重力沉降规律及设备
第五章 重力浓缩
第三节 重力浓缩设备
• 浓密机，又称沉降槽，沉淀池。 按设备操作形式： 间歇式沉淀设备和连续式沉淀设备 按悬浮液流动方向：
平流式、辐流式、竖流式
第三节 重力浓缩设备
耙式浓缩机 中心传动耙式浓缩机 周边传动耙式浓缩机
艾姆科型
高效浓缩机 道尔-奥利弗高效浓缩机 恩维罗-克里尔型
斜板浓缩池
多层累叠式浓缩机
1
0.5（0.6） 0
第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律
• 静止流体中颗粒的自由沉降
6
Fg
d sg
3
Fb
6
d g
3
Fd C D A p
1 2
u
2
第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律
• 静止流体中颗粒的自由沉降
F g F b F d ma
6
d sg
3
6
d g C D
第五章 重力浓缩
• 重力浓缩是借助于悬浮液中固体颗粒在重力作用下发 生沉降而提高悬浮液浓度的一种固液分离手段。 • 重力浓缩通常是固液分离的第一道工序，设备构造一 般简单，便于操作。 • 在沉降过程中不仅粗粒级容易沉降，而且细粒级可通 过凝聚或絮凝也能达到较好的沉降效果。
第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律
第三节 重力浓缩设备
• 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机
第三节 重力浓缩设备
• 深锥浓缩机
第三节 重力浓缩设备
• 深锥浓缩机
第三节 重力浓缩设备
• 其他类型浓缩机
第三节 重力浓缩设备
• 其他类型浓缩机
第三节 重力浓缩设备
• 其他类型浓缩机
第三节 重力浓缩设备
重力沉降的原理及应用
重力沉降的原理及应用1. 什么是重力沉降？重力沉降是一种固体颗粒物料在液体中沉降的现象，也被称为沉降法或离心法。
这个过程是利用重力作用使颗粒物料在液体中自由沉降，并通过沉降速度的差异来实现颗粒物料的分离。
重力沉降常被应用于颗粒物料的固液分离、液固分离以及固固分离等方面。
2. 重力沉降的原理重力沉降的原理基于斯托克斯定律，即颗粒物料在液体中的沉降速度与颗粒大小、密度、液体粘度和重力加速度等因素有关。
根据斯托克斯定律可知，颗粒物料的沉降速度与颗粒直径的平方成正比，与颗粒与液体密度差和液体粘度成反比。
因此，较大直径和密度较大的颗粒沉降速度较快，而较小直径和密度较小的颗粒沉降速度较慢。
3. 重力沉降的应用重力沉降在各个领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：3.1 固液分离重力沉降常用于固液分离过程中，例如在水处理、废水处理、生物制药、食品加工和矿业等行业。
通过调整悬浮液中颗粒物料的沉降速度，可以实现固体颗粒与液体的分离。
在水处理中，可以通过重力沉降的方法将悬浮在水中的固体颗粒从水中分离出来，提高水的净化效果。
3.2 液固分离除了固液分离，重力沉降也广泛应用于液固分离过程中。
在石油工业中，通过重力沉降可以实现原油与水、沉淀物的分离。
在制药工业中，重力沉降常用于将可溶性化合物从其溶液中分离出来，从而获得纯净的药物成分。
3.3 固固分离重力沉降还可以应用于固固分离过程中。
例如，利用重力沉降可以将不同颗粒大小的颗粒物料进行分级，从而实现颗粒的分类和分离。
在矿石选矿过程中，重力沉降可以将矿物颗粒按照密度的大小进行分类，从而达到分离和提纯的效果。
3.4 离心分离离心分离是重力沉降的一个衍生应用。
它利用离心力的作用，通过离心机来加速颗粒物料的沉降过程，从而实现更快速、更高效的分离过程。
离心分离广泛应用于生物工程、制药和化学工业中，可以用于细胞分离、蛋白质纯化和大规模物料的分离等。
4. 结语重力沉降作为一种重要的物料分离技术，具有简单、高效、经济的优点，被广泛应用于各行各业。
3第三章-重力沉降法解析
其他辐流式沉淀池
辐流式沉淀池设计要点
• 沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u • 池深按停留时间计算 H=ut • 污泥斗坡度0.05~0.10
旋流沉砂池 利用机械力掌握水流流态与流速、加速砂粒沉淀并
使有机物随水流走
1.電機 2.主軸 3.車葉 4.固定支架 5.排水孔 6.注氣管 7.注水管
高斯美 DP系列旋流沉砂池
沉淀池
• 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 • 依据运行方式：分为间歇式、连续式 • 间歇式：进水、静置、排水 • 连续式：连续不断流入和排出 • 通常通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，
取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u＝1/ 0.1＝10〔m2〕
