化工工艺重力沉降技术.ppt
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1、水污染控制工程,第三章 重力沉降法,1 概述2 沉降的基本原理3 沉降试验和沉降曲线4 理想沉淀池5 沉砂池及其设计计算沉淀池及其设计计算浅层沉淀池,学习内容,1 概述,1.1 简介 重力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作用,以达到固液分离的一种过程。,1.2 沉淀处理工艺的四种用法,2.1 沉淀的四种类型,2.沉降的基本理论,2.1 沉淀的四种类型,2.沉降的基本理论,2.1沉淀的四种类型,2.沉降的基本理论,2.1沉淀的四种类型,2.沉降的基本理论,2.1沉淀的四种类型,2.沉降的基本理论,沉砂池,二沉池污泥斗;浓缩池,二次沉淀池与污泥浓缩池,化学絮凝沉淀,2.2
2、 自由沉淀及其理论基础,(1)分析假定 a.颗粒为球形;b.自由沉降(沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变);c.颗粒只在重力作用下沉淀,不受器壁和其他颗粒影响;d.静水中悬浮颗粒开始沉淀时,因受重力作用产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时,颗粒即成等速下沉。,式中:As运动方向的面积 Cd牛顿无因次阻力系数:Cd=f(Re)s颗粒沉降速度 V 颗粒的体积 S-颗粒的密度;L-水的密度;g-重力加速度。当受力平衡时,沉速变为s(最终沉降速度),(2)悬浮颗粒在水中的受力,当颗粒所受外力平衡时,Fd=Fg-Ff,即 Cd As(Lus2/2)=V(s-L)g,因,
3、得球状颗粒自由沉淀的沉速公式:,层流区(stokes区):,紊流区(牛顿区),过渡流区(艾伦区),-水的动力粘度。,斯托克斯定律,颗粒沉降速度uS与下述因素有关:,(3)斯托克斯定律讨论,当SL时,颗粒以uS下沉;当S=L时,uS=0,颗粒呈悬浮状态;SL时,颗粒以uS上浮,可用浮上法去除。uS与d2成正比,因此d,uS,提高去除效果。uS与成反比,随水温上升而下降;即沉速受水温影响,水温上升,沉速增大。,自由沉降试验和沉降曲线,3.1、试验装置,3.3、Camp图解积分法及沉降曲线,3.2、常规计算法及沉降曲线,试验装置示意图,3.2常规计算法(数据记录与处理),3.2常规计算法(由数据绘制
4、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,3.3 Camp图解积分法,给定的沉降时间t内:对于0的颗粒全部除去,对于0的颗粒可被部分去除。,p0,1-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。,p0,1-p0,?:对于0的颗粒,可去除部分所占比例是多少?去除率是多少?,3.3 Camp图解积分法(续),0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 0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
5、0颗粒群体,可去除部分为:,33 Camp图解积分法(续),0部分颗粒所占百分率为1 p0,则,总沉降效率为ET:,沉降速度,0,1-p0,p0,p0,沉降速度 u,i,pi,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,3.3Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线),E,沉降时间,t(min),E-t曲线,最小沉速,,E,E-u曲线,ET-t,E-t,ET-,E-,4 理想沉淀池,(1)理想沉淀池假设条件是:,1)沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同,水平流速为v;2)悬浮颗粒在沉淀区等速下沉,下沉速度为u;3)在沉淀池的进口区域,水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个
6、过水断面上;4)颗粒一经沉到池底,即认为已被去除。,(2)颗粒的运动,水平,垂直,水平方向:水平流速v等于水流速度;垂直方向:沉速即颗粒的自由沉降速度u。,颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和,是一组倾斜的直线,其坡度为i=u/v。,当颗粒沉速uu0时,无论这种颗粒处于进口端的什么位置,它都可以沉到池底被去除,即图a中的迹线xy与xy。,设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度,当颗粒沉速u1u0时,位于水面的颗粒不能沉到池底,会随水流出,如图b中xy;而当其位于水面下的某一位置时,它可以沉到池底而被去除,如图中轨迹xy。,(3)去除效率ET,思考:自由沉降颗粒的去除效率与理想沉淀池的去
