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利用斜板改善沉淀过程

Rasha salah AL-kizwini

摘要

本文研究了在流速（0.5-2）l / min和滞留时间（200-50）min下以角度（30^o，45^o ，60^o）插入斜板的效果，以及使用和不使用明矾时改善后的升流式沉降池中的浊度去除效率（R）与不使用斜板时的对比，以上均通过研究（PDS沉淀池）处理初始浓度(360 mg/l )为被高岭土粘土污染的水溶液得出结论。结果表明，当流速等于（0.5）l / min，滞留时间（200 min）时，并在底部以30°安装斜板使用明矾时将沉淀浊度去除效率提高到（87％）而同等条件下不使用明矾时（70％），相比不使用斜板时，当流速等于（0.5）l / min，滞留时间（200min）时，并且使用明矾时浊度去除效率达到（59％）而同等条件下不使用明矾时，浊度去除效率为(41%) 。

关键词：PDS沉淀池，浊度，斜板，明矾

介绍：

沉淀是一种利用重力从水中去除悬浮固体物理水处理过程。流动的湍流夹带的固体颗粒可以通过与湖泊和海洋类似的静水沉淀自然地去除。沉淀池是通过沉淀作用去除夹带固体而建造的水池。澄清池是能以机械方式不断去除沉淀过程中堆积的固体而建造的水池。由于土地和基建成本，传统的沉淀部分的成本约占水处理厂总成本的三分之一。现已经开发了许多方案来提高沉淀池的性能，增加其水力负荷并降低其总资本或运行成本。这其中的一部分方案，例如斜板沉淀，增加了可用于沉淀的表面积并改良了水力条件，而其他的，例如明矾沉淀，改善了悬浮物的沉降性能。最佳方案的选择往往基于经济与环境因素。

研究目的：

本实验的目的是使用PDS沉淀池通过调节斜板角度(30,45,60)，并且在使用明矾与不使用的条件下来改善沉淀过程。

沉淀池的类型:

沉淀池有两种基本设计：矩状和圆状的设计。矩形池在池的一端设有进水口并在池的另一端设有用于排放经过沉淀后水的出水口。矩形池适用于较大的固体颗粒缓慢通过时的沉降。当处理水到达出水口时，较大的颗粒已沉降到池的底部。圆形池的设计则完全不同，池底部的进水口管靠近污泥排放口。用于处理水的排水口靠近池的表面。如图一所示。

图一：沉淀池的类型

在水和废水处理中的应用

水处理的应用包括：

1.在过滤之前沉淀凝结和絮凝的水

2.在软化水厂沉淀凝结和絮凝的水

3.用于铁锰去除厂的处理水的沉淀

废水处理中的应用：

1.去除砂砾

2.初沉池中的悬浮固体的去除

3.活性污泥中的生物絮凝物的去除

影响颗粒沉降的因素包括：

1.粒径和分布

2.颗粒的形状

3.颗粒密度

4.温度（粘度和水密度）

5.颗粒的电荷

6.水中溶解的物质

7.颗粒的絮凝特性

8.曝气

9.入口与出口条件与底部形状

沉淀池的区域

进水区

入口或进水区应将进水均匀地分配进入池内。通常设计包括将池的总入口处的水流缓和地分配并防止池中的水短期回流的挡板。（短期回流是一种指进水速度过快，致使水在池面或池底流动的情形的专业术语。）挡板有时被设计成穿过进水口的墙壁，并在过水槽上穿孔。

沉淀区

沉淀区是沉淀池最大的部分。这个区域为悬浮颗粒沉淀提供了必要的稳定区域。

污泥区

位于池底部的污泥区在污泥被移除之前为污泥提供了储存区域，污泥移除后进行额外的处理或堆存。底部入口的设计应尽量减少水池底部附近的高流速。如果允许高流速进入污泥区，污泥可能会被卷起并从随水流出。通过沿底部移动的刮刀或真空装置从污泥区移除污泥进行进一步处理。

出口区

池出口区（或流槽）应提供从沉淀区到水池出口的平稳过渡。水池的这个区域也决定着水池中的水深。设置在水池末端的堰控制溢流速率，防止固体上升到堰，然后在沉降之前离开水池。水池需要足够的堰长来控制溢流速率，每英尺堰每天不应通过超过20,000加仑的水。大多数沉淀池可分为以下不同的区域，如图2所示。

图2：沉淀池区域

So= Q/A (1)

注：

So =表面过水流速 (m/hr)

A = 表面积(m²)

Q=流量 (l/min)

停留时间 (T)=V/Q (2)

注：

T = 停留时间 (min )

V=沉淀池的体积=B*L*H (mm³)

B=宽度，L=长度，H=深度。

沉淀类型：

离散颗粒沉淀（自由沉淀）

离散颗粒在稀悬浮液中的沉降bull;颗粒没有絮凝的倾向bull;它们作为单独的个体沉淀，并且与相邻颗粒没有显着的相互作用例如：在废水处理中去除砂砾和沉沙。

絮凝沉淀

絮凝颗粒在稀悬浮液中沉降bull;当颗粒沉降并与其他颗粒聚集，颗粒尺寸及其沉降速度增加的实例bull;污水处理厂中初沉池去除悬浮固体bull;化学混凝沉淀。

拥挤沉淀（区域沉淀）

浓度不高的絮凝颗粒的沉降bull;颗粒间非常接近，使得颗粒间的力能够将它们相对于彼此保持在固定的位置并以恒定的速度进行区域沉降例如：污水处理厂中二沉池去除生物絮凝物。

