水质工程学第4章沉淀与澄清3
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水质工程学 第四章 沉淀与上浮
稳定，而且不必要求
在正压下工作。
• 但需要由空气压缩机 供给空气，为了保证
水泵吸水 管
良好的溶气效果，溶
气罐的容积也比较大，进水源自一般需采用较复杂的水
泵
池
填充式溶气罐。
水泵压水 管
溶 气 罐
溶气水 去浮选
溶气罐：
• 溶气罐（air receiver)的作用是在 一定的压力(一般0.2–0.6MPa)下， 保证空气能充分地溶于废水中，并 使水、气良好混合。
• 混合时间一般为1–3min，混合时间 与进气方式有关，即泵前进气混合 时间可短些，泵后进气混合时间要 长些。
溶气罐形式
（a）纵隔板式；(b)花板式；(c)横隔板式； (d)填充式；(e)涡轮式
减压阀：
• 减压阀的作用是保持溶气罐出口处 的压力恒定，从而可以控制出罐后 气泡的粒径和数量。
• 也可用低压溶气释放器来代替减压 阀，溶气水流经释放器时，由于形 成强烈的搅动和涡流，便产生微细 气泡。
水射器
• 但水泵必须采用自 吸式进水，而且要 保持1 m以上的水头。
• 最大吸气量不能大 于水泵吸水量的10 ％，否则，水泵工 作不稳定，会产生 气蚀现象。
水泵吸水 管
进 水 池
空气
水 泵
水泵压水 管
溶 气 罐
溶气水 去浮选
• 泵后进气：一般是在 压水管上通入压缩空 气。
空气压缩 机
• 这种方法使水泵工作
(4-61) (4-62)
3 气浮工艺的形式
（1）布气气浮 利用机械剪切力，将混合于水的空气粉碎成小气泡。
按粉碎气泡方式的不同，分为： 1. 水泵吸水管吸气气浮； 2. 射流气浮； 3. 扩散板曝气气浮；（压缩空气） 4. 叶轮气浮。
第四章水的沉淀沉降与澄清
• 这条切线斜率即表示浓度 为Ct的交界面下沉速度：
Ht H t t
压缩沉降
在沉降筒的压缩区，先沉降到筒底的悬浮颗粒 将承受上部后沉降颗粒的重量，在此过程中， 颗粒之间的孔隙水就会由于压力增加和结构变 形而被挤出，使颗粒浓度不断上升。因此，压 缩沉降过程也是不断排除颗粒之间孔隙水的过 程。
三、影响沉淀效率的因素
平流沉淀池工作过程中存在许多不利于颗粒沉降的因素， 使得实际沉淀效率不如理想沉淀池高。这些不利因素包 括： 1）水流不稳定 2）水流紊动 3）水体中存在异重流 4）存在水流死区
第四节 斜板（管）沉淀池
斜板、斜管统称为浅池沉淀池，是建立在浅池沉淀原理基 础上的。 在原体积不变时，较少H，加大A，可以提高沉淀效率或提 高η 浅层理论 不仅如此，斜板（管）满足了沉淀池中水流的稳定性和层 流的要求，因为水力半径小。
• 对于此类沉降需研究的问题，不是它的某一沉降速度， 而是要用实验来测定水中颗粒在某一流程中的沉降特征 即沉降效率，可用多嘴沉降筒沉降试验研究。 • 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
絮凝沉降
在水中沉降分离过程中，只有当水中的悬浮颗粒全部由泥沙组 成，且浓度小于5000mg/L时，才会发生上述离散沉淀现象，而 当采用混凝处理时，颗粒的絮凝性强，所以在水净化工艺中， 发生的常常是絮凝性颗粒的沉降，所渭絮凝沉降。 此时在沉降过程中颗粒间发生了碰撞和聚集，水中颗粒会随着 水流的前进而不断地变大。 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。
第4章沉淀与澄清
去除的颗粒所具有的最小沉速（m/h）。
表面负荷率（q0） 单位时间内、单位沉淀池表面积所处
理的水量（m3/m2.d）
u0与q0的异同分析
2019/10/10
17
4.2.4 沉淀过程分析
4.2 理想沉淀池理论
v/u0=L/H Q=A’ ×v=(B × H) × v e =(B × H) × u0 × L/H = =(B × L) × u0=AT . u0
张自杰主编，废水处理理论与设计，北京：中国建筑工业出版社， 2003
崔玉川等编，城市污水厂处理设施设计计算，北京：化学工业出 版社，2004
2019/10/10
3
沉淀及其处理对象
沉淀
——借助于水中颗粒与水的密度差、在不同的工 艺设备中创造一定的水力条件，使SS沉淀而 与水分离，以实现不同的处理目的。
(m/s)
2019/10/10
37
4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要性能特点
沉砂中有机成分低（一般低于5%），不易腐化， 不影响环境，便于后续处置。
有预曝气作用，可以去除部分有机物，具有去 臭、防止废水厌氧腐化、除泡末及加速废水中 油类分离的作用。
耗电量大，运转费较高，多采用机械排渣，运 行和维护管理较为复杂。
沉淀过程中其物理性质 发生变化→颗粒沉速度 加快
发生在水处理沉淀池、 污水处理初沉池后期及 二沉池的前期沉淀过程
4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝沉淀示意图
2019/10/10
7
