Sedimentation - bpums · .ددرگ ديرف ددع شیاسفا ي زدلًىیر ددع شَاک...

Sedimentation

ت شیي وشدى هاد هؼلك

امکان آب جریان سرعت کاهش با تصفیه در معلق مواد نشینی ته

فراهم فاضالب و آب های خانه.شد خواهد

وایی اص یه حضچ ت شیی

Conventional Surface Water

Treatment

Screening

Rapid Mix

Flocculation

Sedimentation

Filtration

Disinfection

Storage

Distribution

Raw water

AlumPolymers Cl2

sludge

sludge

sludge

Sedimentation

ت شیی اتتذایی آتای سغحی لثل اص تصفی دس احذ صافیشی تذ

ت شیی لخت ای هؼمذشذ دس آب لثل اص صافی شی تذ ت شیی لخت ای هؼمذ شذ دس احذ سختی گیشی

سدا -آهت شیی آتای تصفی شذ دس احذ حزف آي هگض

Activated sludge wastewater treatment

process

Settling Basins

Advantages Simplest technologies

Little energy input

Relatively inexpensive to install and operate

No specialized operational skills

Easily incorporated into new or existing facilities

Disadvantages• Low hydraulic loading rates

• Poor removal of small suspended solids

• Large floor space requirements

• Re-suspension of solids and leeching

مناطق حوض ته نشینی ایده آل

SEDIMENTATION BASIN

ZONES

Inlet zone

The inlet or influent zone should provide a smooth transition from the flocculation zone and should distribute the flow uniformly across the inlet to the tank.

The normal design includes baffles that gently spread the flow across the total inlet of the tank and prevent short circuiting in the tank.

The baffle could include a wall across the inlet, perforated with holes across the width of the tank.

SEDIMENTATION BASIN

ZONES

Settling Zone

The settling zone is the largest portion of the sedimentation basin.

This zone provides the calm area necessary for the suspended particles to settle.

Sludge Zone

The sludge zone, located at the bottom of the tank, provides a storage area for the sludge before it is removed for additional treatment or disposal.

SEDIMENTATION BASIN

ZONES

Basin inlets should be designed to minimize high

flow velocities near the bottom of the tank.

If high flow velocities are allowed to enter the sludge

zone, the sludge could be swept up and out of the

tank.

Sludge is removed for further treatment from the

sludge zone by scraper or vacuum devices which

move along the bottom.

SEDIMENTATION BASIN

ZONES

Outlet Zone

The basin outlet zone or launder should provide a smooth transition from the sedimentation zone to the outlet from the tank.

This area of the tank also controls the depth of water in the basin.

Weirs set at the end of the tank control the overflow rate and prevent the solids from rising to the weirs and leaving the tank before they settle out.

sedimentation basin shapes

They can be

Rectangular

Circular and Square.

Rectangular Tank

• High tolerance to shock overload

• Predictable performance

• Cost effectiveness due to lower construction cost

• Lower maintenance

• Minimal short circuiting

Circular and Square Basins

Circular basins are frequently referred to as

clarifiers. These basins share some of the

performance advantages of the rectangular basins,

but are generally more prone to short circuiting and

particle removal problems. For square tanks the

design engineer must be certain that some type of

sludge removal equipment for the corners is

installed.

شیی ااع ت

:ع تمسین هی شد 4ت شیی تا تج ت غلظت رسات هیضاى تشخسد آا ت

ت شیی آصاد یا ت شیی رسات هجضا : ع ال(Discrete settling)

ای : ع دم (Flocculent settling)ت شیی رسات لخت

ای یا هاؼی : ع سم شیی احی (Hindered or zone settling)ت

ت شیی هتشاون : ع چاسم(Compression settling)

ت شیی ع ال

لخت هجضا رسات شیی ت اص ػثاستست رسات.سلیك سسپاسیى یه دس شذ

یچ شذ هی شیی ت هجضا تصست ای رسات تیي ظاشی تشخسد یا لخت

.ذاسد جدسغحی آتای اتتذایی شیی ت :هاذ-

گیشی دا حضچ دس شي رسات شیی ت

18

)(. 2

wp

s

dgV

Drag Coefficient:

Equations

Laminar flow R < 1

Transitional flow 1 < R < 104

Fully turbulent flow R > 104 4.0

34.0324

24

2/1

D

D

D

C

RRC

RC

dVR t

18

2

wp

s

gdV

Sedimentation of Small Particles?

• How could we increase the sedimentation rate of

small particles?

