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1.3沉淀与澄清--水处理教案(清华大学精品课程),污水处理厂沉淀池,水处理生物学教案,水处理沉淀池,微水澄清给水处理技术,沉淀溶解平衡教案,溶液不澄清但是无沉淀,沉淀澄清罐,清华大学,清华大学图书馆
第三章 沉淀与澄清
(Sedimentation, or settling and Clarification)
第1节 沉淀原理与分类
一、原理
利用颗粒与水的密度之差,比重1,下沉
比重1,上浮
沉淀工艺简单,应用极为广泛,主要用于去除100um以上的颗粒
给水处理――混凝沉淀,高浊预沉
废水处理――沉砂池(去除无机物)
初沉池(去除悬浮有机物)
二沉池(活性污泥与水分离)
二、分类
自由沉淀:离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
(沉砂池、初沉池前期)
絮凝沉淀:絮凝性颗粒,在沉淀过程中沉速增加
(初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀)
拥挤沉淀:颗粒浓度大,相互间发生干扰,分层
(高浊水、二沉池、污泥浓缩池)
压缩沉淀:颗粒间相互挤压,下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出,污泥得到浓缩。
第2节 自由沉淀(discrete particle settling)
一、颗粒沉速公式(Stokes’ law)
假设沉淀的颗粒是球形
所受到的重力为F1= 1/6 ( d3 ((p - (l ) g
所受到的水的阻力F2=CD (l u2/2 ( d2/4
CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。
平衡时:F1=F2
可得到沉速(terminal velocity)计算公式(对球形颗粒):
对于非球形颗粒:
(:形状系数
CD与Re有关。
Re1, CD= 24/Re
(:水的动力粘度,Pa s
该公式难以反映实际,因为实际中颗粒大小不一,不是球形。
但可以了解u的影响因素。
此外,一般d难以测定,在层流区,颗粒太小。可以通过测定u,算出d(注意是名义上的)。
二、颗粒沉淀实验
在ti时,从底部取样,测定Ci
计算
ti( ui = h/ti
Ci ( pi = Ci/C0
pi:沉速小于ui的颗粒占全部颗粒的比重
p-u 曲线(颗粒粒度分布曲线)
4.颗粒去除率
在t0 时, u(u0 的颗粒全部去除
uu0 的颗粒部分去除
hi/h = uit0/(u0t0) = u/u0
通过实验可绘制以下曲线:
E-t 曲线 E-u曲线(与水深无关)
中部取样法:
P= (C0-C)/C0 *100%
三、理想沉淀池
假设:
颗粒为自由沉淀
水流水平流动,在过水断面上,各点流速相等。
颗粒到底就被去除。
水平流速v=Q/(h0 B) B: 池宽
考察顶点,流线III:正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底,称为截留速度。
u(u0的颗粒可以全部去除
uu0的颗粒只能部分去除
去除率为E=ui/u0 = ui/(Q/A)
q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲,去除率为
E=ui/u0 = ui/(Q/A)
由上式可知,颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关,而与其它因素(如水深、池长、水平流速、沉淀时间)无关。 (Hazen 理论,1904年)
但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题:
1)E一定,ui越大,表面负荷越大,或q不变但E增大。ui与混凝效果有关,应重视加强混凝工艺。
2)ui一定,增大A,可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时,增加A,可以降低水深――“浅层理论”。
第3节 絮凝沉淀(flocculent settling)
一、特点
在沉淀过程中,颗粒变大,沉淀变大。
悬浮物的去除率不仅与沉速有关,而且与深度,时间有关。
无理论描述公式,只能通过沉淀实验预测沉淀效果。
二、沉淀实验
沉淀柱高度=实际沉淀池深度
1)在时间ti,不同深度测Ci
2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p=(C0-Ci)/C0 *100%
3)绘制去除百分率等值线
4)计算颗粒去除率
方法1:按自由沉淀来类推(参考图16-9)
方法2:中部取样法
P=(C0-C)/C0*100% C:h/2处的浓度
三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系
要求一定的去除率---- 设计停留时间和表面负荷
假定不同的水力停留时间t------计算总去除率
绘制三者之间的关系曲线
注意:曲线与水深有关。
第4节 拥挤沉淀 (Hindered (Zone) settling)
一、特点
发生在SS浓度较高的情况
分层沉淀,出现清
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