1第第3 3章章沉沉 淀淀 Sedimentation2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1 1、沉淀的定義、沉淀的定義 懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為懸浮顆粒在重力作用下，從水中分離的過程稱為沉淀沉淀。實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構(gòu)筑物或設(shè)備稱為實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒與水分離的構(gòu)筑物或設(shè)備稱為沉淀池沉淀池。 (1) (1) 當(dāng)懸浮物密度大于水時(shí)，懸浮物下沉與水分離。當(dāng)懸浮物密度大于水時(shí)，懸浮物下沉與水分離。 沉沉 淀淀 (2) (2) 當(dāng)懸浮物密度小于水時(shí)，懸浮物上浮與水分離。當(dāng)懸浮物密度小于水時(shí)，懸浮物上浮與水分離。 上上 浮浮 3 2 2、沉淀去除的對(duì)象及構(gòu)筑物、沉淀去除的對(duì)象及構(gòu)筑物 砂粒砂粒 化學(xué)沉淀化學(xué)沉淀 混凝絮體混凝絮體 生物污泥生物污泥 污泥濃縮污泥濃縮 沉砂池沉砂池濃縮池濃縮池沉淀池沉淀池4 3 3、位置及作用、位置及作用 A A、作為處理系統(tǒng)的主體；、作為處理系統(tǒng)的主體； B B、工藝流程主體處理單元之前、工藝流程主體處理單元之前預(yù)處理；預(yù)處理； C C、工藝流程主體處理單元之后；、工藝流程主體處理單元之后； D D、污泥處置。污泥處置。（1 1）城市污水處理工藝）城市污水處理工藝: :污水污水格柵格柵沉砂池沉砂池初沉池初沉池好氧好氧二沉池二沉池排水排水濃縮池濃縮池消化消化污水污水格柵格柵沉砂池沉砂池初沉池初沉池好氧好氧二沉池二沉池排水排水濃縮池濃縮池消化消化5（2 2）高濃度有機(jī)廢水處理工藝）高濃度有機(jī)廢水處理工藝: :廢水廢水沉淀沉淀調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池厭氧厭氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水廢水廢水沉淀沉淀調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池厭氧厭氧沉淀池沉淀池好氧好氧沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水（3 3）含鉻廢水處理工藝：）含鉻廢水處理工藝：藥劑藥劑廢水廢水混合反應(yīng)池混合反應(yīng)池沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水藥劑藥劑廢水廢水混合反應(yīng)池混合反應(yīng)池沉淀池沉淀池排水排水濃縮池濃縮池脫水脫水6 (1)(1)自由沉淀自由沉淀 水中懸浮物顆粒水中懸浮物顆粒濃濃度度低，呈低，呈離散離散狀態(tài)；狀態(tài)；互互不干擾不干擾，各自完成沉淀，各自完成沉淀過程。顆粒在下沉過程過程。顆粒在下沉過程中的中的形狀、尺寸、密度、形狀、尺寸、密度、不發(fā)生變化。不發(fā)生變化。 例如例如：沉砂池沉砂池 4 4、沉淀類型、沉淀類型 根據(jù)根據(jù)懸浮顆粒的性質(zhì)懸浮顆粒的性質(zhì)及其及其濃度的高低濃度的高低，沉淀可分為，沉淀可分為四種類型：四種類型：7 ( (2)2)絮凝沉淀絮凝沉淀 水中懸浮物濃度不高，水中懸浮物濃度不高，但有但有絮凝絮凝性能。在沉淀過程性能。在沉淀過程中互相碰撞發(fā)生中互相碰撞發(fā)生凝聚凝聚，其其粒粒徑和質(zhì)量徑和質(zhì)量均隨沉淀距離增加均隨沉淀距離增加而增大，沉淀速度加快。而增大，沉淀速度加快。 例如：例如：二沉池；二沉池； 混凝沉淀?；炷恋?。8 (3)(3)擁擠沉淀?yè)頂D沉淀( (分層沉淀分層沉淀) ) 水中水中懸浮物濃度較高懸浮物濃度較高，顆，顆粒下沉受到周圍其它顆粒的粒下沉受到周圍其它顆粒的干干擾擾，沉速降低，顆粒碰撞互相，沉速降低，顆粒碰撞互相 “凝聚凝聚”而共同下沉，形成一而共同下沉，形成一明顯的泥、水界面。明顯的泥、水界面。沉淀過程沉淀過程實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是泥、水界面泥、水界面下降的下降的過程，過程，沉淀速度為界面下降速度沉淀速度為界面下降速度。 如：如：二沉池的上部；二沉池的上部； 污泥濃縮池上部污泥濃縮池上部。動(dòng)畫動(dòng)畫9 (4)(4)壓縮沉淀壓縮沉淀 當(dāng)懸浮物濃度很高、顆當(dāng)懸浮物濃度很高、顆粒互相接觸、互相支承，在?