礦業(yè)環(huán)境工程五

1、第五章第五章 廢水處理方法廢水處理方法第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 一、沉淀原理與分類(lèi)一、沉淀原理與分類(lèi) 1、原理、原理 利用顆粒與水的密度之差，比重利用顆粒與水的密度之差，比重11，下沉，下沉 比重比重11，上浮，上浮 沉淀工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用極為廣泛，主要用于去除沉淀工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用極為廣泛，主要用于去除+100um+100um顆粒顆粒 給水處理給水處理混凝沉淀，高濁預(yù)沉混凝沉淀，高濁預(yù)沉 廢水處理廢水處理沉砂池（去除無(wú)機(jī)物）沉砂池（去除無(wú)機(jī)物） 初沉池（去除懸浮有機(jī)物）初沉池（去除懸浮有機(jī)物） 二沉池（活性污泥與水分離）二沉池（活性污泥與水分離） 2. 沉降過(guò)程分類(lèi)沉降過(guò)程分類(lèi) 自由沉降自

2、由沉降 絮凝沉降絮凝沉降 干涉沉降干涉沉降 壓縮沉降壓縮沉降 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 一、沉淀原理與分類(lèi)一、沉淀原理與分類(lèi) 自由沉降自由沉降：離散顆粒、在沉降過(guò)程中：離散顆粒、在沉降過(guò)程中沉速不變沉速不變 （沉砂池、初沉池前期）（沉砂池、初沉池前期） 絮凝沉降絮凝沉降：絮凝性顆粒，在沉降過(guò)程中：絮凝性顆粒，在沉降過(guò)程中沉速增加沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀）（初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀） 干涉沉降干涉沉降：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層分層 （高濁水、二沉池、污泥濃縮池）（高濁水、二沉池、污泥濃縮池） 壓縮沉降壓縮沉降：顆

3、粒間相互擠壓顆粒間相互擠壓，下層顆粒間的水在上層顆粒，下層顆粒間的水在上層顆粒 的重力下擠出，污泥得到濃縮。的重力下擠出，污泥得到濃縮。四種沉降的特征四種沉降的特征通過(guò)沉淀設(shè)備除去水中的顆粒物，達(dá)到要求的除去率，顆粒的沉速很關(guān)鍵。通過(guò)沉淀設(shè)備除去水中的顆粒物，達(dá)到要求的除去率，顆粒的沉速很關(guān)鍵。1.自由沉降末速公式自由沉降末速公式 二二. 自由沉降自由沉降第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 2.自由沉降速度的分布自由沉降速度的分布顆粒沉降實(shí)驗(yàn)顆粒沉降實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)測(cè)出某一沉降高度下，不同實(shí)驗(yàn)測(cè)出某一沉降高度下，不同 的沉降時(shí)間時(shí)樣品的懸浮物含的沉降時(shí)間時(shí)樣品的懸浮物含 量，作量，作 出沉降速度的分

4、布曲線出沉降速度的分布曲線 二二. 自由沉降自由沉降第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 自由沉降速度的分布：自由沉降速度的分布： Ci/C0 沉降末速沉降末速u(mài) uh/t h/t 的的 懸浮粒子的重量分?jǐn)?shù)懸浮粒子的重量分?jǐn)?shù)， 1-Ci/C0 已沉降的懸浮粒子已沉降的懸浮粒子 的重量分?jǐn)?shù)的重量分?jǐn)?shù)在在t0 時(shí)，時(shí)， u u0 的顆粒全部去除的顆粒全部去除 uu0 的顆粒部分去除的顆粒部分去除 二二. 自由沉降自由沉降第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 3. 理想沉淀池理想沉淀池 假設(shè)：顆粒為自由沉淀（假設(shè)：顆粒為自由沉淀（沉降末速沉降末速u(mài)i 恒定恒定） 水流水平流動(dòng)，在過(guò)水?dāng)嗝嫔?，各點(diǎn)流速相等

