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整理第三章沉淀与澄清
第三章沉淀与澄清
(Sedimentation,orsettlingandClarification)
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(discreteparticlesettling)
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=1/6πd3(ρp-ρl)g
所受到的水的阻力F2=CDρlu2/2πd2/4
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(terminalvelocity)计算公式(对球形颗粒):
对于非球形颗粒:
φ:
形状系数
CD与Re有关。
Re<1,CD=24/Re
μ:
水的动力粘度,Pas
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
1.在ti时,从底部取样,测定Ci
2.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
3.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
u 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: 1.颗粒为自由沉淀 2.水流水平流动,在过水断面上,各点流速相等。 3.颗粒到底就被去除。 水平流速v=Q/(h0B)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 u 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(flocculentsettling) 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P 得出相应的表面负荷q 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,出现清水-浑水交接面 出现4个区,参见图16-2。 A: 清水区 B: 等浓度区(与原水颗粒浓度相同)或称受阻沉降层 颗粒沉速等于界面(1-1面)沉降速度,等速下降(Vs) C: 变浓度区 颗粒浓度由小变大 D: 压实区 颗粒沉速从大――小 悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程 界面(2-2面)以一定速度上升 沉淀开始,1-1面下降,2-2面上升 当t=tc时,1-1面和2-2面相遇时,临界沉降点 当再延长沉降时间,污泥层就会发生压实。 分区的条件: 最大颗粒粒径/最小颗粒粒径<6 发生在: 混凝后的矾花(>2-3g/L) 活性污泥>1g/L 高浓度泥沙>5g/L 二、沉降过程曲线 以1-1界面的高度为坐标,可以作出沉降过程曲线。 b-c的斜率代表1-1界面的等速沉降 Cc为临界点 最后压实高度为H∞ ●沉降过程曲线的相似性,与水深无关(当原水颗粒浓度一样时)。 OA1/OA2=OB1/OB2 由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线 证明见: Kynch理论 ●界面沉降速度Vs与颗粒浓度有关 Vs=f(C) 对于活性污泥 Vs=ac-n(n>1) ● 临界点图解近似求解法 第5节沉淀池 一、分类 平流式 竖流式 辐流式 斜流式 二、平流式沉淀池 进水区、沉淀区、存泥区、出水区 1.构造 1)进水区 流量均匀分布 可采用配水孔或者缝 给水中,通常采用穿孔花墙v<0.15-0.2m/s 2)沉淀区 水力条件要求: 减少紊动性: 紊动性指标Re=vR/νν: 运动粘度 提高稳定性: 弗劳德数Fr=v2/Rg(Fr高,表明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗能力强。 同时满足的只能降低水力半径R,措施是加隔板 L/B>4,L/H>10 水流速度的控制也很重要 适宜范围: 10-25mm/s(给水) 5-7mm/s(污水) 3)出水区 出水均匀。 通常采用: 溢流堰(施工难) 三角堰(对出水影响不大) 淹没孔口(容易找平) 控制单位堰长的出水量: 给水: <500m3/(md) 初沉: <2.9L/(ms) 二沉: 1.5-2.9L/(ms) 4)存泥区及排泥措施 ●泥斗排泥 靠静水压力1.5–2.0m,下设有排泥管 多斗形式,可省去机械刮泥设备(池容不大时) ●机械排泥 带刮泥机,池底需要一定坡度 虹吸吸泥车 2.设计计算 1)设计参数的确定 ✧u0或T0 由沉淀实验得到选u0时,絮凝性颗粒-----池深要与实验柱高相等 选T0时,无论颗粒的性质如何-------池深要与实验柱高相等 考虑水流的影响 u设=u0/1.25-1.75T设=1.5-2.0T0 在数值上,q设=u设 根据经验: q设(m3/m2h)T设(h) 给水处理(混凝后)1-21-3 初次沉淀池1.5-31-2 二次沉淀池(生物膜法后)1-21.5-2.5 (活性污泥法后)1-1.51.5-2.5 2)设计计算 ✧以q来计算 A=Q/q设 L=3.6vT;T: 水力停留时间 水流流速v=10-25mm/s(给水) 5-7mm/s(污水) 宽度B=A/L ✧以T来计算 计算有效体积V=QT 选池深H(3.0-3.5m) 计算B=V/(LH)L=3.6vT 校核水流的稳定性,Fr=10-4~10-5之间。 二、竖流式沉淀池 水流上升速度v 颗粒沉速>v,下沉 ≤v,沉不下来 根据沉淀实验得u0---u设;v设≤u设 沉淀去除率=1-p0 无沉淀资料时,对于生活污水,v设=1.5-3m/h,T设=1–2.0h 由v设→A=Q/v设注意: A的算法 →直径φ 由T设→H=v设T设 φ/H<3,使水流接近竖流,φ<10m 注意: 中心管的流速不宜太大,<30mm/s 适用于小水深,池深大,但沉淀效果较差 排泥方便,占地小。 