懸浮顆粒在靜水中的沉淀

懸浮顆粒在靜水中的沉淀第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第五章沉淀第一節(jié)懸浮顆粒在靜水中的沉淀第二節(jié)理想沉淀池的沉淀原理第三節(jié)沉淀池第四節(jié)沉沙池第五節(jié)澄清池第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)懸浮顆粒在靜水中沉淀1.懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀2.懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀以球型顆粒為例，在水中作沉降運動時將受重力、浮力、摩擦阻力三種力的作用。顆粒下沉的速度可得自牛頓第二定律：（一）顆粒在水中的重力為：F1=1/6d3（

p-

l）

g

u——顆粒下沉速度；m——顆粒質(zhì)量；t——時間。p——顆粒的密度；d—顆粒直徑；第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（二）顆粒受到的阻力為：與顆粒在運動方向上的投影面積A及動壓1/2lu2有關。1——水的密度。CD——阻力系數(shù)A—顆粒在運動方向垂直面上的投影面積第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六沉速基本公式顆粒下沉時，起始沉速為零，故以加速度下沉，隨著u增加，阻力也相應增加，很快顆粒即等速下沉。du/dt=0第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六不同水流流態(tài)下的沉速公式（1）層流下的Stokes公式（Re＜1）第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（2）紊流下的沉速公式（1000＜Re＜25000）第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（3）過渡區(qū)的Allen公式第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2.懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)理想沉淀池的沉淀原理符合以下三個假定1.顆粒處于自由沉淀狀態(tài)。即在沉淀過程中顆粒之間互不干擾，不在凝聚和破碎，顆粒的大小、形狀和密度不變，因此顆粒沉速始終不變。2.水流沿著水平方向流動，在過水斷面上，各點流速相等。在流動過程中，v始終不變。3.顆粒沉到池底即認為已被去除。第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六一、理想沉淀池進水區(qū)出水區(qū)沉淀區(qū)污泥區(qū)Amvu0u0v出水第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六理想沉淀池(1)Hazen理論：懸浮顆粒在理想沉淀池的去除率只與沉淀池的表面負荷有關，與其他因素無關。(2)混凝效果與沉淀效果的關系：混凝效果好，則ui大，沉淀效果好。(3)淺池理論：當顆粒沉速一定，有效溶容積一定時，池身些，則明表面積大，去除率高。具有沉速ui（ui<u0）的顆粒去除率第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六平流沉淀池去除率第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六二、影響沉淀池沉淀效果的因素分析時間th水深h凝聚性顆粒的沉淀試驗與去除百分率等值線P1P2P30第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六三、影響平流沉淀池效果因素（1）沉淀池實際水流狀況的影響短流：進水的慣性作用出水堰產(chǎn)生的水流抽吸較冷或較重的進水產(chǎn)生的異重流風浪池內(nèi)存在導流墻和刮泥設施短流的結(jié)果，使沉淀池總的沉淀效果下降。第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六平流沉淀池的水流狀況水流紊動性：Re=4000-15000水流穩(wěn)定性：Fr>10-5改善水流狀況：降低Re，提高Fr減小水力半徑RRR第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（2）凝聚作用的影響池深越大、停留時間越長，絮凝越完善，效果越好。實際沉淀池偏離理想沉淀池。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)沉淀池1.沉淀池的類型（1）平流式沉淀池（2）斜板（管）沉淀池（3）輻流式沉淀池（4）豎流式沉淀池第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2.平流沉淀池出水區(qū)進水區(qū)沉淀區(qū)存泥區(qū)出水第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六出水集水堰第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六桁車式吸泥機第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六平流沉淀池設計計算控制指標：停留時間T表面負荷Q/A第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六在混凝沉淀池中，絮凝體的u0與混水的混凝反應有關，其值實際上不易測定，所以沉淀池q一般都選取經(jīng)驗值。但在實際沉淀池中，由于存在許多影響沉淀效果的不利因素，只能選取比u0低的q值。（1）按表面負荷率計算在理想沉淀池中，可取q=u0以計算沉淀池A。

=1.2~1.5q＜u0q=u0/q小，建筑費用高，但混凝劑投加量較小，運行費用降低了。第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六相反，q大，建筑費用小，但混凝劑投加量較大，運行費用增高了，所以q的選定應根據(jù)條件相似的沉淀池通過技術經(jīng)濟原則來確定，一般混凝沉淀池的表面負荷：q=0.35~0.6mm/s或30~50m/日.米2在東北地區(qū)水溫低，水的混凝性能較差，易選取低值，在南方可適當提高。3第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六沉淀池長：L=3.6vTv—水平流速mm/s;T—沉淀時間（小時）一般1~3小時（低溫低濁水采用高值）；沉淀池寬度：