5、。水流水平流動(dòng)，在過(guò)水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)流速相等。 顆粒到底就被去除。顆粒到底就被去除。 理想沉降條件下，顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線理想沉降條件下，顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線 若：若： 沉淀池的寬沉淀池的寬B B、長(zhǎng)、長(zhǎng)L L、面積、面積A A、水深、水深H H ， 單位時(shí)間的給水量單位時(shí)間的給水量Q Q ，水在池內(nèi)的平均停留時(shí)間，水在池內(nèi)的平均停留時(shí)間 t t0 0 有：有： 沉速為沉速為 u0 的顆粒從池頂沉入池底的顆粒從池頂沉入池底 當(dāng)當(dāng) ui u0 ，粒子全部沉降；，粒子全部沉降； uiu0，粒子部分沉降，沉降部分比率為，粒子部分沉降，沉降部分比率為ui/ u0 （hi/H = uit0/(u0t0)

6、= ui/u0） 3. 理想沉淀池理想沉淀池故：懸浮物在理想沉淀池中的總沉降效率為故：懸浮物在理想沉淀池中的總沉降效率為 上升流式的沉淀池中，顆粒的沉降末速小于上升水流速u(mài)0者，將隨水全部流出，則上升流式的沉淀池中的沉降效率：XT=1-X0, 平流式沉淀池的實(shí)際停留時(shí)間只有理論值的40-60%，因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)積分項(xiàng)可以忽略不計(jì)。 t0=H/u0 , Qt0=B L H=A H 則有：則有： u0=Q/A 面積負(fù)荷面積負(fù)荷q 由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長(zhǎng)、水平流速、沉淀時(shí)間）無(wú)關(guān)。

7、其它因素（如水深、池長(zhǎng)、水平流速、沉淀時(shí)間）無(wú)關(guān)。(Hazen (Hazen 理論理論,1904,1904年）年） 但實(shí)際沉淀池是偏離理想沉淀池但實(shí)際沉淀池是偏離理想沉淀池。 從上式反映以下兩個(gè)問(wèn)題：從上式反映以下兩個(gè)問(wèn)題： 1 1）除去率一定，）除去率一定，u ui i越大，表面負(fù)荷越大。越大，表面負(fù)荷越大。u ui i與混凝效果有關(guān)，與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。 2 2）增大）增大A A， u ui i一定時(shí)可以增加產(chǎn)水量一定時(shí)可以增加產(chǎn)水量Q Q， Q Q一定則增大除去率。一定則增大除去率。當(dāng)容積一定時(shí)，增加當(dāng)容積一定時(shí)，增加A A，可以降低水深，可以降低水深

8、“淺層理論淺層理論”。 二二. 自由沉降自由沉降第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 三、絮凝沉降三、絮凝沉降 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) 在沉降過(guò)程中，顆粒變大，沉速變化，在沉降過(guò)程中，顆粒變大，沉速變化，沒(méi)有恒定的沉降末速，沒(méi)有恒定的沉降末速，顆粒的沉降軌跡是曲線顆粒的沉降軌跡是曲線。 懸浮物的去除率不僅與沉速有關(guān)，而且與深度，時(shí)間有關(guān)。懸浮物的去除率不僅與沉速有關(guān)，而且與深度，時(shí)間有關(guān)。 無(wú)理論公式描述，只能通過(guò)沉淀實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)沉淀效果。無(wú)理論公式描述，只能通過(guò)沉淀實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)沉淀效果。 有效沉降速度用試驗(yàn)得到的等去除率曲線求得有效沉降速度用試驗(yàn)得到的等去除率曲線求得ui=

9、hi/t i 2、沉降實(shí)驗(yàn)與顆粒去除率沉降實(shí)驗(yàn)與顆粒去除率 沉淀柱高度實(shí)際沉淀池深度沉淀柱高度實(shí)際沉淀池深度 1）在時(shí)間）在時(shí)間ti，不同深度測(cè)，不同深度測(cè)Ci2) 計(jì)算各深度處的顆粒去除百分率：計(jì)算各深度處的顆粒去除百分率： P 100%*( C0-Ci)/C03）繪制去除百分率等值線）繪制去除百分率等值線4）計(jì)算顆粒去除率）計(jì)算顆粒去除率 三、三、絮凝沉降絮凝沉降 第二節(jié)第二節(jié)沉淀與澄清沉淀與澄清 利用等除去率曲線計(jì)算靜止態(tài)沉淀池一定時(shí)刻、一定深度的固體顆粒等除去率曲線計(jì)算靜止態(tài)沉淀池一定時(shí)刻、一定深度的固體顆粒的除去率的除去率： 例例：在時(shí)刻t2、深度h5，固體顆粒的除去率為： P= (

