第三章 水的沉淀和澄清(1)
第一章给水处理概论
过 滤
消 毒
饮用水
图1典型地表水处理流程
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混凝剂 原水 混合装置
絮凝池
沉淀池
过滤池
图2 地表水常规处理工艺
cl2 清水池 出水
常规处理工艺的局限性
国内外的试验研究和实际生产结果表明，受污染水源水经常规的混凝、 沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物20%-30％，且由于溶解性有机 物存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果 也明显下降(仅为50％一60％)。用增加混凝剂投量的方式来改善处 理效果，不仅使水处理成本上升，而且可能使水中金属离子浓度增加， 也不利于居民的身体健康。地面水源中普遍存在的氨氮问题常规处理 也不能有效解决。目前国内大多数水厂都采用折点氯化的方法来控制 出厂水中氨氮浓度，以获得必要的活性余氯，但由此产生的大量有机 卤化物又导致水质毒理学安全性下降。
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二、生产用水水质要求
各种工业企业对水质有不同要求，同时，即使是同一企业，不同生产过 程对水质要求也不相同。例如，在发电厂中，冷却用水与锅炉用水对水质要 求迥然不同，而水力除灰用水却对水质无任何要求。因此，在确定生产用水 的水质标准时应进行调查研究，按生产实际情况加以确定。
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1.4 给水处理方法
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水的循环——城镇用水循环 给水系统的水源和排水系统接纳水体的地方大多
是邻近的河流。取之于河流，还之于河流，形成另一 种受人类社会活动作用的水循环——城镇用水循环。
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1.2 水源水质
一、 原水中的杂质
取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样的杂质。这些杂质不外 乎两种来源： —是自然过程，例如，地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死 亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥沙和腐殖质等。 二是人为因素，即工业废水及生活污水排入水体所带入的。无论哪种来源的 杂质，都包括无机物、有机物以及微生物等。 从给水处理角度考虑，这些杂质可按尺寸大小分成悬浮物、胶体和溶解物 三类。
14.水质工程学 I —沉淀与澄清 §3-5澄清池(ppt文档)
（4）第一反应室出口流速50～80mm/s，第二反 应室进口流速40～50mm/s。
（5）清水区上升流速0.7～1.0m。
（6）清水区高度为2～3m，超高0.3m，喷嘴离 池底不大于0.6m，以免积泥。
（7）池底进水管流速为1.0m/s左右。
（8）与无阀滤池配套使用时，澄清池的出水槽 即可作为滤池的配水箱。
3、因池身较高，与无阀滤池配套较多。
4、原水浊度低或短时间内水量水温变化较 大时，工作不稳定，选用时应加注意。
设计参数：
（1）停留时间1～1.5小时，第一反应室、第二 反应室的停留时间分别为1～2min和5～7min。
（2）喷嘴流速6～9m/s，喉管流速2～3m/s。喷 嘴直径和喉管直径之比为1：3～1：4，截面积之比1： 12～1：13。
特点：
1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较 好；
2、它需要设置变速电动机和减速装置等机 电设备，结构较复杂。
3、适用于原水悬浮物长期低于5000mg/L的 大、中、小型水厂。
设计参数：
（1）清水区上升流速一般采用0.8~1.1mm/s。
（2）水在澄清池内总停留时间可采用1.2~1.5h。
（3）叶轮直径可为第二絮凝室内径的70~80%，并应设 调整叶轮转速和开启度的装置。
最大的脉冲澄清池
上海南市水厂,规模3000m3/h，采用 钟罩（虹吸）式脉冲发生器。
2、泥渣循环型澄清池 （1）机械搅拌澄清池（机械加速澄清池）
第二反应室 导流室
分离室
第一反应室
搅拌提升装置
加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬 浮泥渣，驱使泥渣回流，所以它具有较好的调 节性能（泥渣浓度、搅拌速度、泥渣循环量）。 通常提升流量为进水流量的3~5倍，因此所形 成的循环泥渣量为进水量的2~4倍。
第三章 沉淀和澄清
§3 - 1 概 论
水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称 为沉淀，按着水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类： 1.自然沉淀 自然沉淀 颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度。 2.混凝沉淀 混凝沉淀 在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状 和密度，这种过程称为混凝沉淀。 3.化学沉淀 化学沉淀 在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为 沉淀物，称为化学沉淀。
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收集整理
在a-c段，因切线就是a-c直线本身，Ht=H0,故Ct=C0 。 由于a-c线斜率不变，说明浑液面等速下沉。当压缩到H∞高 度后，斜率为0。即vt=0，说明悬浮物不在压缩，此时 Ct=C∞（压缩浓度）。 如同样的水样，用不同高度的水深作实验，发现在不同 沉淀高度H1 及 H2时，两条沉淀过程线之间存在着相似关系： op 1 oQ 1 = op 2 oQ 2 A、B交界面的高度 、 交界面的高度 说明当原水浓度相同时，A、 B区交界的浑液面的下沉速度 是不变的，但由于沉淀水深大 H1 时，压实区也较厚，最后沉淀 p1 p2 物的压实要比沉淀水深低时压 Q1 H2 实的密实些。由于这种沉淀过 Q2 程与沉淀高度无关的现象，使 有可能用较短的沉淀管作实验， 来推测沉淀的效果。