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4〔m) 池长L ＝V/A＝180/10＝18〔m〕 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q＝0.1(m3 air/m3 ww) × 1(m3 ww/s)× 3600 (s/hr)＝360m3
u0
Q A
q
q: 沉淀池的外表负荷或过 流率—单位时间内通过沉 淀池单位外表积的流量。
对于絮凝沉降: 颗粒间并聚变大或 ρ s增大, u也随之增大。其运动轨迹发生变化：
us L gd2 18
进
出
口
流
区
区
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
(1x0)
x0 0
u u0
dx
沉砂池
• 去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒 • 一般位于泵站之前或初沉池之前 • 使水泵、管道免受磨损和堵塞 • 减轻沉淀池的无机负荷 • 改善污泥的流淌性，以便于排放、输运。 • 工作原理：重力分别/离心力分别 • 设计原则与主要参数：传统设计针比照重为2.65、粒径为
重力沉降法
例3-2：用有效水深为1.5m的沉降柱
对某离散型工业废水作静止试验， 取得表3-3所列的数据，试求u0＝ 2.8m/min时的ET值时多少？
表3-3 自由沉降试验数据表
时间（min）
0.5
1
2.5
5
6.8
10
沉速(m/min)
3.00
1.50
0.60
0.30
0.22
0.15
P0＝Ci/C0
0.55
0.12
2.0
0.15
2.5
0.18
3.0
0.21
3.5
0.24 (m/min)
4.0 (mm/min)
沉速u
表3-2
ut(mm/s) dP utdP
p0
0
ut dp
图解计算法
dP utdP ΣudP
ΣudP ut(mm/s)
0.11
0.25 0.37
0.04
0.06 0.1
0.0044 0.0044
Fd Cd As (L u / 2)
2 s
式中： Fd-水对颗粒的阻力； Cd-牛顿无因次阻力系数； As-自由颗粒的投影面积； uS-颗粒在水中的运动速度， 即颗粒沉速。
2 l us Fd C d As 2
Ff l V g
Fg mg s V g
式中：As——运动方向的面积 Cd——牛顿无因次阻力系数； us——颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为us（最终沉降速度）
球状颗粒自由沉降的沉速公式
1 1 2 3 2 Vs Vs d s , As d s , ds 6 4 As 3
化工原理11沉降分离原理及设备
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化工原理11沉降分离原理及设备
•第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
•3.1 沉降分离原理及设备 •3.1.1 颗粒相对于流体的运动
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化工原理11沉降分离原理及设备
•一、颗粒的特性
•1. 球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d确定。
体 积 表面 积 比表面 积
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•二、重力沉降设备
• 位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
•气体通过降尘室的时间为
•降尘室 高
•沉降速 度
•降尘室 长
欲使颗粒被分离出来，则
•气流水平通 过降尘室速
度
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或
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•二、重力沉降设备
根据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平 通过速度为
•降尘室生 产能力
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化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
机械分离方法，即利用非均相混合物中两 相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等） 的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离方法
