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水污染控制工程

水污染控制工程. 西安建筑科技大学 环境工程教研室. 第二篇 不溶态污染物的 分离技术. 第二章 重力沉降法 §2-1 概述 §2-2 沉降的基本原理 §2-3 沉降试验和沉降曲线 §2-4 沉淀池及其设计计算. §2-1 概述. 出水. 排泥. 进水. 中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图. §2-2 沉降的基本原理. 沉降动力学 : 颗粒受力情况分析. 式中： A s —— 运动方向的面积 C d —— 牛顿无因次阻力系数： C d = f (Re) μ s —— 颗粒沉降速度

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Presentation Transcript

  1. 水污染控制工程 西安建筑科技大学 环境工程教研室

  2. 第二篇 不溶态污染物的分离技术 第二章 重力沉降法 §2-1 概述 §2-2 沉降的基本原理 §2-3 沉降试验和沉降曲线 §2-4 沉淀池及其设计计算

  3. §2-1 概述

  4. 出水 排泥 进水 中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图

  5. §2-2 沉降的基本原理 沉降动力学 :颗粒受力情况分析

  6. 式中：As——运动方向的面积 Cd——牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) μs——颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为μs（最终沉降速度）

  7. 对于球形颗粒： ① 层流区（stokes区）: ② 过渡流区（艾伦区） ③ 紊流区（牛顿区）

  8. §2-3 沉降试验和沉降曲线 一、自由沉降试验及沉降曲线 二、絮凝沉降试验及沉降曲线

  9. 一、自由沉降试验及沉降曲线 一、试验装置 二、常规计算法及沉降曲线 三、Camp图解积分法及沉降曲线

  10. φ100mm Δh H0=1.5~2.0m H=H0-Δhi 试验装置示意图

  11. 二．常规计算法(数据记录与处理)

  12. 二．常规计算法(由数据绘制沉降曲线)（续） E E 沉降时间，t (min) 最小沉速，u 图3-1 E-t曲线 图3-2 E- u曲线

  13. 三．Camp图解积分法 给定的沉降时间t内： 对于μ≥μ0的颗粒全部除去 1-p0 对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0 给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 1-p0 对于d<d0的颗粒可被部分去除。 p0 ？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？

  14. H h

  15. 三．Camp图解积分法（续） 对于μ＜μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为： μ＜μ0的颗粒中，di→ di + dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。 则在di → di + dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为： 对于全部μ<μ0颗粒群体，可去除部分为：

  16. 三．Camp图解积分法（续） μ≥μ0部分颗粒所占百分率为1 –p0 则，总沉降效率为ET：

  17. 1-p0 △pi p0 颗粒分率，p p0 U＜u0颗粒分率，p μ0 沉降速度 u μi 沉降速度 μ 沉降速度分布曲线 沉降速度分布曲线的图解

  18. 2．Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线) E E ET-t E-t ET- μ E- μ 沉降时间，t (min) 最小沉速，μ E-t曲线 E- u曲线

  19. 小结： 1、基本概念 重力沉降 2、重点 ① 基本概念 ② 沉降试验和沉降曲线 3、难点 Camp图解积分法计算ET

  20. u随d 而增大。 二、絮凝沉降试验及沉降曲线 絮凝沉降的特点： 颗粒的形状d、在沉降过程中改变； 浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。

  21. 1.絮凝沉降试验 ● 装置：φ140~150mm H=2.0~2.5m 4~5个取样口，间距500mm ● 取样： C0由t=0时中间取样口采集 t1、t2、…、ti、…、tn时，同时从各取样口取水样（两份， 求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS 浓度C1、C2、…、Ci、…、Cn。 ● 绘图： 例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的 时间序列同时取样，并计算Et。

  22. 沉降时间， t (min) 工 作 水 深 (m) 10 20 30 40 50 60 Et 0.5m 1.0m 1.5m 沉降时间， t (min) Et-t 曲线 SS等去除率曲线

  23. §2-3 理想沉淀池 一、Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是： （1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速V作水平运动。 （2）进水中SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速u匀还下沉； （3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起 （即认为沉到底部即视为被去除）

  24. 出 流 区 入 流 区 污泥区 §2-3 理想沉淀池 理想沉淀池示意图 ① 沉降线为未被去除颗粒； ② 为刚好100%去除颗粒； ③ 为可部分去除颗粒； ④ 为可全部去除颗粒。

  25. §2-3 理想沉淀池 同样地有： 可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。

  26. §2-3 理想沉淀池 二、表面负荷q0 ① q0在数值上等于最小沉降速度； ② q0↓，ET↑； ③ 在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率ET 仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A↑，q0↓， 则ET↑。

  27. §2-3 理想沉淀池 三、实际沉淀池 ∵ 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。 四、对于絮凝沉降 颗粒之间并聚变大，或 变大，u也会之变大。 其运动轨迹发生变化：

  28. 出 流 区 入 流 区 污泥区 §2-3 理想沉淀池 絮凝沉降颗粒运动轨迹 但是，为保守起见，沉降效率依然按照： 进行计算。

  29. §2-4 沉砂池 一、一般说明 1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。 以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉 淀池的无机负荷；改善污泥的流动性，以便于排放、输运。 2.分类： 按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式、离心式、 曝气式等。 3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适 应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气 沉沙池和环流式沉砂池。