Bh0v=Q 水的流量； BL=A 沉淀区平面面积； Q/A— 单位面积沉淀区所沉淀的水流量，称沉淀池的表面负 荷（过流率） 理想沉淀池的表面负荷就是它的截流沉速，反应了能全 部去除的颗粒中的最小颗粒沉速。 由上述可知，浑水在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀 池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流 速、沉淀时间）无关，这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾， 阐明了决定沉淀效率的主要因素反应了下列两个问题： （1）当E一定时 i越大，q也越高，亦即产水量越大，或 一定时u 也越高， 当 一定时 越大， 也越高 亦即产水量越大， 不变时u 越高。 当Q、A不变时 i越大、E越高。 ui的大小与混凝效果有关， 、 不变时 越大、 越高 因此，生产上一定要重视絮凝工艺。 （2） ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时， 一定， 增加 增加、 提高 提高。 池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池 “ 理论” 理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
水质一(给水工程)名词解释
名词解释1.混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。
絮凝：脱稳胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。
凝聚：胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。
混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。
2.沉淀和澄清：通过重力作用，使水中的悬浮颗粒、絮凝体等物质被分离去除。
3.浮选：利用固体或液滴与它们在其中悬浮的液体之间的密度差，实现固-液或液-液分离的方法。
4.过滤：以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。
5膜分离：利用膜的孔径或半渗透性质实现物质的分离。
6吸附：通常在水处理中指固相材料浸在液相或气相中，液相或气相物质固着到固相表面的传质现象。
7离子交换：在分子结构上具有可交换的酸性或碱性基团的不容性颗粒物质，固着在这些基团上的正、负离子能和基团所接触的液体中的同符号离子交换为对物质的物理外观毫无明显的改变，也不引起变质或增溶作用的过程。
8中和：把水的pH 调整到接近中性或是调整到平衡pH 值的任何处理。
氧化与还原：改变某些金属或化合物的状态，使他们变成不溶解的或无毒的。
9胶体稳定性：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
10助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。
11异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。
12同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。
13自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。
14拥挤沉淀：当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。
15絮凝沉淀：在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。
高中化学 第三章 水溶液中的离子平衡 第四节 难溶电解质的溶解平衡(第1课时)教案高二化学教案
〖第四节难溶电解质的溶解平衡〗之小船创作从容说课在学生学习了弱电解质的电离平衡、水的电离和溶液的酸碱性、盐类水解平衡之后，教科书接着介绍“难溶电解质的溶解平衡”，可帮助学生更全面地了解水溶液中离子平衡相关的理论，使他们更为透彻地理解在溶液中发生离子反应的原理。
本节内容的基本知识框架是：在教学方法上，本节教材以理论分析与实验探究并重，注重学习过程的作用。
先后以四个【思考与交流】为主线，辅助以必要的【资料】查询、“废水处理化学沉淀法工艺流程”介绍和“实验”活动，始终强调学生的主动参与。
关于学习过程中的思维训练，教科书突出地以辩证思维为特征，以溶解与沉淀这两个互逆的过程作为研究的对象，从“沉淀的生成”“沉淀的溶解”和“沉淀的转化”等不同角度反复地论证物质溶解的绝对性和物质溶解限度大小的相对性，并且在论证物质的“溶”与“不溶”之间更使水溶液中各种微观粒子的相互作用以动态的形式展示出来，最终得出结论：沉淀的生成、溶解和转化实质就是沉淀溶解平衡的建立和移动的过程。
教学中应注意的问题：1．为了便于学生深入理解难溶电解质的溶解平衡，教科书通过【科学视野】提供了有关“溶度积”的阅读材料供学生选学和参考，教学中不要求学生掌握有关“溶度积”的计算。
2．把握住知识的深度和教学语言的科学性，在难电离物质的溶解平衡问题上的讨论宜粗不宜细。
需要指出的是，难溶电解质的溶解平衡和难电离物质(弱电解质)的电离平衡不能混为一谈。
首先从物质类别方面看，难溶电解质可以是强电解质也可以是弱电解质[如BaSO4是强电解质，而Al(OH)3是弱电解质]，而难电离物质只能是弱电解质。
再从变化的过程来看，溶解平衡是指已溶解的溶质与未溶解的溶质之间形成的沉淀与溶解的平衡状态；而电离平衡则是指已经溶解在溶液中的弱电解质分子与离子之间的转化达到平衡状态。
关于这类问题要让学生了解，但不必深入探讨。
1．新课引入。
通过一组补充实验，帮助学生回顾溶解平衡的相关知识，为后面将“有难溶物生成的离子反应”转化为“难溶电解质溶解的问题”来作铺垫。
第三章__思考题[1]
![第三章__思考题[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/0fe011f9360cba1aa811dabb.png)
环境0702，郭雪，07233034第三章 思考题(1) 自由沉淀的颗粒沉速如何计算？答：水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉淀的因素很多。
