的特点:,发生条件:废水中的悬浮固体浓度不高,而且不具有凝聚性时发生的。discrete particle特征:沉降过程中,固体颗粒不改变形状和尺寸,也不互相粘合,各自独立地完成沉降过程。颗粒的沉降速度在经一定的沉降时间后保持不变。现象:实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。,13,自由沉降过程示意图,液面,t=0时,t=t1时,t=t2时,t=无穷大时,在搅拌的作用下分布均匀,随着沉降的进行,上部变清,到一定时间,沉降完成。,14,絮凝沉降的特点:,发生条件:固体浓度也不高,但具有凝聚性是发生的。特征:在沉降的过程中,颗粒互相碰撞、
8、粘合,结合成较大的絮凝体而沉降;flocculent 沉降的过程中颗粒的尺寸不断变化;颗粒的沉降速度是变化的。现象:水也是逐渐变清的,但可观察到颗粒的絮凝现象。,15,成层沉降的特点:,发生条件:废水中悬浮颗粒的浓度提高到一定程度后发生的。特征:每个颗粒的沉淀将受到其周围颗粒存在的干扰,沉速有所降低,在聚合力的作用下,颗粒群结合成为一个整体,各自保持相对不变的位置共同下沉。hindered(also called zone)现象:实验时可观察到水与颗粒群之间有明显的分界面,沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。,16,压缩沉降的特点:,发生条件:废水中悬浮物的浓度很高时发生的。特征:此时固体颗粒
9、互相接触,互相支承,在上层颗粒的重力作用下,下层颗粒间隙中的液体被挤出界面,固体颗粒群被浓缩。compression现象:粒群与水之间也有明显的界面,但颗粒群部分比成层沉降时密集,界面的沉降速度很慢。,17,不同沉降过程示意图A澄清区(clear water zone);B沉降区(hindered settling zone);C过渡区(transition zone);D 压缩区(compression zone),开始时在搅拌的作用下是分布均匀,清水区,此处等于出水的水质,沉降区,该区内浓度基本相同,且不随时间变化,过渡区,该区内浓度随深度变化,压缩区,该区内浓度基本相同,但比沉淀区高,沉
10、降区和清水区有明显的界面,沉降的过程是该界面以等速下沉,18,颗粒性质和浓度对沉降类型的影响,19,32自由沉降试验及去除率的计算,321 颗粒自由沉降速度的确定计算颗粒沉降速度(terminal settling velocity)的假设:(1)颗粒为球形,不可压缩,也无凝聚性,沉降过程中其大小、形状和质量等均不变;(2)水处于静止状态;(3)颗粒沉降仅受重力和水的阻力作用。在以上假设的条件下可以得出球形颗粒的沉降速度公式。,20,Stokes公式,式中:u颗粒的沉降末速度,m/s;s、分别表示颗粒及水的密度,kg/m3g重力加速度,m/s2水的粘度,Pa s;d颗粒的粒径,m。,21,St
11、okes公式说明的问题,(1)颗粒与水的密度差(s)愈大,它的沉速也愈大,成正比关系。当s时u0,颗粒下沉;当s时,u0,颗粒上浮;当s=时,u=0,颗粒既不下沉也不上浮。,22,Stokes公式说明的问题,(2)水的粘度愈小,沉速愈快,成反比关系。因粘度与水温成反比,故提高水温有利于沉降,23,Stokes公式说明的问题,(3)颗粒直径愈大,沉速愈快,成平方关系。因此随粒度的下降,颗粒的沉降速度会迅速降低。实际水处理过程中,水流呈层流状态的情况较少,所以一般沉降只能去除d20m的颗粒。,24,Stokes公式应用举例:,油珠的直径为50m,密度为 800 kg/m3。试计算油珠在20水中的上
12、浮速度。解:油珠d5Om=5lO-5m,2O水的粘度0.001OlPas,代入Stokes公式得:u=9.81(1000-800)(5105)2/181.01103=2.7104 m/s=0.97 m/h,25,32自由沉降试验及去除率的计算,322自由沉降去除率的确定目的:颗粒自由沉降虽然能够计算,但其计算公式推导过程有许多假设,实际情况与这些假设相差较大,因此实际沉降要复杂得多,需要通过试验才能确定设计沉淀池的参数。,26,322自由沉降去除率的确定,自由沉降试验所用的沉降柱(settling column)示意图 每次试验用57个相相同的沉降柱,溢流口,取样口,27,322自由沉降去除率
13、的确定,试验步骤:(1)根据废水的性质和希望达到的去除率估计所需的总沉降时间、沉降时间间隔和取样的次数。把沉降柱编号写在记录表中。示范一般为57次,取样太多,测定所需的时间和费用高,数据处理也麻烦,次数太少则准确性差。然后确定所需沉降柱的数目;,28,322自由沉降去除率的确定,(2)将待测废水搅拌均匀,加入到各沉降柱中直至水从上部溢流口溢出为止,搅拌均匀并测定原始浓度c0;(3)搅拌均匀后开始计时,并按确定好的时间间隔,顺序从不同的沉降柱取样口取样,分别测定相应的悬浮物浓度c1、c2、c3 cn。把结果添入记录表中;沉降柱,29,322自由沉降去除率的确定,(4)计算各沉降时间的沉降速度ui