4.1.3 拥挤（区域）沉淀 4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝性颗粒、浓度较高（矾花浓度≥ 2~3g/L、活性污泥浓度 ≥1g/L ）、颗粒间发生絮凝
表面负荷率（q0） 单位时间内、单位沉淀池表面积所处
理的水量（m3/m2.d）
u0与q0的异同分析
2019/10/10
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4.2.4 沉淀过程分析
4.2 理想沉淀池理论
v/u0=L/H Q=A’ ×v=(B × H) × v e =(B × H) × u0 × L/H = =(B × L) × u0=AT . u0
张自杰主编，废水处理理论与设计，北京：中国建筑工业出版社， 2003
崔玉川等编，城市污水厂处理设施设计计算，北京：化学工业出 版社，2004
2019/10/10
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沉淀及其处理对象
沉淀
——借助于水中颗粒与水的密度差、在不同的工 艺设备中创造一定的水力条件，使SS沉淀而 与水分离，以实现不同的处理目的。
(m/s)
2019/10/10
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4.3.1 沉砂池—曝气沉砂池
4.3 沉淀工艺及其设计
主要性能特点
沉砂中有机成分低（一般低于5%），不易腐化， 不影响环境，便于后续处置。
有预曝气作用，可以去除部分有机物，具有去 臭、防止废水厌氧腐化、除泡末及加速废水中 油类分离的作用。
耗电量大，运转费较高，多采用机械排渣，运 行和维护管理较为复杂。
沉淀过程中其物理性质 发生变化→颗粒沉速度 加快
发生在水处理沉淀池、 污水处理初沉池后期及 二沉池的前期沉淀过程
4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝沉淀示意图
2019/10/10
7
4.1.3 拥挤（区域）沉淀 4.1 沉淀的类型及其特征
絮凝性颗粒、浓度较高（矾花浓度≥ 2~3g/L、活性污泥浓度 ≥1g/L ）、颗粒间发生絮凝
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(Ⅰ)例题、思考题、习题答案
水质工程学（Ⅰ）例题、思考题、习题第1章水质与水质标准1.水中杂质按尺寸大小可分为几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。
水中杂质按尺寸大小分为悬浮物、胶体、溶解物三类。
悬浮物：尺寸较大（1?m-1mm），可下沉或上浮（大颗粒的泥砂、矿碴下沉，大而轻的有机物上浮）。
主要是泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后的腐败产物等有机物。
这类杂质由于尺寸较大，在水中不稳定，常常悬浮于水流中。
当水静置时，相对密度小的会上浮与水面，相对密度大的会下沉，因此容易去除。
胶体：尺寸很小（10nm-100nm）,具有稳定性，长时静置不沉。
主要是粘土、细菌和病毒、腐殖质和蛋白质等。
胶体通常带负电荷，少量的带正电荷的金属氧化物胶体。
一般可通过加入混凝剂进去去除。
溶解物：主要是呈真溶液状态的离子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，HCO3-、SO42-等酸根，O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解气体分子。
溶解物与水成均相，透明。
但可能产生色、臭、味。
是某些工业用水的去除对象，需要特殊处理。
有毒有害的无机溶解物和有机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
2.各种典型水质特点。
（数值可不记）江河水：易受自然条件影响，浊度高于地下水。
江河水年内浊度变化大。
含盐量较低，一般在70～900mg/L之间。
硬度较低，通常在50～400mg/L(以CaCO3计）之间。
江河水易受工业废水和生活污水的污染，色、臭、味变化较大，水温不稳定。
湖泊及水库水：主要由河水补给，水质类似河水，但其流动性较小，浊度较低；湖水含藻类较多，易产生色、臭、味。
湖水容易受污染。
含盐量和硬度比河水高。
湖泊、水库水的富营养化已成为严重的水污染问题。
海水：海水含盐量高，在7.5～43.0g/L之间，以氯化物含量最高，约占83.7%，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。
海水须淡化后才可饮用。
地下水：悬浮物、胶体杂质在土壤渗流中已大部分被去除，水质清澈，不易受外界污染和气温变化的影响，温度与水质都比较稳定，一般宜作生活饮用水和冷却水。
水质工程学第4章
第四章 沉淀与澄清4.1杂质颗粒在静水中的沉降 4.1.1杂质颗粒在水中的自由沉降 自由沉淀颗粒互不干扰； 不受器皿壁的干扰；经过一段时间后，沉速也不变。