为了简化讨论，假定：①颗粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性，沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变；②水处于静止状态；③颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。
静水中的悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，但同时水的阻力也增大。
经过一很短的时间后，颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡，此后作等速下沉运动。
等速沉淀的速度常称为沉淀末速度，简称沉速。
如以F 1、F 2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为 g d g d g d F F s a )(61616133321ρρπρπρπ-=-=- (1)式中 d ——球体颗粒的直径；ρS 、ρ——分别表示颗粒及水的密度；g ——重力加速度；如以F 3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则223u A F λρ= (2)式中 A ——颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=1/4πd 2 u ——颗粒沉速；λ——阻力系数，它是雷诺数(Re ＝ρud ／μ)和颗粒形状的函数。
根据实验得知，对球形颗粒有如图4-2所示关系，分三段拟合该曲线得Re ＜1,λ＝24/Re (Stokes 式)34.0Re 3Re 24,10Re 13++=<<λ (Pair 式)103＜Re <105，λ=0.44 (Newton 式)在等速沉淀情况下，F 1-F 2=F 3,即23381)(61u d g d s ρλπρρπ=-λρρρ3)(4-=s gd u (3)将上述阻力系数公式代人式(4-3)得到相应流态下的沉速计算式。
对于层流，在Re ＜1时，218)(d g u s μρρ-= (4)这就是Stokes 公式，式中μ为水的粘度。
该式表明：①颗粒与水的密度差(ρs -ρ)愈大，沉速愈快，成正比关系。
第四章水的沉淀沉降与澄清详解
• b-c段为直线，表明交界面等速下降。
• a-b曲线段一般较短，且有时不是很明显，所以可以认为是
b-c直线段的延伸。
• c-d为下凹的曲线，
表明交界面下降的
絮凝过程
速度逐渐变小。此
交界面等速下沉
下降速度 逐渐变小
B区消失
时B区以消失，故C 点称为沉降临界点， 相应于C点的交界面 下的浓度均大于C0 。
• 沉淀柱高度＝实际沉淀池深度 • 1）在时间ti，不同深度测Ci • 2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p＝(C0-Ci)/C0 *100%
• 3）绘制去除百分率等值线
层状沉降（拥挤沉降）
❖ 如水中悬浮颗粒的量较多，则它们在水中沉降时常常会形 成一个由许多颗粒聚集成的“毯状毯”。此时，可看到水 体中有一个清水和浑水的交界面在不断地下移。此种沉降 称为层状沉降。
2Ca(OH )2 Mg(HCO3)2 2CaCO3 Mg(OH )2 2H2O
石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去 非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：
Ca(OH )2 MgSO4 CaSO4 Mg(OH )2 2NaHCO3 Ca(OH )2 CaCO3 Na2CO3 2H2O
✓ 石灰处理原理
在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破坏了水的
碳酸平衡并使之右移：
H2O CO2
H HCO3
2H CO32
2OH 2H2O源自Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除
去： Ca(OH )2 CO2 CaCO3 H2O
Ca(OH )2 Ca(HCO3)2 2CaCO3 2H2O
• c-d段后表示B、C、
❖ 产生碰撞的原因：对于密度相同的颗粒，大颗粒的沉降速度大 于小颗粒的沉降速度，此外，也有风力、水的撞动和温差等因 素。当颗粒变大时，其沉降速度就加快，因此，颗粒的沉降速 度不是恒定的，而是随流程逐渐增大的。
水质工程学教案09第三章沉淀和澄清3-2平流式沉淀池
课程名称：《水质工程学I》第周，第9 讲次摘要3-2平流式沉淀池授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】3-2平流式沉淀池是最基础的沉淀池：其它沉淀池都是在平流池基础上发展出来的。
1、沉淀池进出水要求：（1）出水浊度宜在10度以下混浊度：1mgSiO2/L所构成的混浊度为1度（悬浮物及胶体所造成水的不透明程度或光的散射现象）（2）进水应无砂：含砂量大时，应先预沉（除砂）。
2、构造简介：上下分为：沉淀区（上）污泥区（下）进水区（配水区）：在整个沉淀区截面均匀配水。
前后分为：沉淀区：水中颗粒下沉去除出水区：沉淀后的收集，排出沉淀池。
3、特点：水流受池身构造和外界影响使颗粒沉淀复杂。
（进口水流惯性，出口束流，风吹池面，水质浓度变化及温差等形成的异重流）。
一、非凝聚性颗粒的沉淀过程分析： 1、 理想沉淀池的假定：（1）颗粒互不干扰，沉速不变（无絮凝现象） （2）水流沿水平方向流动，在沉淀区流速相等， 流速大小、方向不变。
（3）颗粒沉到池底即为去除，不再返回水流中。
2、 分析：（1）水平流速：v （m/s ） Bh Qv 0= Q —流量,（m3/s ） H0—水流沉淀区高度,（m ） B —沉淀区宽度,（m ）（2）截流沉速：u0在池的最不利点，A 点（沉淀区开始回最高点）以u0下沉速度下沉，可在沉淀区末端最低点B ，进入污泥区，这个沉速称为截留沉速u0 沉区长为L ，高为h0。
则有： vLt =并 00u h t = B h Q v 0=∴ LB Q u =0 或 AQu =0A — 沉淀池水表面面积。
（㎡）—表面负荷或溢流率（单位水表面积所负担 水量）截留沉速=表面负荷（意义不同） （3）ui ≥u0的颗粒：在A —B 面上分布（均匀分布）：全部可沉淀去除（在图中，以I 轨迹下沉）。
