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水质工程学
§1-1水源水质
1.原水中的杂质
或源于自然过程或源于人为的污染。
按照杂质尺寸的大小可将其分为悬浮物、胶体和溶解物三类
1.1悬浮物:
尺寸较大,易于下沉或上浮,当水流较慢时可去除。
1.2胶体:
尺寸很小,长期静置也难下沉,水处理解决的主要对象。
1.3溶解物:
包括有机物和无机物两大类。
无机物是工业用水的主要去除对象,有害有毒的则是生活饮用水的去除对象。
有机物会产生色、臭、味及毒性,主要来自污染,是目前研究的重点对象之一。
溶解杂质的主要形式:
1)溶解气体:
02、N2、CO2、H2S
2)离子:
阳离子、阴离子
2.各种天然水的水质特点
2.1地下水:
经地层渗滤,水质清澈,水质水温较稳定,宜作饮用水和工业冷却水水源。
2.2江河水:
受自然条件影响很大,水中悬浮物、胶体态杂质含量较多。
江河水的最大缺点就是易污染、水温不稳定。
2.3湖泊及水库水:
流动性小,浊度低、藻类多、含盐量高(淡水湖、微咸水湖和咸水湖3类)
2.4海水:
含盐量高,各种成分的比例基本一定,氯化物占89%左右,淡化后方可饮用。
3.受污染水源中的杂质:
水源污染是普遍问题,特别水有机物的污染尤为严重及危险(P236自看)。
其解决办法:
保护水源,控制污染源;强化处理工艺。
§1-2水质标准
定义:
水质标准是用户对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。
1.2标准的基本要求1)水中不得含有病源微生物(3种)。
2)水中所含化学物质(70多种)及放射性物质(2种)不得危害人体健康。
3)水的感官性状良好。
1.3.1感官性状和一般化学指标浊度、悬浮物、臭和味
2)化学指标
a杂质或污染物质的单项指标
b无机特性的综合指标
c有机污染物的综合指标
1.3.2毒理学指标指对人体有害的物质,包括众所多无机物、重金属及微量有机污染物,。
1.3.3细菌学指标细菌总数、大肠菌、余氯含量
1.3.2放射性指标总α放射性、总β放射性
1.给水处理的基本方法
1)去除颗粒物
方法有:
混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤(格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等)、膜分离(微滤、超滤)、沉砂(粗大颗粒的沉淀)、离心分离(旋流沉砂)等
2)去除、调整水中溶解(无机)离子、溶解气体的处理方法
处理方法有:
石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、膜分离(反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法)、水质稳定、除氟(高氟水的饮用水除氟)、氟化(低氟水的饮用水加氟)、吹脱(去除游离二氧化碳、硫化氢等)、曝气(充氧)、除气(锅炉水除氧等)等
3)去除有机物的处理方法
方法有:
粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大孔树脂吸附
4)消毒方法
方法有:
氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热消毒等
5)冷却方法
2.给水处理的基本工艺
1)饮用水常规处理工艺
2)在饮用水常规处理工艺的基础上,增加预处理和(或)深度处理的饮用水处理工艺
3)其他特殊处理工艺
§1-4反应器
反应器是化工生产过程中的核心部分,在反应器中既有化学反应过程又有物理反应过程,影响因素。
通过数学模型方法的简化,使得反应装置的选择、尺寸计算、过程操作及最优控制等找到了科学的方法。
许多水处理的理论来自于化工,特别是工业水处理更是发源于早期的化工工业,多数水处理设备与构筑物都可作为反应器来分析研究。
1.物料衡算与质量传递
1.1物料衡算方程
在反应器内,某物质无论发生何种变化,都必须遵守质量守恒定律。
设在反应器内某一指定部位,任选某一物组分i,可写出如下物料平衡式:
单位时间变化量=
单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应量
当变化量为零时(组分的浓度不随时间变化,多数属理想情况),称为稳态,即:
单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应量=0