第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（2）按照停留時間計算

V=QTV—沉淀池容積（M）；

Q—產(chǎn)水量（m/h）；

T—停留時間（小時）。根據(jù)選定的水深H，計算寬度B。L=3.6vT33第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六沉淀池尺寸確定后，可以復合沉淀池中水流的穩(wěn)定性，使費勞德數(shù)Fr控制在1×10-4~1×10-5

。平流沉淀池的放空排泥管直徑，根據(jù)水力學中變水頭放空容器公式計算：d—排泥管直徑（m）；B—池寬（m）；L—池長（m）；H—池深（m）；T—放空時間（S）。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六沉淀池的出水渠采用薄壁溢流堰，渠道斷面多采用矩形，當渠道底坡寬度為0時，渠道底坡水深H可根據(jù)下式計算：Q—沉淀池流量（m/s）；g—重力加速度（m/s）；B—渠道寬度（m）。33第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六異向流斜管沉淀池3.斜板斜管沉淀池第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六一、斜板與斜管沉淀池的特點按照理想沉淀池的理論，可知沉淀效率為：設原有沉淀池的長度為L，高度為H，如果將沉淀池分為四層，則每層高度為H/4。①設水平流速v和沉速u0不變，則分層后的沉降跡現(xiàn)坡度不變，從圖上可以看出，沉淀池的長度可以縮小L/4。如仍保持原來的沉淀效率，則沉淀池的體積可以縮小1/4。第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六②設沉淀池長度L不變，從圖上可見，v可以增加到4v。即分層后的流量可增加至4倍。分層后的沉淀效率E′增加到原有的E四倍。③顆粒的沉速ui和流量Q不變，由于沉淀池分層后沉淀面積增加4倍，從下式可以看出：為解決好排泥問題，可以用四層斜板代替水平隔板，同樣增加沉淀效率4倍。第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六由上述可見，在保證同樣的產(chǎn)水量，同樣的效率的條件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地縮小沉淀池的容積，使建筑費用大大地降低。但由于保持了相同的截流沉速u0，所以仍具有與平流沉淀池相同的沉淀效率。因此，多層沉淀池與平流沉淀池相比，是一種高效能的沉淀構(gòu)筑物，沉淀距離的減小，從而縮短了沉淀池的長度和沉淀時間。第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六斜板、斜管沉淀池，R大大地減小了，Re大大地降低了；

Fr大大地增大，水流穩(wěn)定；處于層流狀態(tài)，從而提高了沉淀效率。

斜板、斜管沉淀池由一系列傾斜的薄板組成，斜板斜管沉淀池按水流方向分為：上向流、平向流、下向流三種。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

Q/A為斜板、斜管的表面負荷率。因此，水力特征參數(shù)可以理解為：斜板斜管的截流速度與其表面負荷率之比。綜上所述，討論斜板、斜管沉淀池水力特征參數(shù)的依據(jù)是：1.水流在斜板（斜管）中的流態(tài)為層流；2.斜板（斜管）內(nèi)縱向流速，隨著板間（管內(nèi)）斷面上不同位置而變化。3.顆粒為分散性非絮凝顆粒，顆粒沉降速度不變。第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六二、斜板斜管沉淀池設計計算1.上項流斜板、斜管沉淀池進水方向有三種：第一種不理想，在轉(zhuǎn)彎處直沖斜板中的沉泥，不利沉泥下滑。第二、三種方向進水較好，在實際中應用較多。

2.整流配水裝置為了能使水流均勻地進入斜管下的配水區(qū)，絮凝池一般應考率整流措施。①.采用縫隙柵條配水，縫隙前狹后寬；②采用穿空墻，配水孔v≯0.15m/s，（應不大于絮凝池出口流速）；第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

3.傾斜角

越小，沉淀面積越大，沉淀效率越高；越大，排泥容易根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，為使排泥通暢。52°＜＜60°，一般常取60°。第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六4.斜管長度L斜管長度大則沉淀效果好。試驗證明在斜管進口一段距離內(nèi)，泥水混雜，水流紊亂，污泥濃縮也較大，此段稱為過度段或紊流段.該段以上便看出泥水分離，此段稱為分離段。過渡段的長度隨管中上升流速而異，該段泥水雖然混雜，但由于濃度較大，反而有利于接觸絮凝，從而有利于分離段的泥水分離。第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

斜板的實際長度L=過渡段長度L0+分離段長度Lt

過渡段長度一般估計約200mm.