（4） ui ＜u0的颗粒：不能全部下沉去除 （在图中，以II 轨迹下沉）其在A-B 面上分布点，设为m 点，其高度为hi ，设颗粒在A-B 面上均匀分布，颗粒浓度为Ci ，其总量为 可去除量为 其去除率E ： 00h h BvC h BvC h E ii i i ===总量去除量h ih 0总去除率P ：[][]去除百分率数的和颗粒的沉速百分数的总和的颗粒沉速001120201010021v n n n n v p E p E p E p E p p p P <--++++≥+++++++=式右边加上，再减去相同组数。
排水工程三(1)
• 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，沉淀可 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，
分为4种类型。 分为4种类型。 • 第一类为自由沉淀，当悬浮物质浓度不高时，在 第一类为自由沉淀，当悬浮物质浓度不高时， 沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞， 沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状 各自独立地完成沉淀过程。 态，各自独立地完成沉淀过程。典型例子是砂粒 在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在 初次沉淀池中的沉淀过程。（沉砂池、 。（沉砂池 初次沉淀池中的沉淀过程。（沉砂池、初沉池前 期）
污水处理厂亦可设置粗细两道格栅，粗格栅栅条间隙50～150mm。 污水处理厂亦可设置粗细两道格栅，粗格栅栅条间隙50～150mm。 ③如水泵前格栅间隙不大于25mm，污水处理系统前可不再设置格栅。 如水泵前格栅间隙不大于25mm，污水处理系统前可不再设置格栅。 ④栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统 栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、 的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用： 的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：
图3-6 破碎机构造与安装图1 破碎机构造与安装图1
图3-6 破碎机构造与安装图2 破碎机构造与安装图2
圆锥破碎机
锤式破碎机
3.3 沉淀理论
3.3.1、概述 3.3.1、概述 • 污水中的悬浮物质，可在重力的作用 下沉淀去除。这是一种物理过程，效 果良好．是污水处理的重要技术之一。
•
用于废水的预处理－ 用于废水的预处理－沉砂池 用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理 －初次沉淀池 用于生物处理后的固液分离－二次沉淀池 用于生物处理后的固液分离－ 用于污泥处理阶段的污泥浓缩－污泥浓缩池 用于污泥处理阶段的污泥浓缩－
图3—2 曲面格栅
第三章 混凝、沉淀和澄清
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备 混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备 混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备 混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备 混凝设备
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
工业用水中的悬浮物或固体 颗粒通常呈现胶体状态分布，这 些固体微粒具有巨大的比表面积， 可以吸附液体介质中的正离子或 负离子或极性分子等，使固液两 相界面上的电荷呈不平衡分布， 在界面两边产生电位差，这就是 固体微粒的双电层现象。
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
2.固液分散体系的稳定性 固液分散体系的稳定化理论（DLVO理论）：
假设分散的固体微粒间存在一种排斥位能和吸引 位能的平衡，排斥作用是由于带同种电荷的胶体颗粒 的双电层相互作用而引起的，或者由于粒子和溶剂之
间的相互作用而引起的，吸引作用则主要是范德华力
所引起的。
水处理工程课件
第一节 混凝机理
混凝沉淀法：为满足用水水质和环境排放的要求，向水中 投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性，使水中的胶体 和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体，以便从水中分离出来， 达到水质净化的目的。
第二节 混凝剂及其配制与投加
水处理工程课件
第三节 混凝设备
1.混合设备： 水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。 管式混合：管式静态混合器、扩散混合器， 混合时间2－3秒 机械混合：搅拌
水处理工程课件
二、絮凝与混凝作用理论
混凝处理流程及设备 混凝设备之管道式混合器
水处理工程课件
第三章 分级、沉淀浓缩授课重点
第三章分级、沉淀浓缩3-1（A）分级、沉淀、浓缩和澄清的定义是什么？答：固体颗粒在水流中按照其沉降速度的差别分成不同粒级的过程叫水力分级，简称分级；借重力或离心力作用提高煤泥水浓度的作业称为浓缩；从煤泥水中排除固体，以获得固体含量很少的水，这种作业成为澄清；沉淀则是要求煤泥水在容器中停留足够长的时间，使其中固体颗粒近可能全部沉下来，并要求得到比较洁净的溢流水。
3-2（A）分级、澄清、浓缩作业有什么异同？答：相同之处：它们都是在不同程度上的固液分离过程。
其结果都是从设备中排出含有粗粒物料的浓缩底流和含有细粒物料浓度低的溢流产物。
不同之处：A、三个作业之间的差别只是所得到的两个产物，其粒度和浓度不同。
分级作业要求按粒度进行分离，浓缩作业实际也是分级过程，它们之间的差别只是粒度要求不同。
洗水澄清过程实质上亦是浓缩过程，只是溢流水中固体量的控制更加严格，含量要求更低。
B、三个作业的工艺要求不同。
分级作业主要控制粒度；而浓缩作业主要控制底流浓度；澄清作业则控制溢流中的固体含量。
C、三个作业在工艺流程中的位置不同。
分级作业一般处于煤泥水系统的开始阶段；浓缩作业处于系统的中间阶段；澄清作业则处于系统的最后阶段。