18

2

wp

t

gdV

Increase d (stick

particles together)

Increase g (centrifuge)

Decrease viscosity

(increase temperature)

Increase density difference

(addition of coagulant)

آل شیی ایذ هشخصات حضچ ت

آل حضچ یه تشای هؼوال و افمی جشیاى تا ایذ داسای هی سد، تىاس هجضا رسات شیی ت سفتاس تصیف

:است صیش هشخصات هی تصیغ یىساى تغس حضچ ول ػشض دس جشیاى1.

شدشذ هی پخش آب دس یىساى تغس رسات2. شیی3. .هی وذ تثؼیت I ع اص اغلة رسات ت

Critical Settling Velocity and Overflow Rate

v0 expressed in units of velocity (ft/s) is the critical settling velocity

Critical settling velocity is the settling velocity of particles which are

100% removed in the basin

v0 expressed in units of flow per unit area is called the

Overflow rate (SOR)

As you can see the only difference between the critical settling

velocity and the overflow rate is the type of unit used to express

the number

The critical settling velocity and the overflow rate are the same

number, but proper units should be used to express each

Since smaller particles have lower settling velocities, if you want to

remove smaller particles in the settling basin you have to have a

lower overflow rate.

Since v0 = Q/A, to have a smaller v0 you have to have a larger area

(a bigger basin removes smaller particles)

Example 1

A water treatment plant has a flow rate of 0.6 m3/sec. The settling basin at the

plant has an effective settling volume that is 20 m long, 3 m tall and 6 m wide.

Will particles that have a SOR of 0.004 m/sec be completely

removed? If not, what percent of the particles will be removed?

V0 = Q/A = 0.6 m3/sec / (20 m x 6 m) = 0.005 m/sec

Since v0 is greater than the settling velocity of the particle of interest, they

will not be completely removed.

The percent of particles which will be removed may be found using the

following formula:

Percent removed = (SOR / v0) 100

= (0.004/0.005) 100 = 80 %

Example 2

How big would the basin need to be to remove 100% of the particles that have

a V0 of 0.004 m/sec?

V0 = Q / A

0.004 = 0.6 / A

A = 150 m3

If the basin keeps the same width (6 m):

A = 150 m3 = 6m x L

L = 25 m

Overflow Rate, Qovr = Q/A

QArea A

Solids Loading Rate, SLR = (Q*C)/A

Q * C

Area A

مسئله

اگش دتی لجيm3/d 100 هیضاى جاهذات هجد دس لجي mg/l5000 تاشذ، حجن هاسة یه حضچ تغلیظ لجي ثملی

تشای تصفی لجي تذست kg/m2.d50سا تا هیضاى تاسگزاسی .هتش دس ظش تگیشیذ 3ػوك هفیذ حض تغلیظ لجي . آسدیذ

Solid load=Q*C

SLR=Solid load/A

V=A*h

t=V/Q

ته نشینی نوع دوم

ای رسات شیی ت اص ػثاستست یه دس لخت شیی ت عل دس رسات .سلیك سسپاسیى

اذاص تاتشایي هی آیذ، دس لخت تصست شیی سشػت .هی یاتذ افضایش آا ت

شیی -فاضالتا رسات الی شیی ت :هاذ ت شیویایی تصست و فاضالتایی آب رسات اذ اؼماد .یافت

شیی آصهایش اص هشخصات اسصیاتی تشای اپیست ت.هی شد استفاد شذ لخت سسپاسیى یه شیی ت

شیی آصهایش ستى ت

t1 t2 t3 t4 ….. tn

h1 C1,1 C2,1 C3,1 C4,1 ….. Cn,1

h2 C1,2 C2,2 C3,2 C4,2 …. Cn,2

h3 C1,3 C2,3 C3,3 C4,3 .… Cn,3

h4 C1,4 C2,4 C3,4 C4,4 .… Cn,4

h5 C1,5 C2,5 C3,5 C4,5 …. Cn,5

هر چه عمق بیشتر شود غلظت بیشتر

[C1,2]>[C1,1]

t1 t2 t3 t4 ….. tn

h1 R1,1 R2,1 C3,1 R4,1 ….. Rn,1

h2 R1,2 R2,2 C3,2 R4,2 …. Rn,2

h3 R1,3 R2,3 C3,3 R4,3 .… Rn,3

h4 R1,4 R2,4 C3,4 R4,4 .… Rn,4

h5 R1,5 R2,5 C3,5 R4,5 …. Rn,5

FLOCCULATED (TYPE II)