1.2质量传递
反应器内物质的输入和输出都是质量传递的结果,按传递机理可分:
主流传递、分子扩散传递、紊流扩散传递。
1)主流传递
物质随水流主体而移动,称主流传递。
它与液体中物质浓度分布无关,而与流速有关。
传递速度与流速相等,方向与水流方向一致。
2)分子扩散传递
在溶液中,如存在浓度梯度时,则由于分子作无规则运动,高浓度区内的组分将向低浓度区扩散直至趋于均匀分布状态。
3)紊流扩散传递
大多数的水流为紊流,此时液体质点不仅具有随流的运动,还具有“各向”的脉动,从而引起物质的传递。
紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式;
2.理想反应器模型
即为了便于研究,将反应器理想模型化。
本书结合水处理介绍了三种理想反应器:
完全混合间歇式反应器(CMB型)、完全混合连续式反应器(CSTR型)、推流式反应器(PF型)等。
2.1完全混合间歇式反应器(CMB型)
这是一种间歇操作式搅拌器,即一次性投入,然后搅拌混合,再一次性排出,无输出与输入,故物料
2.2完全混合连续式反应器(CSTR)
连续流入、搅拌、连续流出,部分进料停留时间为零,部分则为无穷大
2.3推流型反应器(PF)
理想型PF反应器内的物料仅以相同的流速平行流动,而无扩散作用,经分析推导可得出前述CMB完全相同的公式:
3.非理想反应器
3.1一般概念
PF型和CSTR型反应器是两种极端的、假想的流型。
PF型反应器在进口端是在高浓度C0下进行反应,只是在出口端才在低浓度Ce下进行反应。
而CSTR型始终在低浓度Ce下进行反应,故CSTR型反应器生产能力低于PF型。
在CMB中,所有物料的停留时间都相同;CSTR型反应器中存在返混,即停留时间不同的物料之间混合。
第二章混凝
混凝:
水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝,是凝聚和絮凝的总称。
凝聚:
胶体失去稳定性的过程称为凝聚。
絮凝:
脱稳胶体相互聚集称为絮凝。
混凝三要素:
①水中胶体颗粒的性质;②混凝剂在水中的水解形式;③胶体与混凝剂的相互作用。
1.1水中胶体的稳定性:
是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
1.1.1胶体稳定性分:
“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。
1)动力学稳定性:
是指胶体粒子的布朗运动对抗重力影响的能力。
胶体粒子的布朗运动足以抵抗重力影响,故而长悬,称动力学稳定。
2)聚集稳定性:
指胶体粒子间不能相互聚集的特性。
在布朗运动下有聚集顷向,但由于①胶体带电相斥(憎水性胶体);②水化膜的阻碍(亲水性胶体)
3)两种稳定性间的关系:
很显然,如果胶体粒子表面电荷或水化膜被消除,则失去聚集稳定性,从而可聚集成大颗粒,使动力学稳定性破坏,沉淀就会发生。
因此,在动力学稳定性和聚集稳定两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
1.1.2胶体颗粒的双电层结构
胶体由胶核、密实层及扩散层所组成,故称为双电层结构。
由于胶核带负电荷(其表面电位ф称为总电位或表面电位或热力学电位),故在其表面将吸附并控制一层较密实且排列整齐的正电荷离子(该层表面称为滑动面,ф=0,其电位称为z电位)组成胶粒,与其外的扩散层(被热运动扰乱其排列)中的正电荷共同形成电性中和并组成胶团。
扩散层外边缘的z电位为零。
滑动面上的z电位决定了憎水胶体的聚集稳定性。
也决定亲水胶体的水化膜的阻碍,当ξ电位降低,水化膜减薄及至消失。
1.1.3胶体颗粒间的相互作用
一般用二者间的距离与相互作用力而不是电位来研究,如DLVO理论(P255)。
该理论认为,对于憎水性胶体,两颗粒接近以至发生双电层重叠时既存在静电斥力也存在范德华引力,能否聚集取决于这两力的相对大小。
即胶体颗粒之间的相互作用决定于由静电斥力产生的排斥能与范德华引力产生吸引能。
1)排斥势能:
ER-1/d2
2)吸引势能:
EA-1/d6(有些认为是1/d2或1/d3)
由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系。