3-3（A）分级、沉淀浓缩设备分成哪两大类？答：一类是在重力场作用下的自然分级、沉淀浓缩设备，另一类是离心力场作用下的离心分级、沉淀浓缩设备。
3-4（A）常见的分级、沉淀浓缩设备有哪些？答：分级设备：浓缩漏斗、角锥沉淀池、沉淀塔、倾斜板沉淀池、斗子捞坑。
沉淀浓缩：耙式浓缩机、深锥浓缩机。
澄清设备：厂外沉淀池。
离心沉降设备：沉降式离心脱水机、水力旋流器。
3-6（B）分级设备的工作原理是什么？答：W=A.v m3/h 该式为煤泥水流量、设备面积和分级粒度下沉速度之间的关系。
对于既定的设备，不同的处理量，可求出不同的v值，即有不同的分级粒度。
★当要求的分级粒度一定时，所需分级面积Ａ与煤泥水的流量成正比。
当煤泥水的流量一定时，所需要的分级面积Ａ与分级粒度的下沉速度成反比，即与分级粒度成反比。
给水工程-时文歆 第03章
沉淀的分类 (2) 絮凝沉淀 颗粒 接触絮聚 大小、形状、密度改 变，随沉淀深度和时间的增长，沉速加快。由凝 聚性颗粒产生。 (3) 拥挤沉淀 大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水 便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增 加，颗粒处于相互干扰状态。
沉淀现象的照片
沉淀前
5min后
20min后
第三章
沉淀和澄清
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 悬浮颗粒在水中的沉淀过程 平流沉淀池 斜板与斜管沉淀池 澄清池
第一节 悬浮颗粒在水中的沉淀过程
一、悬浮颗粒在静水中的沉淀
1、 沉淀分类 (1) 自由沉淀 单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过 程颗粒互不干扰，且不受器壁的干扰，下沉过程 中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段 时间后，沉速也不变。
穿孔花墙
(2) 沉淀区 高度一般约3～4m，平流式沉淀池中应减少紊 动性，提高稳定性。 R 紊动性指标为雷诺数 Re = υ (3-14) ν 稳定性指标为弗劳德数 F = υ (3-15) Rg
2 r
能同时降低雷诺数和提高弗劳德数的方法：降 低水力半径R；措施：加导流墙纵向分割。
沉淀区长度L取决于水平流速v和停留时间t： L=vt 宽度B取决于流量Q，池深H和水平流速v: B=Q/(H*v) 平流式沉淀池L/B>4, L/H>10，每格宽度应在 3～8m，不宜大于15m。
-1
1
10
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
雷 诺 数 Re
图 3-1 CD与Re的关系（球型颗粒）
（1） 斯笃克斯公式 当Re<1时：呈层流状态
24 CD = Re
第三章物质在水溶液中的行为 化学反应原理 新课标 人教版
第三章物质在水溶液中的行为化学反应原理[课程标准与教材分析]本节内容分为两部分，一是引入沉淀溶解平衡、溶度积的概念以及溶度积的表达式；二是沉淀溶解平衡的移动，包括沉淀的溶解、转化和生成。
通过前两节的学习，学生已经能够从化学平衡的角度对水的电离、弱电解质的电离、盐类的水解等化学平衡问题进行分析，初步形成了从平衡角度看问题、分析问题的能力。
所以这节课可以自始至终依据涉及生活、生产以及人们广泛关注的环境问题等例子来解释抽象的概念，用对具体问题的分析讨论来带动理论问题的学习，引导学生利用平衡移动的一般规律一步步揭示沉淀溶解平衡的实质，可以使学生充分地动起来，极大地激发学生学习化学的兴趣，培养学生可持续发展的意识。
教材强调对沉淀溶解平衡的理解，注重学生的思维训练，所谓授人以鱼，不如授之以渔，在此可以得到充分的体现。
[教学设计]1．教学目标：知识与技能：⑴了解难溶电解质在水中存在沉淀溶解平衡，能描述沉淀溶解平衡。
⑵能写出溶度积的表达式，知道溶度积的含义。
⑶理解沉淀溶解平衡的移动。
过程与方法：⑴能够运用平衡移动的观点对沉淀的溶解、生成和转化过程进行分析。
⑵体会综合、分析、归纳、实验设计等方法在解决沉淀溶解平衡中的应用。
情感态度与价值观：通过对沉淀溶解平衡及其沉淀溶解平衡移动的研究，使学生体验化学科学的奥秘，提高学生的学习兴趣。
2．重点与难点：⑴重点是溶度积的含义，沉淀的溶解、生成和转化的本质。
⑵难点是沉淀的转化。
3．教学分析：⑴教学设想：通过复习水的电离、弱电解质的电离、盐类的水解等化学平衡问题，使学生回忆怎样从平衡移动的角度来分析问题、解决问题。
然后通过涉及生活、生产以及人们广泛关注的环境问题等生动有趣的例子来解释沉淀溶解平衡的概念，引导学生利用平衡移动的一般规律一步步揭示沉淀溶解平衡的实质，使学生很自然地、很高兴地完成本节课的学习，并且很想进一步探讨有关的问题。
⑵学情分析：通过前两节的学习，学生已经能够从化学平衡的角度对水的电离、弱电解质的电离、盐类的水解等化学平衡问题进行分析，初步形成了从平衡角度看问题、分析问题的能力。
第三章__思考题[1]
![第三章__思考题[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/542871345a8102d276a22f50.png)
环境0702，郭雪，07233034第三章 思考题(1) 自由沉淀的颗粒沉速如何计算？答：水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉淀的因素很多。
为了简化讨论，假定：①颗粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性，沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变；②水处于静止状态；③颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。
静水中的悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，但同时水的阻力也增大。
经过一很短的时间后，颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡，此后作等速下沉运动。
等速沉淀的速度常称为沉淀末速度，简称沉速。