压缩沉淀

颗粒的浓度很高，以至于颗粒彼此接触，沉降只能通过压缩发生，这种压缩是由颗粒的重力引起的:发生在二沉池的底部以及污泥浓缩设施中，如图3所示。

图3：沉淀的类型

沉降对浊度的影响

沉降可以去除悬浮固体并将浊度降低约50％至90％，这取决于固体的性质，所提供的预处理水平和沉淀池的设计。常见值在60％到80％的范围内。

浊度去除效率(R) =(进水-出水)/进水 *100% (3)

注：浊度去除效率R(%)

管和板沉淀

在沉淀池应用斜管和板，可以允许更高的运行速率。这项技术依赖于浅池理论：颗粒仅需沉降到下方的管或板的表面就可去除。通常，在管壁或板之间提供两英寸的空间就可最大化沉降效率。斜板广泛用于水处理，但最近已经在家庭和工业废水处理以及矿物颗粒的分离中应用重新引起关注。升级现有的水处理厂并提高其水力负荷以满足日益增长的饮用水需求是伊拉克和其他地方城市的挑战。当斜板用于图4所示的升流式沉淀池时需要用到以下的等式：

Scaron;o= Ѕo*[( t w)/(Hcosalpha; w)] (4)

注：

Scaron;o= 使用斜板时的表面过水速率( m/hr).

Ѕo= 不使用斜板时的表面过水速率(m/hr).

t = 板厚(mm).

w=板间距 (mm).

H= 沉淀池深(mm).

alpha; = 板的倾斜角.

在此实验中 t =1mm ,w=30mm, H=250mm, n=斜板数=6

图4：上流式斜板沉淀池

材料与方法

高岭土

高岭土是一种粘土矿物，是工业矿物的一部分，具有化学成分Al₂Si₂O₅（OH）₄。它是一种层状硅酸盐矿物，其中一个四面体片通过氧原子连接到一个八面体氧化铝八面体片上。比重：2.6，如图5所示。

图5：本实验中的高岭土

混凝剂

使用的混凝剂是硫酸铝AL（SO₄）2.16H₂O，由此制备浓度为1％的明矾溶液并以不同剂量使用，如图6所示。

图6：本实验中使用的明矾

Jar测试仪器

可以使用Jar测试来确定明矾的最佳混凝浓度，并将其添加到被高岭土粘土污染的水溶液中，如图7所示。

图7：Jar 测试仪器

PDS沉淀池

PDS装置是一种验证沉淀过程并熟悉离散或絮凝颗粒沉降到池中原理的设备。它还可以用于研究连续工作的矩形沉淀池的水力特性。一旦液体混合，水流通过进水堰流入池中。在这里，悬浮固体沉淀至池底如图8所示。

图8：PDS装置

前面板中的格分布与实际装置类似。如图9所示。沉淀池由透明材料制成;长度：1000毫米，宽度：400毫米，高度：250毫米。染料注入和示踪系统，可以研究进入沉淀池的流体线路。2个挡板，高度可调，使您更容易改变流线方向和研究。

悬挂装置包括：

140升的悬挂水池

离心泵，流量可达80 l/min

流量调节阀

水流量计，范围：0-2 l/min

净水装置包括：

流量调节阀

水流量计，范围：0-2 l/min

附件包括：

2个1000毫升的Imhoff锥体，用于测量固体浓度。

1升的分级试管。

电缆和配件，用于正常操作。

图9

结果与讨论

案例研究1

最佳明矾剂量

对于初始浊度浓度（360 mg / l）下被高岭土粘土污染水溶液分别以六种搅拌器搅拌配置的样品（1升）进行Jar测试。Jar测试如下进行：将10,000 ppm的明矾溶液配置成浓度为(0, 30, 40, 45, 50, 和60 ppm) 的明矾溶液并以100rpm快速混合1分钟，然后在42rpm下絮凝15分钟。然后使样品沉降15分钟直至所有絮凝物完全沉降。处理之前和之后的样品需测量浊度，pH。测试的目的是确定添加到水溶液中的明矾混凝剂的最佳浓度。结果表明，在PH=6时，明矾混凝剂的最佳浓度为（45ppm），

如图10和图11所示。

3.19

3.00

2.14

2.00

1.91

1.65

1.35

1.00

0.00

30.00

40.00

50.00

60.00

明矾ppm

7.50

7.00

6.50

pH

6.00

5.50

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

图10：明矾浓度对浊度的影响 图11:PH对浊度的影响

1. 不使用斜板的浊度去除效率

在流速等于（0.5-2）l / min，滞留时间（200-50）min的条件下，在不使用斜板的情况下测量沉降后的浊度的去除效率（R）。在不使用明矾的情况下，（R）被发现等于（41％-24％）。而在使用明矾的情况下（R）被发现等于（59％-48％），如图（12）所示。

图12：在初始浓度（360 ppm）So和R％之间的关系

滞留时间与流速成反比 - 随着流速的增加，滞留时间减少，如表（1）所示。

表1. So与滞留时间之间的关系

So(m/hr)	0.075	0.15	0.225	0.3
Detention time(T)	200 min	100 min	67 min	50 min

表2.显示沉淀池中不同位置的浊度关系

Time

Input

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