第四型沉降.docVIP

第三、四型沉降 第三型沉降亦稱為層沉降或阻滯沉降，屬於中等濃度之顆粒沉降。第四型沉降亦稱為壓密沉降，係屬於較高濃度的顆粒沉降，在廢水處理中，污泥的重力濃縮池的沉降方式即屬於此一類型的沉降。第三、四型沉降可以利用圓柱筒沉降試驗方法求得設計沉澱池所需的相關條件。 將混合均勻的活性污泥放置於有刻度的圓柱筒中進行沉降實驗，於時間t＝0時，筒內的污泥以層沉降的方式開始沉降；至t＝t1時，污泥固體已沉降，在污泥上方有一層澄清的液面，同時在圓筒的底部，污泥受擠壓而有介於層沉降及壓密沉降的過渡沉降及壓密沉降逐漸形成，當t＝t2時，層沉降消失，此時所有的顆粒屬於過渡沉降及壓密沉降，於t＝t3開始，過渡沉降消失，顆粒完全屬於壓密沉降。這種圓柱筒沉降實驗時間和介面高度及沉降曲線如下圖所示： Talmage和Fitch(1955)利用上述分批式圓柱筒沉降試驗來求得設計活性污泥最終沉澱池所需之參數。Dick(1970)則利用固體通量(solids flux)的觀點來求得所需的參數。此兩種方法分述如下。 利用圓柱筒沉降試驗所得的沉降曲線如下圖： 設計沉澱池所需的相關參數計算如下： 計算層沉降之沉降曲線的斜率Vo，Vo為澄清池(clarification)所需之沉降速度。 延長層沉降及壓密沉降之沉降曲線的切線，取此兩條線的交點平分線，並交於沉降曲線之點1。 劃點1的切線 計算最終污泥沉降之界面高度Hu。已知最初污泥濃度Co，最初污泥高度Ho，計畫之污泥濃縮濃度Cu。由於Co×Ho＝Cu×Hu，因此 由Hu劃水平線交於通過點1的切線，可以求得tu，tu代表達到污泥濃縮濃度Cu所需的時間。 依下列式子計算污泥濃縮沉澱池所需的表面積At： Q＝進流量 R＝迴流污泥量 1.5＝增大尺寸係數 澄清所需的沉澱池表面積Ac為 Ac＝2.0 最後取At與Ac中較大者作為最終沉澱池的設計表面積。 例題： 活性污泥處理之最終沈澱池設計流量為1.0MGD，以圓柱筒進行沉降試驗，所得結果如下圖。實驗之MLSS=2500mg/L，設計之污泥濃縮濃度為10000mg/L，試求：1.澄清作用所需的沈澱池表面積，2.濃縮作用所需的沈澱池表面積，3.沈澱池之設計直徑。 解： 依質量平衡式求解迴流污泥量R： 0MGD×0＋R×10000＝(1.0＋R)×2500 R＝0.3MGD 計算污泥濃縮濃度時之界面高度Hu： Hu＝CoHo/Cu＝(2500×0.65)/10000 ＝0.163m 從上圖中可以計算出當Hu=0.163時，tu＝48分鐘。 層沉降的沉降速度Vo=1.16m/hr。 因此濃縮作用所需的沉澱池表面積At為： =387m2 澄清作用所需之沉澱池表面積Ac為： = =272m2 因At Ac，因此以At作為沉澱池之設計面積。沉澱池之設計直徑為 =22.2m 活性污泥最終沉澱池也可以利用Dick所提出的固體通量的觀念來設計。固體通量（G）(Solid flux)的定義為單位時間內，通過單位表面積的固體物質量(kg/d?m2)，相當於等於沉降速度(V)乘以污泥濃度(C)。 於沉澱池中因重力所產生的固體沉降移動可以利用下列式子表示： Gs＝CiVi 式中 Gs＝因重力沉降所產生的固體流通量 Ci＝固體濃度 Vi＝阻滯沉降速度 因容積流量(bulk flow)所產生的固體沉降移動可以利用下列式子表示： Gb＝CiVb 式中 Gb＝容積流通量(bulk flux) Vb＝容積速率(bulk velocity) 因此總固體流通量(total solid flux)Gt為 Gt = Gs + Gb = CiVi + CiVb 固體量沉降率Mt為單位時間固體沉降之重量，等於流量乘以濃度。 Mt = QoCo = QuCu 式中 Mt = 固體量沉降率 Qo = 進入沉澱池之流量 Co = 進入沉澱池之固體流量 沉澱池之極限表面積A可以下式表示： A = 式中 GL = 極限固體流通量 由上式知Qu = Mt/Cu 容積速率Vb： 以固體通量（CV）為X軸對濃度（C）作圖。於X軸上選定設計濃縮污泥的濃度(Cu)，以Cu為起點作通量區線的切線，交於Y軸上，所得的截距即為極限固體流通量(GL)，斜率為容積速率(Vb)。切點所對應的X軸即為CL，Y軸為重力流通量(Gs)。 例題： 利用已馴化的活性污泥作批次實驗，所得的資料如下： No C(mg/L) V(m/h) G=CV(kg/h.m2) 1 2 3 4 5 6 12460 9930 7450 5220 3140 1580 0.125 0.249 0.465 1.000 2.941 4.180 1.558 2.476 3.464 5.220