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1、1第第3 3章章沉沉 淀淀 Sedimentation2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1 1、沉淀的定義、沉淀的定義 懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為沉淀沉淀。實現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構筑物或設備稱為實現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構筑物或設備稱為沉淀池沉淀池。 (1) (1) 當懸浮物密度大于水時，懸浮物下沉與水分離。當懸浮物密度大于水時，懸浮物下沉與水分離。 沉沉 淀淀 (2) (2) 當懸浮物密度小于水時，懸浮物上浮與水分離。當懸浮物密度小于水時，懸浮物上浮與水分離。 上上 浮浮 3 2 2、沉淀去除的對象及構筑物、沉淀去除的對象及構筑物 砂粒砂粒 化
2、學沉淀化學沉淀 混凝絮體混凝絮體 生物污泥生物污泥 污泥濃縮污泥濃縮 沉砂池沉砂池濃縮池濃縮池沉淀池沉淀池4 3 3、位置及作用、位置及作用 A A、作為處理系統(tǒng)的主體；、作為處理系統(tǒng)的主體； B B、工藝流程主體處理單元之前、工藝流程主體處理單元之前預處理；預處理； C C、工藝流程主體處理單元之后；、工藝流程主體處理單元之后； D D、污泥處置。污泥處置。（1 1）城市污水處理工藝）城市污水處理工藝: :污水污水格柵格柵沉砂池沉砂池初沉池初沉池好氧好氧二沉池二沉池排水排水濃縮池濃縮池消化消化污水污水格柵格柵沉砂池沉砂池初沉池初沉池好氧好氧二沉池二沉池排水排水濃縮池濃縮池消化消化5（2 2）
3、高濃度有機廢水處理工藝）高濃度有機廢水處理工藝: :廢水廢水沉淀沉淀調節(jié)池調節(jié)池厭氧厭氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水廢水廢水沉淀沉淀調節(jié)池調節(jié)池厭氧厭氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水（3 3）含鉻廢水處理工藝：）含鉻廢水處理工藝：藥劑藥劑廢水廢水混合反應池混合反應池沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水藥劑藥劑廢水廢水混合反應池混合反應池沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水6 (1)(1)自由沉淀自由沉淀 水中懸浮物顆粒水中懸浮物顆粒濃濃度度低，呈低，呈離散離散狀態(tài)；狀態(tài)；互互不干擾不干擾，各自完成沉淀，各自完成沉淀過程。顆粒
4、在下沉過程過程。顆粒在下沉過程中的中的形狀、尺寸、密度、形狀、尺寸、密度、不發(fā)生變化。不發(fā)生變化。 例如例如：沉砂池沉砂池 4 4、沉淀類型、沉淀類型 根據(jù)根據(jù)懸浮顆粒的性質懸浮顆粒的性質及其及其濃度的高低濃度的高低，沉淀可分為，沉淀可分為四種類型：四種類型：7 ( (2)2)絮凝沉淀絮凝沉淀 水中懸浮物濃度不高，水中懸浮物濃度不高，但有但有絮凝絮凝性能。在沉淀過程性能。在沉淀過程中互相碰撞發(fā)生中互相碰撞發(fā)生凝聚凝聚，其其粒粒徑和質量徑和質量均隨沉淀距離增加均隨沉淀距離增加而增大，沉淀速度加快。而增大，沉淀速度加快。 例如：例如：二沉池；二沉池； 混凝沉淀?；炷恋怼? (3)(3)擁擠沉淀擁