如以F 1、F 2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为 g d g d g d F F s a )(61616133321ρρπρπρπ-=-=- (1)式中 d ——球体颗粒的直径；ρS 、ρ——分别表示颗粒及水的密度；g ——重力加速度；如以F 3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则223u A F λρ= (2)式中 A ——颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=1/4πd 2 u ——颗粒沉速；λ——阻力系数，它是雷诺数(Re ＝ρud ／μ)和颗粒形状的函数。
根据实验得知，对球形颗粒有如图4-2所示关系，分三段拟合该曲线得Re ＜1,λ＝24/Re (Stokes 式)34.0Re 3Re 24,10Re 13++=<<λ (Pair 式)103＜Re <105，λ=0.44 (Newton 式)在等速沉淀情况下，F 1-F 2=F 3,即23381)(61u d g d s ρλπρρπ=-λρρρ3)(4-=s gd u (3)将上述阻力系数公式代人式(4-3)得到相应流态下的沉速计算式。
对于层流，在Re ＜1时，218)(d g u s μρρ-= (4)这就是Stokes 公式，式中μ为水的粘度。
该式表明：①颗粒与水的密度差(ρs -ρ)愈大，沉速愈快，成正比关系。
第三章 混凝沉淀和澄清之二
第四节沉淀的基本理论一、分类根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，范围：1．自由沉淀：悬浮物质浓度不高，在沉淀过程中颗粒之间互不碰撞，呈离散状态，各自独立地完成沉淀过程。
颗粒形状、尺寸、质量不变。
如沉砂池中砂粒、浓度低的污水在初沉池。
2．絮凝沉淀（干扰沉淀）：悬浮物浓度在50～500mg/l，颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，使粒径与质量加大，沉速不断加快。
如活性污泥在二沉池。
3．拥挤沉淀（分层沉淀）：浓度＞500mg/l，沉淀中相邻颗粒互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀，清水与浑水间形成明显的交界面，沉淀显示为界面下沉。
如二沉池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。
4．压缩沉淀：浓度大。
颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。
如活性污泥在二沉池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。
活性污泥在二沉池中沉淀实际是依次进行，只是各类沉淀出现时间不同。
二、各种沉淀类型分析（一）自由沉淀低浓度离散性颗粒在水中沉淀，开始时加速下沉，水流阻力不断增加，短暂时间后达到与重力平衡，颗粒开始匀速下沉。
1．公式根据牛顿第二定律，得出d y C g u yg D ρρρ-=34 粒径有关阻力系数，与液体密度颗粒密度----d C D y g Re ρρ 下面表示沉速公式及适用条件2．应用（1）已知d ，推求u=?（2）已知u ，反推d=?3．结论4．沉淀规律（去除率）（二）絮凝沉淀（三）拥挤沉淀1．外观现象和沉淀过程分析基本特征：水沉降过程中出现清浑交界面，整个过程就是界面下沉过程2．界面沉降的重要特性－相似性3．肯奇沉淀理论及应用（压缩沉降的计算）（四）压缩沉淀三、理想沉淀池（一）工作过程分析1．什么是理想沉淀池？符合三个假定：（1）颗粒处于自由沉淀状态。
（2）水流沿水平方向作等速流动。
（3）颗粒沉到池底即认为被去除，不再返回水流中。
第三章 沉淀与澄清第1和第2节
第三章 沉淀与澄清(Sedimentation, or settling and Clarification)第1节 沉淀原理与分类一、原理利用颗粒与水的密度之差，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100um 以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物）二沉池（活性污泥与水分离）二、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，在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）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。
第2节 自由沉淀(discrete particle settling)一、颗粒沉速公式（Stokes ’ law ）假设沉淀的颗粒是球形所受到的重力为F1= 1/6 π d 3 (ρp - ρl ) g所受到的水的阻力F2=C D ρl u 2/2 π d 2/4C D 与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。
平衡时：F1＝F2可得到沉速(terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）：对于非球形颗粒：φ：形状系数C D 与Re 有关。
Re<1, C D = 24/Reμ：水的动力粘度，Pa s d C g u ll p D ρρρ-=342181gd u l p μρρ-=d C g u l l p D ρρρφ-=34该公式难以反映实际，因为实际中颗粒大小不一，不是球形。
但可以了解u 的影响因素。
此外，一般d 难以测定，在层流区，颗粒太小。
可以通过测定u ，算出d （注意是名义上的）。
二、颗粒沉淀实验1. 在t i 时，从底部取样，测定Ci2. 计算ti ⇒ ui = h/tiCi ⇒ pi = Ci/C 0p i ：沉速小于u i 的颗粒占全部颗粒的比重3. p －u4.颗粒去除率在t 0 时， u ≥u 0 的颗粒全部去除u<u 0 的颗粒部分去除hi/h = u i t 0/(u 0t 0) = u/u 0t=0 t=ti u=h/t通过实验可绘制以下曲线：E-t 曲线 E －u 曲线（与水深无关）中部取样法：P= (C 0-C)/C 0 *100%三、理想沉淀池假设：1． 颗粒为自由沉淀2． 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。
化学反应原理第三章 沉淀溶解平衡
2、化学平衡和电离平衡的平衡常数如何表达？其 意义：表示反应的限度，弱酸弱碱的相对强弱。 意义和影响因素有哪些？
3、判断化学平衡移动的方法 影响因素：温度
Q与K的关系 Q = K 达到平衡状态.