14、=H/ti。它的意义是在时间ti内能沉降H高度的最小颗粒的沉降速度;沉降柱 表(5)计算剩余固体分数x,xi=ci/c0,它的意义是悬浮物中沉降速度小于ui的颗粒占悬浮物总量的分数。表因为在沉降ti时间时,悬浮物中沉降速度大于ui的颗粒已全部沉降过了取样口,而沉降速度小于ui的颗粒的浓度不变。所得数据见下表。表,30,试验记录用表格,31,(6)以沉降速度u为横坐标,x为纵坐标作图,得到下图所示曲线:,x,x0,u0,u,32,(7)按下式求出指定沉降速度u0或指定沉降时间t0(u0=H/t0)悬浮物的总去除率Et,x0指定沉降速度u0时剩余固体分数;示意(1-x0)是沉降速度大于u0的颗粒的
15、去除率,也称为表观去除率(apparent removal rate);u颗粒的实际沉降速度;u0指定的沉降速度;积分项是沉降速度小于u0的颗粒的去除率。,33,由于得到u与x的数学表达式比较难,实际计算时后面的积分项用图解法求得。如下图所示,则Et(1-x0)+(ui xi)/u0,x,x0,xi,u,u0,ui,34,(8)按上述方法求出不同沉降时间的总去除率,再以沉降时间t为横坐标,总去除率Et为纵坐标作图,即可得到右图所示的总去除率与沉降时间之间的关系。,35,Definition sketch for the idealized settling of discrete partic
16、les in three different types of settling basins:(a)rectangle,(b)circular,(c)upflow,36,33 絮凝沉降去除率的确定,影响絮凝沉降速度的因素:颗粒的絮凝程度;越强沉降速度越快沉降时间;越长速度越快颗粒之间的碰撞几率;几率越大速度越快废水流量的大小;越小越快沉降的深度;越大速度越快沉降装置的速度梯度;越小越快,37,影响絮凝沉降速度的因素:,颗粒浓度和粒径的变化范围;浓度越大,粒径变化范围越大速度越大是否添加药剂;一般是添加药剂有利于沉降,但与添加药剂的种类有关。因此,絮凝沉降是比自由沉降复杂得多的过程,其沉降规律
17、只能用实验的方法来确定。,38,332絮凝沉降试验的步骤和数据处理,絮凝沉降试验的沉降柱其中:h1=h2=h3=0.6 m 沉降柱的直径一般为0.1 m。,39,332絮凝沉降试验的步骤和数据处理,例:经测定某废水的悬浮固体质量浓度为 430 mg/L,已知该废水中固体悬浮物的沉降过程为絮凝沉降。通过试验确定沉降时间为60 min,沉降水深为1.8 m时固体悬浮物的总去除率。试验步骤:(1)根据废水的性质和已知条件,确定所需的沉降时间,确定的原则与自由沉降试验时相同;本试验确定的沉降时间分别为5、10、20、30、40、50、60、75 min,即8个时间段,填入记录表。表,40,(2)将待测
18、废水搅拌均匀,加入到各沉降柱中直至水从上部溢流口溢出为止,搅拌均匀并测定原始浓度c0。本试样为430 mg/L;(3)搅拌均匀后开始计时并按确定好的时间间隔从沉降柱的不同取样口同时取样,分别测定相应的悬浮物浓度,然后把测定结果填入试验记录表(红色数字):,41,多点取样沉降试验数据表,42,(4)计算出不同水深处不同沉降时间时固体悬浮物的表观去除率E,E(c0-ci)/c0100。表中蓝色数字;表(5)根据计算结果,以沉降时间为横坐标,表观去除率为纵坐标,绘出不同沉降水深时表观去除率与沉降时间的关系曲线,如下图 所示;,43,不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系,44,(6)再绘出悬浮物的等
19、去除率曲线。方法:先在曲线图的纵坐标上找到某些特定的去除率,如5,10,20,30,40,50,60,70。再找到不同水深处达到这些去除率所对应的沉降时间。示意如对应于表观去除率40的不同水深的沉降时间分别为:0.6 m时 18.0 min;1.2 m时30.0 min;1.8 m时39.0 min,余者类推,即可得下表的数据:,45,不同沉降深度表观去除率与沉降时间的关系,18.0,30.0,39.0,46,不同水深处去除率与沉降时间的关系数据,47,等去除率曲线(equal pecent removal curve)绘制过程示意图,然后以沉降时间为横坐标,水深为纵坐标,绘出各点。再把去除率
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- 废水 重力 分离 原理
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