水处理工程：第3章 沉淀与澄清

p0 0
ui u0
dpi
沉速≥u0颗粒的 去除率
沉速<u0颗粒的去除率
p0
u0
20
P (%) P (%)
与水深有关
沉淀时间t
与水深无关
颗粒沉速u
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H H/ 2
中部取样法
颗粒的总去除率：
P = C0 − C ×100% C0
还有没有其他的测定方法？
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三、理想沉淀池
23
三、理想沉淀池
u0截留速度
……落球法测定粘度
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二、颗粒沉淀实验
水 空样 气
沉淀实验装置
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二、颗粒沉淀实验
1. 在ti时，从底部取样，测Ci 2. 计算颗粒沉速：
H
ui=H/ti
沉速<ui颗粒占全部颗粒的
百分率（残余颗粒百分数）：
t=0
pi=Ci/C0
C0
t=ti Ci
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残余颗粒百分数p
3. 绘制p-u曲线（颗粒粒度分布曲线） pi
u=i u0
ui Q/ A
•理想沉淀池的颗粒沉淀效率只与表面负荷有关。 •与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间） 无关。
(Hazen 理论,1904年）
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p=i
u=i u0
ui Q/ A
•增大ui → 表面负荷↑（去除率一定），
或去除率↑（当处理能力和表面积一定）
•增大A → 去除率↑（颗粒沉速一定）
•拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间干扰，分层 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池）
•压缩沉淀：下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出， 污泥得到浓缩。
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二、沉淀分类
自由沉淀
絮凝沉淀
颗粒浓度
拥挤沉淀
高
压缩沉淀
高 颗粒絮凝性
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第2节 自由沉淀
(Discrete particle settling)
一、颗粒沉速公式 二、颗粒沉淀实验 三、理想沉淀池
3
第1节 沉淀原理与分类
一、沉淀原理 二、沉淀分类
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一、沉淀原理
•依靠重力利用颗粒与水的密度之差，将颗粒 物从水中分离出来的过程
•比重>1，下沉；比重<1，上浮 •沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去 除100µm以上的颗粒 •胶体颗粒需混凝后才能沉淀。
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一、沉淀原理
•给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 •废水处理――
•在时间ti，不同深度测Ci •计算各深度处的颗粒去除百分率
p＝ (C0-Ci)/C0 ×100% •绘制去除百分率等值线
沉淀柱高度 ＝实际沉淀池深度
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•计算颗粒去除率（在t0时刻, u0=H/t0）：
P
=
p2
+
h1 / t0 u0
( p3
−
p2 ) +
沉淀池容积一定，池身变浅
------ 浅层理论
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本节思考题
(1) 自由沉淀的颗粒沉速如何计算？ (2) 如何由沉淀实验求颗粒沉淀速度和去除率？ (3) 在沉淀实验中，变化取样点的高度对计算颗粒 去除率有何影响？ (4) 沉淀池表面负荷的物理意义是什么？与沉淀池 水深有何关系？
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第3节 絮凝沉淀
第3章 沉淀与澄清 (Sedimentation or settling
and Clarification)
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不同沉淀类型特征？
不同沉淀池特征？ 关键的工艺设计参数？
机型搅拌澄清池
澄清池和沉淀池 有什么不同？
本章内容
第1节 沉淀原理与分类 第2节 自由沉淀 第3节 絮凝沉淀 第4节 拥挤沉淀 第5节 沉淀池 第6节 澄清池
(Flocculent settling)
一、絮凝沉淀特点 二、絮凝沉淀实验
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一、絮凝沉淀特点
水深
絮凝 颗粒
通过沉淀柱(settling column) 离散颗粒 实验预测沉淀效果。
时间 •在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大。 •颗粒去除率不仅与沉速有关，而且与深度、时间有关。
30
H
二、絮凝沉淀实验
1. 理想沉淀池工作模型假设
(1) 颗粒为自由沉淀。 (2) 水流水平流动，过水断面上各点流速相等 v。 (3) 颗粒到底就被去除。
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2. 沉淀池表面负荷的定义
u≥u0的颗粒全部去除 u0 截留沉速( critical settling velocity)
因为： =t0
H= u0
L v= Q v HB
Re校核！
•1<Re<103, 过渡区(transition region)
CD
=24 Re
+
3 Re
+
0.34或CD
=R18e.05.6
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颗粒沉速式子有何意义？
•了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径……） •在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度 •由颗粒沉降速度求颗粒粒径
……水处理中的沉降实验 •由颗粒沉降速度求液体粘度
v: 水流速度 t0: 停留时间 Q: 流量
则： u0
=
Q LB
=
Q A
=
q0
H: 有效水深 B: 有效宽度 L: 有效长度
A: 沉淀池表面积
qo：表面负荷 (surface loading rate, m3/(m2 d))
过流率(overflow rate)
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对于沉速ui<u0颗粒的去除率：
p=i
沉砂池（去除无机物） 初沉池（去除悬浮有机物）
SS去除40%～55% BOD5去除20 %～30% 二沉池（活性污泥与水分离）
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在给水处理中的应用
原水⇒混凝 ⇒沉淀⇒过滤 ⇒消毒⇒饮用水
7
在废水处理中的应用
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二、沉淀分类
•自由沉淀：离散颗粒，在沉淀过程中沉速不变 （沉砂池、初沉池前期）
•絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉淀过程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）
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一、颗粒沉速公式
u=
4 3
g CD
ρP − ρ ρ
dp
u：颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） ρP, ρ ：颗粒和水的密度 dp: 颗粒直径 CD：阻力系数
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阻力系数CD的计算
CD与Re百度文库关
，
Re
=
ud P ρ µ
µ：水的动力粘度, Pa·s
CD和雷诺数的关系(球形颗粒)
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一、颗粒沉速公式
•Re<1, 层流区(laminar region)，CD= 24/Re
u
=
1 18
ρp − µ
ρ
gd
2 P
Stokes’ law
µ：水的动力粘度(dynamic viscosity)，Pa·s
•103<Re<105, 湍流状态(turbulent region)
CD=0.44
ui
沉速 u
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4.颗粒去除率的计算
在时间t0 颗粒沉速u0，相应残余颗粒比例p0 (1) 沉速u≥u0 的颗粒全部去除 (2) 沉速u<u0的颗粒部分去除:
去除比例＝hi/H =uit0/(u0t0) = ui/u0
H
hi
t=t0 Ct
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(3) 颗粒全部去除率 P
∫ P =(1− p0 ) +