Q＜ K 平衡正向移动,直到达到平衡状态. 化学平衡移动原理（勒夏特列原理） Q＞ K 平衡逆向移动,直到达到平衡状态.
逆：沉淀溶解与沉淀的形成是一个可逆过程
等：达到沉淀溶解平衡，沉淀溶解速率与沉淀的形成的速率相等
定：达到沉淀溶解平衡，溶质离子浓度保持不变
动态平衡，达到沉淀溶解平衡，沉淀的生成与溶解仍在进 动：行，其速率相等
变：沉淀溶解平衡是在一定条件下建立起来的，当条件改变，
会建立新的平衡
练一练
下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是（B） A．反应开始时，溶液中各离子浓度相等 B．沉淀溶解达到平衡时，沉淀的速率与溶解 的速率相等 C．沉淀溶解达到平衡时，溶液中离子的浓度 相等且保持不变 D．沉淀溶解达到平衡时，如果再加入该沉淀 物，将促进溶解
加NaI（s） 加AgNO3(s) 加NH3· 2O H
→
↓
↑
思考：
AgCl(s)
Ag＋(aq) + Cl－(aq)
这种平衡属于我们学过的哪种平衡？
探究：
在饱和NaCl的水溶液中，再加入固体溶质， 固体有没有溶解过程？
可溶的电解质溶液中 存在溶解平衡，难溶 的电解质在水中是否 也存在溶解平衡呢？
3、溶度积常数或溶度积(Ksp )：
表达式
如 PbI2 (s)
Pb2 + (aq) +2I- (aq)
25℃时， Ksp= [Pb2+ ][I-]2 = 7.1×10-9mol3L-3
人教版九年级教案 第三章 课题3 水的净化
第三章自然界的水课题3 水的净化教学目标⑴了解纯水与自然水、硬水、软水的区别；⑵了解吸附、沉淀、过滤和蒸馏等净化水的方法。
重点难点硬水、软水的区别。
吸附、沉淀、过滤、蒸馏等净水方法教学【展示】一杯混浊的河水，一瓶矿泉水从物质的分类上，这两种水属于哪一类物质？里面有哪些物质？海水呢？井水呢？自来水呢？【讲解】自然界的水都不是纯水，含有许多可溶性的和不溶性的杂质。
在某些乡村没有自来水，只能饮用河水，那么如何把河水变成生活用水呢？（明矾）有很多的方法可以使水得到净化。
下面，我们来了解自来水厂是如何净化水的。
自来水厂的净水过程大体上是：取水→沉淀→过滤→吸附→消毒→配水组织学生讨论以下两个问题1、在净化水的过程中，沉淀、过滤、吸附分别除去什么杂质？2、其中过滤这步操作是怎样进行的？【板书】一、除去不溶性杂质⑴沉淀：除去不溶性杂质；⑵过滤：除去不溶性杂质；一贴，二低，三靠讲解并实验：1、向混浊的河水中加入明矾；2、制作过滤器3、过滤，过滤过程中，应注意的要点是什么？可以什么物质代替实验中的滤纸和漏斗来过滤液体？经过上述净化后的水看上去比较澄清了，但这水是纯净物吗？教材P55图中的活性炭吸附池的作用？吸附：既能除去不溶性杂质；也能除去可溶性杂质；【板书】二、除去不溶性杂质⑴吸附：既能除去不溶性杂质；也能除去可溶性杂质；⑵蒸馏（后面补充）讲解并实验：出示热水瓶中的水垢硬水软水的概念。
硬水和软水如何来区分呢？请设计方案小结：检验硬水和软水：用肥皂水，产生泡沫较多的是软水，不易产生泡沫的硬水。
出示图片了解硬水的危害。
有什么办法可以除去水中的钙、镁化合物，使硬水变成软水呢？我们刚才所用的软水是蒸馏水，它是净化程度较高的水，而蒸馏是重要的实验操作，它不仅可以除去不溶性的杂质，不可以除去可溶性的杂质通过实验来制取蒸馏水小结：净化水的方法有：吸附、沉淀、过滤、蒸馏等板书设计课题3 水的净化一、除去不溶性杂质⑴沉淀：除去不溶性杂质；⑵过滤：除去不溶性杂质；一贴，二低，三靠二、除去不溶性杂质⑴吸附：既能除去不溶性杂质；也能除去可溶性杂质；⑵蒸馏。
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去除效率公式
2. η—ｕ与水深无关
不同点取样指
p0
定颗粒ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（η） （η）
t0
p0
１. η—ｔ与水深有关：
同一时间不同点取样
u0
（3） 理想沉淀池
出水区
A 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。
设u0为某一指定颗粒的最
加（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀） （3）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分
层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池） （4）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水
在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。
3）自由沉淀(discrete particle settling)
（1）颗粒沉速公式： 假设沉淀的颗粒是球形
3.1 颗粒在静水中的沉淀原理与分类
1）沉淀原理 利用颗粒与水的密度之差，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，胶体是混凝后才能沉淀。
给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 废水处理――沉砂池（去除无机物）
初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离）