颗粒杂质所受的力：重力，浮力，水流阻力。
其中阻力系数是雷诺数的函数。
沉速：层流区用斯托克斯；紊流区用牛顿公式；过渡区用阿连公式。
层流状态下，颗粒越粗，水温越高，密度差越大沉速越快。
另外斯托克斯公式还能测粒径。
4.1.2杂质颗粒在水中的拥挤沉降当水中大颗粒在有限的水体中沉降时，由于颗粒互相之间的影响，使得颗粒沉速比自由沉降要小，这就是拥挤沉降。
沉速要乘以一个折减系数。
沉淀筒中可分为清水层区、等浓度区、变浓度区、压实区四个区。
4.2平流沉淀池4.2.1理想沉淀池理论 理想沉淀池：自由沉淀； 水平流速相等；沉底后认为被去除。
截留沉速：最不利位置的颗粒恰能在池中沉淀下来的颗粒流速。
表面负荷：指单位沉淀面积上承受的水流量。
对于理想沉淀区，表面负荷与截留沉速相等。
沉速大于截留沉速的全部沉淀下来。
而沉速小于截留只能部分沉淀下来，其沉淀效率等于其沉速与截留沉速的比值。
4.2.2非凝聚性颗粒的静水沉淀实验沉淀效率的计算：BLQq =理想沉淀区的沉淀效率只与截留沉速有关，也就是沉淀效率只与表面负荷有关，而与沉淀时间，池深，水流速度无关。
沉淀池表面积越大沉淀效率越高。
4.2.3凝聚性颗粒杂质的静水沉淀实验对于非凝聚性颗粒杂质，由于颗粒沉速不变，所以等浓度面沉降过程线是一条倾斜的直线。
对于凝聚性颗粒杂质，由于颗粒沉速不断变大，所以等浓度面沉降过程线是向下弯曲的曲线。
由于水中凝聚性颗粒在沉降过程中具有加速沉降的特点，所以沉淀区的池深对于沉淀效率是有影响的，池深越大，沉淀效果越好。
4.2.4浑水异重流及平流沉淀池的构造特点密度大的浑水进入沉淀池后，在重力作用下会潜入池的下部流动，形成所谓的异重流。
浑水浊度高的时候异重流现象明显。
当进水温度比池水低的时候，会加强浑水异重流的流态。
给水处理 沉淀和澄清
交界面以下的颗粒均处于拥挤沉淀状态，交界面下降的速度可理解 为颗粒在互相干扰时的平均速度，即平均拥挤沉速。
某一瞬时，沉淀管中按悬浮物浓度的分布情况，可分为四个区：清水 区A；浓度为C0的等浓度区B；过渡区C；浓缩区D。
絮凝过程
交界面等速下沉 下降速度 逐渐变小 B区消失
随时间增长，交 界面继续下降，直至 B、C两个区消失，只 剩A、D两个区，D区 高度也逐渐减小，设 压实时间 t→ ，最 后压实到H为止。
将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘在座标纸上 （t、p），把去除百分比相同的点p连成光滑曲线，称为 “去除百分数等值线”。
这些“去除百分数等值线”代表着：对应所指明去除 百分数时，取出水样中不复存在的颗粒的最远沉降途径。 浑度与时间的比值则为指明去除百分数时的颗粒的最小平 均沉速。
凝聚性颗粒的去除百分数可以从图上算出，如：
A
●
v
u0
b b′
A´ 沉淀效率：
E hi h0
umi● v
B
•同样
hi ui
ห้องสมุดไป่ตู้L V
hi
Lui v
•
B´
•所以
△ABB′～ △Abb′相似
h0 L
uo
V
h0
Lu0 v
E hi ui
h0
uo
uo
h0V L
Bh0v BL
Q q A
E
ui u0
ui Q A
ui q
式中：L—沉淀区的长度； V—水平流速；
当沉降为t0时，其相应的沉速，亦即表面负荷uo=h/t0。 为方便起见，时间一般选在曲线与横坐标相交处。按 前面所介绍凡沉速等于或大于uo的颗粒能全部沉掉，而沉 速小于uo的颗粒则按照u/uo比值仅仅部分地沉掉。 沉降时间为t0时，相邻两根曲线所表示的数值之间的 差别，反映出同一时间、不同深度的去除百分数的差别。 说明有这样一部分颗粒对于上面一条曲线来说，已认为沉 降下去了，而对下面一条曲线来说，则认为尚未沉降下去。 或者说这部分颗粒正介于两曲线之间，其平均流速等于其 平均高度除以时间t0，其数量即为两曲线所表示的数值之 差。这些颗粒正是小于uo的颗粒。 根据以上分析，对于某以表面负荷而言，按此图所示 的凝聚性颗粒百分数等值曲线，可以得出总的去除百分数：
《水处理技术及原理》第4章-沉淀
一般不大于5mm/s（污水）
18
3）出水区
•溢流堰（施工难） •三角堰（对出水影响不大） •淹没孔口（容易找平）
19
4）存泥区及排泥措施
泥斗排泥
靠静水压力 1.5 – 2.0m 多斗形式，可省去机械刮泥设备
机械排泥
20
二、竖流式沉淀池
21
三、幅流式沉淀池
1．中央进水幅流式 ＝20－30m，>16m 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差
5
颗粒浓度
自由沉淀
絮凝沉淀
拥挤沉淀
压缩沉淀 颗粒絮凝性
6
第2节 自由沉淀 (discrete particle settling)
7
一、颗粒沉速公式
假设：① 颗粒为球形，不可压缩，无凝聚， ② 水处于静止状态
重力，浮力，阻力平衡可导出沉降速度；
u 4 g p l d 3 CD l