当胶体距离x 布朗运动能量Eb=1.5kT,远远小于排斥能峰,胶体颗粒不可能发生凝聚。 1.1.4水化膜的形成与影响 由于亲水性胶粒表面极性基团对水分子的强烈吸附,使粒子被包裹一层较厚的水化膜,使得范德华引力不能发挥,从而使得胶粒无法相互靠近。 因此,对于亲水性胶体而言,水化作用是胶体聚集稳定性的主要原因,z电位的影响远小于水化膜的影响。 1.2硫酸铝在水中的化学反应 硫酸铝Al2(SO4)·18H2O溶于水后,立即离解出铝离子,通常是以[Al(H2O)6]3+存在,但接着会发生水解与缩聚反应,形成不同的产物。 产物包括: 未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化铝沉淀等。 各种产物的比例多少与水解条件(水温、pH、铝盐投加量)有关,见下页图6-3 1.3混凝机理 尽管水处理中的混凝现象比较复杂,不同类混凝及不同的水质条件下,作用机理有所不同,但当前比较一致的看法是混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种: 电性中和、吸附架桥和卷扫作用。 何为主,取决于混凝剂的种类、投加量、水中胶粒性质、含量及水温、PH值等,机理或是其中的一种、二种、三种。 1.3.1电性中和作用机理 电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理。 1)压缩双电层: 加入电解质,形成与反离子同电荷离子,产生压缩双电层(主要指扩散层厚度d)作用,使滑动面上的z电位降低到某zk,排斥能峰就可降为零,从而胶体颗粒失去稳定性,产生凝聚作用。 压缩双电层机理适用于叔采-哈代法则,即: 凝聚能力µ离子价数6。 该机理认为z电位最多可降至0。 因而不能解释以下两种现象: ①混凝剂投加过多,混凝效果反而下降;②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 2)吸附-电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。 指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等,来降低z电位。 其特点是: 当药剂投加量过多时,z电位可反号。 1.3.2吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒,以及胶粒与胶粒之间的架桥。 高分子絮凝剂投加后,通常可能出现以下两个现象: ①高分子投量过少,不足以形成吸附架桥; ②但投加过多,会出现“胶体保护”现象,见图6-6; 1.3.3网捕或卷扫 当铝盐或铁盐混凝剂投量很大时,金属氢氧化物在形成及沉淀过程中可对胶粒产生网捕与卷扫作用。 所需混凝剂量与原水杂质含量成反比,即当原水胶体含量少时,所需混凝剂多,反之亦然。 1.4硫酸铝的混凝机理 不同pH条件下,铝盐可能产生的混凝机理不同。 何种作用机理为主,决定于铝盐的投加量、pH、温度等。 实际上,几种可能同时存在。 pH<3简单的水合铝离子起压缩双电层作用; pH=4~5多核羟基络合物起吸附电性中和; pH=6.5-7.5氢氧化铝起吸附架桥。 §2-2混凝剂和助凝剂 1.混凝剂的分类; 2.各种混凝剂的简称、性质、常用类型; 3.助凝剂的作用、投加条件。 混凝剂的基本点要求: ①混凝效果好;②对人体无危害;③使用方便;④货源充足,价格低廉。 常用类型及比较: 1.三氯化铁与硫酸铝相比,具有以下优点: ①适用的pH值范围较宽;②形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实;③处理低温低浊水的效果优于硫酸铝;④但三氯化铁腐蚀性较强。 2.硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用,以便将二价铁氧化成三价铁。 3.聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝,性能优于硫酸铝。 其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比,通常称之为碱化度B 4.聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁,目前常用的是聚合硫酸铁,它的混凝效果优于三氯化铁,它的腐蚀性远比三氯化铁小。 助凝剂: 凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。 助凝剂可以参加混凝,也可不参加混凝。 