应用：
去除混凝产生的絮体 在沉砂池中去除无机杂质 初池沉淀池中去除有机悬浮物和其它固体 二沉池中去除生物处理出水中的生物污泥 污泥浓缩中分离污泥中的水分，使污泥得到浓缩
2）分类 （1）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） （2） 絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增
pi
ui u0
ui Q/ A
ui q0
讨论:
•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。
•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） 沉淀池容积一定， 池身变浅----- 浅层理论。
到池底被去除。
沉淀池的总沉淀效率
总效 率P
①沉速大于u0
全部去除
1 p0 p0—所有沉速小于u0颗粒百分率
³ P
(1 p0 )
p0 0
ui u0
dpi
②沉速小于u0 部分去除
³ p0 0
ui u0
dpi
pi—所有沉速小于ui颗粒百分率 dpi—所有沉速等于ui颗粒百分率
B 沉淀池表面负荷的定义
u
4g 3 CD
U U
p
l
U l
d
Re<1时
CD
24 Re
u
1 18
Up
P
U1
gd 2
1<Re<1000 CD
10 Re
1
u
«ª¨§ «¬©
4 ¸· 255 ¹
(U p
U1)2 PU
1
g2
º3 » »¼
d
1000<Re<25000
CD 0.4
u
1.83
U
p
U1
U 1
dg
斯托克斯公式
阿兰公式
⑤ 颗粒去除率的计算
在时间t0，颗粒沉速u0，即取样口水样中
只有u0 的颗粒完全去除，其余速度的颗粒 只是均匀下降，浓度并未改变，相应残余
颗粒比例p0
A 沉速u≥u0 的颗粒全部去除 B 沉速u<u0的颗粒部分去除:
去除比例＝ hi/h =uit0/(u0t0) = ui/u0
C 颗粒全部去除率 P（η） （η）
牛顿公式
9������ 上述式子有何意义？ • 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 ……落球法测定粘度
（2）自由沉淀的颗粒沉淀去除效率（颗粒沉淀实验）
① 在ti时，从底部取样，测Ci ② 计算颗粒沉速：
小沉降速度。
当颗粒沉速u≥u0时，无论这种
颗粒处于进口端的什么位置， 它都可以沉到池底被去除，即
左上图中的迹线xy与x′y′ 。
当颗粒沉速u<u0时，位于水面
的颗粒不能沉到池底，会随水
。 流出，如左下图中轨迹xy″所示；
而当其位于水面下的某一位置 时，它可以沉到池底而被去除，
如图中轨迹x′y所示。
说明对于沉速u小于指定颗粒 沉速u0的颗粒，有一部分会沉
Re<1时，层
1<Re<1000, 过 渡流区内
流范围内
1204 CD 1R0e
10
CD
Re
10
C=24/Re
1000<Re<25000, 紊流区内
CD 0.4
阻力系数CD
10
1
0.4 0.1
-3
10
-2
-1
10 10
C=10/Re
2
3
4
5
6
1 10 10 10 10 10 10
雷诺数Re
分散颗粒在静水中的沉降速度（u）
第三章
水的沉淀和澄清
学习目的
1. 悬浮颗粒在水中的沉淀行为
沉降速 度公式
自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀
2. 水处理中常用沉淀池类型
理想沉淀池
单个颗粒去除效率与沉淀池 构造及操作参数之间关系
平流沉淀池 辐流沉淀池
竖流沉淀池 斜板斜管沉淀池
3. 澄清池
澄清池特点
澄清池类型
自由沉降和絮凝沉 降颗粒的去除情况
最小沉降速度u0 和哪些因素有关系？
ｕ:水流速度
v: 水流速度 t: 停留时间 Q: 流量 h0: 有效水深 A: 沉淀池表面积
q0：表面负荷 (surface loading rate, m3/(m2 d))
溢流率(overflow rate， m3/(m2 d))
对于沉速ui<u0颗粒的去除率：
S
6
d
3Up
du dt
1 6
Sd
2
(
U
p
U1 )g
CD U1
u2 2
x Sd 3
4
平衡时：F1＝F2
可得到沉速(terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）：
u
4g 3 CD
Up Ul Ul
d
对于非球形颗粒：I：形状系数；
u
4g
3 CDI
U p
Ul
U l
d
根据CD与Re关系
F3 F2 F3
所受到的重力F1与浮力F2之差为： F1
1 6
Sd
3
(
U
P
Ul
)g
所受到的水的摩擦阻力F3： F2
CD
Sd 2
4
Ulu2
2
F1
UP、Ul--颗粒和水的密度；Sd2/4—球形颗粒的投影面积；
g—重力加速度
CD—阻力系数，与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关
（与雷诺数Re相关）。
根据牛顿第二定律可知：
ui=h/ti （即沉速为ui的颗 粒也恰好从水面沉至取样口下， 相应的这些颗粒在h高度中已 经不存在了） ③ 令沉速<ui颗粒占全部颗粒 的百分率： pi=Ci/C0 （即代表取样口水样中所残余 的悬浮物浓度的比例） 1-pi为取样口水样中悬浮物去 除的比例
④ 绘制p-u曲线（颗粒粒度分布曲线）