第篇物理化學及物理化學處理工藝原理市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、水污染控制工程第2篇物理、化學及物理化學處理工藝原理/10/101第1頁第4章 沉淀與澄清主要內(nèi)容4.1 沉淀類型及其特征4.2 理想沉淀池理論4.3 沉淀工藝及其設(shè)計4.4 澄清工藝設(shè)備水污染控制工程/10/102第2頁推薦幾本參考書顧夏聲、黃銘榮等編著，水處理工程，北京：清華大學出版社，1985年（第一版）許保玖等，當代給水與廢水處理原理，北京：高等教學出版社，（第二版）張自杰主編，排水工程（下冊），第四版，北京：中國建筑工業(yè)出版社，尹士君編著，水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算，北京：化學工業(yè)出版社，C.P.Leslie Grady,Jr.,et al., Biological Wastewater

2、 Treatment, Marcel Dekker, Inc., New York, 1999張自杰主編，廢水處理理論與設(shè)計，北京：中國建筑工業(yè)出版社，崔玉川等編，城市污水廠處理設(shè)施設(shè)計計算，北京：化學工業(yè)出版社，/10/103第3頁沉淀及其處理對象沉淀借助于水中顆粒與水密度差、在不一樣工藝設(shè)備中創(chuàng)造一定水力條件，使SS沉淀而與水分離，以實現(xiàn)不一樣處理目標。處理對象 水或廢水中比重大于1可沉降懸浮固體顆粒（SS，Suspended Solids）。/10/104第4頁4.1 沉淀類型及其特征4.1.1 自由沉淀4.1.2 絮凝沉淀4.1.3 擁擠（區(qū)域）沉淀4.1.4 壓縮沉淀4.1.5 沉淀

3、工藝作用/10/105第5頁4.1.1 自由沉淀非絮凝性顆粒、濃度低、顆粒間無絮凝顆粒獨立完成沉淀過程，其物理性質(zhì)（形狀、大小、比重）不發(fā)生改變顆粒沉速不變 發(fā)生在沉砂池及沉淀池前期沉淀過程自由沉淀示意圖4.1 沉淀類型及其特征/10/106第6頁4.1.2 絮凝沉淀絮凝性顆粒、濃度較低、顆粒間發(fā)生絮凝沉淀過程中其物理性質(zhì)發(fā)生改變顆粒沉速度加緊 發(fā)生在水處理沉淀池、污水處理初沉池后期及二沉池前期沉淀過程絮凝沉淀示意圖4.1 沉淀類型及其特征/10/107第7頁4.1.3 擁擠（區(qū)域）沉淀絮凝性顆粒、濃度較高（礬花濃度 23g/L、活性污泥濃度1g/L ）、顆粒間發(fā)生絮凝 沉淀過程中顆粒間相互干

4、擾并形成網(wǎng)格狀絨體共同下沉形成清水渾水界面（界面沉降）。發(fā)生在沉淀池后期沉淀過程4.1 沉淀類型及其特征/10/108第8頁4.1.4 壓縮沉淀絮凝性顆粒、濃度極高沉淀過程中顆粒結(jié)成塊狀，相互接觸、相互支撐、相互擠壓發(fā)生在沉淀池后期沉淀過程及污泥濃縮池中時間泥面高度4.1 沉淀類型及其特征/10/109第9頁沉砂池 位于水處理系統(tǒng)前端，用于去除廢水中比重較大無機性顆粒，以預防進水對其后續(xù)處理設(shè)施有害影響僅自由沉淀。沉淀池 用于混凝反應后、生物處理構(gòu)筑物之前及活性污泥系統(tǒng)，用于去除水中相當部分懸浮態(tài)SS或泥水分離、澄清出水各種類型沉淀濃縮池 用于污泥濃縮處理，以減小污泥體積擁擠和壓縮沉淀。4.1

5、.5 沉淀工藝作用4.1 沉淀類型及其特征/10/1010第10頁4.1.5 沉淀工藝作用活性污泥在沉淀池中沉淀過程4.1 沉淀類型及其特征/10/1011第11頁4.2 理想沉淀池理論4.2.1 理想自由沉淀假定4.2.2 自由沉淀速度分析4.2.3 理想沉淀池模型4.2.4 沉淀過程分析4.2.5 沉淀效率計算/10/1012第12頁4.2.1 理想自由沉淀假定顆粒為球形沉淀過程中顆粒大小、形狀、重量等保持不變顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它顆粒影響顆粒自由沉淀受力分析4.2 理想沉淀池理論/10/1013第13頁4.2.2 自由沉淀速度分析不一樣水流情況時沉淀模式紊流區(qū) Newto