沉降 过滤
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化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
•非均相混和物分离的应用： •（1）收集分散物质。 •（2）净化分散介质。 •（3）环境保护。
•三、 阻力系数（曳力系数）
•滞流区 •过渡区 •湍流区
•表面摩擦阻力 •形体阻力
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化工原理11沉降分离原理及设备
•四、 影响沉降速度的因素
•自由沉降
• 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗 粒的存在而受到干扰 •干扰沉降
• 如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明 显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可 忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。
4.2.23.2.2重力沉降设备降尘室
固 体 密 度 ρS=400kg/m3 操 作 条 件 下 ， 规 定 气 体 速 度 不 大 于
0.5m/s，试求：
1．降尘室的总高度H，m；
2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；
3. 粒径为40μm的颗粒的回收百分率；
4. 欲使粒径为10μm的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内
设置几层水平隔板？
1
解：1）降尘室的总高度H
273 t
273 427
V S V0
1
2 .564 m 3 / s
273
273
2.564
=
2 . 564 m
2 0 .5
1
2）理论上能完全除去的最小颗粒尺寸
表明：降尘室的生产能力只与沉降面积BL及颗粒
沉降速度ut有关，而与降尘室高度H无关。
7
（3）能除去的最小颗粒尺寸
假设颗粒沉降服从斯托克
斯公式，即沉降速度为
2 −
=
18
—斯托克斯公式
可得处理量为 时能够被100%除去的最小颗粒直径为：
d Pmin
18
Vs
( p )g Α
2 .564
0 .214 m / s
=
26
用试差法由ut求dmin。
假设沉降在斯托克斯区
d m in
18 u t
18 3 .4 10 5 0 .214
5 . 78 10 5 m
s g 4000 0.5 9.807
《重力沉降法》课件
重力的作用效果是 使物体向地心加速 下落
重力沉降法的定义
重力沉降法是一种 利用重力作用使悬 浮颗粒从流体中分 离出来的方法。
原理：悬浮颗粒在 重力作用下，会逐 渐下沉，而流体则 向上流动，从而实 现颗粒与流体的分 离。
应用：广泛应用于 污水处理、化工、 食品等行业。
优点：操作简单， 成本低，效率高。
过滤法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于大颗粒物质
磁选法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于磁性物质
05 重力沉降法的实验操作
实验前的准备
实验材料：离心管、离心机、 溶液、样品等
实验环境：无尘、无菌、温度 适宜
实验设备：离心机、天平、量 筒、滴定管等
实验步骤：样品处理、离心、 收集、分析等
重力沉降法的原理
原理：利用颗粒物在重力作用下的沉 降速度不同，实现颗粒物的分离和净 化
过程：将待处理液体与颗粒物混合， 然后让其自然沉降，颗粒物沉降速 度大于液体，从而实现分离
应用：广泛应用于污水处理、空气净 化等领域
优点：操作简单，成本低，适用于大 规模处理
重力沉降法的应用
空气污染控制： 去除空气中的颗 粒物和悬浮物
记录实验数据：包括时间、温度、 压力、浓度等
绘制图表：将实验数据绘制成图表， 如柱状图、折线图等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
数据处理：使用Excel或其他软件 进行数据处理和分析
分析结果：根据实验数据和图表， 分析实验结果，得出结论
实验结果分析
颗粒大小 对沉降速 度的影响
溶液浓度 对沉降速 度的影响
设备问题：重力沉降法需要大型设备，投资成本较高
环境问题：重力沉降法在处理过程中会产生噪音和粉尘，对环境造成影响
重力沉降室工作原理是什么
重力沉降室工作原理是什么
重力沉降室是一种用于分离悬浮液体和固体颗粒的设备，其工作原理基于物质在重力作用下的不同沉降速度。
其工作原理如下：