u：颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） ：形状系数, 1 for spheres Cd：阻力系数, Cd与Re有关 ，Re＝u d/ = duρ/μ
效果与上相反 如机械加速澄清池、水力循环澄清池
28
•沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒 •胶体颗粒需混凝后才能沉淀。 •给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 •废水处理
3
4
二、分类
•自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
•絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉淀过程中沉速增加
•拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间干扰，分层
•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。
13
清水区
浑液面----逐渐下降
等浓度区或受阻沉降层 颗粒浓度均匀 等速下沉vs
18
3）出水区
•溢流堰（施工难） •三角堰（对出水影响不大） •淹没孔口（容易找平）
19
4）存泥区及排泥措施
泥斗排泥
靠静水压力 1.5 – 2.0m 多斗形式，可省去机械刮泥设备
机械排泥
20
二、竖流式沉淀池
21
三、幅流式沉淀池
1．中央进水幅流式 ＝20－30m，>16m 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差
5
颗粒浓度
自由沉淀
絮凝沉淀
拥挤沉淀
压缩沉淀 颗粒絮凝性
6
第2节 自由沉淀 (discrete particle settling)
7
一、颗粒沉速公式
假设：① 颗粒为球形，不可压缩，无凝聚， ② 水处于静止状态
重力，浮力，阻力平衡可导出沉降速度；
u 4 g p l d 3 CD l
u：颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） ：形状系数, 1 for spheres Cd：阻力系数, Cd与Re有关 ，Re＝u d/ = duρ/μ
效果与上相反 如机械加速澄清池、水力循环澄清池
28
•沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒 •胶体颗粒需混凝后才能沉淀。 •给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 •废水处理
3
4
二、分类
•自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
•絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉淀过程中沉速增加
•拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间干扰，分层
•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。
13
清水区
浑液面----逐渐下降
等浓度区或受阻沉降层 颗粒浓度均匀 等速下沉vs
水质工程学_章北平_沉淀
第4章 沉淀一．填空题1.颗粒杂质能否在沉淀池中沉淀下来，主要取决于颗粒杂质的 和 。
2.在水中作沉降运动的颗粒杂质，主要受 、 、 、三种力作用。
3.在理想沉淀池沉淀区，表面负荷和 在数值上相等。
4.在理想沉淀区的沉淀效率只与 有关，当处理水量一定时，沉淀效率只与 有关。
5.根据水的流动方向，斜板沉淀方式分为 、 、 。
6.自我造粒型流化床高效固液分离设备主要由 、 、 、、 5个部分组成7.浓缩池的深度由 、 、 三部分的高度组成。
二．选择题1.平流式沉淀池的构造主要分为（ ）四部分。
A.沉淀区、配水区、进水区和浑水区B.沉淀区、分离区、配水区和出水区C.反应区、存泥区、进水区和浑水区D.沉淀区、存泥区、进水区和出水区2.设计某一水厂平流沉淀池，一般采用以下参数（ ）是合适的。
A.沉淀时间90min、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取20B.沉淀时间45min、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取20C.沉淀时间90min、 有效水深2.5m、 长宽比取5、 长深比取10D.沉淀时间4h、 有效水深3.2m、 长宽比取5、 长深比取103.平流式沉淀池的处理流量为15000m3/d,水厂自用水量按5%计，颗粒截留沉速为0.7mm/s，其表面负荷约为（ ）。
A.110m3/(m2·d)B. 600m3/(m2·d)C. 16.8m3/(m2·d)D. 60.5m3/(m2·d)4.二沉池的功能是（ ），排除清澈的处理水，对（ ）进行浓缩，使（ ）的污泥及剩余污泥达到一定的浓度。
