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1、第第3 3章章沉沉 淀淀 Sedimentation1第一节第一节 概概 述述 1 1、沉淀的定义、沉淀的定义 悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀沉淀。实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池沉淀池。 (1) (1) 当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。 沉沉 淀淀 (2) (2) 当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。 上上 浮浮 2 2 2、沉淀去除的对象及构筑物、沉淀去除的对象及构筑物 砂粒砂粒 化学
2、沉淀化学沉淀 混凝絮体混凝絮体 生物污泥生物污泥 污泥浓缩污泥浓缩 沉砂池沉砂池浓缩池浓缩池沉淀池沉淀池3 3 3、位置及作用、位置及作用 A A、作为处理系统的主体；作为处理系统的主体； B B、工艺流程主体处理单元之前工艺流程主体处理单元之前预处理；预处理； C C、工艺流程主体处理单元之后；工艺流程主体处理单元之后； D D、污泥处置。污泥处置。（1 1）城市污水处理工艺）城市污水处理工艺: :4（2 2）高浓度有机废水处理工艺）高浓度有机废水处理工艺: :（3 3）含）含铬铬废水处理工艺：废水处理工艺：5 (1)(1)自由沉淀自由沉淀 水水中中悬悬浮浮物物颗颗粒粒浓浓度度低低，呈呈离离
3、散散状状态态；互互不不干干扰扰，各各自自完完成成沉沉淀淀过过程程。颗颗粒粒在在下下沉沉过过程程中中的的形形状状、尺尺寸寸、密密度度、不发生变化。不发生变化。 例如例如：沉砂池沉砂池 4 4、沉淀类型、沉淀类型 根根据据悬悬浮浮颗颗粒粒的的性性质质及及其其浓浓度度的的高高低低，沉沉淀淀可可分分为为四种类型：四种类型：6 ( (2)2)絮凝沉淀絮凝沉淀 水水中中悬悬浮浮物物浓浓度度不不高高，但但有有絮絮凝凝性性能能。在在沉沉淀淀过过程程中中互互相相碰碰撞撞发发生生凝凝聚聚，其其粒粒径径和和质质量量均均随随沉沉淀淀距距离离增增加加而增大，沉淀速度加快。而增大，沉淀速度加快。 例如：例如：二沉池；二沉
4、池； 混凝沉淀。混凝沉淀。7 (3)(3)拥挤沉淀拥挤沉淀( (分层沉淀分层沉淀) ) 水水中中悬悬浮浮物物浓浓度度较较高高，颗颗粒粒下下沉沉受受到到周周围围其其它它颗颗粒粒的的干干扰扰，沉沉速速降降低低，颗颗粒粒碰碰撞撞互互相相 “凝凝聚聚”而而共共同同下下沉沉，形形成成一一明明显显的的泥泥、水水界界面面。沉沉淀淀过过程程实实质质是是泥泥、水水界界面面下下降降的的过过程程，沉淀速度为界面下降速度沉淀速度为界面下降速度。 如：如：二沉池的上部；二沉池的上部； 污泥浓缩池上部污泥浓缩池上部。动画动画8 (4)(4)压缩沉淀压缩沉淀 当当悬悬浮浮物物浓浓度度很很高高、颗颗粒粒互互相相接接触触、互互
5、相相支支承承，在在上上层层颗颗粒粒的的重重力力作作用用下下将将下下层层颗颗粒粒间间的的水水挤挤出出，使使颗颗粒粒群浓缩群浓缩。 例如：例如：二沉池污泥斗二沉池污泥斗; ; 浓缩池底部。浓缩池底部。9第二节第二节 自由沉淀自由沉淀一、自由沉淀的假定条件一、自由沉淀的假定条件 实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十实际中水流状态、悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，分复杂的，影响颗粒沉淀的因素很多。影响颗粒沉淀的因素很多。影响颗粒沉淀的因素很多。影响颗粒沉淀的因素很多。 为为为为了了了了解解解解颗颗颗颗粒粒粒粒在在水水中中自自由由沉沉降降过过程程的的动动力力学学本本质质，进进行如下假定行如
6、下假定： 颗颗粒粒为为球球形形，沉沉淀淀过过程程中中大大小小、形形状状和和质质量量均均不不发生变化；发生变化； 液体为静止状态；液体为静止状态； 颗粒沉淀不受容器器壁影响；颗粒沉淀不受容器器壁影响； 颗粒沉淀仅受重力和颗粒沉淀仅受重力和水的作用水的作用。作用方式？作用方式？10二、自由沉淀速度二、自由沉淀速度 (1) 颗粒在静水中的受力情况颗粒在静水中的受力情况 重力：重力： 浮力：浮力： 阻力：阻力： 式中：式中：s,表示颗粒及水的密度表示颗粒及水的密度 g重力加速度重力加速度 A颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=d2/4 u颗粒沉速颗粒沉速
7、 阻力系数，它是阻力系数，它是雷诺数雷诺数（ ）和）和颗粒形状颗粒形状的函数。的函数。 水的粘度水的粘度11 (2)(2)颗粒在静水中的运动情况颗粒在静水中的运动情况 在静水中悬浮颗粒在静水中悬浮颗粒开始沉淀时开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，同因受重力作用而产生加速运动，同时水的阻力也逐渐增大。时水的阻力也逐渐增大。 经一很短时间后经一很短时间后，当，当阻力阻力F F3 3增增大到与颗粒的大到与颗粒的“重力重力F F1 1和和浮力浮力F F2 2之差之差”相等时，颗粒作相等时，颗粒作等速下沉运动等速下沉运动。 等速沉淀的速度常称等速沉淀的速度常称沉淀末速沉淀末速度度，简称，简称沉速沉速
