廢水物理處理法之沉淀法

1、,http://zj.sina.com.cn/news/social/12/2011/0606/2373.html,http://it.sohu.com/s2007/taihu/,,3月15日，國務(wù)院總理李克強在北京人民大會堂與中外記者見面，并回答記者提問。　　今年1月，被稱為“史上最嚴(yán)”新《環(huán)境保護法》正式實施，成為我國推進(jìn)環(huán)境治理的一大利器。　　“兵器”在手，但也要用好，才能發(fā)揮出最大的功效。如何能讓環(huán)保法“長出牙齒”？李克

2、強總理給出了答案：治理要抓住關(guān)鍵，今年的要害就是要嚴(yán)格執(zhí)行新出臺的《環(huán)境保護法》；環(huán)保法的執(zhí)行不是棉花棒，是殺手锏。,廢水物理處理法之沉淀法,沉淀池,一、沉淀理論二、理想沉淀池三、沉淀池的類型四、沉淀池的設(shè)計,,1、沉淀基本理論根據(jù)水中懸浮物的密度、濃度及凝聚性，沉淀可分為四種基本類型。各類沉淀發(fā)生的水質(zhì)條件如圖4-1所示。 (l)自由沉淀 顆粒在沉淀過程中呈離散狀態(tài)，互不干擾，其形狀、尺寸、密度等均不改變，下沉速度恒

3、定。懸浮物濃度不高且無絮凝性時常發(fā)生這類沉淀。 (2）絮凝沉淀 當(dāng)水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性時，在沉淀過程中，顆?；ハ嗄燮淞胶唾|(zhì)量增大，沉淀速度加快。,沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到固液分離的一種過程。,,(3)成層（區(qū)域）沉淀 當(dāng)懸浮物濃度較高時，每個顆粒下沉都受到周圍其他顆粒的干擾，顆?；ハ酄砍缎纬删W(wǎng)狀的“絮毯”整體下沉，顆粒群與澄清水層之間存在明顯的界面。沉淀速度就是界面下移

4、的速度。(4)壓縮沉淀 當(dāng)懸浮物濃度很高，顆粒互相接觸，互相支承時，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間的水被擠出，污泥層被壓縮。,,2、沉淀類型分析,（1）自由沉淀水中所含懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十分復(fù)雜的，因而影響顆粒沉淀的因素很多。為了簡化討論，假定：①顆粒外形為球形，不可壓縮，也無凝聚性，沉淀過程中其大小、形狀和重量等均不變；②水處于靜止?fàn)顟B(tài)；③顆粒沉淀僅受重力和水的阻力作用。靜水中的懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用而產(chǎn)

5、生加速運動，但同時水的阻力也增大。經(jīng)過一很短的時間后，顆粒在水中的有效重量與阻力達(dá)到平衡，此后作等速下沉運動。等速沉淀的速度常稱為沉淀末速度，簡稱沉速。,如以F1、F2分別表示顆粒的重力和水對顆粒的浮力，則顆粒在水中的有效重量為式中 d——球體顆粒的直徑； ρS、ρ——分別表示顆粒及水的密度； g——重力加速度； 如以F3表示水對顆粒沉淀的摩擦阻力，則式中 A—一顆粒在沉淀方向上的投影面積，對

6、球形顆粒， A=1/4πd2 u——顆粒沉速； λ——阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)(Re＝ρud／μ)和顆粒形狀的函數(shù)。,a.斯篤克斯公式當(dāng)Re<1時, ：呈層流狀態(tài),該式表明：①顆粒與水的密度差(ρs-ρ)愈大、沉速愈快，成正比關(guān)系。②顆粒直徑愈大，沉速愈快，成平方關(guān)系。③水的粘度μ愈小，沉速愈快，成反比關(guān)系.,斯篤克斯公式:,b.牛頓公式 當(dāng)1000<Re<

7、25000時，呈紊流狀態(tài)， λ接近于常數(shù)0.4代入上式得牛頓公式：,當(dāng)1<Re<1000時，屬于過渡區(qū)， λ近似為,代入得阿蘭公式：,因此在不同的水流情況下，可以利用不同的公式計算U或者d。,由于實際廢水中懸浮物組成十分復(fù)雜，因此常常不能采用上述理論公式計算沉淀速度和沉淀效率，只能通過沉淀試驗尋找沉淀設(shè)備的設(shè)計參數(shù)。,沉淀試驗是在沉淀管中進(jìn)行的。將含懸浮物濃度為c0的原水混合均勻后，注入一組(通常5～7個)沉淀管．經(jīng)t1時間