A.去除颗粒物质；活性污泥；污泥处理B. 有机物和无机物；污水；进入消化池C. 泥水分离；沉淀污泥；回流到曝气池D.去除悬浮颗粒；沉淀污泥；初沉池5.平流沉淀池的水平流速可采用10-25mm/s，水流应避免过多（ ）。
A.急流B.转折C.涡流D.交叉6.平流沉淀池宜采用（ ）配水和溢流堰集水，溢流率一般可采用小于500m3/(m﹒d)A. 穿孔墙B.导流墙C.左右穿孔板D.上下隔板7.异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于（ ）度的原水。
水质工程(第四册)课后习题答案
om 2.某地表水源的总碱度为 0.2mmol/L。市售精制硫酸铝（含 Al2O3 约 16％）投量为 28mg/L。试
估算石灰（市售品纯度为 50％）投量为多少 mg/L。
.c m 解：投药量折合 Al2O3 为 28mg/L×16％＝4.48mg/L ，Al2O3 分子量为 102，故投药量相当于
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m 水体的自净： o 水体的自净是指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。
通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分解，使污染物质浓度衰减，是水体自净的主
.c m 要过程。
w 第 2 章 水的处理方法概论
a 器进行氯消毒实验，假定投氯量一定，经实验知：细菌被灭活速率为
h 典型除污染给水处理流程：
原水→预氧化→混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒→饮用水
.k 一般冷却水流程：
1、原水→自然沉淀→冷却用水 2、原水→自然沉淀→混凝→沉淀→冷却用水
除盐水处理流程：
w m 滤过水→阳离子交换→阴离子交换→除盐水
o 第 3 章 凝聚和絮凝
w .c 例题
1.设已知 K＝5.14×10-5，G＝30s-1。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少 3/4，即 n0/nM=4， 试按理想反应器作以下计算：
a 3. 在上题中若采用 2 个 CSTR 反应器串联，求所需要消毒时间为多少？
估算石灰（市售品纯度为 50％）投量为多少 mg/L。
.c m 解：投药量折合 Al2O3 为 28mg/L×16％＝4.48mg/L ，Al2O3 分子量为 102，故投药量相当于
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m 水体的自净： o 水体的自净是指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。
通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分解，使污染物质浓度衰减，是水体自净的主
.c m 要过程。
w 第 2 章 水的处理方法概论
a 器进行氯消毒实验，假定投氯量一定，经实验知：细菌被灭活速率为
h 典型除污染给水处理流程：
原水→预氧化→混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒→饮用水
.k 一般冷却水流程：
1、原水→自然沉淀→冷却用水 2、原水→自然沉淀→混凝→沉淀→冷却用水
除盐水处理流程：
w m 滤过水→阳离子交换→阴离子交换→除盐水
o 第 3 章 凝聚和絮凝
w .c 例题
1.设已知 K＝5.14×10-5，G＝30s-1。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少 3/4，即 n0/nM=4， 试按理想反应器作以下计算：
a 3. 在上题中若采用 2 个 CSTR 反应器串联，求所需要消毒时间为多少？
4水处理工程沉淀与澄清-讲义
4水处理工程沉淀与澄清
精品jin
水处理工程
第1节 沉淀原理与分类
(Sedimentation, or settling and Clarification) 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）
水处理工程
二、分类： – （1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生
• 离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变 – （2）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） • 颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大 – （3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层， 形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L 以上。 – （4）压缩沉淀-污泥浓缩池 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。