；ハ嘟佑|、互相支承，在上層顆粒的重力作用下將下上層顆粒的重力作用下將下層顆粒間的水?dāng)D出，使顆粒層顆粒間的水?dāng)D出，使顆粒群濃縮群濃縮。 例如：例如：二沉池污泥斗二沉池污泥斗; ; 濃縮池底部。濃縮池底部。10第二節(jié)第二節(jié) 自由沉淀自由沉淀一、自由沉淀的假定條件一、自由沉淀的假定條件 實(shí)際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十實(shí)際中水流狀態(tài)、懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十分復(fù)雜的，分復(fù)雜的，在水中自由沉降過程的在水中自由沉降過程的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)動(dòng)力學(xué)本質(zhì)，進(jìn)進(jìn)行如下假定行如下假定： 顆粒為球形，沉淀過程中大小、形狀和質(zhì)量均不顆粒為球形，沉淀過程中大小、形狀和質(zhì)量均不發(fā)生變化；發(fā)生變化； 液體為靜止?fàn)顟B(tài)；液體為靜止?fàn)顟B(tài)； 顆粒沉淀不受容器器壁影響；顆粒沉淀不受容器器壁影響； 顆粒沉淀僅受重力和顆粒沉淀僅受重力和水的作用水的作用。作用方式？作用方式？11二、自由沉淀速度二、自由沉淀速度 (1) 顆粒在靜水中的受力情況顆粒在靜水中的受力情況 重力：重力： 浮力：浮力： 阻力：阻力： F2 浮力F3 阻力F1 重力gdFS3161gdF3261223uAF 式中：式中：s,表示顆粒及水的密度表示顆粒及水的密度 g重力加速度重力加速度 A顆粒在沉淀方向上的投影面積，對(duì)球形顆粒，顆粒在沉淀方向上的投影面積，對(duì)球形顆粒，A=d2/4 u顆粒沉速顆粒沉速 阻力系數(shù)，它是阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)雷諾數(shù)（ ）和）和顆粒形狀顆粒形狀的函數(shù)。的函數(shù)。 水的粘度水的粘度udRe12 (2)(2)顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)情況顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)情況 在靜水中懸浮顆粒在靜水中懸浮顆粒開始沉淀時(shí)開始沉淀時(shí)，因受重力作用而產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，同因受重力作用而產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)水的阻力也逐漸增大。時(shí)水的阻力也逐漸增大。 經(jīng)一很短時(shí)間后經(jīng)一很短時(shí)間后，當(dāng)，當(dāng)阻力阻力F F3 3增增大到與顆粒的大到與顆粒的“重力重力F F1 1和和浮力浮力F F2 2之差之差”相等時(shí)，顆粒作相等時(shí)，顆粒作等速下沉運(yùn)動(dòng)等速下沉運(yùn)動(dòng)。 等速沉淀的速度常稱等速沉淀的速度常稱沉淀末速沉淀末速度度，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱沉速沉速。 F2 浮力F3 阻力F1 重力13 (3)顆粒沉淀速度顆粒沉淀速度在等速沉淀情況下，在等速沉淀情況下，F(xiàn) F1 1-F-F2 2=F=F3 3，即，即: :23326161uSAgdgd水流狀態(tài)：水流狀態(tài)： 層流狀態(tài)：層流狀態(tài)：Re1時(shí)，時(shí)， Stokes 式式 過渡狀態(tài)：過渡狀態(tài)：1Re103 時(shí)，時(shí)， Fair式式 紊流狀態(tài)：紊流狀態(tài)：103Re時(shí)，時(shí)，u0,u0,顆粒下沉；顆粒下沉； 當(dāng)當(dāng)s s時(shí)，時(shí)，u0,u20md20m的顆粒。的顆粒。 對(duì)于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆對(duì)于粒徑較小的顆粒，可以通過混凝增大顆粒粒徑，促進(jìn)沉淀；粒粒徑，促進(jìn)沉淀；C. C. 與與水的粘度水的粘度成反比；成反比； 因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于加因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。