5、擠沉淀( (分層沉淀分層沉淀) ) 水中水中懸浮物濃度較高懸浮物濃度較高，顆，顆粒下沉受到周圍其它顆粒的粒下沉受到周圍其它顆粒的干干擾擾，沉速降低，顆粒碰撞互相，沉速降低，顆粒碰撞互相 “凝聚凝聚”而共同下沉，形成一而共同下沉，形成一明顯的泥、水界面。明顯的泥、水界面。沉淀過程沉淀過程實質是實質是泥、水界面泥、水界面下降的下降的過程，過程，沉淀速度為界面下降速度沉淀速度為界面下降速度。 如：如：二沉池的上部；二沉池的上部； 污泥濃縮池上部污泥濃縮池上部。動畫動畫9 (4)(4)壓縮沉淀壓縮沉淀 當懸浮物濃度很高、顆當懸浮物濃度很高、顆?；ハ嘟佑|、互相支承，在?；ハ嘟佑|、互相支承，在上層顆粒的重
6、力作用下將下上層顆粒的重力作用下將下層顆粒間的水擠出，使顆粒層顆粒間的水擠出，使顆粒群濃縮群濃縮。 例如：例如：二沉池污泥斗二沉池污泥斗; ; 濃縮池底部。濃縮池底部。10第二節(jié)第二節(jié) 自由沉淀自由沉淀一、自由沉淀的假定條件一、自由沉淀的假定條件 實際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質是十實際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質是十分復雜的，分復雜的，在水中自由沉降過程的在水中自由沉降過程的動力學本質動力學本質，進進行如下假定行如下假定： 顆粒為球形，沉淀過程中大小、形狀和質量均不顆粒為球形，沉淀過程中大小、形狀和質量均不發(fā)生變化；發(fā)生變化； 液體為靜止狀態(tài)；液體為靜止狀態(tài)； 顆粒沉淀不受容
7、器器壁影響；顆粒沉淀不受容器器壁影響； 顆粒沉淀僅受重力和顆粒沉淀僅受重力和水的作用水的作用。作用方式？作用方式？11二、自由沉淀速度二、自由沉淀速度 (1) 顆粒在靜水中的受力情況顆粒在靜水中的受力情況 重力：重力： 浮力：浮力： 阻力：阻力： F2 浮力F3 阻力F1 重力gdFS3161gdF3261223uAF 式中：式中：s,表示顆粒及水的密度表示顆粒及水的密度 g重力加速度重力加速度 A顆粒在沉淀方向上的投影面積，對球形顆粒，顆粒在沉淀方向上的投影面積，對球形顆粒，A=d2/4 u顆粒沉速顆粒沉速 阻力系數(shù)，它是阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)雷諾數(shù)（ ）和）和顆粒形狀顆粒形狀的函數(shù)。的函數(shù)。
8、 水的粘度水的粘度udRe12 (2)(2)顆粒在靜水中的運動情況顆粒在靜水中的運動情況 在靜水中懸浮顆粒在靜水中懸浮顆粒開始沉淀時開始沉淀時，因受重力作用而產(chǎn)生加速運動，同因受重力作用而產(chǎn)生加速運動，同時水的阻力也逐漸增大。時水的阻力也逐漸增大。 經(jīng)一很短時間后經(jīng)一很短時間后，當，當阻力阻力F F3 3增增大到與顆粒的大到與顆粒的“重力重力F F1 1和和浮力浮力F F2 2之差之差”相等時，顆粒作相等時，顆粒作等速下沉運動等速下沉運動。 等速沉淀的速度常稱等速沉淀的速度常稱沉淀末速沉淀末速度度，簡稱，簡稱沉速沉速。 F2 浮力F3 阻力F1 重力13 (3)顆粒沉淀速度顆粒沉淀速度在等速沉
9、淀情況下，在等速沉淀情況下，F(xiàn) F1 1-F-F2 2=F=F3 3，即，即: :23326161uSAgdgd水流狀態(tài)：水流狀態(tài)： 層流狀態(tài)：層流狀態(tài)：Re1時，時， Stokes 式式 過渡狀態(tài)：過渡狀態(tài)：1Re103 時，時， Fair式式 紊流狀態(tài)：紊流狀態(tài)：103Re時，時，u0,u0,顆粒下沉；顆粒下沉； 當當s s時，時，u0,u20md20m的顆粒。的顆粒。 對于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆對于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆粒粒徑，促進沉淀；粒粒徑，促進沉淀；C. C. 與與水的粘度水的粘度成反比；成反比； 因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于加因粘度與水溫成反比，故