斜板過長會增加造價，而沉淀效率的提高有限，有分離段上部出現(xiàn)一段較長的清水段，并未利用。目前長度多采用800~1000mm。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六5.斜板的板距，斜管的管徑d及端面形狀斜板的板距從沉效率考慮，越小越高，但從施工、安裝、排泥考慮，不宜太小。

d=50~150mm,常取100mm；斜管管徑d=25~40mm,（多邊形內(nèi)切圓直角），端面形狀，多采用正六角形。實際應用中，采用斜管較多。d第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六其它沉淀池豎流式沉淀池輻流式沉淀池在給水處理中的應用：預沉第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)沉砂池平流沉砂池第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2曝氣沉砂池第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)澄清池第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六泥渣為什么有凈水作用①由于混凝劑混凝渾水后新生成的泥渣尚有大量的未飽和的活性集團，能繼續(xù)吸附和粘附水中的懸濁物質(zhì)，所以有凈水作用。②泥渣具有疏松的結(jié)構(gòu)和很大的表面積，渾水的混凝過程在泥渣的團體表面上進行（接觸凝聚）要比在水中進行（自由凝聚）強的多，所以也提高了混凝效果。③懸浮泥渣層具有很高的濃度（從數(shù)百到數(shù)千mg/l）,能大大地增加泥渣之間的碰撞機會，促進絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度，試驗表明，當上升提高1mg/l左右時，仍能獲得良好的出水水質(zhì)。這個流速值較沉淀池提高了約1倍。一、泥渣凈水的作用第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六二、澄清池的分類澄清池的種類和形式很多，基本上可分為兩大類：①泥渣懸浮型澄清池加藥后的原水向上通過處于懸浮狀態(tài)的泥渣層，水中雜質(zhì)有充分的機會與結(jié)構(gòu)較密的泥渣碰撞凝聚，這樣就大大地提高了顆粒的沉速，從而可以提高水流上升流速或產(chǎn)水量。②泥渣循環(huán)型澄清池泥渣在垂直方向上不斷地循環(huán)，在泥渣循環(huán)的過程中，主動積極地來撲捉水中的雜質(zhì)，進行接觸絮凝作用，使雜質(zhì)從水中分離出來，泥渣在循環(huán)過程中不斷地壯大自己，因此，本身流速不斷提高，從而提高沉淀效率。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六泥渣懸浮澄清池原水由進水管進入進水室，由真空泵造成的真空而使進水室的水位上升，此為沖水過程。當水面達到進水室最高水位時，進氣閥開啟，進水室通大氣，這時進水室內(nèi)水位迅速下降，向澄清池放水，此為放水過程。（一）脈沖澄清池第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六多余的泥渣進入泥渣濃縮室沉淀濃縮后，定期排出。脈沖發(fā)生器有多種形式，設備復雜、噪音大。澄清池在進水室與池內(nèi)水為差的作用下，上升流速突然增大，懸浮泥渣層相應地膨脹。豎井充水時，這時進入池內(nèi)的水量減少，上升流速降低，懸浮泥渣層便徹底地收縮，由于充水和放水交替地進行，使懸浮泥渣層交替地上升（膨脹）和下降（收縮）的運動，故稱為脈沖澄清池。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（二）懸浮澄清池加過藥劑的原水經(jīng)過氣水分離器后，從穿孔配水管進入澄清池室，由下向上穿過懸浮泥渣層中進行絮凝和沉淀。

在泥渣懸浮層中上升流速恰好使顆粒受到的阻力與其在水中的重力相等（處于動力平衡狀態(tài)），使泥渣顆粒處于懸浮狀態(tài)。隨著原水不斷通過，處于動力平衡狀態(tài)的泥渣顆粒逐漸累積，當濃度達到一定程度（約數(shù)千毫克/升），泥渣懸浮層即形成。第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六泥渣循環(huán)型澄清池主要由第一、第二反應室和分離室組成，加過藥劑的原水在第一、第二反應室與高濃度的回流泥渣相接觸，達到較好的絮凝效果，結(jié)成大而重的絮凝體，在分離室中進行分離。泥渣的循環(huán)回流用機械抽升，故稱機械加速澄清池。（一）機械加速澄清池第一反應室第二反應室

原水進入環(huán)型三角配水槽，通過縫隙均勻流入第一反應室，因原水中可能含有氣體，匯集在三角槽頂部故應安裝透氣管，加藥地點可在進水管、三角配水槽，也可數(shù)處同時加注藥劑，由實驗決定。第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六在清水分離區(qū)中，由于沉淀面積很大，上升流速很小，懸浮泥渣不斷下沉，分離出來的清水經(jīng)清水保護層匯集于上部集水槽，引出池外。下沉的泥渣隨水往下又回流至第一反應室，，在清水分離區(qū)內(nèi)設有泥渣濃縮室，用以收集多余的泥渣，泥渣經(jīng)濃縮后，定期排除池外。第51頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第一反應室攪拌設備的作用是，提升葉輪將泥渣提升至第二反應室，循環(huán)利用，攪拌漿使第一反應室的泥渣循環(huán)流動并與進水進行混合和反應。提升葉輪和攪拌漿安裝在同一軸上，宜采用無級變速電動機驅(qū)動或用普通電動機通過變速裝置帶動攪拌設備。加速澄清池由于采用機械攪拌的方法來懸浮泥渣，驅(qū)使泥渣回流，所以它具有較好的調(diào)節(jié)性能（泥渣濃度、攪拌速度、泥渣循環(huán)量）。特點：

1、能適應水質(zhì)水量的變化，工作穩(wěn)定性較好；