7、除效率的影响因素一样吗?若不一样,分别是什么?,q0在数值上等于最小沉降速度;q0,ET;在自由沉淀中,当处理水量Q一定,ET仅是沉降区表面积的函数,而与水深无关。A,q0,则ET。思考:当沉淀池容积为定值时,如何做能提高沉淀效率?,(4)表面负荷q0,(5)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。,5.1概述,1.功能和任务:去除比重比较大的无机颗粒(粒径大于 0.2mm,密度 2.65t/m的砂粒、煤炭等),以减轻对设备的磨损,降低或减轻构筑物(沉淀池)的负荷,缩小污泥处理构筑容积。2.设置位置:泵站、倒虹管和初沉池前。3.常见类型:按池内水流方向的不
8、同,可分为平流式、曝气式、旋流沉砂池等。,5.沉砂池,平流式,竖流式,曝气式,旋流式,4.沉砂池设计中,必需按照下列原则:(1)城污厂一般设沉砂池,座数或分格数n=2座(格),并联。(2)设计流量应按分期建设考虑:a)当污水自流进入,按每期最大设计流量计算;b)当污水为用提升泵送入时,则应按每期工作水泵的最大组合流量计算;c)合流制处理系统中,应按降雨时的设计流量计;(3)沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为2.65,粒径为0.2mm以上的颗粒为主。(4)城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂量为30m3计算,其含水率为60%,容量为1500kg/m。(5)贮砂斗容积应按2日沉砂量计算,贮砂斗池壁
9、与水平面的倾角不应小于55,排砂管直径应不小于0.3m。(6)沉砂池的超高=0.3m。(7)除砂一般宜采用机械方法。当采用重力排砂时,沉砂池和晒砂厂应尽量靠近,以缩短排砂管的长度。,5.2 平流式沉砂池,设计原理:采用分散性颗粒的沉淀理论设计,只有当污水在沉砂池中的运行时间=设计的砂粒沉降时间,才能够实现砂粒的截留。优:效果好、构造简单、排砂方便等;缺:流速不易控制(实际运行中进水的水量及含砂量的情况是不断变化的,甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时,平流式沉砂池的去除效果很难保证);沉砂中有机物含量高(约夹杂15%的有机物);排砂需洗砂处理(不具备分离砂粒上有机物的能力,使沉砂的后续处理增
10、加难度)。,5.2 平流式沉砂池,构造:加宽、加深的明渠,由入流渠、出流渠、闸板、砂斗等组成。,进水头部应采取消能和整流措施;,两端用闸板控制水量,池底设有12个倒棱台形的贮砂斗,斗底有带闸阀的排砂管。,2.排砂装置(1)重力排砂:排砂管、排砂罐(排砂管d 200mm)。(2)机械排砂:泵吸式排砂、链板刮砂与抓斗。对大中型污水处理厂,一般采用机械排砂。,作用:沉砂池排出的砂水混合物进行彻底的砂水分离。原理:砂水混合液从分离器一端顶部输入水箱,比重较大的如砂粒等到将沉积于槽形底部,在螺旋叶片的推动下,砂粒沿斜置的u型槽底提升,离开液面后继续推移一段距离,在砂粒充分脱水后经排砂口卸至盛砂桶,而与砂
11、分离的水则从溢流口排出,达到分离目的。预处理:在进水口处设置圆筒式旋流预分离器,污水沿圆筒切线方向进入涡流使砂粒沉下进入螺旋分离器,溢流液回沉砂池或格栅井,起到预沉砂及调节水量的作用。,砂水分离器,洗砂砂水分离器,无轴螺旋输送机对沉淀物进行脱水,5.3 平流沉砂池设计,1 设计参数(1)流量-自流进水,取最大小时流量;泵送,工作水泵的最大组合流量。(2)分格数-n=2,并按并联方式运行。(3)流速-最大流速0.3m/s-最小流速0.15m/s之间。(4)停留时间-流量最大时,停留时间=30s,一般为3060s。(5)结构尺寸-有效水深一般为0.251.0m,不大于1.2m(h=u0t,u0可按
12、斯托克斯公式);超高=0.3m;每格宽=0.6m;(6)沉砂量-依水质不同而异,对城市污水可按每106m3废水产生30m3沉砂考虑。(7)贮砂斗-容积一般按2日以内的沉砂量设计,斗壁倾角=55;池底以0.010.02的坡度坡向砂斗。,2.平流沉砂池的设计计算,(1)长度L,v最大设计流量时的速度,m/s;(0.3m/s-0.15m/s)t最大设计流量时的停留时间,s。一般为3060s。,(2)水流断面面积F,Qmax最大设计流量,m3/s。,(3)池总宽度B,h2设计有效水深,m。有效水深一般为0.251.0m。h2=u0t,u0可按斯托克斯公式单格宽度 b=B/n,单格池宽=0.6m,(4)
13、核算最小流速vmin,Qmin设计最小流量,m3/s;n1最小流量时工作的沉砂池数目;Fmin最小流量时沉砂池中的水流断面面积,m2。,(5)贮砂斗所需容积(m3/d),X城市污水的沉砂量,一般采用30 m3/106m3(污水)T排砂时间间隔,dKz生活污水流量的总变化系数。,3.3 曝气沉砂池,2.曝气目的a.有机物更好分离(通过摩擦作用实现),避免泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。b.还有预曝气、除臭、除油等多种功能。,1.构造:是一长形渠道,沿渠壁一侧的整个长度方向,距池底60-90cm处安设曝气装置,在其下部设集砂斗,池底有的坡度,以保证砂粒滑入。,3.工作原理:鼓风机曝气的作用下,使污