6、n模式過渡區(qū) Allen模式層流區(qū) Stokes模式Stokes模式及其應用模式分析u與S 、L 及d關(guān)系分析應用分析4.2 理想沉淀池理論/10/1014第14頁4.2.3 理想沉淀池模型污水在池內(nèi)沿水平方向作平穩(wěn)等速流動，流速為v。 懸浮顆粒在過水斷面上均勻分布并作自由沉淀，沉速為u。 顆粒一經(jīng)沉到池底即認為已被去除而不再返回水中4.2 理想沉淀池理論/10/1015第15頁4.2.3 理想沉淀池模型4.2 理想沉淀池理論/10/1016第16頁4.2.4 沉淀過程分析截留速度（u0） 在一定條件下，沉淀過程中可被全部去除顆粒所含有最小沉速（m/h）。表面負荷率（q0） 單位時間內(nèi)、單位沉

7、淀池表面積所處理水量（m3/m2.d）u0與q0異同分析4.2 理想沉淀池理論/10/1017第17頁4.2.4 沉淀過程分析v/u0=L/HQ=A v=(B H) v e =(B H) u0 L/H = =(B L) u0=AT . u0 u0 = Q /AT = q0Q確定沉淀池型式確定u0確定AT確定AS確定4.2 理想沉淀池理論/10/1018第18頁4.2.5 沉淀效率計算4.2 理想沉淀池理論/10/1019第19頁4.2.5 沉淀效率計算設(shè)：某顆粒u1u0，占全部顆粒dP%， 即全部uu0顆粒占全部顆粒數(shù)P0 則：顆粒u u0，占全部顆粒1-P04.2 理想沉淀池理論/10/10

8、20第20頁u u0顆粒去除率：全部去除 ，即（1-P0）4.2.5 沉淀效率計算 u u0顆粒去除率：部分去除，即：u00（u /u0 ）dP =u00u dPu01總?cè)コ剩ǎ?： = (1-P0) + u00u dPu01u u0u 4（普通控制在45）長深比（ L/h ）：控制在812/10/1055第55頁4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工藝設(shè)計/10/1056第56頁4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工藝設(shè)計工藝計算表面積（A）：A=Qmax/qS（m2）有效水深（ h2）：h2=qSt（m）沉淀區(qū)有效容積（ V ）：V=Ah2 =Qmaxt （m3）沉淀區(qū)長度（ L ）：L= vt（m

9、）沉淀池寬度（ B ）：B=A/L（m）總長度（ LS ）：LS=l1+L+l2（m）總高度（ H ）：H=h1+h2+h3+h4（m）/10/1057第57頁4.3.2 沉淀池平流式沉淀池工藝設(shè)計污泥區(qū)所需容積（ VS ）： 依據(jù)人口當量計算：VS =SNT/1000（m3） 依據(jù)處理要求計算：VS = （m3）Qmax（SSi-SSe）86400 100TKZ（100-S） 混凝沉淀池、初沉池：普通按(T)2日污泥貯量計算； 二沉池：按(T)不超出2小時貯泥量設(shè)計。/10/1058第58頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池水流特征中心進水輻流式沉淀池周圍進水輻流式沉淀池基本結(jié)構(gòu)直徑（D）：20

10、30m，高達60m，大于16m徑深比（D/h2）：612刮泥方式：D20m，周圍傳動刮泥裝置4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1059第59頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1060第60頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1061第61頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池輻流式沉淀池中心導流筒及刮泥裝置4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1062第62頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池輻流式沉淀池出水堰4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1063第63頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1064第64頁4.3.2 沉淀池輻

11、流式沉淀池4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1065第65頁4.3.2 沉淀池輻流式沉淀池工藝設(shè)計主要工藝設(shè)計參數(shù)表面負荷率（qS）：2 4m3/m2.h(視詳細功效而定)有效水深（h2）：34m 池周圍1.53.0m 池中心2.55.0m其余設(shè)計參數(shù)同平流式沉淀池工藝設(shè)計計算計算步驟同平流式沉淀池/10/1066第66頁4.3.2 沉淀池豎流式沉淀池水流特征基本結(jié)構(gòu)豎流式沉淀池4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1067第67頁4.3.2 沉淀池豎流式沉淀池工藝設(shè)計主要工藝參數(shù)直徑（D）： 8m，普通為47m徑深比（D/h2）： 3（通常為2）(Why?)水流上升速度（v）：0.51.0mm/s表

