悬浮颗粒在静水中的沉淀.ppt

第五章 沉淀,第五章 沉淀,第一节 悬浮颗粒在静水中的沉淀 第二节 理想沉淀池的沉淀原理 第三节 沉淀池 第四节 沉沙池 第五节 澄清池,第一节 悬浮颗粒在静水中沉淀,1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀,1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀,以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻力三种力的作用。颗粒下沉的速度可得自牛顿第二定律：,（一）颗粒在水中的重力为： F1=1/6 d3（ p- l） g,u颗粒下沉速度；,m颗粒质量；,t时间。,p 颗粒的密度；,d颗粒直径；,（二）颗粒受到的阻力为： 与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2lu2有关。,1水的密度。,CD阻力系数 A颗粒在运动方向垂直 面上的投影面积,沉速基本公式,颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着u增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。du/dt=0,不同水流流态下的沉速公式,（1）层流下的Stokes公式（Re1）,（2）紊流下的沉速公式,（ 1000Re25000 ）,（3）过渡区的Allen公式,2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀,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，不在凝聚和破碎，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。 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。,一、理想沉淀池,进水区,出水,理想沉淀池,(1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只与沉淀池的表面负荷有关，与其他因素无关。,(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，有效溶容积一定时，池身些，则明表面积大，去除率高。,具有沉速ui（ ui u0 ）的颗粒去除率,平流沉淀池去除率,二、影响沉淀池沉淀效果的因素分析,凝聚性颗粒的沉淀试验与去除百分率等值线,三、影响平流沉淀池效果因素,（1）沉淀池实际水流状况的影响,短流：,进水的惯性作用,出水堰产生的水流抽吸,较冷或较重的进水产生的异重流,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。,平流沉淀池的水流状况,水流紊动性：,Re=4000-15000,水流稳定性：,Fr10-5,改善水流状况：,降低Re，提高Fr,减小水力半径R,R,R,（2）凝聚作用的影响,池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。,实际沉淀池偏离理想沉淀池。,第三节 沉淀池,1.沉淀池的类型 （1）平流式沉淀池 （2）斜板（管）沉淀池 （3）辐流式沉淀池 （4）竖流式沉淀池,2.平流沉淀池,出水区,进水区,沉淀区,存泥区,出水,出水集水堰,桁车式吸泥机,平流沉淀池设计计算,控制指标：,停留时间 T,表面负荷 Q/A,在混凝沉淀池中，絮凝体的u0与混水的混凝反应有关，其值实际上不易测定，所以沉淀池q一般都选取经验值。,但在实际沉淀池中，由于存在许多影响沉淀效果的不利因素，只能选取比u0低的q 值。,（1）按表面负荷率计算,在理想沉淀池中，可取q=u0以计算沉淀池A。 =1.21.5,qu0 q = u0 / ,q小，建筑费用高，但混凝剂投加量较小，运行费用降低了。,相反， q大，建筑费用小，但混凝剂投加量较大，运行费用增高了，所以q的选定应根据条件相似的沉淀池通过技术经济原则来确定，一般混凝沉淀池的表面负荷： q=0.350.6 mm/s 或 3050 m /日.米2 在东北地区水温低，水的混凝性能较差，易选取低值，在南方可适当提高。,3,沉淀池长： L=3.6vT v水平流速 mm/s; T沉淀时间 （小时）一般13小时（低温低浊水采用高值）； 沉淀池宽度：,（2）按照停留时间计算 V=QT V沉淀池容积（M ）； Q产水量（m /h）； T停留时间（小时）。,根据选定的水深H，计算宽度B。