水处理I-第二章：水物理处理

0
u1 u0
( P1 )
u2 u0
( P2 )
...
un u0
( Pn )
0
h1 H
( P1 )
h2 H
( P2 )
...
hn H
( Pn )
0 沉降高度为
H , 沉降时间
t
时的去除率
0
;
P1 , P2 ,... Pn 沉淀百分数之间的数值 差 ;
u 0 , u1 ,... u n 颗粒的平均沉速 ;
例2-2 某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效 水深H为1.8m的沉淀柱内作沉淀试验，结果如下：
时间t（min） 0 60 80 100 130 200 240 420
取样浓度C （mg/L）
300 189 180
168
156
111
78 27
试求此废水在一负荷为25m3/m2.d的沉淀设备内悬浮物质的理论
1、格栅的间隙数 n
Q sina n max
ehv 式中：Qmax—最大设计流量，m3/s
e—栅条间距，m h—栅前水深，m v—过栅流速，m/s 2、栅槽宽度 B
B=s(n-1)+en (m )
式中：B—格栅宽度，m；n—格栅间隙数; s—栅条宽度，m；
3、通过格栅的水头损失
h2 kh0
h0
迎水面为半圆形的矩形 圆形
迎水、背水面均为半圆形的矩形
正方形
计算公式
4
s 3 d
d s
d
12
数值 =2.42 =1.83 =1.79 =1.67
=0.64
4、栅后槽总高度h总
Hhh1h2
式中：H—栅槽总高度，m； h—栅前水深，m； h1—栅前渠道超高，一般h1=0.3m。
5、栅槽总长度L L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tgα
※ 物理处理对象：漂浮物、悬浮物质 ※ 物理处理方法和设备：
筛滤截留法——筛网、格栅、滤池与微滤机等； 重力分离法——沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池等； 离心分离法——离心机与旋流分离器等；
§2.1 格栅和筛网 §2.1.1 格栅(Screen)
（1）作用：用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗 大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
筛网种类，确定水力负荷q（m3/min·m2）；
计算筛网面积，选定筛网台数
A=Q/q
§2.2 沉淀理论
§2.2.1 概述 污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除； 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，沉淀分为4种类型： 自由沉淀 絮凝沉淀 区域沉淀 压缩沉淀
（1）自由沉淀(Discrete Settling)： 悬浮物质浓度不高； 颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态(离散状态)； 沉速不变，各自独立完成沉淀过程；
2）颗粒去除率计算：
若要求去除颗粒的沉速为u0=H/t；
utu0 的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：1- x0；
ut<u0 的颗粒去除量应为:
u x 0
t
dx
0
u0
总的去除率 :
(100
x0)
100
u0
x0 0
ut
dx
E
E
沉降时间 t (min)
图 E-t曲线
颗粒沉速 u 图 E- u曲线
(1005)4100.004 76% 2 0.0174
（2）絮凝沉淀 A、特点： 在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大； 悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度有关； 无理论描述公式，只能通过实验预测沉淀效果； B、沉淀实验： 1）在时间ti，不同深度测Ci，算出不同高度的去除 百份率（C0-Ci/ C0 ）； 2）绘制去除百分率等值线； 3）计算颗粒去除率；
层流(laminar flow)：当流体流动时，各质点间互相平行，不相干扰。 紊流(turbulent flow)：流体除了向前流动外，并碎成许多漩涡，而与侧边的流体混合。
B、沉淀颗粒去除率 1）沉淀实验： 取直径80-100mm，高度为1500-2000mm的沉淀筒n个； 将已知悬浮物浓度C0的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后实验； 取样点设在水深 H=1200mm处； 在沉淀时间为t1,t2,…ti…tn时，分别在各取样筒内，取出 取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，分别 为C1,C2,…Ci…Cn ； 悬浮物的剩余量为x0= Ci/C0 ，相应的去除量为1- x0 ； 制作剩余量x0与ui关系曲线；
面积 ;
F3
Cd2yu2
8
Cd2
4
y
u2 2
CAy
u2 ; 2
m
du dt
g (
g
y)
d 6
3
C
d 4
2
y
u2 2
作用力达平衡时
: du 0 , 颗粒等速下沉时
:
dt
1
u
4 3
g C
g y y
d
2
层流状态
Re 2 C 24 Re du y
Re
u g y gd 2 18
（4）压缩沉淀(Compression Settling)： 颗粒在水中的浓度很高； 上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水， 使颗粒群被压缩；
Sedimentation is employed for the removal of suspended solids from wastewaters.
