1、第16章 沉淀和澄清,16.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀,沉淀:水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中分离出 来的过程. 自由沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此没有干扰,只 受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的 作用. 拥挤沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此干扰,或受到 容器壁的干扰,虽然其粒度和第一种相同, 但沉淀速度却较小.,16.1.1悬浮颗粒在静水中的自由沉淀,直径为d的球形颗粒在静水中所受的重力为: 式中:p及1- 颗粒及水的密度; g- 重力加速度. 颗粒下沉时所受水的阻力为:,式中CD-阻力系数,与雷诺数Re有关; d2/4-球形颗粒在垂直方向的投影 面积. 重力与阻力的差(F1-F2)使颗粒产生向
2、下运动的加速度du/dt,得: 在下沉过程中,阻力不断增加,在短暂时间后,达到与重力平衡,加速度变为零,颗粒的沉淀速度转为常数.,得沉速基本公式为: 在Re1的范围内,呈层流状态,CD=24/Re 得斯笃克斯公式: 在1000 Re25000范围内,呈紊流状态, CD=0.4,得牛顿公式: 在1Re1000的范围内,属过渡区,CD近似为: 得到阿兰公式:,沉速公式的实用意义,上述这些公式都不能直接用来确定某一特定颗粒的沉速,因为沉速本身为待求值,则Re也为未知数. 先假定沉速u,然后再经试算以求得确定的u. 当颗粒粒径很小时,测定粒径很困难,但是测定颗粒沉速往往较容易,故常以测定的沉速用斯笃克
3、斯公式反算颗粒粒径. 此粒径只是相应于球形颗粒的直径,并非实际粒径. 在实用上常用沉速代表某一特定颗粒而不追究颗粒粒径.,16.1.2 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,被排挤的水便有一定的速度,使颗粒所受到的水阻力有所增加,颗粒处于互相干扰状态,此过程称为拥挤沉淀,此时的沉速称为拥挤沉速. 拥挤沉速可用实验方法测定.,高浊度水的拥挤沉淀过程分析,任意时间内交界面下沉速度： 肯奇（Kynch)沉淀理论：,不同沉淀高度的沉降过程相似关系,如用同一水样，用不同沉淀高度的水深作实验，两条沉降过程曲线之间存在相似关系 当原水浓度相同时，A、B区交界的混液面的下沉速度是不变的。
4、 沉淀过程与深度无关，可以用较短的沉淀管作实验，来推测实际沉淀效果。,16.2 平流式沉淀池,16.2.1 非凝聚性颗粒的沉淀过程分析,理想沉淀池的假定: 颗粒处于自由沉淀状态.即在沉淀过程中,颗粒之间互不干扰,颗粒的大小形状和密度不变.因此,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,并在流动过程中始终不变. 颗粒沉到池底即认为已被去除,不再返回水流中.,截留沉速u0: 沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速,凡是沉速等于或大于沉速u0的颗粒能够全部被沉掉. 式中Q/A,一般称为“表面负荷”或“溢流率”,即单位沉淀池表面积的产水量. 表面负荷在数值上等于截留沉速
5、,但含义却不同.,平流式沉淀池总的沉淀效率,沉速为ui(ui u0)的颗粒去除百分比E为: 悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关,而与其它因素如水深池长水平流速和沉淀时间均无关.,当去除率一定时,颗粒沉速ui越大则表面负荷也越大,亦即产水量越大;或者当产水量和表面积不变时, ui越大则去除率E越高.颗粒沉速与凝聚效果有关,所以生产上一般均重视混凝工艺. 颗粒沉速ui一定时,增加沉淀池表面积可以提高去除率.当沉淀池容积一定时,池深浅些则表面积大些,去除率可以高些,此即“浅池理论”,设p0-所有沉速小于u0的颗粒重量占原水 中全部颗粒重量的百分率; p-能够在沉淀池中去除的沉速小
6、于u0 的所有颗粒重量占全部颗粒重量的 百分率; dpi-具有沉速为ui的颗粒重量占全部颗 粒重量的百分率;,16.2.2 凝聚性颗粒的沉淀过程分析,水处理中经常遇到的沉淀多属于凝聚性颗粒沉淀,亦即在沉淀过程中,颗粒的大小形状和密度都有变化,随沉淀深度和时间的增长,沉速越来越快.有关凝聚性颗粒的沉淀效果只能根据沉淀实验加以预测.,凝聚性颗粒沉淀实验及去除率百分数等值线,凝聚性颗粒的去除百分数计算,总的去除百分率为：,式中：p2表示沉降高度为h，沉降时间为t0时的去除分数，并是沉速等于或大于u0的已全部沉掉的颗粒的去除分数； h1在时间t0时，曲线p2与p3之间的中点高度； h2在时间t0时，曲