10、h1/h5 ) (R1+R2)/2+ (h2/h5 ) (R2+R3)/2+ (h3/h5 )(R3+R4)/2 +(h4/h5 ) (R4+R5)/23、沉淀效率、表面負(fù)荷和停留時(shí)間之間的關(guān)系、沉淀效率、表面負(fù)荷和停留時(shí)間之間的關(guān)系 要求一定的去除率要求一定的去除率- - 設(shè)計(jì)停留時(shí)間和表面負(fù)荷設(shè)計(jì)停留時(shí)間和表面負(fù)荷 假定不同的水力停留時(shí)間假定不同的水力停留時(shí)間t-t-計(jì)算總?cè)コ视?jì)算總?cè)コ?P P 得出相應(yīng)的表面負(fù)荷得出相應(yīng)的表面負(fù)荷 q q 繪制三者之間的關(guān)系曲線繪制三者之間的關(guān)系曲線 注意：曲線與水深有關(guān)。注意：曲線與水深有關(guān)。停留時(shí)間表面負(fù)荷沉淀效率第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄

11、清 四、四、干涉沉降和壓縮沉降干涉沉降和壓縮沉降 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) 發(fā)生在懸浮物濃度較高的情況發(fā)生在懸浮物濃度較高的情況 分層沉淀，分現(xiàn)出4個(gè)區(qū)：A：清水區(qū)B：等濃度區(qū)（與原水顆粒濃度相同）或稱(chēng)受阻沉降層 顆粒沉速等于11界面（清水渾水交接面）沉降速度，等速下降（Vs）C：變濃度區(qū) 濃度由小變大D：壓實(shí)區(qū) 顆粒沉速?gòu)拇笮?懸浮物緩慢下沉是這一區(qū)內(nèi)懸浮物緩慢壓實(shí)過(guò)程界面（22面）以一定速度上升第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 四、四、干涉沉降和壓縮沉降干涉沉降和壓縮沉降 1、特點(diǎn)、特點(diǎn)沉淀開(kāi)始，11面下降，22面上升當(dāng)ttc時(shí)，11面和22面相遇時(shí)，臨界沉降點(diǎn)當(dāng)再延長(zhǎng)沉降時(shí)間，污泥層就會(huì)發(fā)生壓實(shí)

12、。分區(qū)的條件：最大顆粒粒徑/最小顆粒粒徑2-3g/L） 活性污泥1g/L 高濃度泥沙5g/L 2. 沉降曲線與沉降速度沉降曲線與沉降速度BCBC：直線段，干涉（界面）沉降段：直線段，干涉（界面）沉降段CDCD：凹線段，界面沉降和壓縮沉降的過(guò)渡段：凹線段，界面沉降和壓縮沉降的過(guò)渡段D D點(diǎn)以后：壓縮沉降階段點(diǎn)以后：壓縮沉降階段BOCBOC中，濃度和沉降速度均為常數(shù)，分別等于在中，濃度和沉降速度均為常數(shù)，分別等于在B B點(diǎn)的初始值；點(diǎn)的初始值；CODCOD中，等濃度曲線為通過(guò)原點(diǎn)的直線中，等濃度曲線為通過(guò)原點(diǎn)的直線OCOC、OMOM及及ODOD等。等。在時(shí)間在時(shí)間t1厚度為厚度為t1b的污泥中可分

13、成三個(gè)區(qū)域：的污泥中可分成三個(gè)區(qū)域： 頂部區(qū)頂部區(qū)bc，這里濃度和沉降速度是均勻的，并保持其初，這里濃度和沉降速度是均勻的，并保持其初Co和和u0; 中間區(qū)中間區(qū)cd，這里濃度由，這里濃度由c逐漸增加到逐漸增加到d，因而沉降速度降低，因而沉降速度降低 低部區(qū)低部區(qū)dt1，這里污泥絮凝顆粒互相接觸并受到壓縮。，這里污泥絮凝顆?；ハ嘟佑|并受到壓縮。 在上述介質(zhì)中，頂部區(qū)在時(shí)間在上述介質(zhì)中，頂部區(qū)在時(shí)間t2消失，在時(shí)間消失，在時(shí)間t4則只剩下底部區(qū)。則只剩下底部區(qū)。 四、四、干涉沉降和壓縮沉降干涉沉降和壓縮沉降 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 2. 沉降曲線與沉降曲線與沉降速度沉降速度 曲線上任

