给水工程课件(五).pptx

第5章 沉淀与澄清第一节 沉淀原理◆ 利用颗粒与水的密度之差,比重1，下沉◆ 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）（1）自由沉淀((DDiissccrreettee SSeettttlliinngg))：◆ 悬浮物质浓度不高；◆ 颗粒之间互不碰撞，呈离散状态；◆ 沉速不变，各自独立完成沉淀过程；（2）絮凝沉淀(Flocculent Settling)：◆ 悬浮物质浓度为50-500mg/L；◆ 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用；◆ 颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快? （3）区域沉淀（成层/拥挤沉淀）(Zone Settling)：◆ 悬浮物质浓度〉500mg/L；◆ 相邻颗粒之间互相妨碍、干扰；◆ 沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒◆ 各自保持相对位置不变◆ 颗粒群结合成一个整体向下沉淀◆ 形成清晰的液—固界面，沉淀显示为界面下 沉（4）压缩沉淀(Compression Settling)： 颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩；（一）、自由沉淀颗粒在静水中的沉淀速度取决于：◆ 颗粒在水中的重力与浮力之差F1 和颗粒下沉时所受水 的阻力F2.◆ 直径为d 的球形颗粒在静水中所受的重力与浮力之差为：1F1 ? ?d (?? ? )g3p16其中：ρp 及ρ1——颗粒及水的密度； g——重力加速度。颗粒下沉时所受的阻力F2与颗粒的糙度、大小、形状和沉淀速度u 有关，也与水中的密度和粘度有关，其 关系式为：u2?d 2F2 ? CD ?1 ?2 4CD——阻力系数，与雷诺数Re 有关；? d2——球形颗粒在垂直方向上的投影面积。4根据牛顿第二定律可知：u ? ?d23? d 3 ? du ? 1 ?d 2 ( ?? ? ) g ? C ?pp1D 16 dt 62 4达到重力平衡时，加速度为零，令上式左边为零，加以整 理，得沉速公式：? ? 14 g ? pu ?d3 C D ? 1式中 CD 与雷诺数 Re 有关，雷诺数 Re=ud/ν，其中 ν为水的运动粘度。通过实验，将观测到的u值代入公式中，可以求得 CD和 Re 值。分析：1010阻力系数CDC=24/Re1010C=10/Re10.40.1-3-2-121 10 10雷诺数Re3456101010101010 101）斯笃克斯公式当Re1时：呈层流状态：24CD ?R(16-5)e斯笃克斯公式：? p ? ?1u ? 1gd 2(16-6)18 ?2） 牛顿公式当1000Re25000时，呈紊流状态，CD接近于常数0.4代入（16-4）得牛顿公式：? p ? ?1 dgu ? 1.83?1（16-7）3）阿兰公式当1Re1000时，属于过渡区，CD近似为10C ?DRe（16-8）代入得阿兰公式：13)2 2(? ? ??????g4?? ?p1u ?d?? 255 ? ?????? ?1（16-9）u? 4 g ?p ??1 d4、结论：3CD ?1◆上述公式是在不同情况范围 内的基本公式16-4的特定形 式，但该公式无法直接求出u。◆ 但可以了解u 的影响因素（粒径，密度，粘度）。◆此外，一般 d 难以测定，u比较容易测定。在实用上常用沉 速代表某一特定颗粒而不追究 颗粒粒径。CD=f（Re）Re=ud/ν适宜： 粒径小于 0.1mm的颗 粒物u? 1 ?p ??1 gd218 ?1)2 2 34 (? ???g ?d?? ?粒径0.1mm- 2mm的颗粒 物p 1u????????255? ??1??? ??u?1.83 p 1dg粒径大于 2mm的颗粒 物?1因此，实际过程中，自由沉淀规律常通 过沉淀试验得到。沉淀试验内容与排水 工程中相关内容重复，不再赘述。（二）成层沉淀◆自由沉淀可以看成单个颗粒在无边无际的水体中下 沉，此时颗粒排挤开同体积的水，水将以无限小的速 度上升。◆当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有 一定的速度，使颗粒所受到的阻力有所增加，颗粒处 于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀 速度称为拥挤沉速。高浊度水的拥挤沉淀试验abA交界面11C0aC0BcH0浓度CtCtHtdCH22H∞H∞Dt (d)t1时间tt∞(b)(c)A、 区 交 界清水和浑水交界面下降曲线沉淀管水深H1P1沉淀管水深H2PQ1Q20沉 淀时间t 图 16-3 不同沉淀高度的沉降过程 第二节 理想沉淀池的沉淀原理符合以下三个假定1.颗粒处于自由沉淀状态。 即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不再凝聚和