文档介绍：第四章沉淀与上浮
第一节沉淀的基本理论
第二节沉淀池
第三节隔油池
第四节气浮池
第五节化学沉淀
第一节沉淀的基本理论
根据水中悬浮物的密度、浓度及凝聚性,沉淀可分为四种基本类型。各类沉淀发生的水质条件如图4-1所示。
(l)自由沉淀颗粒在沉淀过程中呈离散状态,互不干扰,其形状、尺寸、密度等均不改变,下沉速度恒定。悬浮物浓度不高且无絮凝性时常发生这类沉淀。
(2)絮凝沉淀当水中悬浮物浓度不高,但有絮凝性时,在沉淀过程中,颗粒互相凝聚其粒径和质量增大,沉淀速度加快。
(3)成层沉淀当悬浮物浓度较高时,每个颗粒下沉都受到周围其他颗粒的干扰,颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下沉,颗粒群与澄清水层之间存在明显的界面。沉淀速度就是界面下移的速度。
(4)压缩沉淀当悬浮物浓度很高,颗粒互相接触,互相支承时,在上层颗粒的重力作用下,下层颗粒间的水被挤出,污泥层被压缩。
一、自由沉淀
水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的,因而影响颗粒沉淀的因素很多。为了简化讨论,假定:①颗粒外形为球形,不可压缩,也无凝聚性,沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变;②水处于静止状态;③颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。
静水中的悬浮颗粒开始沉淀时,因受重力作用而产生加速运动,但同时水的阻力也增大。经过一很短的时间后,颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡,此后作等速下沉运动。等速沉淀的速度常称为沉淀末速度,简称沉速。
如以F1、F2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力,则颗粒在水中的有效重量为
式中 d——球体颗粒的直径;
ρS、ρ——分别表示颗粒及水的密度;
g——重力加速度;
如以F3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力,则
(4-2)
式中 A—一颗粒在沉淀方向上的投影面积,对球形颗粒, A=1/4πd2
u——颗粒沉速;
λ——阻力系数,它是雷诺数(Re=ρud/μ)和颗粒形状的函数。
(4-1)
球形颗粒的阻力系数λ与Re有关,见图4-1。
当Re<1时, :呈层流状态
斯笃克斯公式:
(4-3)
(4-4)
该式表明:①颗粒与水的密度差(ρs-ρ)愈大、沉速愈快,成正比关系。②颗粒直径愈大,沉速愈快,成平方关系。③水的粘度μ愈小,沉速愈快,成反比关系.
当1000<Re<25000时,呈紊流状态, (4-3)得牛顿公式:
当1<Re<1000时,属于过渡区, λ近似为
代入得阿兰公式:
(4-5)
(4-6)
(4-7)
由式(4-3)可得阻力系数为
由此式结合Re可以推导出消去u或d的如下公式
因此,利用λRe2或λ/Re与Re的关系图可以求出d和u。此关系图见图4-2。
(4-8)
(4-9)
(4-10)
当已知d值要求沉速时,先由式(4-5)计算出λRe2,查图4-2得对应的Re,再由Re计算出u;当已知u值要求粒径d时,先由式(4-10)计算出λ/Re,查图4-2得Re值再由Re值算出d。
图4-2 球形颗粒的阻力系数及其函数与雷诺数的关系