t=L/v=Lh0B/Q)
水处理工程
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为 E＝ui/u0 = ui/(Q/A)
颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷及颗粒沉降速度有关，而与 其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。 (Hazen 理论 ,1904年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题： 1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混 凝工艺。 2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A ，可以降低水深――“浅层理论”。
精品jin
水处理工程
第1节 沉淀原理与分类
(Sedimentation, or settling and Clarification) 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）
水处理工程
二、分类： – （1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生
• 离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变 – （2）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） • 颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大 – （3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层， 形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L 以上。 – （4）压缩沉淀-污泥浓缩池 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。
t=L/v=Lh0B/Q)
水处理工程
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为 E＝ui/u0 = ui/(Q/A)
颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷及颗粒沉降速度有关，而与 其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。 (Hazen 理论 ,1904年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题： 1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混 凝工艺。 2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A ，可以降低水深――“浅层理论”。
水污染控制工程沉淀和澄清PPT课件
14.2 平流式沉淀（4）
第13页/共41页
14.2 平流式沉淀（5）
第14页/共41页
14.2 平流式沉淀（6）
第15页/共41页
14.2 平流式沉淀（7）
第16页/共41页
14.2 平流式沉淀（8）
•凝 聚 性 颗 粒 的 沉 降 过 程 分 析 — — 实 际 沉 淀 池 与理想沉淀池的主要区别：
14.2 平流式沉淀（12）
• 三维模型 • 设计计算
• 按表面负荷Q/A计算 • 1）算池面积A • 2）求池长 L=3.6 v T • 3）求池宽 B=A/L
• 按停留时间算（不含污泥区） • 1）V=Q T • 2）B=V /L H • 3）d=(0.7 BLH0.5/T)0.5 (排泥管直径)
第36页/共41页
14.5 其它澄清池简介__水力循环澄清池
第37页/共41页
14.5 其它澄清池简介__悬浮澄清池
第38页/共41页
14.5 其它澄清池简介__机械搅拌真空泵脉冲澄清
池
第39页/共41页
14.6 澄清池___小设计
小设计 某水厂设计水量为15000m3/h(含水厂自用水量0.05%)，水源水质常年变化较大，若需要对 采用“混凝+平流沉淀池”、机械加速澄清池、水力循环澄清池、脉 冲 澄 清 池、悬 浮 澄 清 池等不同方 案进行比较，请先分别进行主要工艺参数计算，再分析不同方案的优缺点，并提出你的推荐方案。
纵断面图
