第十三章 物理处理单元第三四五节.docVIP

第三节 沉降 3．1 概述 废水中粒度大于100nm且比重大于1的污染物颗粒，则可以在重力作用下沉降，使其从废水中得以去除，这种处理方法称为重力沉降法或沉降过程。沉降是一种物理进行固液分离方法，利用的是悬浮颗粒和水的密度差畜禽养殖污水 图13-4 沉降过程在工业水处理的应用 3．3 固体颗粒分类和沉降类型 废水中固体颗粒的浓度和特性影响了它在沉降过程中呈现出不同的状况，从它的特性可以分为两大类：离散颗粒和絮体颗粒。 在沉降过程中，颗粒保持其原始的大小形状，彼此间不发生粘结现象，这种颗粒称为离散颗粒。如泥、砂、石等。 如果在整个沉降过程中，由于相互作用而不断结成新的颗粒，粒度逐渐增大，这种颗粒称为絮体颗粒。在沉降过程中原始颗粒不复存在，絮凝过程的絮体和活性污泥均属于此类颗粒。 由颗粒性质和浓度的不同，沉降过程可以分为以下四种类型： 13-5 沉降类型示意图 a．自由沉降，又称为离散颗粒沉降。离散颗粒在沉降过程中，其形状、尺寸、质量均不变，下沉速度不受干扰，或称为沉降不受阻，这种沉降往往发生于沉砂池、初沉池中。如泥砂石的沉降分离过程中。 b．絮凝沉降或称干涉沉降。当悬浮物质浓度约为50～500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞，颗粒在沉降过程中不断合并，尺寸和质量随深度的增加而增大，沉降速度也随之而增大。一般发生于二沉池中，如活性污泥或生物膜及絮凝、混凝后生成的絮体的沉降过程，即是絮凝沉降。 c．成层沉降或称受阻沉降。当悬浮物质浓度大于500mg/L时，固体颗粒在沉降过程中，相邻颗粒之间互相干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，颗粒在这阶段的沉降过程中，相对位置保持不变，使水和固体颗粒间出现明显的分层，沉降显示为固液截面下沉。水对颗粒群之间产生了较大的阻力，一般发生在二沉池下部的沉降过程中。 d．压缩沉降。当层状沉降出现后，固体颗粒之间已经形成一层构体，沉降时整层构体下沉，在重力的作用下，上层颗粒挤压出下层颗粒间的水，此时颗粒构体层层压缩，实现的是水向上透过固体，而不是固体向下穿过水。活性污泥或絮凝物的浓缩均属于此类沉降。 这四类沉降可以用图13-5说明。 3．4沉淀池的设计 3．4．1 理想沉淀池 沉降固体颗粒在实际进行沉淀时，首先，固体颗粒不可能全部为离散颗粒作自由沉降，其次，进水和出水时存在湍流和短路，另外，污泥贮存和除泥设备操作时所产生的速度梯度对沉降的影响等等，如果忽略这些各种因素的影响，用一个理想的状况来讨论沉降过程及其设备，称为理想沉淀池。即假设污水在池内沿水平方向作等速运动，水平流速为，从入口到出口的流动时间即停留时间为t；在流入区，颗粒沿截面均匀分布并处于自由沉降状态，颗粒的水平分速度均为；颗粒沉到池底即被认为除去。 离散的、非絮体颗粒的沉降可借助经典的牛顿和斯托克斯沉淀定律分析。颗粒重力与摩擦阻力相等时，牛顿定律得出最终颗粒沉速。 重力由下式得出： ，其中分别为颗粒和水的密度，g重力加速度，Vp为颗粒体积。 摩擦阻力和颗粒速度、流体密度、阻力系数 、颗粒在流向上的截面积或投影面积A等有关，可由下式表示，。由于颗粒在水中的受到的阻力与其沉降速度相关，沉降速度越大，受到的阻力越大，因此，离散的颗粒在水中下沉过程中，随着下沉速度的加快，所受的阻力也增大，当重力与阻力相等时，颗粒开始匀速下沉，此时的下沉速度称为最终沉速。 对于层流状态，即雷诺数NR＜1条件下，粘度是沉降过程中的主导作用力，假定颗粒为球形，得出该颗粒的斯托克斯定律：，即直径为d的球形离散颗粒在层流区内的最终沉降速度。 13-6 理想沉降池示意图 某固体颗粒从B点进入理想沉淀池沉降区，它的运动轨迹为具有水平分速度和沉速或。 当理想沉淀池中的颗粒沉降速度为最终稳定沉降速度或大于时，则颗粒落入污泥区，即可以沉降下来；如果其沉降速度小于时，则颗粒不落入污泥区，而随水流进入出水区，不能通过沉降而得以去除。 若颗粒从点进入沉降区，由于水平速度和下沉速度相同，因此，其运动轨迹为和从B点出发时相同的平行线，但由于水平运动距离相同，而下沉距离变短，因此它可以在流入出水区前，有充足的下沉时间落入污泥区。所以，当进水高度不一致时，同样vp小于vc的颗粒也可以被沉降去除。 若废水水力停留时间为，则 由于沉淀池体积V为是流量和水在沉淀池中停留时间的乘积，即，故沉淀池的出水量与固体颗粒沉降速率之间的关系可以推算为： 定义q为废水在单位时间内通过单位沉淀池表面积的流量，称为废水过流率（溢流率）或沉淀池的表面负荷，由定义可知： q＝Q/A 而Q=V/td=A*H/td=A*vc 因此，q=A*vc/A＝vc 所以理想沉淀池中水力表面负荷与颗粒最终稳定沉速在数值上是相同的，只是物理意义不同。 实际的沉淀池，如絮体沉降，层状沉降，