14、水水流在池内呈螺旋状前进,污水中的有机颗粒经常处于悬浮状态。另外,使无机颗粒互相摩擦并承受曝气的剪切力,去除砂粒上面附着的有机污染物,同时由于水流的向心力作用,密度比水大的砂粒便沉入池底,从而得到较纯净的砂粒。曝气的气浮作用,污水中的油脂类物质会在除渣区浮出水面,达到从污水中分离的目的。,4.曝气沉砂池构造,(1)进水、配水方式、出水:(2)集砂斗、集砂槽、集油区:(3)供气,曝气,排砂集油,砂水分离:,曝气沉沙池多采取多空管曝气,穿孔孔径为2.56.0mm,距池底约0.60.9m,曝气管有调节阀门。,不锈钢中孔曝气管,FLASH,吸砂机在沉砂沉池面上沿钢轨来回运动,机上的吸砂泵(潜污泵)将池
15、底的砂水混合物吸出并提升至一定的高度,进入砂石分离器进行分离,同时机上可设撇渣板将水面上的浮渣刮至池末端的渣槽中。,PTS型平流抬耙式刮砂机主要用于水处理厂曝气沉砂池底部砂粒的收集,并可有效的去除浮渣。,5.曝气沉砂池特点:1.当处理0.6 mm的砂粒,平流式沉砂池的除砂效率要远大于曝气沉砂池。2.曝气沉砂池对于污水中的油脂物质有着预曝气的作用,有较好的去除效果。3.曝气沉砂池有良好的耐冲击性。4.运行中问题:旋流速度只能通过调节曝气量来控制,但气量调节却难以掌握。气量过大虽能将砂粒冲洗干净,却会降低细小砂粒的去除率;过小又无法保证足够的旋流速度,起不到曝气沉砂的作用。考虑到水量是不断变化的,
16、气量却不可能随机调节,实际运行中很难将曝气量始终控制在合适的数值上,往往会存在过度曝气的问题,浪费能量。5.曝气沉砂池的操作环境较差,特别是夏季对空气的污染较大。另外,如果不设消泡设施,会有相当多的悬浮物随泡沫带出池体而污染环境。,6.曝气沉砂池的设计,1.曝气沉砂池的主要设计参数(1)流量:同前(2)流速:水平流速一般取0.08O.12ms,在过水断面周边的最大旋转线速为0.250.4ms。(3)池内的停留时间:46 min,最大流量时为13min。(4)有效水深:取23m,宽深比为(1l.5):1,长宽比可达5:1。(5)曝气装置:多采用穿孔管曝气器,孔径2.56.O mm,曝气管安装于池
17、壁一侧距池底O.60.9m处,曝气量为0.2m3(空气)/m3(水)或1.5m3(空气)/m3(池容)h。,2.设计计算(1)工艺尺寸:主要确定沉砂池的池长、池宽、池深等。,过水断面积A(m2):,池宽B(m):,池长L(m):,总有效容积V(m3):,L=V/A,在设计计算过程中,沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比,以保证沉砂池内的流态为推流式。如不满足需重新调整有关尺寸:重新选择设计参数,从新进行设计计算。,集砂斗:计算同平流式,倾角=50。,集砂槽设计与明渠设计相同,但设计流速应不小于 0.8m/s。,集油区长度与沉砂区相同,宽度一般为沉砂区宽度的1223,底部以
18、6075倾角坡向沉沙区,以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。,(2)结构尺寸:包括集砂斗、集砂槽、集油区等。,(3)进出水区:进水区、配水方式、出水区,进水:沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。,配水:由于曝气沉沙池内水流的旋流特性,一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格,通常采用配水渠淹没配水。,出水:出水方向与进水垂直,一般采用出水堰出水,出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同,依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。,(4)工艺装备:供气,曝气,排砂集油,砂水分离,供气方式:鼓风曝气,曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。空气需用量qa(m3/h)=Q d计算.d-1
19、m3 废水所需空气量,m3空气量/m3废水。,曝气设备:一般采用穿孔管,孔径一般为25mm。,排砂设备、集油设备:排沙一般采用排沙泵抽吸;浮油的收集通常采用撇油的方式;吸砂泵和撇油设 备通常置于行车上。,砂水和油水分离设备:排出的砂水和油水混合物含水率仍很高,通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置。,5.3 旋流沉砂池,近年来新建的污水厂中,旋流式沉砂池得到了越来越多的应用。从运行情况看,用户反映普遍良好,认为这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。目前国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-Attwood Jeta)和比氏(Pista)两大类。,工
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