10、提高水溫有利于加速沉淀。速沉淀。15 (1) 實驗目的實驗目的 實際廢水中懸浮物實際廢水中懸浮物顆粒粒徑不均勻，形顆粒粒徑不均勻，形狀各異，密度也有差異。狀各異，密度也有差異。 通過沉淀試驗：通過沉淀試驗： 了解廢水中懸浮物的沉淀特點；了解廢水中懸浮物的沉淀特點； 為工程設計提供參數(shù)。為工程設計提供參數(shù)。三、自由沉淀實驗三、自由沉淀實驗16H取樣口沉降柱沉降柱 (2) 實驗方法實驗方法實驗編號實驗編號: 1 2 3: 1 2 3n n原水濃度：原水濃度：C C0 0 C C0 0 C C0 0C C0 0有效水深：有效水深：H H HH H HH H取樣時間：取樣時間：t t1 1 t t2
11、2 t t3 3t tn n取樣濃度：取樣濃度：C C1 1 C C2 2 C C3 3C Cn nC Ci i/C/C0 0= = X Xi i X X1 1 X X2 2 X X3 3X Xn n H/tH/ti i=u=ui i u u1 1 u u2 2 u u3 3u un n 顆粒沉降到取樣口顆粒沉降到取樣口被認為去除；被認為去除； 沉降速度沉降速度u u：在指定時間在指定時間t t內，能從液面恰好沉到水深內，能從液面恰好沉到水深H H處處最小顆粒的沉速。最小顆粒的沉速。u=H/tu=H/t X Xi i表示沉速表示沉速u uu ui i的顆的顆粒濃度與原始濃度的比值粒濃度與原始濃
12、度的比值沉速uuuxdxxxx+dxx1-x沉速u 的顆粒與全部顆粒的重量比X懸浮污沉淀累積分布曲線17 (3) (3) 沉淀效率計算沉淀效率計算 uuuu0 0顆粒去除率：顆粒去除率：t t0 0時間內，時間內，沉淀沉淀距離距離H,H,全部去除。全部去除。沉速uuuxdxxxx+dxx1-x沉速u 的顆粒與全部顆粒的重量比 uuuu0 0顆粒去除：顆粒去除：在在t t0 0時間內其沉淀距離為時間內其沉淀距離為h h H,H,有有部分顆粒通過取樣面被去除部分顆粒通過取樣面被去除, ,去除比例為去除比例為h/H;h/H;即：即： X去除率為去除率為(1- X(1- X0 0) )X X0 0表示
13、沉速表示沉速uuuu0 0的顆的顆粒與全部顆粒的比。粒與全部顆粒的比。 uuuu0 0所有顆粒的去除率：所有顆粒的去除率：某一顆粒與某一顆粒與顆粒總量的比例為顆?？偭康谋壤秊閐xdx，被去除的顆粒為：，被去除的顆粒為：沉速沉速uuuu0 0所有顆粒的去除率應為：所有顆粒的去除率應為：0000uutuutHhdxuu0000 xdxuu18 在在t t0 0時間內，各種顆粒沉淀的時間內，各種顆粒沉淀的總去除率總去除率為：為： dxuuxEx00001）（沉 速 uuuxdxxxx+dxx1-x沉 速 u 的 顆粒 與 全 部 顆 粒的 重 量 比X19思考思考：沉降曲線與沉淀實驗的水深有無關？沉
14、降曲線與沉淀實驗的水深有無關？020406080100306090 120 150E(%)t(min)0200.05604080E(%)1000.10.20.15圖 自由沉淀型沉降曲線u0(mm/s) 根據(jù)計算結果，可繪制根據(jù)計算結果，可繪制E E- -t t和和E E- -u u0 0關系曲線，關系曲線，稱為稱為沉降特性曲線沉降特性曲線20 上述實驗工作量太大，嚴格地說，經(jīng)沉降時間上述實驗工作量太大，嚴格地說，經(jīng)沉降時間t t后，將有效水深內全部水樣取出，測定剩余懸浮后，將有效水深內全部水樣取出，測定剩余懸浮物濃度物濃度C,C,按下式計算效率按下式計算效率E E： 實驗改進方法實驗改進方法：