12、面負荷率（q）：1.53.0m3/m2.h出水堰流量: 5.5m3/m.h，普通為1.83.6m3/m.h工藝設(shè)計計算計算步驟同平流式沉淀池/10/1068第68頁4.3.2 沉淀池豎流式沉淀池工藝設(shè)計v0 : 設(shè)反射板100mm/s 不設(shè)反射板30mm/sv : 20mm/s/10/1069第69頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池淺沉理論（定性分析）Hazen淺沉理論模型若u0(qs)不變、因其表面積A增大n倍,則理論上Q亦可增大n倍;若Q不變，因其表面積A增大n倍,則處理效率大大提升，即u0(qs) 大大降低。其水力條件大大改進，Re 遠低于普通平流式沉淀池(500)。( )vR4.3 沉淀

13、工藝及其設(shè)計/10/1070第70頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池基本結(jié)構(gòu)與主要工藝特點逆向流斜板沉淀池斜管（板）長度：11.2m。斜管（板）傾角 ：60。斜板垂直間距:80120mm；斜管內(nèi)切圓直徑大于3050 mm。受進水中SS和濁度影響較小。4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1071第71頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池基本結(jié)構(gòu)與主要工藝特點斜板清水原水集水支管泥渣同向流斜板沉淀池斜管（板）長度：22.5m。斜管（板）傾角 ： 上部3040，下部 60斜板垂直間距:80120mm；斜管內(nèi)切圓直徑大于3050 mm。適合用于低濃度SS或濁度水處理。4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1072第7

14、2頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池斜流（管）沉淀池中慣用PVC波紋、蜂窩填料要求：無毒、質(zhì)堅、耐久、光滑厚度:0.40.5mm4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1073第73頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池逆向流斜板沉淀池結(jié)構(gòu)超高（0.30.5m）清水區(qū)（0.51.0m）斜板（管）高配水緩沖區(qū)高（1.01.5m ）污泥斗高45400500mm進水出水集水槽出水堰高度方向長度方向4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1074第74頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池逆向流斜流沉淀池沉淀效率（定量分析）u0ll1l2vab 設(shè)有n塊斜板，其總水平距離為L，則每塊斜板間水平距離（忽略板厚）為L/n。沉淀過程分析

15、4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1075第75頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池u0ll1l2vabl2 l + l1 u v=0 u0 v=Lntgl +sinLnQ = vLBsin v =Q LBsin Q nBl cos+LBu =0Q = u（A斜+A原）0Qs= u （A斜+A原）0 普通為0.60.84.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1076第76頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池工藝設(shè)計工藝參數(shù)及基本要求斜板（管）內(nèi)水流速度（v）：35mm/s表面負荷率（qS）：410m3/m2.h有效水深（ h2 ）：11.2m（即斜管或斜板區(qū)水深）停留時間（ t ）：1.52.5h沉淀池長度（

16、L ）：1020m沉淀池寬度（ B ）：2.510m/10/1077第77頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池工藝設(shè)計工藝計算表面積（A）：A=Qmax/qS（m2）有效水深（ h2）：即斜板或斜管垂直高度沉淀區(qū)有效容積（ V ）：V=Ah2 =Qmaxt （m3）沉淀池寬度（ B ）：B=A/L（m）總長度（ LS ）：LS=l1+L+l2（m）總高度（ H ）：H=h1+h1+h2+h3+h4（m）泥斗設(shè)計同平流式沉淀池/10/1078第78頁4.3.2 沉淀池斜流式沉淀池應用可比普通沉淀池大幅度提升處理能力，即可大大縮小沉淀池容積藻類易繁殖、單位面積泥量增加，斜管過斜板易出現(xiàn)積泥和泛泥現(xiàn)象斜