速沉淀。15 (1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)際廢水中懸浮物實(shí)際廢水中懸浮物顆粒粒徑不均勻，形顆粒粒徑不均勻，形狀各異，密度也有差異。狀各異，密度也有差異。 通過沉淀試驗(yàn)：通過沉淀試驗(yàn)： 了解廢水中懸浮物的沉淀特點(diǎn)；了解廢水中懸浮物的沉淀特點(diǎn)； 為工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)。為工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)。三、自由沉淀實(shí)驗(yàn)三、自由沉淀實(shí)驗(yàn)16H取樣口沉降柱沉降柱 (2) 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)編號(hào): 1 2 3: 1 2 3n n原水濃度：原水濃度：C C0 0 C C0 0 C C0 0C C0 0有效水深：有效水深：H H HH H HH H取樣時(shí)間：取樣時(shí)間：t t1 1 t t2 2 t t3 3t tn n取樣濃度：取樣濃度：C C1 1 C C2 2 C C3 3C Cn nC Ci i/C/C0 0= = X Xi i X X1 1 X X2 2 X X3 3X Xn n H/tH/ti i=u=ui i u u1 1 u u2 2 u u3 3u un n 顆粒沉降到取樣口顆粒沉降到取樣口被認(rèn)為去除；被認(rèn)為去除； 沉降速度沉降速度u u：在指定時(shí)間在指定時(shí)間t t內(nèi)，能從液面恰好沉到水深內(nèi)，能從液面恰好沉到水深H H處處最小顆粒的沉速。最小顆粒的沉速。u=H/tu=H/t X Xi i表示沉速表示沉速u uu ui i的顆的顆粒濃度與原始濃度的比值粒濃度與原始濃度的比值沉速uuuxdxxxx+dxx1-x沉速u 的顆粒與全部顆粒的重量比X懸浮污沉淀累積分布曲線17 (3) (3) 沉淀效率計(jì)算沉淀效率計(jì)算 uuuu0 0顆粒去除率：顆粒去除率：t t0 0時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，沉淀沉淀距離距離H,H,全部去除。全部去除。沉速uuuxdxxxx+dxx1-x沉速u 的顆粒與全部顆粒的重量比 uuuu0 0顆粒去除：顆粒去除：在在t t0 0時(shí)間內(nèi)其沉淀距離為時(shí)間內(nèi)其沉淀距離為h h H,H,有有部分顆粒通過取樣面被去除部分顆粒通過取樣面被去除, ,去除比例為去除比例為h/H;h/H;即：即： X去除率為去除率為(1- X(1- X0 0) )X X0 0表示沉速表示沉速uuuu0 0的顆的顆粒與全部顆粒的比。粒與全部顆粒的比。 uuuu0 0所有顆粒的去除率：所有顆粒的去除率：某一顆粒與某一顆粒與顆?？偭康谋壤秊轭w粒總量的比例為dxdx，被去除的顆粒為：，被去除的顆粒為：沉速沉速uuuu0 0所有顆粒的去除率應(yīng)為：所有顆粒的去除率應(yīng)為：0000uutuutHhdxuu0000 xdxuu18 在在t t0 0時(shí)間內(nèi)，各種顆粒沉淀的時(shí)間內(nèi)，各種顆粒沉淀的總?cè)コ士側(cè)コ蕿椋簽椋?dxuuxEx00001）（沉 速 uuuxdxxxx+dxx1-x沉 速 u 的 顆粒 與 全 部 顆 粒的 重 量 比X19思考思考：沉降曲線與沉淀實(shí)驗(yàn)的水深有無關(guān)？沉降曲線與沉淀實(shí)驗(yàn)的水深有無關(guān)？020406080100306090 120 150E(%)t(min)0200.05604080E(%)1000.10.20.15圖 自由沉淀型沉降曲線u0(mm/s) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可繪制根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可繪制E E- -t t和和E E- -u u0 0關(guān)系曲線，關(guān)系曲線，稱為稱為沉降特性曲線沉降特性曲線20 上述實(shí)驗(yàn)工作量太大，嚴(yán)格地說，經(jīng)沉降時(shí)間上述實(shí)驗(yàn)工作量太大，嚴(yán)格地說，經(jīng)沉降時(shí)間t t后，將有效水深內(nèi)全部水樣取出，測(cè)定剩余懸浮后，將有效水深內(nèi)全部水樣取出，測(cè)定剩余懸浮物濃度物濃度C,C,按下式計(jì)算效率按下式計(jì)算效率E E： 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法： (1)(1)從有效水深的從有效水深的上、中、下部上、中、下部同時(shí)取相同時(shí)取相同數(shù)量水樣混合后求出同數(shù)量水樣混合后求出平均懸浮物濃度平均懸浮物濃度。 (2)(2)中部取樣方法：中部取樣方法：可以假定懸浮物濃度可以假定懸浮物濃度沿深度呈直線變化，將沿深度呈直線變化，將取樣口設(shè)在取樣口設(shè)在H/2H/2處。處。HH2%10000cccE21 例題：例題：某廢水靜止沉淀試驗(yàn)，有效水深某廢水靜止沉淀試驗(yàn)，有效水深為為1.2m1.2m，c c代表沉降時(shí)間代表沉降時(shí)間t t時(shí)取樣中所含的懸時(shí)取樣中所含的懸浮物濃度，浮物濃度，C C0 0代表起始懸浮物濃度。代表起始懸浮物濃度。 求：沉速為求：沉速為3cm/min3cm/min時(shí)懸浮顆粒的去除百時(shí)懸浮顆粒的去除百分率。分率。 22解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：時(shí)間t(min)01530456090180 u=H/t（cm/min） 842.6721.330.67以u(píng)為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：已知：時(shí)間t(min)01530456090180C/C0(X)10.960.810.620.460.230.0623 當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分式可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為： 00 xudx 0.1(0.5+1.0+1.3+1.6 +2.0+2.4)+0.072.7 =1.07故沉速為3cm/min時(shí)，總?cè)コ蕿椋?E=（1-0.67）+1/31.07=0.69u(cm/min)24思考題思考題 如何理解沉速如何理解沉速uuuu0 0的顆粒部分被去除，的顆粒部分被去除，去除比例為去除比例為u/uu/u0 0？ 25第三節(jié)第三節(jié) 絮凝沉淀絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性懸浮物由于原水中含絮凝性懸浮物（如投加混凝劑后（如投加混凝劑后形成的礬花、生活污水中的有機(jī)懸浮物、活性污泥等）形成的礬花、生活污水中的有機(jī)懸浮物、活性污泥等），在沉淀過程中大顆粒將會(huì)趕上小顆粒，互相碰撞在沉淀過程中大顆粒將會(huì)趕上小顆粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。增加。 懸浮物濃度越高，碰撞機(jī)率越大，絮凝的可懸浮物濃度越高，碰撞機(jī)率越大，絮凝的可能性就越大。能性就越大。26 可見，懸浮物的去除率不僅取決于可見，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度沉淀速度，而且而且與深度有關(guān)與深度有關(guān)。 絮凝沉淀的效率通常由試驗(yàn)確定。鑒于以上絮凝沉淀的效率通常由試驗(yàn)確定。鑒于以上原因，原因，試驗(yàn)用的試驗(yàn)用的沉淀柱的高度沉淀柱的高度應(yīng)當(dāng)與擬采用的實(shí)應(yīng)當(dāng)與擬采用的實(shí)際沉淀池的深度相同，際沉淀池的深度相同，而且要盡量避免礬花因劇而且要盡量避免礬花因劇烈攪動(dòng)造成破碎，影響沉淀效果。烈攪動(dòng)造成破碎，影響沉淀效果。 27絮凝沉淀試驗(yàn)原理：絮凝沉淀試驗(yàn)原理： 采用多點(diǎn)取樣法。在直徑約采用多點(diǎn)取樣法。在直徑約0.1-0.2m0.1-0.2m，高約，高約1.5-1.5-2.0m2.0m，且沿高度方向設(shè)有約，且沿高度方向設(shè)有約5 5個(gè)取樣口的沉淀筒中倒入濃度個(gè)取樣口的沉淀筒中倒入濃度均勻的原水均勻的原水靜置沉淀靜置沉淀（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，（盡量避免絮凝體因劇烈攪拌而破碎，影響沉淀效果）影響沉淀效果），每隔一定時(shí)間，分別從各個(gè)取樣口采樣，每隔一定時(shí)間，分別從各個(gè)取樣口采樣，測(cè)定水樣的懸浮物濃度，計(jì)算測(cè)定水樣的懸浮物濃度，計(jì)算表觀去除率表觀去除率。以取樣口高度。