8、。 12 (3)颗粒沉淀速度颗粒沉淀速度在等速沉淀情况下，在等速沉淀情况下，F F1 1-F-F2 2=F=F3 3，即，即: :水流状态：水流状态： 层流状态：层流状态：Re1时，时， Stokes 式式 过渡状态：过渡状态：1Re103 时，时， Fair式式 紊流状态：紊流状态：103Re时，时，u0,u0,颗粒下沉；颗粒下沉； 当当s s时，时，u0,u20md20m的颗粒。的颗粒。 对对于于粒粒径径较较小小的的颗颗粒粒，可可以以通通过过混混凝凝增增大大颗颗粒粒径，促进沉淀；粒粒径，促进沉淀；C. C. 与与水的粘度水的粘度成反比；成反比； 因因粘粘度度与与水水温温成成反反比比，故故提
9、提高高水水温温有有利利于于加加速沉淀。速沉淀。14 (1) 实验目的实验目的 实际废水中悬浮物实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀，形颗粒粒径不均匀，形状各异，密度也有差异。状各异，密度也有差异。 通过沉淀试验：通过沉淀试验： 了解废水中悬浮物的沉淀特点；了解废水中悬浮物的沉淀特点； 为工程设计提供参数。为工程设计提供参数。三、自由沉淀实验三、自由沉淀实验15H取样口沉降柱沉降柱 (2) 实验方法实验方法实实 验验 编编 号号 : : 1 1 2 2 3 3n n原原 水水 浓浓 度度 ： C C0 0 C C0 0 C C0 0C C0 0有有 效效 水水 深深 ： H H H H H HH H取
10、取 样样 时时 间间 ： t t1 1 t t2 2 t t3 3t tn n取取 样样 浓浓 度度 ： 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/H/t ti i= =u ui i u u1 1 u u2 2 u u3 3u un n 颗颗粒粒沉沉降降到到取取样样口口被认为去除；被认为去除； 沉沉降降速速度度u u：在在指指定定时时间间t t内内，能能从从液液面面恰恰好好沉沉到到水水深深H H处处最小颗粒的沉速。最小颗粒的沉速。u=H/tu=H/t X Xi i表表示示沉沉速速
11、u uu ui i的的颗颗粒浓度与原始浓度的比值粒浓度与原始浓度的比值X悬浮污沉淀累积分布曲线16 (3) (3) 沉淀效率计算沉淀效率计算 uuuu0 0颗颗粒粒去去除除率率：t t0 0时时间间内内，沉沉淀淀距离距离H,H,全部去除。全部去除。 uuuu0 0颗颗粒粒去去除除：在在t t0 0时时间间内内其其沉沉淀淀距距离离为为h h H,H,有有部分颗粒通过取样面被去除部分颗粒通过取样面被去除, ,去除比例为去除比例为h/H;h/H;即：即： X去除率为去除率为(1- (1- X X0 0) )X X0 0表示沉速表示沉速uuuu0 0的颗的颗粒与全部颗粒的比。粒与全部颗粒的比。 uuu
12、u0 0所所有有颗颗粒粒的的去去除除率率：某某一一颗颗粒粒与与颗粒总量的比例为颗粒总量的比例为dxdx，被去除的颗粒为：被去除的颗粒为：沉速沉速uuuu0 0所有颗粒的去除率应为：所有颗粒的去除率应为：17 在在t t0 0时间内，各种颗粒沉淀的时间内，各种颗粒沉淀的总去除率总去除率为：为： X18思考思考：沉降曲线与沉淀实验的水深有无关？沉降曲线与沉淀实验的水深有无关？ 根据计算结果，可绘制根据计算结果，可绘制E E- -t t和和E E- -u u0 0关系曲线，关系曲线，称为称为沉降特性曲线沉降特性曲线19 上上述述实实验验工工作作量量太太大大，严严格格地地说说，经经沉沉降降时时间间t
13、t后后，将将有有效效水水深深内内全全部部水水样样取取出出，测测定定剩剩余余悬悬浮浮物浓度物浓度C,C,按下式计算效率按下式计算效率E E： 实验改进方法实验改进方法： (1)(1)从从有有效效水水深深的的上上、中中、下下部部同同时时取取相相同数量水样混合后求出同数量水样混合后求出平均悬浮物浓度平均悬浮物浓度。 (2)(2)中中部部取取样样方方法法：可可以以假假定定悬悬浮浮物物浓浓度度沿深度呈直线变化，将沿深度呈直线变化，将取样口设在取样口设在H/2H/2处。处。20 例题：例题：某废水静止沉淀试验，有效水深某废水静止沉淀试验，有效水深为为1.2m1.2m，c c代表沉降时间代表沉降时间t t时
14、取样中所含的悬时取样中所含的悬浮物浓度，浮物浓度，C C0 0代表起始悬浮物浓度。代表起始悬浮物浓度。 求：沉速为求：沉速为3cm/min3cm/min时悬浮颗粒的去除百时悬浮颗粒的去除百分率。分率。 21解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：时间t(min)01530456090180u=H/t（cm/min）842.6721.330.67以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：已知：时 间t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.0622 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
15、，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=0.69u(cm/min)23思考题思考题 如何理解沉速如何理解沉速uuuu0 0的颗粒部分被去除，的颗粒部分被去除，去除比例为去除比例为u/uu/u0 0？ 24第三节第三节 絮凝沉淀絮凝沉淀 由由于于原原水水中中含含絮絮凝凝性性悬悬浮浮物物（如如投投加加混混凝凝剂剂后后形形成成的的矾矾花花、生生活活污污水水中中的的有有机机悬悬浮浮物物、活活性性污污泥泥等等），在在沉沉淀淀过