1.首先，将待分离的悬浮液进入沉降室，并保持室内的压力和
温度恒定。
2.悬浮液中的固体颗粒会因为重力作用而向下沉降。
根据物理
学原理，沉降速度与颗粒的质量以及颗粒与液体之间的阻力有关。
较大的固体颗粒会相对较快地沉降到底部，而较小的固体颗粒会较为缓慢地沉降或悬浮在液体中。
3.底部的沉降物会通过排泥口或排泥管等方式进行排出，而悬
浮在液体中的固体颗粒会继续向上沉降。
4.顶部的液体会通过溢流口或溢流管等方式排出沉降室，从而
实现固液分离的目的。
总的来说，重力沉降室利用物质在重力作用下的不同沉降速度，将悬浮液中的固体颗粒通过沉降分离出来，而较小的颗粒则悬浮在液体中。
这种原理在很多领域中被广泛应用，如废水处理、矿石分离、颗粒分级等。
17 沉降分离设备
①在分离器内气流形成两个主旋涡，即气体切线进入分离器后以螺旋形旋转向下 的外旋涡和由锥底螺旋形上升至排气管的内旋涡．两旋涡的旋转方向相同。此外， 表面粗糙的器壁及圆柱形顶部靠近排气管处也会产生一些局部的旋涡。
②内、外主旋涡中的气流速度均可以分解为切向线速uθ、径向速度ur和轴向速度 uz三个分量，它们在内、外旋涡中的方向和规律大致如下
（一）气-固分离设备
1 旋风分离器
2012-8-2
沉降分离设备
10/24
2012-8-2
沉降分离设备
11/24
（1）旋风分离器的分割直径与分离效率 临界直径 dc与分割直径 dpc ①入口气体严格按螺旋线作等速运动，其切向速度uθ等于入口气速ui；
②颗粒必须穿过厚度为B的气层才能达到壁面被分离；
滤的方法。或者放弃过滤，采用离心沉降的方法，如碟式分离机。对于更小的颗 粒，需要采用管式高速离心机。但是，这些方法的处理量都不能很大。反之，较 大的颗粒，例如大于50um，可以采用最简单的重力沉降方法．稍小些，可以采 用旋流分离器。
2012-8-2 沉降分离设备 23/24
2 气固分离 最常规的方法是旋风分离。旋风分离器的分离能力很大程度上决定于 其设计。一般能分离5～10um的颗粒，设计良好的旋风分离器可以 分离2um的颗粒。 更小的颗粒就属于较难分离的颗粒。需要采用袋滤器。袋滤器能捕集0.1～1um 的颗粒，但袋滤器的滤速不能大，在0.06～0.1m/s以下。因此，如果处理气量 很大，设备将很庞大。 更细的颗粒，需要采用电除尘器。它除尘效果好，但造价高。 如果生产上允许进行湿法除尘，那么，气固分离问题就变得容易得多。因为气固 分离的困难在于已分离出来的固体颗粒会被气流重新卷起，颗粒愈细，这个问题 愈严重。允许采用湿法，就从根本上消除了这个问题。 由上可见，颗粒直径是关键因素，1～2um是难易的分界线。如果细颗粒是产品 本身的特性，那只能面对。如果不是，应当设法控制这些颗粒的生成条件，避免 形成细颗粒。例如，结晶过程中晶粒的大小与结晶条件密切相关。 作业：3-4，3-5，3-6
重力沉降的原理及应用
重力沉降的原理及应用
重力沉降是一种重要的固液分离方法，其原理是利用重力对固液混合物进行分离。
根据斯托克斯定律，当颗粒直径小于0.1mm时，颗粒在液体中的降速与其直径的平方成正比，直径越大，降速越快。
因此，在重力作用下，颗粒由于密度差异而沉降速度不同，从而实现固液分离。
重力沉降可以应用于多个领域，包括水处理、污水处理、固废处理、矿业、食品加工等。
具体应用包括：
1. 污水处理：重力沉降可以用于固液分离，将污水中的悬浮物沉降下来，从而实现净化和回收利用。
常见的应用有沉淀池、沉淀池、沉积板等。
2. 固废处理：重力沉降可以用于固废处理，将固液混合物中的固体部分沉降下来，从而实现固体废弃物的分离和处理。
常见的应用有沉淀池、离心机、压滤机等。
3. 矿业：重力沉降可以用于矿石的选矿过程中，将矿石中的颗粒按照密度分离出来。
常见的应用有浮选、重选等。
4. 食品加工：重力沉降可以用于分离食品加工过程中的固液混合物，如分离果汁中的果肉、分离牛奶中的脂肪等。
常见的应用有沉淀池、离心机等。
总之，重力沉降是一种简单有效的固液分离方法，广泛应用于各个领域，对于提高生产效率、减少环境污染具有重要意义。
概述、重力沉降
d2
m2
讨 论 在 重 力 作 用 下 颗在 粒静 止 流 体 中 的 沉 降 ： du 当F g Fb FD 0时, 颗 粒 呈 加 速 降 落 ,其 加 速 度 为 , d 根据牛顿第二定律有 :
6 4 2 p du 3 ( )g u 2 d p 4d p p
在流体与颗粒组成的非均相物系中，考察流体(连续 相)与颗粒间（分散相）的相对运动。三种情况：颗粒静 止，流体对其绕流；流体静止，颗粒作沉降运动；两者 都动但具有一定的相对速度。 可假设颗粒静止，流体以一定的速度对之作绕流； 或流体静止，颗粒在流体中运动，分析流体对颗粒的作 用力。
二、 流体与颗粒间的相对运动
(
d p ut
)
颗粒在力场中的运动过程可分为几个阶段？
分为两个阶段：加速段和恒速段。 随着颗粒运动速度的增大，颗粒所受的曳力也 不断增大，必存在某一时刻使颗粒所受的诸力之和 为零，从此时起，颗粒将在流体中作匀速运动，这 时颗粒的运动速度称为终端速度。