  30. 进水管 出水管 行车 集砂渠 出水渠 进水管 集油区 沉砂区 出水管

  31. §2-4 沉砂池 二、设计计算:曝气沉砂池、平流沉砂池为例。 例1：曝气沉砂池 1.主要设计参数 旋流速度应保持0.25-0.3米/秒； 水平流速为0.1米/秒； 最大流量时的水力停留时间为1-3分钟； 有效水深一般为2-3米，宽深比一般1-1.5 长宽比一般应大于5 曝气量一般为0.2m3/m3（废水） 池内应考虑消泡与隔油装置（或设备）

  32. 曝气沉砂池： 解决沉砂池存在的问题：①砂中含有机物；②对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。 曝气的作用是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。

  33. 例1：曝气沉砂池：工艺尺寸 2.设计内容 （ 1 ）工艺尺寸 （2）结构尺寸 （ 3 ）进出水区 （4）工艺装备

  34. 例1：曝气沉砂池：工艺尺寸 2.设计内容 • （ 1 ）工艺尺寸 • 主要确定沉砂池的池长Ｌ、池宽Ｂ、池深Ｈ等。 池容V（有效容积）： 池长L： 水流断面A： 池宽B：

  35. 例1：曝气沉砂池:工艺尺寸 在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。 如不满足需重新调整有关尺寸： 重新选择设计参数，从新进行设计计算。 （ 2 ）结构尺寸 沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等 。

  36. 例1：曝气沉砂池：结构尺寸 集砂斗倾角不小于50º。 集砂槽设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于0.8m/s。 集油区长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的1／2－ 2／3，底部以60º－75º倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区 的砂滑入沉沙区。 （3）进出水区 进水区、配水方式、出水区

  37. 例1：曝气沉砂池：进出水区 进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。 配水：由于曝气沉沙池内水流的旋流特性，一般认为对曝气沉 砂池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。 出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与 沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的 堰上水头。

  38. 例1：曝气沉砂池：工艺装备 （ 4 ）工艺装备 供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合 进行或独立进行。 曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为2－5mm。 排砂设备、集油设备：曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸； 浮油的收集通常采用撇油的方式；吸砂泵和撇油设 备通常置于行车上。 砂水和油水分离设备：从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水 率仍很高，通常设置砂水分离器和油水分离器对其 分别进行处置。

  39. 例2：平流式沉砂池 1．设计参数 ① 流量Q：按Qmax设计； 自流时，按最大流量； 泵输送时，按泵的最大组合流量 ② 分格数n：n≥2 ③ 水平流速v：0.15~0.3m/s ④ 停留时间：t≥30~60s

  40. 例2：平流式沉砂池 2.设计内容 1.工艺尺寸 2.结构尺寸 3.进出水区 4.工艺装备

  41. 例2：平流式沉砂池：工艺尺寸 ① 长度L（m）：L=V·t ② 过水面积F（m2）：F=Q/V ③ 池宽B（m）：B=F/h2 单格宽：b=B/n h2为有效水深 校核最小流速Vmin≥0.15m/s

  42. （生活污水） 结合单格宽、砂斗壁倾角，确定砂斗上、下底宽a、a2和高使设计的砂斗容积等于或不小于所需砂斗容积。 例2：平流式沉砂池：结构尺寸 进、出水区结构及尺寸；贮砂斗所需容积、结构。

  43. 例2：平流式沉砂池：工艺装备 • 输砂泵（机械排泥）、砂水分离器、刮渣设备、行车等。

  44. §2-5 普通沉淀池 一、一般说明 （1）沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 （2）通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，而平流式则无此限制。 （3）基于浅层沉降原理，出现斜板、斜管等高负荷新型沉淀池。在城市污水处理中尚存在一些问题，应用较少。 （4）包括进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区5个功能区。 （5）根据在处理系统中位置及分离对象的不同：初沉池、二沉池。

  45. §2-5 普通沉淀池 二、主要设计参数 （1）流量 • 当自流进入时，应按最大流量设计； • 厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。 （2）负荷 • 沉淀池负荷（或停留时间）的选择见表3-5-1。

  46. §2-5 普通沉淀池：主要设计参数（续） 表3-5-1 沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系

  47. §2-5 普通沉淀池 3、 主要设计内容 （1）工艺尺寸 1）有效沉淀面积、池长、池宽、池深等； 有效沉淀面积A： 沉淀区有效容积V： 沉淀区高度h1： 对于辐流式沉淀池，依据沉淀面积即可确定沉淀池的直径； 对于平流式沉淀池，依据必需的长宽比和宽深比可确定沉淀池的长和宽。 对于竖流式沉淀池，工艺尺寸的确定另外给出。

  48. 3、 主要设计内容（1）工艺尺寸 2）水渠、配水区（墙或管）、出水渠等； 按辐流式、平流式沉淀池、竖流式沉淀池分别介绍。 辐流式沉淀池（中心进水周边出水） • 中心管：中心管管径按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计； • 导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的5％； • 出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的1／10R处； • 出水堰：单侧或双侧三角堰。 • 超高、缓冲区

  49. 3、 主要设计内容（1）工艺尺寸（辐流式沉淀池） 设计计算 ① 有效水深h2：通常取1/2半径处的深度值 ② 表面积F：F=Q/q ③ 有效直径： 或 （f为中心管面积） ④ 径深比： 径∶深不小于6

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