15、 (1)(1)從有效水深的從有效水深的上、中、下部上、中、下部同時取相同時取相同數(shù)量水樣混合后求出同數(shù)量水樣混合后求出平均懸浮物濃度平均懸浮物濃度。 (2)(2)中部取樣方法：中部取樣方法：可以假定懸浮物濃度可以假定懸浮物濃度沿深度呈直線變化，將沿深度呈直線變化，將取樣口設在取樣口設在H/2H/2處。處。HH2%10000cccE21 例題：例題：某廢水靜止沉淀試驗，有效水深某廢水靜止沉淀試驗，有效水深為為1.2m1.2m，c c代表沉降時間代表沉降時間t t時取樣中所含的懸時取樣中所含的懸浮物濃度，浮物濃度，C C0 0代表起始懸浮物濃度。代表起始懸浮物濃度。 求：沉速為求：沉速為3cm/m
16、in3cm/min時懸浮顆粒的去除百時懸浮顆粒的去除百分率。分率。 22解：與各沉降時間相應的顆粒沉速計算如下：時間t(min)01530456090180 u=H/t（cm/min） 842.6721.330.67以u為橫坐標，C/C0為縱坐標作圖，如圖所示：已知：時間t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.0623 當u0=3cm/min時，由圖可見小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分式可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為： 00 xudx 0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.
17、072.7 =1.07故沉速為3cm/min時，總去除率為： E=（1-0.67）+1/31.07=0.69u(cm/min)24思考題思考題 如何理解沉速如何理解沉速uuuu0 0的顆粒部分被去除，的顆粒部分被去除，去除比例為去除比例為u/uu/u0 0？ 25第三節(jié)第三節(jié) 絮凝沉淀絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性懸浮物由于原水中含絮凝性懸浮物（如投加混凝劑后（如投加混凝劑后形成的礬花、生活污水中的有機懸浮物、活性污泥等）形成的礬花、生活污水中的有機懸浮物、活性污泥等），在沉淀過程中大顆粒將會趕上小顆粒，互相碰撞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
18、凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。增加。 懸浮物濃度越高，碰撞機率越大，絮凝的可懸浮物濃度越高，碰撞機率越大，絮凝的可能性就越大。能性就越大。26 可見，懸浮物的去除率不僅取決于可見，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度沉淀速度，而且而且與深度有關與深度有關。 絮凝沉淀的效率通常由試驗確定。鑒于以上絮凝沉淀的效率通常由試驗確定。鑒于以上原因，原因，試驗用的試驗用的沉淀柱的高度沉淀柱的高度應當與擬采用的實應當與擬采用的實際沉淀池的深度相同，際沉淀池的深度相同，而且要盡量避免礬花因劇而且要盡量避免礬花因劇烈攪動造成破碎，影響沉淀效果。烈攪動造成破碎，影響沉淀效果。 27絮凝沉淀試驗原理：
19、絮凝沉淀試驗原理： 采用多點取樣法。在直徑約采用多點取樣法。在直徑約0.1-0.2m0.1-0.2m，高約，高約1.5-1.5-2.0m2.0m，且沿高度方向設有約，且沿高度方向設有約5 5個取樣口的沉淀筒中倒入濃度個取樣口的沉淀筒中倒入濃度均勻的原水均勻的原水靜置沉淀靜置沉淀（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，影響沉淀效果）影響沉淀效果），每隔一定時間，分別從各個取樣口采樣，每隔一定時間，分別從各個取樣口采樣，測定水樣的懸浮物濃度，計算測定水樣的懸浮物濃度，計算表觀去除率表觀去除率。以取樣口高度。以取樣口高度h h為縱坐標，沉淀時間為縱坐標，沉淀時間t t為橫