7、线p3与p4之间的中点高度；,h3在时间t0时，曲线p4与p5之间的中点高度；,h4在时间t0时，曲线p5与p6之间的中点高度；,16.2.3 影响平流式沉淀池沉淀效果的因素,沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响 理想沉淀池中,假定水流稳定,流速均匀分布,其理论停留时间为: t0=V/Q 短流:在实际沉淀池中,有一部分水流通过沉淀区的时间小于t0,而另一部分水流则大于t0,这种现象称为短流. 产生短流的原因: 进水的惯性作用;出水堰产生的水流抽吸;较冷或较重的进水产生的异重流;风浪引起的短流;池内存在导流壁和刮泥设施等等.,水流性能的评价参数: 雷诺数Re: 水流的紊动性用雷诺数判断,表示水流的
8、惯性力与粘滞力两者的对比: 弗劳得数Fr: 用以判断水流稳定性,反映水流的惯性力与重力之间的对比:,Fr数增大,表明惯性力作用相对增强,重力作用相对减小,水流对温差、密度差异重流及风浪等影响的抵抗力强,使沉淀池中的流态保持稳定.要求Fr10-5. 在沉淀池中通常要求降低雷诺数,提高弗劳得数,有效的措施是减小水力半径R.池中纵向分格及斜板斜管沉淀池都能达到上述目的. 凝聚作用的影响:,16.2.4 平流式沉淀池的构造,进水区:通常使水流从絮凝池直接流入沉淀池,通过穿孔花墙将水流均匀分布在整个断面上,孔口流速不宜大于0.15-0.2m/s.,沉淀区:沉淀区的高度与其前后相关净水 构筑物的高程布置有
9、关，一般约 3-4m。 沉淀区的长度L取决于水平流速v 和停留时间T，即L=vT。 沉淀区的宽度取决于流量Q，池深H 和水平流速v，即B=Q/Hv。 长宽比不小于4，长深比不大于10，每格宽度宜在3-8m，不宜大于15m。,出水区：沉淀后的水应尽量在出水区均 匀流出，一般采用堰口布置, 或采用淹没孔口。孔口流速宜 为0.6-0.7m/s，孔径20-30mm， 孔口在水面下12-15cm。孔口水 流应自由跌落 到出水渠。 堰口溢流率一般小于500m3/m.d. 存泥区和排泥措施：目前基本采用机械排 泥装置，不考虑存泥区，池底水 平但略有坡度以便放空。,16.2.5.平流式沉淀池的设计计算,以表面
10、负荷来设计： 已知Q/A，求出A，L3.6vT,B=A/L; 按停留时间设计： 已知T，V=QT，选H，B=V/LH,16.3 斜板与斜管沉淀池,16.3.1 斜板与斜管沉淀池的特点 理论基础：浅池理论； 从水力条件的改善来看：雷诺数大大降低，弗劳德数大为提高； 斜板沉淀池中的水流基本上属层流状态，而斜管沉淀池的Re多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀池的Fr数一般为10-310-4。斜管的Fr数将更大。 斜板斜管沉淀池满足了要求。水流的稳定性和层流的,16.3.2斜管沉淀池的设计和计算,底部配水区高度不宜小于1.5m，以便均匀配水； 倾角宜为60，斜管的长度多采用1m。斜管的管径通常采用
11、25-35mm。,斜管沉淀池的表面负荷q是重要的技术经济指标：,Q流量，m3/h; A沉淀池清水区表面积，m2； 规范规定斜管沉淀池的表面负荷率为 911m3/m2 h（2.53.0mm/s) 斜管内的流速为 A斜管的净出口面积； 水平倾角。,16.4 澄清池,16.4.1 澄清池特点 将絮凝和沉淀两个过程综合在一个构筑物中完成 主要依靠活性泥渣层达到澄清目的 16.4.2 澄清池分类简介 泥渣悬浮型：悬浮澄清池，脉冲澄清池， 泥渣循环型：机械搅拌澄清池，水力循环 澄清池,主要设计参数和设计内容,清水区的上升流速一般采用0.8-1.1mm/s ； 清水区的高度1.5-2.0m； 总停留时间采用1.2-1.5小时； 回流量可为进水流量的3-5倍；进水管的流速1m/s左右 。配水槽和缝隙的流速采用0.4m/s。 第一反应室、第二反应室（包括导流室）和分离室的容积比一般控制在2:1:7左右。第二反应室和导流室的流速一般为40-60mm/s。,高密度澄清池,高密度澄清池的组成 反应池 A.快速混凝搅拌反应池 B.推流式反应池 预沉池浓缩池 斜管分离区,高密度澄清池,净水过程机理 原始概念上的整体化的絮凝反应池; 推流式反应池至沉淀池之间的慢速传输； 污泥的外部再循环系统； 斜管沉淀机理； 采用合成絮凝剂+高分子助凝剂。,高密度澄清池,