(1)层流区 — Stokes 区
壁效应和端效应
当颗粒直径与容器直径D相比不算太小时，容器壁面会对颗粒的 沉降产生影响，使其受到较大的曳力。一般dp/D >0.01时，就显出 器壁的影响，使沉降速度减小。
流体分子运动的影响
当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟时（如2~3μm 以下），颗粒作不定向和随机性运动，它们可穿过流体分子的间隙， 使沉降速度大于斯托克斯定律计算的数值。另一方面，细颗粒的沉 降将受流体分子碰撞的影响，当颗粒直径小于0.1μm时，布朗运动 的影响起主要作用，难以用重力沉降法除去流体中的颗粒。
重力沉降及原理
ρ ( ρs − ρ ) g 令 K =d µ2
3
K3 则 Ret = 18
当 Ret ≤ 1 时 K ≤ 3 18 ×1 = 2.62 为滞流上限
湍流时： t = Re
dut ρ
µ
ut = 1.74
d ( ρs − ρ ) g
ρ
同理可得 Ret = 1.74 K
3 2
当 Ret ≥ 103 时，K＝69.1 K值在2.62～69.1之间 三. 重力沉降设备 1. 降尘室 其结构如图
则
dut ρ
为滞流
Vs 2500 / 3600 n= −1 = − 1 = 12 （块） −3 ut A 5.42 ×10 × 5 × 2
2. 沉降槽 用以分离悬浮液的设备
设颗粒沉降在滞流区
d 2 ( ρs − ρ ) g ut = 18µ 查20℃空气 ρ = 1.2kg / m3 , µ = 1.81×10−5 Pa ⋅ s
(1×10−6 )2 × (1800 −1.2) × 9.81 ut = = 5.42 ×10−3 (m / s) 1.81×10−5
1×10−6 × 5.42 ×1.2 = = 3.6 ×10−3 < 1 校核 Ret = 1.81×10−5 µ
第一节. 重力沉降 一. 重力沉降及原理 重力沉降： 利用分散介质与分散物质密度的差异，在重力的 作用下，使之得到分离的过程 原理： 固体颗粒在做同 一水平速度运动的 同时做向下的沉降 运动，由于密度不 同，则沉降速度不 同，密度大的先沉 降，密度小的后沉 降，因此使之分离 二. 重力沉降速度— u t 1. 球型颗粒的自由沉降 ⑴自由沉降：对于单一颗粒在粘性流体中的沉降，
2. 非球形颗粒的自由沉降 用一球形度φ s表示一般颗粒与球形颗粒的差异
化工工艺重力沉降技术
c.颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒 影响; d.静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生 加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水 对其产生的阻力平衡时，颗粒即成等速下沉。
（2） 悬浮颗粒在水中的受力
Fd
Cd
3.常见类型：按池内水流方向的不同，可 分为平流式、曝气式、旋流沉砂池等。
形式
构造
特点
应用
平流式
平面为长方形，采用机械刮砂。构造简单，除砂 城市污水厂的主 效果较好，除砂 要池型，越来越 设备国产化率高。 多地被曝气沉砂 池所代替。
竖流式 曝气式
平面为圆形或方形，水由设在 池中心的进水管自上而下进入 池内，管下设伞形挡板使废水 在池中均匀分布后沿整个过水 断面缓慢上升水流方向与沉砂 方向相反。
可以有效地去除 细砂（0.1mm以下 的砂粒），具有 占地小、除砂效 率高等。
国外广泛应用， 国内使用也越来 越多。
平流式
竖流式
曝气式
旋流式
4. 沉砂池设计中，必需按照下列原则：
（1）城污厂一般设沉砂池，座数或分格数n>=2座(格)， 并联。
（2）设计流量应按分期建设考虑：
a)当污水自流进入，按每期最大设计流量计算； b)当污水为用提升泵送入时，则应按每期工作水泵 的最大组合流量计算； c) 合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计;
预处理：在进水口处设置圆 筒式旋流预分离器，污水沿 圆筒切线方向进入涡流使砂 粒沉下进入螺旋分离器，溢 流液回沉砂池或格栅井，起 到预沉砂及调节水量的作用。
洗砂砂水分离器
无轴螺旋输送机对沉 淀物进行脱水
5.3 平流沉砂池设计
重力沉降的计算
同样条件下
因此
(3) 不均匀颗粒的沉降速度
粒径不同时，大颗粒沉降速度快，小颗粒沉降速度慢。
除去所有颗粒，应以最小颗粒直径计算ut 。
颗粒分级时，以不同粒度，分别进行计算ut 。
(4) 影响沉降速度的其它因素
① 干扰沉降------颗粒沉降时彼此影响
◇ 颗粒浓度对沉降速度的影响 大量颗粒沉降，造成流体反向运动
蝶片式离心机：