广义上可分为以下几类①酸碱类: 调整水的pH,如石灰、硫酸等; ②加大矾花的粒度和结实性: 如活化硅酸SiO2nH2O)、骨胶、高分子絮凝剂; ③氧化剂类: 破坏干扰混凝的物质,如有机物。 如投加Cl2、O3等。 §2-3凝聚动力学 混凝发生的一个必要条件就是颗粒间相互碰撞,凝聚动力学即研究其碰撞的过程与方式。 颗粒相互碰撞的动力来自两个方面: 1)颗粒在水中的布朗运动; 2)在水力或机械搅拌所造成的流体运动。 异向絮凝: 由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。 同向絮凝: 由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝。 1.异向絮凝 颗粒在水分子热运动的撞击下作无规则的布朗运动,导致相互的碰撞,对于脱稳胶体,一经碰撞就会聚集成大颗粒,从而使单位体积内的颗粒数减少。 因此,絮凝速率取决于碰撞速率。 颗粒的碰撞速率可按由Fich定律导出下式计算: 故Np只与颗粒数量和水温有关,而与颗粒粒径无关。 但随着颗粒粒径的增大(絮凝),布朗运动逐渐减小,当颗粒的粒径大于1mm,布朗运动消失。 2.2同向紊流理论 在各向同性紊流中,存在尺度大小不等的旋涡,能量由大到小传递,即同向紊流理论: ①外部施加的能量形成大涡旋;②大涡旋将能量输送给小涡旋;③小涡旋将能量输送给更小的涡旋;④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗 2.4混凝控制指标 自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止,工艺上总称混凝过程。 相应设备有混合设备和絮凝设备。 混合(凝聚)过程: 在混合阶段,对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及 颗粒脱稳。 平均G=700~1000s-1,时间通常在10~30s,一般<2min即告完成,此阶段,杂质颗粒微小,同时存在颗粒间异向絮凝。 絮凝过程: 在絮凝阶段,主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚,故以同向絮凝为主。 同向絮凝效果不仅与G有关(由前碰撞速率公式知越大越好),还与时间有关。 在絮凝阶段,通常以G值和GT值作为控制指标。 平均G=20-70s-1,GT=104-105随着絮凝的进行,G值应逐渐减小,这是因G值增大时,水流剪切力随之增大,使絮体又有破碎的可能。 §2-4影响混凝的主要因素 影响混凝效果的因素比较复杂,主要包括: ①原水性质,包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等;②投加的凝聚剂种类与数量;③使用的絮凝设备及其相关水力参数。 2.1水温影响 水温低时,通常絮凝体形成缓慢,絮凝颗粒细小、松散,凝聚效果较差。 其原因有: ①无机盐水解吸热;②温度降低,粘度升高――布朗运动减弱;③水温低时,胶体颗粒水化作用增强,妨碍凝聚;④水温与水的pH值有关 2.2水的pH和碱度影响水的pH值对混凝效果的影响程度,与混凝剂种类有关。 主要体现在水解后的产物形式,以致使产生不同的混凝作用机理,而高分子受pH影响较小,这是因其投入前聚合物形态已基本确定。 混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象等密切有关。 当投加金属盐类凝聚剂时,其水解会生成H+,但水中碱度有缓冲作用,当碱度不够时需要投加石灰。 石灰投量按下式估算: [CaO]=3[a]–[x]+[δ](2--14) 式中[CaO]——纯石灰CaO投量,mmol/L; [a]——混凝剂投量,mmol/L; [x]——原水碱度,按mmol/L,CaO计; [δ]——保证反应顺利进行的剩余碱度,一般取 0.25~0.5mmol/L(CaO)。 一般石灰投量通过试验决定。 例题P271 2.3水中悬浮物浓度的影响 杂质浓度低,颗粒间碰撞机率下降,混凝效果差。 可采取的对策有: ①加高分子助凝剂;②加粘土;③投加混凝剂后直接过滤。 如果原水悬浮物含量过高,为减少混凝剂的用量,通常投加高分子助凝剂。 如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。 2.混凝剂投加 混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、 投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。 