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1、水污染控制工程,主讲教师 包 海 峰：1-4周，主讲绪论和废水物理处理。 欧阳文璟：5-8周，主讲化学、物理化学处理。 贾 丹：9-16周，主讲废水的生物处理。 考核方式 考试。期末采用闭卷笔试(笔试成绩占80%，平时成绩占20%)。无故旷课3次者平时成绩为0，累计出勤率少于2/3不准参加考试。,水污染控制工程主要学习内容 污水处理技术的基本术语、理论及理念； 污水处理技术的基本计算方法； 污水处理主要构筑物的构造及工作原理； 污水处理技术的应用范围和运行特点。,第二章 废水的物理处理,废水的物理处理法的去除对象是漂浮物、悬浮物质。 采用的处理方法与设备主要有： 筛滤截留法：筛网、格栅、滤池与
2、微滤机等； 重力分离法：沉淀池、隔油池与气浮池等； 离心分离法：离心机与旋流分离器等。,第一节 筛滤 第二节 水质水量调节 第三节 沉淀与上浮（气浮） 第四节 除油 第五节 过滤 第六节 离心分离与磁分离,第三节 沉淀（上浮） 书P61-91,一、沉淀的基本理论 二、沉淀池,2、沉淀去除的对象及构筑物 砂粒 化学沉淀 混凝絮体 生物污泥 污泥浓缩,3、位置及作用 A、作为处理系统的主体； B、工艺流程主体处理单元之前预处理； C、工艺流程主体处理单元之后； D、污泥处置。,（1）城市污水处理工艺:,（2）高浓度有机废水处理工艺:,（3）含铬废水处理工艺：,(1)自由沉淀 水中悬浮物颗粒浓度低，
3、呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度、不发生变化。 例如： 沉砂池 初沉池初期,一、沉淀的基本理论 根据悬浮物的性质、浓度及絮凝性，沉淀可分为四种类型：（自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀、压缩沉淀）,沉淀的类型,（一）,(2)絮凝沉淀 也称干涉沉淀，水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性能。在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚，其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大，沉淀速度加快。 例如：二沉池； 混凝沉淀。,(3)成层沉淀 （区域沉淀、拥挤沉淀）水中悬浮物浓度较高，颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰，沉速降低，颗粒碰撞互相 “凝聚”而共同下沉，形成一明显的泥、水界面。沉淀过程实质是
4、泥、水界面下降的过程，沉淀速度为界面下降速度。 如：二沉池的上部； 污泥浓缩池上部。,(4)压缩沉淀 当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。 例如：二沉池污泥斗; 浓缩池底部。,（二）悬浮物在静水中的沉淀 1、自由沉淀的假定条件 实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。 为了解颗粒在水中自由沉降过程的动力学本质，进行如下假定：, 颗粒为球形，沉淀过程中大小、形状和质量均不发生变化； 液体为静止状态； 颗粒沉淀不受容器器壁影响； 颗粒沉淀仅受重力和水的作用。,(2)颗粒在静水中的运动情况 在静水中
5、悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，同时水的阻力也逐渐增大。 经一很短时间后，当阻力F3增大到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差”相等时，颗粒作等速下沉运动。 等速沉淀的速度常称沉淀末速度，简称沉速。,(3)颗粒沉淀速度 在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:,层流状态下：,Stokes公式,由stocks公式 可知：,(4)影响沉淀速度的因素,A与颗粒、水的密度差成正比； 当s时，u0,颗粒下沉； 当s时，u0,颗粒上浮； 当s=时，u=0,颗粒悬浮。,B与颗粒直径平方成正比； 一般沉淀只能去除 d20m的颗粒。 对于粒径较小的颗粒，可以通过混凝增大颗粒粒径，促进沉淀；,C. 与
6、水的粘度成反比； 因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。,D. 实际应用时需加以修正； 因污水中颗粒为非球形，故STOCKS公式不能直接用于工艺计算，需要加非球形修正。,(1) 实验目的 实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形状各异，密度也有差异。 通过沉淀试验： 了解废水中悬浮物的沉淀特点； 为工程设计提供参数。,2、自由沉淀实验,由于实际废水中悬浮物组成十分复杂，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备的设计参数。,H,取样口,沉降柱,(2) 实验方法 沉柱编号: 1 2 3n 原水浓度：C0 C0 C0C0 有效水深：H H HH 取样时间：t1 t2 t3tn 取样浓度：C1 C2 C3Cn
7、Ci/C0= Xi X1 X2 X3Xn H/ti=ui u1 u2 u3un, 颗粒沉降到取样口被认为去除；, 沉降速度u：在指定时间t内，能从液面恰好沉到水深H处最小颗粒的沉速。u=H/t, Xi表示沉速uui的颗粒浓度与原始浓度的比值,(3) 沉淀效率计算 uu0颗粒去除率：t0时间内，沉淀距离H,全部去除。, uu0颗粒去除：在t0时间内其沉淀距离为hH,有部分颗粒通过取样面被去除,去除比例为h/H;即：,X,去除率为(1- X0),X0表示沉速uu0的颗 粒与全部颗粒的比。, uu0所有颗粒的去除率：某一颗粒与颗粒总量的比例为dx，被去除的颗粒为： 沉速uu0所有颗粒的去除率应为：,
8、在t0时间内，各种颗粒沉淀的总去除率为：,X,思考：沉降曲线与沉淀实验的水深有无关？,根据计算结果，可绘制E-t和E-u0关系曲线，称为沉降特性曲线,上述实验工作量太大，严格地说，经沉降时间t后，将有效水深内全部水样取出，测定剩余悬浮物浓度C,按下式计算效率E：,实验改进方法： (1)从有效水深的上、中、下部同时取相同数量水样混合后求出平均悬浮物浓度。 (2)中部取样方法：可以假定悬浮物浓度沿深度呈直线变化，将取样口设在H/2处。,例题：某废水静止沉淀试验，有效水深为1.2m，c代表沉降时间t时取样中所含的悬浮物浓度，C0代表起始悬浮物浓度。 求：沉速为3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率。,