用 途：分离乳浊液和从液体中分离少量极细的固体颗粒， 广泛用于润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清等。
管式超速离心机：
目的：流体与固体颗粒分离 原理：利用颗粒与流体之间的密度差， 将固体颗粒从流体中分离出来。 常用方法： (1) 重力沉降(分离较大的颗粒） 例：选矿
3.4 沉 降
(2) 离心沉降 (分离尺寸小的颗粒） 例：气体除尘
沉降时间：
设：气体旋转圈数 N，则气流运行距离
颗粒分离条件：
气体停留时间：
◆ 分离效率：
（1）总效率
（2）分级效率
两者关系：
按假设情况：
实际情况：
◆ 旋风分离器的阻力 是旋风分离器的经济指标。
③ 常见旋风分离器的形式 1）进口方式 切向进口：切向进口方式结构简单，较常用。
1－悬浮液入口管2－圆筒3－锥形筒4－第流出口5－中心溢流管6－溢流出口管
(3) 离心沉降机 ▲ 分离液-固非均相混合物 ▲ 特点：转速可以根据需要调整， 适用于分离困难的体系， ▲ 常用的离心沉降机：转鼓式离心机、蝶片式离心机等。
转鼓式离心沉降机：
1－固体2－液体
3.4.1 重力沉降速度的计算 (1)球形颗粒的自由沉降 自由沉降：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度； 干扰沉降：实际颗粒的沉降。 匀速阶段受力分析：
重力沉降 (Gravitational Settling)
（1）能被（100%）除去的最小颗粒直径
ut
Vs bl
d 2 m in
s
18
g
dmin
18 Vs
s g bl
， （2）最大处理量Vs Vs与bl有关，但与H无关。所以，降尘室都做成
扁平形；或以水平隔板分割成多层降尘室。
11
1.2 重力沉降设备
，
VS (n 1)blut 特点：结构简单，流体阻力小；但体积庞大， 分离效率低，通常分离粒度大于50μm的粗粒。
12
1.2 重力沉降设备
二、沉降槽（又称为增浓器和澄清器）
特点：适合于处理量大，浓度不高，颗粒不太细 的悬浮液，常用于污水处理。
13
化工原理
化工原理
重力沉降 (Gravitational Settling)
1.1 沉降速度 1.2 重力沉降设备
2
1.1 沉降速度 (Terminal Velocity)
一、球形颗粒的自由沉降
（Free Settling of Spherical Particles)
Fg Fb Fd ma
6
d
3s
对于非球形颗粒：
de
3
6 πVp
实验结果见下图：
4
1.1 沉降速度
5
1.1 沉降速度
对于球形颗粒（Φs=1）：
层流(Stokes定律)区（10－4＜Ret＜1）：
24 Re t
（沉降操作一般在层流区）
过渡(Allen定律)区（
1＜Ret＜103
）：
18 .5 Re t 0.6
湍流(Newton定律)区（ 103＜Ret＜2×105 ）：
0.44
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重力沉降规律及其设备
摘要：介绍了重力沉降的规律以及重力沉降的四种类型，对一些常用的重力沉降设备进行了总结。
关键词：重力沉降规律；设备
1.重力沉降
利用分散介质与分散物密度的差异，在重力作用下，使之得到分离的过程。
重力沉降原理：固体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。
密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。
沉降类型有自由沉降、絮凝沉降、成层沉降和压缩沉降。
1.1自由沉降
废水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性时发生自由沉降。
固体颗粒不改变形状和尺寸，不互相粘和，各自独立地完成沉降过程。
发生自由沉降的颗粒的沉降速度在经过一定的沉降时间后保持不变，现象是水从上到下逐步变清。
在沉砂池和初沉池的初期沉降类型是自由沉降。
1.2絮凝沉降
固体浓度也不高（ss为50-100mg/L），但具有凝聚性时发生絮凝沉降。
在发生絮凝沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。
水是逐步变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。
在初沉池的后期和二沉池的初期沉降类型为絮凝沉降。
1.3成层沉降
废水中的悬浮颗粒物的浓度提高到一定程度时（ss大于500mg/L）发生成层沉降。
沉降过程中每个颗粒的沉降将受到其周围颗粒存在的干扰，沉降有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。
可观察到水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。
在二沉池的后期和浓缩池的初期发生成层沉降。
1.4压缩沉降