2.1计量设备: 计量与调节 计量设备有: 转子流量计;电磁流量计;苗嘴;计量泵等。 2.2投加方式 (1)泵前投加: 安全可靠,一般适用取水泵房距水厂较近者,图中水封箱是为防止空气进入 (2)高位溶液池重力投加: 适用取水泵房距水厂较远者,安全可靠,但溶液池位置较高, (3)水射器投加: 设备简单,使用方便,溶液池高度不会受太大限制,但效率低,易磨损, (4)泵投加: 不必另设计量设备,适合混凝剂自动制系统,有利于药剂与水混合。 3.混凝剂投加量自动控制 混凝剂最佳投药量: 是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。 但由于影响因素复杂,运行中水质、水量的不断变化,使得投加量达到最佳一直是研究的目标。 一般水厂均是据实验室混凝搅拌试验确定其最佳投量,然后对运行进行人工调节,虽简单,但滞后1-3小时,且条件的不同,也未必最佳。 随着自动控制的普及与实现,目前有如下三种自控投药方法。 §2-6混合和絮凝设备 1.混合设备: 使药剂与水快速均匀地混合。 1.1水泵混合 将药投加在水泵吸水口或吸水管上。 混合效果好,节省动 力,各种水厂均可用,常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场 合,两者间距不大于150m。 1.2管式混合 管式静态混合器: 流速不宜小于1m/s,水头损失不小于0.3~0.4m,简单易行,见下图。 目前dmax可达2000mm。 扩散混合器: 是在管式孔板混合器前加一个锥形帽,锥形帽夹角90°。 顺流方向投影面积为进水管总截面面积的1/4,开孔面积为进水管总截面面积的3/4,流速为1.0~1.5m/s,混合时间2~3s。 混合器节管长度不小于500mm。 水头损失约0.3~0.4,直径在N200~DN1200, 1.3机械混合 在池内安装搅拌装置,搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式,速度梯度700~1000s-1,时间10~30s以内,优点是混合效果好,不受水质影响,缺点是增加机械设备,增加维修工作。 2.絮凝设备 形式较多,分为水力搅拌式和机械搅拌式两大类。 2.1隔板絮凝池: 分往复式和回转式,见下页图。 隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。 往复式总水头损失一般在0.3~0.5m,回转式的水头损失比往复式的小40%左右。 隔板絮凝池特点: 构造简单、管理方便,但絮凝效果不稳定,池子大。 适应大水厂。 隔板絮凝池的设计参数: ①流速: 起端0.5-0.6m/s,末端0.2-0.3m/s段数: 4~6段; ②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2~1.5倍; ③絮凝时间: 20~30min; ④隔板间距: 净距不宜小于0.5m,池底应有0.02~0.03坡度、直径不小于150mm的排泥管; ⑤廊道的最小宽度不小于0.5m; ⑥各段的水头损失: 2.2折板絮凝池 通常采用竖流式,它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。 1)同波折板: 折板波峰对波谷平行安装。 2)异波折板: 波峰相对安装。 3)单通道: 水流从两折板间依次流过。 4)多通道: 水流同时从多个折板间平行流过。 与隔板式相比,水流条件大大改善,可形成众多小旋涡,有效能量消耗比例提高,絮凝时间缩短(一般为10-15min),池子体积减小,但安装维修较困难,折板费用较高。 其示意图见下页图。 折板分段数不少于3段,流速为: 第一段: 0.25—0.35m/s; 第二段: 0.15—0.25m/s; 第三段: 0.10—0.15m/s。 2.3机械絮凝池 搅拌器有浆板式和叶轮式,按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。 第一格搅拌强度最大,而后逐步减小,G值也相应减小,搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。 新建水厂不见有,设计及计算自学。 2.4穿孔旋流絮凝池 由若干方格组成。 分格数一般不少于6格。 流速逐渐减小,G值也相应减小以适应絮凝体形成,孔口流速宜取0.6~1.0m/s,末端流速宜取0.2~0.3m/s。 