给水工程(五)范例.pptx

第5章 沉淀与澄清 ◆ 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） 第一节 沉淀原理 （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： p 6 1 1 3 ? ? )g F1 ? ?d (? 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 2 F2 ? CD ?1 ? 2 4 CD——阻力系数，与雷诺数Re 有关； ——球形颗粒在垂直方向上的投影面积。 2 4 ? d 根据牛顿第二定律可知： 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： 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。 2 4 3 2 1 6 dt 6 D 1 p p u ? ?d ? ? ) g ? C ? ? d 3 ? du ? 1 ?d 2 ( ? d 3 C D ? 1 4 g ? p ? ? 1 u ? 10 -3 -2 10 -1 10 3 10 4 10 5 6 10 10 10 10 10 10 1 0.4 0.1 C=24/Re C=10/Re 2 1 10 10 雷诺数Re 阻力系数CD 分析： 1）斯笃克斯公式 当Re1时：呈层流状态： (16-5) 斯笃克斯公式： (16-6) e 24 CD ? R gd 2 18 ? ? p ? ?1 u ? 1 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： （16-7） 3）阿兰公式 当1Re1000时，属于过渡区，CD近似为 （16-8） 代入得阿兰公式： （16-9） ?1 ? p ? ?1 dg u ? 1.83 Re 10 D C ? 1 3 1 1 )2 2 4 p g d ? (? ? ? ?? ? u ? ?? 255 ? ?? ???? ? ? ? ?? 18 ? u? 1 ?p ??1 gd2 ?1 ? ?? u?1.83 p 1dg 1 )2 2 3 p 1 ? g ? d 4 (? ?? ?? ? ? u??? ? ???255? ??1 ?? 4、结论： ◆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。 3CD ?1 u? 4 g ?p ??1 d CD=f（Re） Re=ud/ν 适宜： 粒径小于 0.1mm的颗 粒物 粒径0.1mm- 2mm的颗粒 物 粒径大于 2mm的颗粒 物 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 C