14、意曲線上任意M點(diǎn)的濃度：點(diǎn)的濃度： 作作MM點(diǎn)的切線與縱軸交于點(diǎn)的切線與縱軸交于H Hi i，用深用深 度度h hi i，可計(jì)算，可計(jì)算MM點(diǎn)界面處的濃度點(diǎn)界面處的濃度C Ci i Ci=C0h0/hi 曲線上任意曲線上任意M點(diǎn)的沉降速度：點(diǎn)的沉降速度： 由曲線的斜率可以求得由曲線的斜率可以求得 ui=dh/dt ( MHi 的斜率的斜率 ) Hi第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 四、四、干涉沉降和壓縮沉降干涉沉降和壓縮沉降 1、表面積的確定、表面積的確定 （1）以澄清為目的的沉淀池的表面積以澄清為目的的沉淀池的表面積A A=Q/u0 Q 單位時(shí)間給入的廢水量單位時(shí)間給入的廢水量 u u0

15、0面積負(fù)荷，面積負(fù)荷，根據(jù)除去率的要求，根據(jù)除去率的要求，用用StokesStokes公式計(jì)算或用速度分布公式計(jì)算或用速度分布 試驗(yàn)實(shí)際測(cè)定試驗(yàn)實(shí)際測(cè)定 對(duì)絮凝沉降必須用試驗(yàn)測(cè)定有效沉降速度對(duì)絮凝沉降必須用試驗(yàn)測(cè)定有效沉降速度u u0 0 五、五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 1、表面積的確定、表面積的確定 （2）以濃縮為目的的沉淀池的表面積以濃縮為目的的沉淀池的表面積A 五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清Hi1、表面積的確定、表面積的確定 （3） 以澄清和濃縮為目的的

16、沉淀池的表面積以澄清和濃縮為目的的沉淀池的表面積A 按公式按公式 A=Q/uA=Q/u0 0 公式公式 A=QA=Qf ft tu u/h/h0 0 分別計(jì)算所需的表面積后，取大值。分別計(jì)算所需的表面積后，取大值。 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則 2、沉淀池形狀的確定、沉淀池形狀的確定 有圓形和矩形兩種有圓形和矩形兩種 水深：水深：2.5-3.5m 圓直徑：多在圓直徑：多在50m50m內(nèi)，也可達(dá)內(nèi)，也可達(dá)100m100m 長(zhǎng)寬比：長(zhǎng)長(zhǎng)寬比：長(zhǎng): :寬寬=(3-5):1=(3-5):1， 泥渣斗最小泥渣斗最小30cm30cm 3

17、 3、面積負(fù)荷、面積負(fù)荷 城市生活污水、初次沉淀池，面積城市生活污水、初次沉淀池，面積 負(fù)荷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 40m40m3 3/m/m2 2d d 工業(yè)廢水，面積負(fù)荷由試驗(yàn)確定。如表。工業(yè)廢水，面積負(fù)荷由試驗(yàn)確定。如表。五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則五、沉降池和澄清池的一般設(shè)計(jì)原則第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清 分為：分為： 沉砂池、沉砂池、 沉淀池、沉淀池、 澄清池澄清池 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備1、沉砂池、沉砂池 第二節(jié)第二節(jié) 沉淀與澄清沉淀與澄清六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備1、沉砂池、沉砂池六、沉降設(shè)

18、備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池進(jìn)水區(qū)進(jìn)水區(qū) （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池進(jìn)水區(qū)進(jìn)水區(qū) （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池沉淀區(qū)沉淀區(qū)水流速度的控制也很重要水流速度的控制也很重要 （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池出水區(qū)出水區(qū) （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池出水區(qū)出水區(qū) （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池污泥區(qū)污泥區(qū) （1）矩形平流沉淀池）矩形平流沉淀池六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池緩沖區(qū)緩沖區(qū)（2 2）豎流沉淀池）豎流沉淀池 六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池（2 2）豎流沉淀池）豎流沉淀池 六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池（2 2）豎流沉淀池）豎流沉淀池 六、沉降設(shè)備沉降設(shè)備2、沉淀池、沉淀池豎流沉淀池的特點(diǎn)豎流沉淀池的特點(diǎn)（3）輻流式沉淀池）輻流式沉淀池2、