9、解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,已知：,当u0=3cm/min时，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0=0.67，积分 式可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，其值为：,0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =1.07 故沉速为3cm/min时，总去除率为： E=（1-0.67）+1/31.07=0.69,u(cm/min),原水泥沙沉降主要数据如下表，取样口在水面下120cm处。表面负荷为43.2m3/m2.d。试按理想沉淀池条件，求该池可除泥沙颗粒约百分之几？（C0表示泥沙初始浓度，C
10、表示取样浓度）。,解：U0=43.2m3/m2.d=0.03m/min,与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,当u0=0.03m/min时， x0=0.545，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比积分式可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，,另解：,1、何谓水体自净、氧垂曲线？试述在水体自净能力下，污水排 入水体后DO变化规律及原因。 2、根据悬浮物的 、 及 ，沉淀可分为四种类型是 。 3、结合斯托克斯（stocks)公式简述影响沉淀速度的因素。 4、如何理解沉速uu0的颗粒部分被去除，去除比例为u/u0？,习题：,你知道吗,3、絮凝沉淀
11、 由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。 悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。,可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。 絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。,絮凝沉淀试验原理： 采用多点取样法。在直径约0.1-0.2m，高约1.5-2.0m，且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀（尽
12、量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率。以取样口高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。 把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线，称为等去处率曲线，如下图示。,等去处率曲线含义： 当沉淀时间为t0时，对应沉速u0=H/t0，凡是uu0的颗粒能全部被去除，u0的颗粒只有部分被去除。 沉淀时间为t0时，相邻两根曲线表示的数值之间的差别，反应出同一时间、不同沉淀深度的去除百分数的差别。 相邻两根曲线范围内表示有一部分颗粒对于上一条曲线来说，已沉降下去了；而对下一条曲线来
13、说，认为尚未沉淀下去。可以理解为这部分颗粒正介于两曲线之间，其平均沉速等于其平均高度除以沉淀时间t0。 书P67例3-3,例题：某废水静止沉淀试验数据如表中所示。实验有关水深为1.2m，表中c代表沉降时间t时由取样口取样中所含的悬浮物浓度，C0代表起始悬浮物浓度。求沉速为3cm/min时悬浮颗粒的去除百分率。,解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：,以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：,当u0=3cm/min时，由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0=0.67，积分式 可由图解求出，等于图中各矩形面积之和，其值为： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +
14、0.12.4+0.072.7=1.07 故沉速为3cm/min时，总去除率为 E=（1-0.67）+1/31.07=0.687,例题：某有机废水含悬浮物430mg/l，絮凝沉淀试验数据如表所示，试求该废水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的总悬浮物去处率。 沉淀试验数据表,解：（1）描点绘制各取样口处的E-t曲线。,（2）取一组E，从上图中读取各取样口处达此E值所需要的沉淀时间t，列表,（3）按上表绘制等去除率曲线，见右图：,（4）按计算公式计算深度为1.8m，时间60min时总去除率：,4、成层沉淀与压缩,当悬浮物浓度较高时，颗粒互相干扰，小颗粒的沉速加快，大颗粒的沉速减慢。在沉淀初期，沿沉淀深
15、度从上至下依次存在清水层、等速沉淀层、过渡层和压缩层。随沉淀时间延长，泥水界面下移，压缩层增厚,至某个时刻只剩下清水层和压缩层。如图所示。,图4-6 不同沉淀时间的总去除率,图4-7 成层沉淀试验界面变化,（三）理想沉淀池的沉淀原理,悬浮颗粒在静水中的沉淀试验与实际沉淀池差别比较大，为了分析悬浮颗粒在实际沉淀池中的运动规律及其沉淀效果，提出一种理想沉淀池的模式。理想沉淀池由流入区、沉淀区、流出区和污泥区四部分组成。,1.理想沉淀池的三种假定 1）推流式水平流动，断面任意一点的水流速度均等于V； 2）在流入区，颗粒没断面均匀分布，处于自由沉淀，悬 浮颗粒的水平流速等于V，沉降速度u固定不变； 3
16、）悬浮颗粒沉到池底即认为被除去。,2.理想沉淀池理论分析,1）从A点进入的颗粒中，肯定存在某一粒径的颗粒，刚好沉淀到池 底，该颗粒的沉降速度，称为截流沉速uo。 2）如果颗粒的沉降速度uuo，能够沉到池底D点以前。 3）如果沉速uuo，则出现两种情况，其中靠近水面的颗粒，无法 沉到池底，会被水带出；而另一部分接近池底的颗粒（离池底 高度小于h），能沉于池底。,2.理想沉淀池理论分析,有效长、宽、深分别为L、B和H的理想平流沉淀池，在沉淀区每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。沉速u0的颗粒可全都除去所以,沉淀池的表面负荷率,表面负荷率(q)表示在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，或称“溢流率”,其数值等于截流沉速，但二者的含义却不同。,q=uo=Q/A,通过静置沉淀试验