（2）画残余颗粒百分数与沉降速度间的关系曲线；
（3）计算指定的颗粒沉速：
u0=25 (m3/m2.d)=0.0174(m/min)
由图查得：大于指定沉速u0 的颗粒与全部颗粒的比值x0=54%；
ห้องสมุดไป่ตู้
（4）公式中积分部分
ut x 之和。
x0 0
u
t
dx
可由图2-13求出，相当于各矩形面积
x（%） ut
h1 , h2 ,... hn 中心高度 ;
例2-3 某一废水在有效水深为1.8m的沉淀柱内进行沉降试验。由沉淀柱 不同沉淀时间、不同深度的悬浮去除率表示于图中。去除百分数曲线用 这些数据内插法绘制的。求沉淀时间为60min时的悬浮物总去除率。
解：
60min时底部取样口悬浮物的去除百分数为48%； 48%的颗粒沉速1800/（6060）=0.5mm/s; 沉速小于0.5mm/s的颗粒只有部分沉到底部，而且按u/u0的比例除去； 去除率48%-50%,50%-65%，65%-80%的中心高度分别为1.7m,1.3m,0.7m; 在48%-50%的颗粒具有一平均沉降速度:1700mm/6060=0.47mm/s; 在50%-65%的颗粒具有一平均沉降速度:1300mm/6060=0.35mm/s; 在65%-80%的颗粒具有一平均沉降速度:700mm/6060=0.2mm/s; 以后的增量之间颗粒沉速很小,可以忽略不计算:
ut x（%）
6
6
10
0.015 0.0122 0.01
0.09 0.07 0.10
（5）悬浮物质的理论总沉降去除率：
10
10
6
6
0.0085 0.0070 0.0048 0.0016
0.09 0.07 0.03 0.01
ut x0.4% 60.0046
(100x0)1u000x00utdx(100x0)1u000utx
总沉降去除率。
解： （1）计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应沉降速度；
时间t（min）
残余颗粒百分数 C/C0（%） 沉降速度
u=H/t(m/min)
60
80 100 130 200 240 420
63
60
56
52
37
26
9
0.03 0.025 0.02 0.0155 0.01 0.0083 0.0048
0
u1 u0
( P1 )
u2 u0
(P2 )
...
un u0
(Pn )
48 0.47 (50 48) 0.35 (65 50) 0.2 (80 65)
0.5
0.5
0.5
或
0
h1 H
( P1 )
h2 H
(P2 )
...
hn H
(Pn )
48 1.7 (50 48) 1.3 (65 50) 0.7 (80 65)
u 颗粒沉速 , m / s ;
m 颗粒质量 ; t 沉淀时间 ;
A 颗粒在垂直面上的投影 d 颗粒的直径 ; C 阻力系数 ;
F1 颗粒的重量 F 2 颗粒的浮力
, F1
d 6
3
g
g;
, F2
d 6
3
g
y;
液体的粘滞度 ; g 颗粒的密度 ; y 液体的密度 ;
F3下沉过,程 受中 到的摩擦 , 阻力
1）临界点图解近似求解法
2）沉降过程曲线的相似性，与水深无关；
H
H1 H2
O2/A O1 AO2/B O1B A1
A2
B1
B2 t
§2.2.3 理想沉淀池原理
目的：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果；
理想沉淀池的基本假设： ❖ 沉淀池各过水段面上各点的流速均相同； ❖ 颗粒为自由沉淀,颗粒的水平分速等于水流速度； ❖ 颗粒沉到底即认为被去除；
【例题分析】
§2.1.2 筛网(Screen mesh)
（1）作用：去除沉淀法难以去除的细小悬浮物(纤维、纸浆、藻类) （2）类型：振动筛网、水力筛网、转筒筛网；
（3）筛网的设计计算
根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