物理化学作业

发布 2022-06-24 15:58:28 阅读 4213

读书报告。

总结了理想沉淀池和浅池沉淀理论要点,分析了斜板(管)沉淀池的设计原理。通过比较不同形式的沉淀池,总结了平流式,辐流式,竖流式,旋流式,斜板(管)沉淀的池的优缺点,适用条件及设计参数。

关键词:混凝;沉淀;胶体。

一、 混凝。

1.胶体双电子层理论。

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。扩散层外边缘的电位为零。

滑动面上的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。

2.混凝机理。

混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有三种:电性中和、吸附架桥和卷扫作用。根据dlvo理论,要使胶粒通过布朗运动相撞聚集,必须降低或消除排斥能峰。

吸引势能与胶粒电荷无关,它主要取决于构成胶体的物质种类、尺寸和密度。对于一定水质,胶粒的这些特性是不变的。因此,降低排斥能峰的办法即是降低或消除胶粒的动电位。

在水中投加电解质可达到此目的。对于水中负电荷胶粒而言,投入的电解质即混凝剂应是正电荷离子或聚合离子,如果是正电荷离子是简单离子,其作用是压缩胶体双电层—为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度,从而使胶体滑动面上的动电位降低。若是聚合离子或是高分子物质,其直接吸附在胶核表面中和动电位,称为吸附-电性中和。

絮凝主要指脱稳的胶体或者微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程。要使两个完全脱稳的胶体颗粒聚集成大颗粒的絮体,需要给胶体颗粒创造相互碰撞的机会。能够是脱稳的胶体颗粒之间发生碰撞的动力有两个方面,一是颗粒在水中的热运动和布朗运动,二是颗粒受外力(水力或者机械力)推动产生运动,这两种运动对应胶体颗粒的两种絮凝机理,即由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“异向絮凝”机理,由外力所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“同向絮凝”机理。

胶体双电子层理论:胶体粒子是由化学元素组成,并且能在电场中移动,说明胶体颗粒是携带电荷的粒子。

1. 胶体颗粒结晶中的晶格取代胶体表面产生电荷。

2. 胶体颗粒表面某些化学集团在水中电离使胶体带电。

3. 胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电。

4. 胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。

二、沉淀。1.理想沉淀池的基本假设:

颗粒处于自由沉淀状态,颗粒的沉速始终不变。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。颗粒沉到池底就被认为去除,不再返回水流中。

理想沉淀池的工作情况见图。

沉速为u的颗粒以水平流速v向右水平运动,同时以沉速u向下运动,其运动轨迹是水平流速v,沉速u的合成速度方向直线。具有相同沉速的颗粒无论从哪一点进入沉淀区,沉降轨迹互相平行。从沉淀池最不利点(即进水区液面a)进入沉淀池的沉速为u0的颗粒,在理论沉淀时间内,恰好沉到沉淀池终端池底,被称为临界沉速或截留速度,沉降轨迹为直线ⅲ。

沉速大于u0的颗粒全部去除,沉降轨迹为直线ⅰ。沉速小于u0的某一颗粒沉速为ui,在进水区液面以下某一高度i点进入沉淀池,可被去除,沉降轨迹为虚线ⅱ。而在i点以上进入沉淀池的ui颗粒未被去除,如实线ⅱ,虚线ⅱ与实线ⅱ平行。

2.浅池沉淀理论。

沉速等于颗粒的去除率,用ei表示:

式中 q—流量,m/s;

a—沉淀池的表面积,也是沉淀池在水平面上的投影,即为沉淀池面积,㎡。

由此式可知,提高悬浮颗粒去除效率的途径是:一是增大颗粒沉速,二是增大沉淀面积。在沉淀池容积一定的条件下,池深越浅,沉淀池面积越大,悬浮颗粒去除率越高。

此即“浅池沉淀原理”。将平流式沉淀池加设底板可以提高处理能力。但是,如此分层排出污泥有一定难度。

为解决排泥问题,可把众多水平隔板改为倾斜隔板,并预留排泥区间,这就变成了斜板沉淀池。用管状组件(组成六边形、四边形断面)代替斜板,即为斜管沉淀池。斜板(或斜管)沉淀池沉淀面积是众多斜板(或斜管)的水平投影之和,沉淀面积很大,从而减少了截留速度。

又因斜板(或斜管)湿周增大,水流状态为层流,更接近理想沉淀池。

特点浅层理论的应用。

1)水力条件好(r小),re小,fr大,有利于沉淀;

2)水流为层流,沉淀效率高,产水量大;

3)倾角为60°便于排泥;

4)水流可从上向下或从下向上流动,颗粒沉于斜管底部,而后自动下滑。

5)由于停留时间短,其缓冲能力差;

6)对混凝要求高;

7)维护管理较难,使用一段时间后需更换斜板(管)

设计计算。1)沉淀池面积。

选定表面负荷(2.5-3.0mm/s),计算得到面积a。

2)沉淀池总高度。

h=h1+h2+h3+h4+h5(=4.66m)

式中:h1--超高0.3m;

h2---清水层高度1.2m;

h3--斜板(管)按60°自身高度0.866m;

h4--配水区高度1.5m

h5--污泥斗高度0.8m。

三. 比较沉淀池的优缺点,使用条件以及设计参数。

1.给水处理中各种沉淀池的优缺点,适用条件及设计参数。

沉淀池形式的比较。

2.污水处理中各种沉淀池的优缺点,适用条件及设计参数。

沉淀池形式的比较。

3.设计参数。

各沉淀池设计参数。

参考文献:1].《胶体稳定性理论》

2] 巴边科夫[著] 郭连起[译] 论水的混凝[m].北京:中国建筑工业出版社,1982,20-29.

3] 严煦世范瑾初。给水工程(第四版)[m].北京:中国建筑工业出版社,1999,254-260,288-306.

4] 给水排水设计手册第三册城镇给水(第二版)[m].北京:中国建筑工业出版社,2004,499-535.

5] 给水排水设计手册第五册城镇排水(第二版)[m].北京:中国建筑工业出版社,2004,283-310.

6] 张自杰。排水工程(第四版)[m].北京:中国建筑工业出版社,2000,61-93.

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