SETTLING

FLOCCULATED (TYPE II)

SETTLING

ضریب تصحیح بار سطحی برای طراحی

: ته نشینی لخته ای در حوضچه ته نشینی

0.6-0.8

ضریب تصحیح زمان ماند برای طراحی

: ته نشینی لخته ای در حوضچه ته نشینی

1.25- 1.75

4و 3ته نشینی نوع (Hindered or zone settling and Compression settling)

mg/l اص تیش) صیاد هحلل دس هؼلك هاد غلظت و لتی.افتذ هی اتفاق شیی ت اص ع د ایي تاشذ (1000

zone settling آه تا گیشی سختی اص تؼذ شیی ت دس تیشتش .افتذ هی اتفاق لجي تغلیظ فؼال لجي شیی ت سدا،

.آاست هشخصات رسات غلظت تاتغ شیی ت سشػت

ت ستى اص یض 4 3 ع رسات شیی ت حض عشاحی تشای.شد هی استفاد شیی

Factors affect settling tank performance

Inlet energy dissipation: the flow must be uniform

across the cross-sectional area, the velocity must be

reduced enough. Diffuser wall and inlet baffle (target

baffle).

Density currents: Density currents lead to short-

circuiting phenomena. Temperature differentials and

changes in solids concentration major causes of density

currents

Wind effect: The strong wind can make waves along the top of

the open tank. An under flow current in the opposite direction to the

surface current is created. This may lead to scouring the settled

particulate matter from the sludge zone. Solutions: limiting the length

of tank and placing the waves breakers.

Turbulence:

Outlet currents: less important

Sludge equipment movement: less important

تشسسی یذسلیىی ع جشیاى دس ت شیی

RvR h

e

gR

vFr

2

عدد ریىلدز 10لسجیت سیىماتیکی ک در 3/1×10-6درج برابر است با

سرعت جریان افقیشعاع یدريلیکی

عدد فرد

شعاع یدريلیکیشتاب ثقل زمیه

سرعت جریان افقی

.گردد فريد عدد افسایش ي ریىلدز عدد کاش ب مىجر تاود می یدريلیکی شعاع کاش.دارود برتری بسرگ یدريلیکی شعاع با ای حضچ ب کچک یدريلیکی شعاع بىابرایه

میسان دىد وشان ریىلدز عدد ي دد می وشان را جریان پایداری میسان فريد عدد.است جریان تربالوس

شیی ای ت تثد ػولىشد حضچ

ساخت واستشد سایل ایجادوذ جشیاى آسام و ػولىشد آل، تثد هی سا تا ایجاد ششایظ جشیاى ضدیىتش ت ایذ

.تخشذ ساخت واستشد احذ تواس جاهذات و حزف رسات سا تا

استماء فشایذ اؼماد ت دام اذاختي رسات سدی تثد .هی تخشذ

اتذاع تؼذادی سیستن ای ت شیی احصاسی

سایل ایجاد وذ جشیاى آسام

ای تصست وچه شىل هشتؼی صفحات ا لل اص هجوػ ت سا ساذهاى سایل ایي وذ، هی صة حضچ دس هسب:تشذ هی تاال صیش دالیل

تاتشایي) یاتذ هی واش لجي احی ت سسیذى تا رس فاصل1.(یاتذ هی واش حضچ سغحی تاس

شیی ت ضدیىتش ششایظ تاتشایي) شد هی آسام جشیاى2. ت آل (شد هی ایجاد ایذ

تاد اثش حشاستی جشیاای غلیظ، جشیاى ای اثش اص3..هی وذ جلگیشی

HIGH RATE SETTLERS

Lamella

Sedimentation tanks are commonly divided into layers of shallow tanks (lamella)

The flow rate can be increased while still obtaining excellent particle removal

Lamella

decrease

distance

particle has

to fall in

order to be

removed

HIGH RATE SETTLERS

SOLIDS CONTACT UNITS

A solids contact unit combines the coagulation,

flocculation, and sedimentation basin in one unit.

These units are also called upflow clarifiers or sludge-

blanket clarifiers.

The solids contact unit is used primarily in the lime-

soda ash process to settle out the floc formed during

water softening.

Flow is usually in an upward direction through a

sludge blanket or slurry of flocculated suspended

solids.