20、坐標，將各深度處的顆粒去除百為橫坐標，將各深度處的顆粒去除百分數(shù)的數(shù)據(jù)點繪制在坐標紙上，如圖示。分數(shù)的數(shù)據(jù)點繪制在坐標紙上，如圖示。 把去除百分數(shù)把去除百分數(shù)p p相同的各點連成光滑曲線，稱相同的各點連成光滑曲線，稱為為等去處率曲線等去處率曲線，如下圖示如下圖示。2829等去處率曲線含義：等去處率曲線含義： 當沉淀時間為當沉淀時間為t t0 0時，對應沉速時，對應沉速u u0 0=H/t=H/t0 0，凡是，凡是uuuu0 0的的顆粒能全部被去除，顆粒能全部被去除，u0uu0 0的顆粒的顆粒的去除率的去除率 E-E-表示不同水深處表示不同水深處u ut tuu0 0的顆粒的去除率增量的顆粒的去
21、除率增量 h -h -表示不同去除率增量之間的平均水深表示不同去除率增量之間的平均水深 （兩曲線之間的中點高度）（兩曲線之間的中點高度） dxuuxEx00001）（310.6m1.2m1.8m2040608010030%45%50%60%70%E1E2E3E4E5沉降高度沉降時間（min）3233 例題：某廢水靜止沉淀試驗數(shù)據(jù)如表中所示。實驗有關水深為1.2m，表中c代表沉降時間t時由取樣口取樣中所含的懸浮物濃度，C0代表起始懸浮物濃度。求沉速為3cm/min時懸浮顆粒的去除百分率。 時間t(min)01530456090180C/C010.960.810.620.460.230.0634解
22、：與各沉降時間相應的顆粒沉速計算如下：時間t(min)01530456090180u=H/t（cm/min） 842.6721.330.67以u為橫坐標，C/C0為縱坐標作圖，如圖所示：3536 當u0=3cm/min時，由圖可見小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分式 可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +0.12.4+0.072.7=1.07故沉速為3cm/min時，總去除率為 E=（1-0.67）+1/31.07=0.68700 xudx37 例題：某有機廢水含懸浮物430mg/l，絮凝沉淀試驗數(shù)據(jù)如表所
23、示，試求該廢水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的總懸浮物去處率。表 沉淀試驗數(shù)據(jù)時間(min)指定深度的SS濃度和表觀去除率E（括號中數(shù)字）0.6 m1.2 m1.8 m 5356.9(17.0)387.0(10.0)395.6(8.0) 10309(28.0)346.2(19.5)365.5(15.0) 20251.6(41.5)298.9(30.5)316.1(26.5) 30197.8(54.0)253.7(41.0)288.1(33.0) 40163.4(62.0)230.1(46.5)251.6(41.5) 50144.1(66.5)195.7(54.5)232.2(46.0) 601
24、16.1(73.0)178.5(58.5)204.3(52.5) 75107.5(75.0)143.2(66.7)180.6(58.0)38解：（1）描點繪制各取樣口處的E-t曲線。39（2）取一組E，從上圖中讀取各取樣口處達此E值所需要的沉淀時間t，列表E（%）t（min）0.6m1.2m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57055.087.5-7575.0-40（3）按上表繪制等去除率曲線，見下圖：41（4）按計算公式計算深度為1.8m，時間60min時總去除率：%45.68.255608 . 115. 15 . 122 . 55 . 58 . 15 . 18 . 1
水污染控制工程 同濟大學課件3.1