8、沉淀后，從第一沉淀管深度為H處取樣，測定懸浮物濃度c1；沉淀時間為t2時，從第二沉淀管從第二沉淀管深度同為H處取樣，分析懸浮物濃度c2，……。,（2）絮凝沉淀,由于原水中含絮凝性懸浮物，在沉淀過程中大顆粒將會趕上小顆粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。絮凝沉淀的效率通常由試驗確定。,顆粒表觀去除率與時間的關(guān)系,等去除率曲線,（3）區(qū)域沉淀與壓縮沉淀,當(dāng)懸浮物濃度較高時，顆?；ハ喔蓴_，小顆粒的沉速加快，大顆粒的沉速

9、減慢。在沉淀初期，沿沉淀深度從上至下依次存在清水層、受阻沉淀層、過渡層和壓縮層。隨沉淀時間延長，泥水界面下移，壓縮層增厚,至某個時刻]只剩下清水層和壓縮層。如圖所示。,不同沉淀時間的總?cè)コ?成層沉淀試驗界面變化,二、理想沉淀池,為了說明沉淀池的工作原理，假定：(1)進(jìn)出水均勻分布到整個橫斷面；(2)懸浮物在沉淀區(qū)等速下沉；(3)懸浮物在沉淀過程中的水平分速等于水流速度，水流是穩(wěn)定的；(4)懸浮物落到池底污泥區(qū)，即認(rèn)為已被除去。

10、 下圖為有效長、寬、深分別為L、B和H的理想平流沉淀池示意圖。在沉淀區(qū)每個顆粒一面下沉，一面隨水流水平運動，其軌跡是向下傾斜的直線。沉速u0的顆?？扇汲ニ? 通過靜置沉淀試驗，根據(jù)要求達(dá)到的沉淀總效率，求出顆粒沉速后，也就確定了沉淀池的過流率。,理想沉淀池示意圖,理論假設(shè)條件： a.污水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，速度為v。 b.在流入?yún)^(qū)顆粒沿AB斷面均勻分布，并處于自由沉淀狀態(tài)， 其水平分

11、速等于v。 c.顆粒沉到池底即認(rèn)為被去除。,（1）平流式理想沉淀池,①平流式理想沉淀池分流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、沉淀區(qū)和底部的污泥區(qū)。從圖中可以看出，必存在一種從A點進(jìn)入、以流速為u0 的顆粒，最后剛好在出水口D點沉入池底污泥區(qū)。根據(jù)幾何相似原理，則u0 /v=H/L，即u0 ＝vH/L。 所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I軌跡的顆粒）；凡沉速小于u0者、且在對角線AD以上者，均不能被去除（代表Ⅱ軌跡的顆粒）；凡沉速小

12、于u0者、且在對角線AD以下者，仍可以被去除（代表虛線Ⅱ軌跡的顆粒）。,②將實際數(shù)據(jù) Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內(nèi)最長沉淀時間為：t＝L/v=H/ u0。沉淀池容積V＝Qt＝HLB，因Q＝HBL/t＝HA/t=A u0 。 故Q/A= u0 ＝q。Q/A的物理意義：在單位時間內(nèi)通過沉淀池單位表面積的流量，即表面負(fù)荷率或溢流率，用q表示( m3/m2s或m3/m2h)。表面負(fù)荷的數(shù)值等于顆粒沉速u0,由L

13、/v=h/ ut，h＝ utL/v,則沉速ut為的顆粒去除率為： η＝h/H= utL/vH= ut/vH/L= ut/vHB/LB= ut/Q/A= ut/q= ut/ u0 。所以，平流式理想沉淀池的去除率取決于表面負(fù)荷及顆粒沉速ut ，而與t無關(guān)。,,實際運行的沉淀池與理想沉淀池是有區(qū)別的，主要是由于池進(jìn)口及出口構(gòu)造的局限，使水流在整個橫斷面上分布不均勻，橫向速度分布不勻比豎向速度分布不勻更降低沉淀效率。此

14、外，池內(nèi)水流往往達(dá)不到層流狀態(tài)，由于紊流擴散與脈動，使顆粒的沉淀受到干擾。由于實際沉淀池受各種因素的影響，采用沉淀試驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)考慮相應(yīng)的放大系數(shù)。設(shè)計的表面負(fù)荷應(yīng)為試驗值的倍，平均為倍；沉淀時間應(yīng)為試驗值的1.5—2.0倍，平均為1.75倍。,[課內(nèi)練習(xí)],兩個沉淀池均為理想平流池，高為H，長為L，進(jìn)水量為Q，試按理想沉淀理論比較兩種情況下可完全分離掉的最小顆粒沉速U0。如下圖①出水渠設(shè)在池末端 ②設(shè)三條出水渠,[

15、練習(xí)]平流沉淀池設(shè)計流量為1000m3/h。要求沉速等于和大于0.5mm/s的顆粒全部去除。試按理想沉淀條件，求：（1）所需沉淀池表面積為多少m2？（2）沉速為0.1mm/s的顆粒，可去除百分之幾？,沉淀處理工藝的四種用法,三、沉淀池的類型,四、沉淀池的設(shè)計,1、沉砂池 沉砂池的作用是通過重力沉淀的方法去除廢水中所挾帶的泥砂。城市污水和一些工業(yè)廢水常含有無機性泥砂，這些泥砂必將在廢水處理裝置內(nèi)沉積或引起磨損，造成設(shè)備運行故