17、管或斜板易因積泥而變形，影響排泥，影響處理效果因池容較小，耐沖擊負荷能力較差主要適合用于物化沉淀處理，不適合于生物處理泥水分離處理/10/1079第79頁4.3.2 沉淀池各種沉淀池特點及適用條件池 型 優(yōu)點 缺點 適用條件平流式輻流式豎流式斜流式（1）對負荷、溫度改變適應性強。（2）施工簡單、造價低（1）采取機械排泥，運行管理簡單。（2）排泥設(shè)備產(chǎn)品定型。（1）排泥方便、通例簡單。（2）占地小。（1）處理能力大、效果好。（2）便于對已經(jīng)有處理設(shè)施改造。 排泥操作復雜、工作量大。（1）排泥設(shè)備復雜、要求高。（2）水流不夠穩(wěn)定。（1）池深大，施工困難、造價高。（2）適應性較差。易堵塞，維護管理要

18、求高。（1）地下水位較高、地質(zhì)條件較差地域。（2）大、中、小型處理規(guī)模。（1）地下水位較高地域。（2）大、中型處理規(guī)模。小規(guī)模處理廠（站）。（1）物化處理。（2）處理要求高。（3）擴產(chǎn)改造。/10/1080第80頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池應用于高濁（濃）度水沉淀工藝高濁水沉淀池（水處理）活性污泥處理二沉池（廢水處理）污泥濃縮池（污泥處理）沉淀類型擁擠沉淀（清水區(qū)、勻速沉降區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)同時存在）處理要求清澈出水（低出水SS）稠厚底泥（高污泥壓縮程度）4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1081第81頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池高濁水沉淀工藝設(shè)計理論工藝運行方式連續(xù)進水Q0連續(xù)出水

19、Qe連續(xù)排泥Qu工藝運行目標出水澄清（Ce）濃縮污泥（Cu ）工藝設(shè)計方法澄清能力（Ae）濃縮能力（Au）As = max（ Ae ，Au）4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1082第82頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池ABCDv vsQ0，C0Qe，CeQu，CuA清水區(qū)；B勻速（受阻）沉降區(qū)；C過渡區(qū)；D壓縮區(qū)泥水界面高濁度水沉淀池中污泥層分布示意H0H1H2HuC2t2tu界面高度時間臨界濃度計算圖解4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1083第83頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池擁擠沉淀基本過程4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1084第84頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池按澄清能力計算

20、取決于界面沉淀速度。需確保沉淀池表面積（Ae）大到足以防止水流上升速度（v）超出界面沉降速度（ vs ） Qe Q0-Qu vs vsAe = =Qu=Q0 C0 Cu?4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1085第85頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池按濃縮能力計算經(jīng)過沉淀柱試驗取得沉淀曲線；依據(jù)曲線，確定臨界濃度（C2H2、t2）；依據(jù)所要到達濃縮程度（Cu），計算Hu。依據(jù)物料恒算，進入沉淀池SS速率應與排出沉淀池SS速率相等（忽略出水中帶走SS），有：C0H0=H2C2=CuHuC0 Q0 =CuHuAu/tu =C0H0Au/tuAu=Q0 tu H04.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/10

21、86第86頁4.3.2 沉淀池高濁度水沉淀池沉淀池面積確定相關(guān)參數(shù)確定As = maxAu=Q0 tu H0 Qe Q0-Qu vs vsAe = =A =（1.21.3）As 設(shè)計 高濁度水沉淀池有效水深普通為34m。污泥濃縮池停留時間（HRT）普通為912h，二沉池HRT普通為23h。？4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1087第87頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池固體通量（G）概念單位時間內(nèi)經(jīng)過單位濃縮池表面積固體量。濃縮池連續(xù)運行，單位時間內(nèi)進入固體量等于其底部排出固體量（動態(tài)平衡）。濃縮池任一斷面G由兩部分組成：（1）濃縮池底部連續(xù)排泥形成固體通量底流固體通量Gu ；（2）渾水（泥水混合

22、液）沉降壓密所形成固體通量壓縮沉降固體通量（Gi ）。4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1088第88頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池ABCDv vsQ0，C0Qe，CeQu，CuA清水區(qū)；B勻速（受阻）沉降區(qū)；C過渡區(qū)；D壓縮區(qū)泥水界面底流固體通量Gu壓縮沉降固體通量Gi4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1089第89頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池底流固體通量（Gu）Gu=vCi式中：Gu底流固體通量（KgSS/m2.d）； v 底流流速（m/d）。若底部排泥量為Qu，濃縮池斷面積為A，則v =Qu / A 。 Ci壓縮區(qū)某斷面固體濃度（KgSS/m3）。V一定時，Gu與Ci成正比。固體濃度C固體