16、过程程中中大大颗颗粒粒将将会会赶赶上上小小颗颗粒粒，互互相相碰碰撞撞凝凝聚聚，形形成成更更大大的的絮絮凝凝体体，因因此此沉沉速速将将随随深深度度而而增加。增加。 悬悬浮浮物物浓浓度度越越高高，碰碰撞撞机机率率越越大大，絮絮凝凝的的可可能性就越大。能性就越大。25 可见，悬浮物的去除率不仅取决于可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度沉淀速度，而且而且与深度有关与深度有关。 絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，原因，试验用的试验用的沉淀柱的高度沉淀柱的高度应当与拟采用的实应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧而且
17、要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。 26絮凝沉淀试验原理：絮凝沉淀试验原理： 采用多点取样法。在直径约采用多点取样法。在直径约0.1-0.2m0.1-0.2m，高约高约1.5-1.5-2.0m2.0m，且沿高度方向设有约且沿高度方向设有约5 5个取样口的沉淀筒中倒入浓度个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水均匀的原水静置沉淀静置沉淀（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果）影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，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，计算测定水样的悬浮物浓度，计算表
18、观去除率表观去除率。以取样口高度。以取样口高度h h为纵坐标，沉淀时间为纵坐标，沉淀时间t t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百为横坐标，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。分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。 把去除百分数把去除百分数p p相同的各点连成光滑曲线，称相同的各点连成光滑曲线，称为为等去处率曲线等去处率曲线，如下图示如下图示。2728等去处率曲线含义：等去处率曲线含义： 当沉淀时间为当沉淀时间为t t0 0时，对应沉速时，对应沉速u u0 0=H/t=H/t0 0，凡是凡是uuuu0 0的的颗粒能全部被去除，颗粒能全部被去除，u0uu0 0的的颗颗粒粒的去除率
19、的去除率 E-E-表示不同水深处表示不同水深处u ut tu20min20min20min20min时时时时，误误误误差差差差仅仅仅仅2-3%2-3%2-3%2-3%。这这这这数数数数值值值值与与与与悬悬悬悬浮浮浮浮物物物物取样和测定误差相比，可以认为是很小的。取样和测定误差相比，可以认为是很小的。取样和测定误差相比，可以认为是很小的。取样和测定误差相比，可以认为是很小的。 上上上上述述述述方方方方法法法法可可可可满满满满足足足足工工工工程程程程需需需需要要要要，而而而而且且且且沉沉沉沉淀淀淀淀柱柱柱柱中中中中部部部部取样法的实验工作量和计算都大为简化。取样法的实验工作量和计算都大为简化。取样
20、法的实验工作量和计算都大为简化。取样法的实验工作量和计算都大为简化。32 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。 时 间t(min)01530456090180C/C010.960.810.620.460.230.0633解：与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下：时间t(min)01530456090180u=H/t（cm/min）842.6721.330.67以u为横坐标，C/C0为纵坐标作图，如图所示：3435 当u0=3cm/min时，由图可
21、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 +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=0.68736 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。表 沉淀试验数据时间(min)指定深度的SS浓度和表观去除率E（括号中数字）0.6m1.2m1.8m5356.9(17.0)387.0(10.0)395.6(8.0)10309(2
22、8.0)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)60116.1(73.0)178.5(58.5)204.3(52.5)75107.5(75.0)143.2(66.7)180.6(58.0)37解：（1）描点绘制各取样口处的E-t曲线。38（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）0.6m1.2m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57055.087.5-7575.0-39（3）按上表绘制等去除率曲线，见下图：40（4）按计算公式计算深度为1.8m，时间60min时总去除率：41