16、障，或者是無機泥砂同化學(xué)沉淀物，生物沉淀物共同沉淀，混雜在一起，影響污泥的處理與利用。為了保證系統(tǒng)正常工作，應(yīng)在廢水處理前預(yù)先除去泥砂。 根據(jù)沉砂池內(nèi)水流力向，可分平流、輻流和豎流沉砂池。,,,一般沉砂池的水平流速在0.15—0.3m/s之間為宜，停留時間不少于30s。沉砂池應(yīng)不少于兩個，以便可以切換工作。池內(nèi)有效水深不大于1.2m，合格沉砂池渠寬不小于0.60m，池內(nèi)超高為0.30m。,沉砂池水面面積可用下式計算

17、 其中， 過水?dāng)嗝娣e 池的總寬度

18、 設(shè)計有效水深 沉砂池長 每個沉砂池(或

19、每分格)的寬度,（2）平流式沉淀池,平流沉淀池是廢水從池的一端進(jìn)入，從另一端流出，水流在池內(nèi)作水平運動，池平面形狀呈長方形，可以是單格或多格串聯(lián)。池的進(jìn)口端底部，或沿池長方向，設(shè)有一個或多個貯泥斗，貯存沉積下來的污泥沉淀池(或分格)的長寬比不小于4，顆粒密度較大時，可采用不小于3，有效水深不大于3m，大多數(shù)為1～2.5m，超高一般為0.3m，污泥斗的斜壁與水平面的傾角不應(yīng)小于45°，生物處理后的二次沉淀池，泥斗的斜壁與水平面

20、的傾角不應(yīng)小于50°，以保證徹底排泥，防止污泥腐化。,平流式沉淀池,沉淀池的進(jìn)口應(yīng)保證沿池寬均勻布水，入口流速小于25mm/s。為了保證不沖刷已有的底部沉積物，水的流入點應(yīng)高出泥層面0.5m以上。通常，沉淀池的進(jìn)口是采用穿孔槽外加擋板(或穿孔墻)的方法，穿孔槽為側(cè)面穿孔時，擋板是豎向的，擋板應(yīng)高出水面0.15～0.2m，伸入水面以下深度0.2m，距進(jìn)口為0.5～1.0m。當(dāng)進(jìn)水穿孔槽為底部穿孔時，擋板是橫向的，大致在1/2池深

21、處(如圖所示)。,沉淀池的出口采用溢流堰，堰前應(yīng)加設(shè)擋板，擋板淹沒深度不小于0.25m，距出水口為0.25～0.5m。溢流堰大多數(shù)采用鋸齒形堰，易于加工及安裝，出水比平堰均勻。這種出水堰常用鋼板制成，齒深50mm，齒距200mm，直角，用螺栓固定在出口的池壁上。,出口鋸齒形溢流堰,沉淀池的沉積物應(yīng)及時排定。污泥的收集和排除方法很多，如在池進(jìn)口端設(shè)置泥斗時，應(yīng)設(shè)置刮泥車或刮泥機，將全池底的污泥集中到泥斗處排除,設(shè)鏈帶刮泥機的平流沉淀池,如

22、沿池長設(shè)置多個排泥斗時，每一污泥斗應(yīng)設(shè)獨立的排污管及排泥閥，如圖4-13所示。一般采用1.5～2.0m，排泥管直徑不小于20Omm。靜壓力排泥方式可參見豎流沉淀池。,多斗底的沉淀池,平流沉淀池的設(shè)計，主要是確定沉淀區(qū)、污泥斗的尺寸、池總深度、進(jìn)出口設(shè)備及排泥設(shè)備等。 沉淀區(qū)的計算，在無沉淀試驗資料時，可按沉淀時間(t)及水平流速(v)計算，此時， 池長L

23、 沉淀區(qū)過水?dāng)嗝娣eF 池的總寬度B 所需池數(shù)或分格數(shù),在有沉淀試驗資料作依據(jù)，確定截留速度u(即表面水力負(fù)荷u=Q／A)時， 池平面面積A

24、 沉淀區(qū)的水深h2 污泥斗和污泥區(qū)的容積視每日進(jìn)入的懸浮物量以及所要求的貯泥周期而定。 沉淀池中污泥的體積可用下式計算,沉淀池的總深度 H＝h1+h2+h3+h4+h5

25、 h1——池超高，一般取0.3m； h2——池有效水深； h3——緩沖層高度; h4——污泥部分高度 h5——泥斗高度 污泥斗容積V1應(yīng)通過繪制計算草圖，用幾何方法計算。對于四棱臺 形污泥斗，其體積為