SOLIDS CONTACT UNITS

شیی دعثم حضچ ت

تام شخصی Monk ع ایي .است ود پیشاد آشا وشد ایجاد وچه فضای یه دس تضسگی هساحت حضچ

.داسد لشاس دیگشی سی حضچ یه .استوف ت هفزداس دیاس یه اص شذ لخت آب سیستن ایي دس

حضچ اتای تا افمی تغس آب .شد هی اسد حضچ ی دسى تاال عشف ت سپس .هی یاتذ جشیاى تاالیی حضچ

پاسئی سیستن تسظ تاالیی حضچ وف دس هجد لجي .هی شد ساذ خشجی عشف ت جوغ آسی

صالل ساص تا جشیاى گشداتیVortex flow clarifier

اص یه هخضى هخشعی تشىیل شذ است. ای اسد وف هخضى هی شد و جشیاى آب تگ

.چشخشی ایجاد هی وذ ایي جشیاى تستش لجي سا تصست هتحشن گ داشت

اص ایجاد واال دس تستش جلگیشی هی وذ .دستیج لجي غلیظ تشی ت دست هی آیذ

ای صالل ساص تا تستش لجي ضشتPulsation sludge blanket clarifier

ای عشیك اص آب سیستن ایي دس هی حضچ اسد وف لل .شدخالء هحفظ یه یست ثاتت سدی آب جشیاى هیضاى

ای جشیاى ایجاد سثة سا لجي تستش ضشت ایي .شد هی ضشت ایجاد تستش دس واالی تاتشایي .وذ هی هخلط صد تن

.شد ویصیاد سگ ون وذست تا آتای تصفی تشایاص استفاد PAC

Actifloصالل ساص

ایي سیستن تشاساس تشویة لخت ساصی ت ووهرسات سیض شي ت شیی پشتاس ػول هی وذ شاهل

ا تا رسات سیض شي دس حضس پلیوش اختالط لخت.است

:هضایای واستشد ایي فشایذ،افضایش حزف وذست، سگTOC جلثىا شیی واش صهاى اختالط، لخت ساصی ت

پارامترهای متذاول طراحی حوضچه ته نشینی در تصفیه آب

بار سرریس SOR hمانذ زمان حوضچه

ای هستغیلی حضچ

250 20-40 4-8 انعقاد

250 40-60 2-6 سختی گیری

حضچ ای تواس جاهذات

170 40-60 2 انعقاد

350 60-100 1 سختی گیری

شیی: هثال عشاحی حضچ ت

حضچ ت شیی تا هؼیاسای صیش عشاحی واییذ:هیضاى جشیاى -1

m3/d 113500حذاوثش هیضاى جشیاى -الف پاساهتشای عشاحی -2

4: تؼذاد حضچ -الف ساػت 4: صهاى هاذ -ب m3/m2.d 35: هیضاى تاس سغحی -ج m3/m.d 250: هیضاى تاس سشسیض -د 3تا 2: سثت عل ت ػشض -

هحاسث اتؼاد احذ

حذاوثش جشیاى عشاحی¼ هحاسث هساحت هسد یاص ش حضچ تشای -الف

m3/d 113500 =حذاوثش جشیاى عشاحی

m3/d 28375 =4/m3/d 113500 =جشیاى عشاحی دس ش حضچ

هساحت هسد یاص حضچ تصست صیش m3/m2.d 35تا استفاد اص تاس سغحی :هحاسث هی شد

A= 28375 m3/d/35 m3/m2.d= 810.7 m2

L=2.4 تشاساس حضچ ش یاص هسد ػشض عل هحاسث -ب W

.هی آیذ تذست هتش 18.4 ػشض هتش 45 تمشیثا عل دستیج

هحاسث اتؼاد احذ

تا تج ت هیضاى تاس سغحی : هحاسث ػوك هسد یاص.ساػت، ػوك تذست هی آیذ 4 صهاى هاذ

H= 5.8 m

.ت ایي همذاس اضاف هی وین m 0.65ػوك آصاد m 6.45: ػوك الؼی

اص تمسین دتی اسد ت ش : عل هسد یاص سشسیض(.m 113.5)حضچ ت تاس سشسیض تذست هی آیذ

هثال

خا یه تشای و است ظش دس صافی اص تؼذ تصفی عشاحی هستغیلی ساصی صالل حضچ یه تذ شی30300 سدی دتی هیضاى .شد m3/d ، تاسگزاسی

24.4 سغحی m3/m2.d ساػت 6 تشاتش هاذ صهاى هی 1 ت 2 حضچ ػشض ت عل سثت .تاشذ هی

.واییذ هحاسث آشا اتؼاد .تاشذ