三、幅流式沉淀池 1.中央进水幅流式 带刮泥机: 中央驱动式 周边驱动式(使用较多) φ=20-30mm,φ>16mm 适用于大水量,但占地大,机械维修,配水条件差 由于水流速度由大――小 颗粒沉降轨道是曲线。 计算: 由q设――A=Q/q设 H=u设T设 u设: 1.5-3m/h;T设: 1.5-2.5h 2.向心幅流式 周边进水――中心进水: 进水断面大,进水易均匀 周边进水――周边出水 向心式的表面负荷可提高约1倍。 四、斜板(管)沉淀池 1.原理 沉淀效率=ui/Q/A 在原体积不变时,较少H,加大A,可以提高沉淀效率或提高Q ⇒浅层理论 1904年Hazen提出 1945年Camp认为池浅为好 1955年多层沉淀池产生(Fr和Re可以同时满足) 1959年日本开始应用斜板 1972年中国汉阳正式应用 断面形状: 圆形、矩形、方形、多边形 除园性以外,其余断面均可同相邻断面共用一条边。 水力半径R>d/3---------斜板 R≤d/3--------斜管 斜管比斜板的水力条件更好。 材质: 轻质,无毒 纸质蜂窝、薄塑料板(硬聚氯乙烯、聚丙烯) 2.构造 1)异向流 异向流基本参数: θ=60度,L=1-1.2m 板间距50-150mm 清水区0.5-1.0m 布水区0.5-1.0m u0=0.2-0.4mm/s,v≤3mm/s Q设=ηu0(A斜+A原)η: 0.6-0.8,斜板效率系数;A斜: 斜板在水平面的投影面积 2)同向流 水流促进泥的下滑,斜角可减少到30-40度 沉淀效果提高,但构造比较复杂,使用少 Q设=ηu0(A斜-A原) 3)横向流 使用少,结构和平流式沉淀池较接近,易于改造,但水流条件差(Re大),难支撑 Q设=ηu0A斜 3.优缺点 优点: 沉淀面积增大,水深降低,产水量增加 q=9-11m3/(m2h) 平流式q<2m3/(m2h) 层流状态Re<200,平流式>500 缺点: 停留时间短(几分钟),缓冲能力差 对混凝要求高 耗材,有时堵,常用于给水处理,和污水隔油池 五、沉砂池 原理与沉淀池相同。 功能: 去除比重较大的无机颗粒(如泥沙、煤渣等) 保证措施: 流速控制 常用的有: 平流沉砂池、曝气沉砂池 平流式沉砂池: 最大流速0.3m/s,最小流速0.15m/s 最大流量时的停留时间不少于30s,一般30-60s 曝气沉砂池: 旋流速度: 0.25-0.3m/s 最大流量时的T: 1-3min,水平流速: 0.1m/s 第6节澄清池(Clarifier) 污泥再悬浮起来,池中保持大量矾花,脱稳胶体靠接触凝聚粘附在活性泥渣上。 →(混合)→澄清 常用于给水处理 需保持矾花一定浓度,通过排泥控制沉降比在20-30%。 泥渣悬浮型(过滤型): 矾花容易冲出去,但对细小矾花具有过滤作用 如悬浮澄清池、脉冲澄清池 泥渣循环型(分离型): 效果与上相反 如机械加速澄清池、水力循环澄清池 一、加速澄清池 1920年美国infilco公司发明的 1935年有工程实例 1965年我国开始使用 一反应区容积: 15-20分Q 二反应区容积: 7-10分Q 分离区v上=1-1.2mm/s t总=1-1.5h,比平流式快 需定期排泥 回流泥量Q’=3-5Q 第2: 第1: 清水区=1: 2: 7 优点: 处理效果好,稳定,适应性强,适用于大、中水厂 缺点: 机电维修 启动时有时需人工加土和加大加药量 二、水力循环澄清池 喷嘴速度过大、过小都不行,v=4-7m/s 喉管v=2-3m/s 一反应室出口v=60mm/s t=15-30s 二反应室下降v=40-50mm/s 出口v=5mm/s t=80-100s 分离区v=1-1.2mm/s,t=1h 回流泥量=2-4Q 优点: 不需机械搅拌,结构简单 缺点: 反应时间短,运行不稳定,泥渣回流控制较难,适应性差,适用于小水厂。 三、脉冲澄清池 靠脉冲方式进水,悬浮层发生周期性的收缩和膨胀: 1)有利于颗粒和悬浮层接触;2)悬浮层污泥趋于均匀。 配水方式: 紊流板 充水时间: 25-30s 放水时间: 6-10s 1956年法国首先发明 工作稳定、单池面积大、造价低,但周期不易调整。 四、悬浮澄清池 强制出水管出水20-30%,来保持池内泥渣浓度一定。 池内水流上升速度v=0.8-1.0mm/s 结构简单,但运行适应性差(水温、水量、变化时,泥渣层工作不稳定) (2)是否符合国家产业政策和清洁生产标准或要求。 1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定 (三)安全预评价程序 3.规划环境影响报告书的审查效力 (二)建设项目环境影响评价的工作等级 《建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法》(国家安全生产监督管理总局令第36号)第四条规定建设项目安全设施必须与主体工程“同时设计、同时施工、同时投入生产和使用”。 安全设施投资应当纳入建设项目概算。 并规定在进行建设项目可行性研究时,应当分别对其安全生产条件进行论证并进行安全预评价。 1.筛选环境影响: 环境影响被筛选为三大类,一类是被剔除、不再作任何评价分析的影响,如内部的、小的以及能被控抑的影响;另一类是需要作定性说明的影响,如那些大的但可能很不确定的影响;最后一类才是那些需要并且能够量化和货币化的影响。 (二)建设项目环境影响评价的工作等级 ✧ ✧(四)建设项目环境影响评价资质管理澄清池中加斜板,注意反应室的配套设计 ✧ ✧建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据,环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。 欧洲过滤型澄清池多,美国机械加速澄清池多。
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