23、通量GGu=vCiGu與Ci關(guān)系曲線4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1090第90頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池壓縮沉降固體通量（Gi）用不一樣固體濃度（ c1, c2 , ci, cn）進行靜止沉淀濃縮試驗，得到各界面沉降曲線（圖）。計算不一樣濃度水界面沉速（ui ）。壓縮沉淀固體通量： Gi= ui Ci繪出Gi Ci關(guān)系曲線不一樣固體濃度C時界面沉降曲線時間t界面高度Hcncic2c1固體濃度C固體通量GGi=uiCiGi與Ci關(guān)系曲線4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1091第91頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池總固體通量（G） G =Gi+Gu極限固體通量（GL ）在濃縮池深度方向存在一

24、個斷面，其固體通量GL最小，而其它斷面固體通量都大于GL 。固體通量大于GL必通不過此斷面。因而，濃度為CL斷面為控制斷面，與此對應GL稱為極限固體通量。固體通量曲線固體濃度C固體通量GGi=uiCiGu=vCiG =Gi+GuLGLCL4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1092第92頁4.3.2 沉淀池污泥濃縮池濃縮池斷面（表）面積（A）AQ0C0GL 若濃縮池面積小于此值，則為超負荷運行，將回出現(xiàn)固體在該控制層（CL）中積累，引發(fā)該濃度層膨脹，沉降界面上升而造成固體隨出水流失，影響沉淀（濃縮）效果。 對于不一樣性質(zhì)SS及所采取工藝，GL普通為15kg/m2.h（以后將結(jié)合詳細工藝介紹！）。經(jīng)

25、典理論普遍引用4.3 沉淀工藝及其設(shè)計/10/1093第93頁4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計4.4.1 澄清作用與原理4.4.2 澄清工藝類型4.4.3 機械加速澄清池4.4.4 脈沖澄清池4.4.5 水力循環(huán)澄清池4.4.6 泥渣懸浮澄清池/10/1094第94頁4.4.1 澄清作用與原理去除濁度較低原水中懸浮物，得到澄清出水。將混合反應和沉淀分離集于一個池中。反應區(qū)有較高濃度絮體凝粒，產(chǎn)生接觸凝聚作用，使脫穩(wěn)顆粒得到有效去除。4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計/10/1095第95頁4.4.2 澄清工藝類型泥渣循環(huán)型 機械加速澄清池，水力循環(huán)澄清池 為了充分發(fā)揮泥渣接觸絮凝作用，可使泥渣在池內(nèi)循環(huán)流動

26、，回流量約為設(shè)計流量35倍。泥渣懸浮型 錐底懸浮澄清池，脈沖澄清池 加藥后原水由下而上經(jīng)過懸浮狀態(tài)泥渣層時，使水中脫穩(wěn)雜質(zhì)泥渣顆粒碰撞凝聚并被泥渣層攔截下來。這種作用類似于過濾作用，渾水經(jīng)過懸浮層即取得澄清。4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計/10/1096第96頁4.4.3 機械加速澄清池利用機械使水提升和攪拌，促使泥渣循環(huán)，并使原水中固體 雜質(zhì)與已形成泥渣接觸絮凝而分離沉淀水池。4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計/10/1097第97頁4.4.3 機械加速澄清池機械加速澄清池工作原理4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計/10/1098第98頁4.4.3 機械加速澄清池主要工藝設(shè)計參數(shù)清水區(qū)上升流速普通采取0.81.1m/s?？偼Ａ魰r間可采取1.21.5h。葉輪提升流量為進水量35倍，直徑為第二絮凝室內(nèi)徑7080%。進水管內(nèi)流速為1m/s左右，配水槽和隙縫流速0.4m/s。第一絮凝室、第二絮凝室和分離室容積比為2:1:7。第二絮凝室和分離室流速采取0.4m/s 。4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計/10/1099第99頁4.4.4 脈沖澄清池懸浮層不停產(chǎn)生周期性壓縮和膨脹，促使原水中固體雜質(zhì)與已形成泥渣進行接觸凝聚而分離沉淀水池。4.4 澄清工藝設(shè)備與設(shè)計