以取樣口高度h h為縱坐標(biāo)，沉淀時(shí)間為縱坐標(biāo)，沉淀時(shí)間t t為橫坐標(biāo)，將各深度處的顆粒去除百為橫坐標(biāo)，將各深度處的顆粒去除百分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在坐標(biāo)紙上，如圖示。分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在坐標(biāo)紙上，如圖示。 把去除百分?jǐn)?shù)把去除百分?jǐn)?shù)p p相同的各點(diǎn)連成光滑曲線，稱相同的各點(diǎn)連成光滑曲線，稱為為等去處率曲線等去處率曲線，如下圖示如下圖示。2829等去處率曲線含義：等去處率曲線含義： 當(dāng)沉淀時(shí)間為當(dāng)沉淀時(shí)間為t t0 0時(shí)，對(duì)應(yīng)沉速時(shí)，對(duì)應(yīng)沉速u u0 0=H/t=H/t0 0，凡是，凡是uuuu0 0的的顆粒能全部被去除，顆粒能全部被去除，u0uu0 0的顆粒的顆粒的去除率的去除率 E-E-表示不同水深處表示不同水深處u ut tuu0 0的顆粒的去除率增量的顆粒的去除率增量 h -h -表示不同去除率增量之間的平均水深表示不同去除率增量之間的平均水深 （兩曲線之間的中點(diǎn)高度）（兩曲線之間的中點(diǎn)高度） dxuuxEx00001）（310.6m1.2m1.8m2040608010030%45%50%60%70%E1E2E3E4E5沉降高度沉降時(shí)間（min）3233 例題：某廢水靜止沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表中所示。實(shí)驗(yàn)有關(guān)水深為1.2m，表中c代表沉降時(shí)間t時(shí)由取樣口取樣中所含的懸浮物濃度，C0代表起始懸浮物濃度。求沉速為3cm/min時(shí)懸浮顆粒的去除百分率。 時(shí)間t(min)01530456090180C/C010.960.810.620.460.230.0634解：與各沉降時(shí)間相應(yīng)的顆粒沉速計(jì)算如下：時(shí)間t(min)01530456090180u=H/t（cm/min） 842.6721.330.67以u(píng)為橫坐標(biāo)，C/C0為縱坐標(biāo)作圖，如圖所示：3536 當(dāng)u0=3cm/min時(shí)，由圖可見小于該沉速的顆粒與全部顆粒的重量比x0=0.67，積分式 可由圖解求出，等于圖中各矩形面積之和，其值為： 0.10.5+0.10.1+0.11.3+0.11.6 +0.12.4+0.072.7=1.07故沉速為3cm/min時(shí)，總?cè)コ蕿?E=（1-0.67）+1/31.07=0.68700 xudx37 例題：某有機(jī)廢水含懸浮物430mg/l，絮凝沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示，試求該廢水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的總懸浮物去處率。表 沉淀試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間(min)指定深度的SS濃度和表觀去除率E（括號(hào)中數(shù)字）0.6 m1.2 m1.8 m 5356.9(17.0)387.0(10.0)395.6(8.0) 10309(28.0)346.2(19.5)365.5(15.0) 20251.6(41.5)298.9(30.5)316.1(26.5) 30197.8(54.0)253.7(41.0)288.1(33.0) 40163.4(62.0)230.1(46.5)251.6(41.5) 50144.1(66.5)195.7(54.5)232.2(46.0) 60116.1(73.0)178.5(58.5)204.3(52.5) 75107.5(75.0)143.2(66.7)180.6(58.0)38解：（1）描點(diǎn)繪制各取樣口處的E-t曲線。39（2）取一組E，從上圖中讀取各取樣口處達(dá)此E值所需要的沉淀時(shí)間t，列表E（%）t（min）0.6m1.2m1.8m51.22.53.7102.55.06.5206.711.014.53011.719.025.04018.030.039.05027.044.056.56038.561.577.57055.087.5-7575.0-40（3）按上表繪制等去除率曲線，見下圖：41（4）按計(jì)算公式計(jì)算深度為1.8m，時(shí)間60min時(shí)總?cè)コ剩?45.68.255608 . 115. 15 . 122 . 55 . 58 . 15 . 18 . 1