废水中悬浮物的浓度很高时发生压缩沉降。
沉降时固体颗粒互相接触，互相支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。
颗粒群与水之间有明显的界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界
面的沉降速度很慢。
在浓缩池的后期发生压缩沉降。
四种沉降类型与固体浓度和凝聚性的关系如下图所示：
2.沉降设备
2.1沉砂池
位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大的无机颗粒。
以使水泵、管道免受磨损和阻塞的无机颗粒。
以使水泵、管道免受磨损和阻塞以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性，以便于排放、输运。
分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、旋流式、曝气式等。
平流式沉砂池截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单，排砂方便；缺点是表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，需进一步进行洗砂处理。
图1 平流式沉砂池
曝气式沉砂池中含有机物的量低于5%，且具有预曝气、脱预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡臭、防止污水厌氧分解、除泡作用及加速污水中作用及加速污水中油类的分离等作用。
为长形渠道，沿池壁一侧的整个长度上距池底60-90cm处设曝气装置，池底设集砂槽，池底坡度为坡度为0.1-0.5。
缺点是由于旋流速度在实际操作中很难测定，只能通过调节曝气量来控制，但气量调节却难以掌握，此外由于曝气可能导致的出水溶解氧含量较高对生物处理的厌氧及缺氧生物处理产生影响。
图2 曝气式沉砂池简图
2.2沉淀池
沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。
沉淀池在废水处理中广为使用。
它的型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。
平流式沉淀池由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。
平流式沉淀池多用混凝土筑造，也可用砖石圬工结构，或用砖石衬砌的土池。
平流式沉淀池构造简单，沉淀效果好，工作性能稳定，使用广泛，但占地面积较大。
若加设刮泥机或对比重较大沉渣采用机械排除，可提高沉淀池工作效率。
图3平流式沉淀池
竖流式沉淀池池体平面为圆形或方形。
废水由设在沉淀池中心的进水管自上而下排入池中，进水的出口下设伞形挡板，使废水在池中均匀分布，然后沿池的整个断面缓慢上升。
悬浮物在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中，澄清水从池上端周围的溢流堰中排出。
溢流堰前也可设浮渣槽和挡板，保证出水水质。
这种池占地面积小，但深度大，池底为锥形，施工较困难。
图4 竖流式沉淀池
辐流式沉淀池池体平面多为圆形，也有方形的。
直径较大而深度较小，直径为20～100米，池中心水深不大于4米，周边水深不小于1.5米。
废水自池中心进水管入池，沿半径方向向池周缓慢流动。
悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流入出水渠。
图5 辐流式沉淀池
近年设计成的新型的斜板或斜管沉淀池。
主要就是在池中加设斜板或斜管，可以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。
但有斜板、斜管易结垢，长生物膜，产生浮渣，维修工作量大，管材、板材寿命低等缺点。
正在研究试验的还有周边进水沉淀池、回转配水沉淀池以及中途排水沉淀池等。
2.3浓缩池
浓缩池按其运转方式可以分为连续式和间歇式两种。
连续式主要用于大，中型污水处理厂，间歇式主要用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂。
重力浓缩池一般采用水密性钢筋混凝土建设，设有进泥管，排泥管和上清液管，平面形式有圆形和矩形两种，一般多采用圆形。
连续式重力浓缩池的进泥与出水都是连续的，排泥可以是连续的，也可以是间歇的。
当池子较大时采用辐流式浓缩池，当池子较小时采用竖流式浓缩池。
竖流式浓缩池采用重力排泥，辐流式浓缩池多采用刮泥机排泥，有时也可以采用重力排泥，但池底应做成多斗。
图6辐流式浓缩池简图
参考文献
[1]李圭白,张杰主编. 水质工程学. 北京：中国建筑工业出版社,2005.
[2]张自杰主编. 排水工程（下册）（第四版）. 北京：中国建筑工业出版社,2000.。