,L=3.6vT,3,3,沉淀池尺寸确定后，可以复合沉淀池中水流的稳定性，使费劳德数Fr控制在 1×10-4 1×10-5 。 平流沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中变水头放空容器公式计算：,d排泥管直径（m）； B池宽（m）； L池长（m）； H池深（m）； T放空时间（S）。,沉淀池的出水渠采用薄壁溢流堰，渠道断面多采用矩形，当渠道底坡宽度为0时，渠道底坡水深H可根据下式计算：,Q沉淀池流量（m /s）； g重力加速度（m /s）； B渠道宽度（m）。,3,3,异向流斜管沉淀池,3. 斜板斜管沉淀池,一、斜板与斜管沉淀池的特点 按照理想沉淀池的理论，可知沉淀效率为：,设原有沉淀池的长度为 L，高度为 H ，如果将沉淀池分为四层，则每层高度为 H/4。 设水平流速v和沉速u0不变，则分层后的沉降迹现坡度不变，从图上可以看出，沉淀池的长度可以缩小L/4。 如仍保持原来的沉淀效率，则沉淀池的体积可以缩小1/4。,设沉淀池长度L不变，从图上可见，v可以增加到4 v。即分层后的流量可增加至4倍。,分层后的沉淀效率E增加到原有的E四倍。,颗粒的沉速ui和流量Q不变，由于沉淀池分层后沉淀面积增加4倍，从下式可以看出：,为解决好排泥问题，可以用四层斜板代替水平隔板，同样增加沉淀效率4倍。,由上述可见，在保证同样的产水量，同样的效率的条件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地缩小沉淀池的容积，使建筑费用大大地降低。 但由于保持了相同的截流沉速u0 ，所以仍具有与平流沉淀池相同的沉淀效率。 因此，多层沉淀池与平流沉淀池相比，是一种高效能的沉淀构筑物，沉淀距离的减小，从而缩短了沉淀池的长度和沉淀时间。,斜板、斜管沉淀池，R大大地减小了，Re大大地降低了； Fr大大地增大，水流稳定； 处于层流状态，从而提高了沉淀效率。 斜板、斜管沉淀池由一系列倾斜的薄板组成，斜板斜管沉淀池按水流方向分为：上向流、平向流、下向流三种。,Q/A为斜板、斜管的表面负荷率。因此，水力特征参数可以理解为：斜板斜管的截流速度与其表面负荷率之比。 综上所述，讨论斜板、斜管沉淀池水力特征参数的依据是：1.水流在斜板（斜管）中的流态为层流； 2.斜板（斜管）内纵向流速，随着板间（管内）断面上不同位置而变化。 3.颗粒为分散性非絮凝颗粒，颗粒沉降速度不变。,二、斜板斜管沉淀池设计计算,1.上项流斜板、斜管沉淀池,进水方向有三种：,第一种不理想，在转弯处直冲斜板中的沉泥，不利沉泥下滑。第二、三种方向进水较好，在实际中应用较多。 2.整流配水装置 为了能使水流均匀地进入斜管下的配水区，絮凝池一般应考率整流措施。 .采用缝隙栅条配水，缝隙前狭后宽； 采用穿空墙，配水孔v0.15m/s，（应不大于絮凝池出口流速）；,3.倾斜角 越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高； 越大，排泥容易 根据生产经验，为使排泥通畅。52 ° 60°，一般常取60°。,4.斜管长度 L,斜管长度大则沉淀效果好。 试验证明在斜管进口一段距离内，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓缩也较大，此段称为过度段或紊流段. 该段以上便看出泥水分离，此段称为分离段。 过渡段的长度随管中上升流速而异，该段泥水虽然混杂，但 由于浓度较大，反而有利于接触絮凝，从而有利于分离段的泥水分离。,斜板的实际长度L=过渡段长度L0+分离段长度Lt 过渡段长度一般估计约200mm. 斜板过长会增加造价，而沉淀效率的提高有限，有分离段上部出现一段较长的清水段，并未利用。 目前长度多采用8001000mm。,5.斜板的板距，斜管的管径d及端面形状,斜板的板距从沉效率考虑，越小越高，但从施工、安装、排泥考虑，不宜太小。 d=50150mm, 常取100mm； 斜管管径 d=2540mm,（多边形内切圆直角），端面形状，多采用正六角形。 实际应用中，采用斜管较多。,d,其它沉淀池,竖流式沉淀池 辐流式沉淀池,在给水处理中的应用： 预沉,第四节 沉砂池,平流沉砂池,2 曝气沉砂池,第五节 澄清池,泥渣为什么有净水作用 由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能继续吸附和粘附水中的悬浊物质，所以有净水作用。 泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表面上进行（接触凝聚）要比在水中进行（自由凝聚）强的多，所以也提高了混凝效果。 悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千mg/l）,能大大地增加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速度，试验表明，当上升提高1mg/l左右时，仍能获得良好的出水水质。这个流速值较沉淀池提高了约1倍。,一、泥渣净水的作用,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： 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，水中杂质有充分的机会与结构较密的泥渣碰撞凝聚，这样就大大地提高了颗粒的沉速，从而可以提高水流上升流速或产水量。 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，本身流速不断提高，从而提高沉淀效率。,泥渣悬浮澄清池,原水由进水管进入进水室，由真空泵造成的真空而使进水室的水位上升，此为冲水过程。 当水面达到进水室最高水位时，进气阀开启，进水室通大气，这时进水室内水位迅速下降，向澄清池放水，此为放水过程。,（一）脉冲澄清池,多余的泥渣进入泥渣浓缩室沉淀浓缩后，定期排出。 脉冲发生器有多种形式，设备复杂、噪音大。澄清池,在进水室与池内水为差的作用下，上升流速突然增大，悬浮泥渣层相应地膨胀。 竖井充水时，这时进入池内的水量减少，上升流速降低，悬浮泥渣层便彻底地收缩，由于充水和放水交替地进行，使悬浮泥渣层交替地上升（膨胀）和下降（收缩）的运动，故称为脉冲澄清池。,（二）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。 在泥渣悬浮层中上升流速恰好使颗粒受到的阻力与其在水中的重力相等（处于动力平衡状态），使泥渣颗粒处于悬浮状态。 随着原水不断通过，处于动力平衡状态的泥渣颗粒逐渐累积，当浓度达到一定程度（约数千毫克/升），泥渣悬浮层即形成。,泥渣循环型澄清池,主要由第一、第二反应室和分离室组成，加过药剂的原水在第一、第二反应室与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室中进行分离。 泥渣的循环回流用机械抽升，故称机械加速澄清池。,（一）机械加速澄清池,第一反应室,第二反应室,原水进入环型三角配水槽，通过缝隙均匀流入第一反应室，因原水中可能含有气体，汇集在三角槽顶部故应安装透气管，加药地点可在进水管、三角配水槽，也可数处同时加注药剂，由实验决定。,在清水分离区中，由于沉淀面积很大，上升流速很小，悬浮泥渣不断下沉，分离出来的清水经清水保护层汇集于上部集水槽，引出池外。 下沉的泥渣随水往下又回流至第一反应室，在清水分离区内设有泥渣浓缩室，用以收集多余的泥渣，泥渣经浓缩后，定期排除池外。,第一反应室搅拌设备的作用是，提升叶轮将泥渣提升至第二反应室，循环利用，搅拌浆使第一反应室的泥渣循环流动并与进水进行混合和反应。 提升叶轮和搅拌浆安装在同一轴上，宜采用无级变速电动机驱动或用普通电动机通过变速装置带动搅拌设备。 加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬浮泥渣，驱使泥渣回流，所以它具有较好的调节性能（泥渣浓度、搅拌速度、泥渣循环量）。 特点： 1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较好； 2、它需要设置变速电动机和减速装置等机电设备，结构较复杂。,（二）水力循环澄清池,原水从池底进入，先经喷嘴高速喷入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而系入回流泥渣。 原水与回流泥渣在喉管中剧烈混合后，被送入第一反应室和第二反应室。 从第二反应室流出的泥水混合液，在分离室中进行泥水分离，清水向上汇集于上部集水槽，下流的泥渣随水流回流至喷嘴，多余的泥渣进入泥渣浓缩室，如此周而复始。,原水流量与泥渣回流量之比一般为1：31：4。 喉管和喇叭口的高低可用池顶的升降阀调节，以调整喷嘴与喉管的间距，借以控制回流泥渣量。,第一,第二,特点：,在清水分离区的上升流速是一个重要参数 过大，会使出水水质恶化， 过小，会降低负荷量，增加建筑费用。 一般=0.81.2mm/s，北方宜采用低值； 为了保证接触絮凝时间，一般悬浮泥渣层厚度取1.52.5M，对低温低浊的原水宜采用大的厚度值。,这种承情池反应时间短，反应进行的不完善，所以需多投一些药剂，才能获得较好的效果； 池深较大，宜用于小规模水厂中； 因构造较简单，不须复杂的机电设备，投资较省，故小水量时较合适。,澄清池主要设计参数,为了避免悬浮泥渣被带出池外，清水保护区厚度取1.52.0M； 水在澄清池中的停留时间一般取1.01.5小时。,