絮凝时间15~25min。 穿孔旋流絮凝池的优点是构造简单,施工方便,造价低,可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。 2.5网格、栅条絮凝池 网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。 每个竖井安装若干层网格或栅条,各竖井间的隔墙上、下交错开孔,进水端至出水端逐渐减少,一般分3段控制。 前段为密网或密栅,中段为疏网或疏栅,末段不安装网、栅。 网格(栅条)絮凝池的示意图见下页图。 网格絮凝池效果好,水头损失小,絮凝时间较短,但还存在末端池底积泥现象,少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。 其设计参数见后页表。 网格和栅条絮凝池在不断完善和发展之中,絮凝池宜与沉淀池合建,一般布置成两组并联形式。 每组设计水量一般为1.0~2.5万m3/d之间。 第三章沉淀和澄清 §3-1悬浮颗粒在静水中的沉淀 定义: 水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中下沉而分离出来的过程。 分类: 按颗粒在沉淀过程中是否相互干扰分为: 自由沉淀: 单个颗粒在无边际水体中沉淀,其下沉的过程颗粒互不干扰,且不受器皿壁的干扰,下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变,经过一段时间后,沉速也不变。 拥挤沉淀: 当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后,大量颗粒在有限水体中下沉时,被排斥的水便有一定的上升速度,使颗粒所受的摩擦阻力增加,颗粒处于相互干扰状态,此过程称为拥挤沉淀。 2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 当大量颗粒在有限的水体中下沉时,被拥挤的水便有一定的上升速度,使所受阻力增加,颗粒处于相互干扰状态,此时的沉速称为拥挤沉速。 拥挤沉速可用实验方法测定。 1)沉降过程分析将高浊度水注入一透明沉淀筒中进行静水沉淀。 Ti时刻(如图),整个沉淀筒中可分为清水、等浓度区、变浓度区、压实区等四个区。 2)沉淀过程中交界面沉降曲线分析 3)不同高度沉淀筒沉降相似性 当原水颗粒浓度一样时,不同沉降高度的界面沉降过程曲线的相似性(见图7-3)。 §3-2平流沉淀池 被广泛应用的用以沉淀分离絮凝体,以完成澄清作用。 出水浊度一般控制在10NTU以下。 平流式沉淀池的基本组成: 进水区、沉淀区、污泥区、出水区。 理想沉淀池的基本假设: ①颗粒处于自由沉淀状态,颗粒的沉速始终不变。 ②水流沿水平方向流动,在过水断面上,各点流速相等,并在流动过程中流速始终不变。 ③颗粒沉到池底就被认为去除,不再返回水流中。 1.非凝聚性颗粒的沉淀过程分析 1)截留沉速(u0): 反映了沉淀池所能全部去除颗粒中的最小颗粒的沉淀速度,即直线III颗粒的沉淀速度。 即u>u0的颗粒均能去除(直线I);而u<u0的颗粒则只能部分去除(直线II),会随水流流出。 2)表面负荷或溢流率(Q/A) Q/A称为“表面负荷”或“溢流率”,即单位面积上所通过的流量。 该式表明表面负荷在数值上等于截留速度,但含义不同。 1.3沉淀效率或去除率(E) u>u0的颗粒将全部能下沉而去除(直线I及以下),只有u<u0的颗粒只能部分去除。 1)设原水中沉速为ui(ui 高度为h0的截面进入的颗粒的总量为h0BvC,沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗粒的数量为hiBvC 理想沉淀池理论 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。 (1)当产水量(Q)和表面积(A)一定时,Ui越大,则E越大,表面负荷,或q不变但E增大。 与混凝效果有关,应重视加强混凝工艺。 (2)当产水量(Q)和颗粒沉速(Ui)一定时,增大A,可以增大E。 当容积一定时,增加A,可以降低水深,使颗粒在较短时间内就可沉底去除――“浅池理论”。 据此发展了斜板、斜管沉淀池。 2.凝聚性颗粒的沉淀实验分析 2.3去除百分数等值线 以沉淀筒高度h为纵坐标,沉淀时间t为横坐标,将其对应的P值标在交
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