排泥槽 横断面图 斗式排泥管示意图
第26页/共41页
14.2 平流式沉淀（14）
第27页/共41页
14.2 平流式沉淀（15）
第28页/共41页
14.2平流池结束语
第4章给排水水质工程(3)
本章总目录
斜板（管）沉淀池
四、设计计算
1. 沉淀池面积A
选定表面负荷（2.5~3.0mm/s），计算得到面积A。 2．沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5
式中：h1为超高0.3m，h2为清水层高度1.2m
h3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5m
h5为污泥斗高度0.8m
第4章给排水水质工程(3)
本章总目录
辐流式沉淀池 5.总高度（H）和周边处的高度（Hˊ）
其中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缓冲高度层， h4为底坡落差，h5为污泥斗高度。
第4章给排水水质工程(3)
第4章 水质工程
4.2 水的物理、化学及物理化学处理方法 4.2.3 沉淀池、沉砂池和澄清池
本章总目录
澄清池
澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠
本章总目录
竖流式沉淀池
4．沉淀区的有效水深（中心管喇叭口出水面高度）
式中：V为上升流速0.5～1.0mm/s t为沉淀时间，1.0～1.5h
5. 喇叭口距反射板之间的缝隙高度
v1≤40mm/s
式中：V1为出流速度， d1为喇叭口直径
第4章给排水水质工程(3)
第4章 水质工程
4.2 水的物理、化学及物理化学处理方法 4.2.3 沉淀池、沉砂池和澄清池
本章总目录
斜板（管）沉淀池
三、优缺点
优点： 1.沉淀面积增大； 2.沉淀效率高，产水量大； 3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；
缺点： 1.由于停留时间短，其缓冲能力差； 2.对混凝要求高； 3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜 板（管）
第4章给排水水质工程(3)
斜板（管）沉淀池
四、设计计算
1. 沉淀池面积A
选定表面负荷（2.5~3.0mm/s），计算得到面积A。 2．沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5
式中：h1为超高0.3m，h2为清水层高度1.2m
h3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5m
h5为污泥斗高度0.8m
第4章给排水水质工程(3)
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辐流式沉淀池 5.总高度（H）和周边处的高度（Hˊ）
其中：h1为超高，h2为有效水深，h3为缓冲高度层， h4为底坡落差，h5为污泥斗高度。
第4章给排水水质工程(3)
第4章 水质工程
4.2 水的物理、化学及物理化学处理方法 4.2.3 沉淀池、沉砂池和澄清池
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澄清池
澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠
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竖流式沉淀池
4．沉淀区的有效水深（中心管喇叭口出水面高度）
式中：V为上升流速0.5～1.0mm/s t为沉淀时间，1.0～1.5h
5. 喇叭口距反射板之间的缝隙高度
v1≤40mm/s
式中：V1为出流速度， d1为喇叭口直径
第4章给排水水质工程(3)
第4章 水质工程
4.2 水的物理、化学及物理化学处理方法 4.2.3 沉淀池、沉砂池和澄清池
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斜板（管）沉淀池
三、优缺点
优点： 1.沉淀面积增大； 2.沉淀效率高，产水量大； 3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；
缺点： 1.由于停留时间短，其缓冲能力差； 2.对混凝要求高； 3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜 板（管）
第4章给排水水质工程(3)
水质工程学课件-沉淀与澄清
2.沉澱區
沉澱區的高度一般約3～4m，平流式沉澱池中應減少紊
動性，提高穩定性。
R
紊動性指標為雷諾數， Re
穩定性指標為弗勞德數，
Fr
2
Rg
(4-25) (4-26)
能同時降低雷諾數和提高弗勞德數的方法只能是降低
水力半徑R，措施是加隔板，使平流式沉澱池L/B>4,
L/H>10，每格寬度應在3～8m不宜大於15m。
出水支渠 出水支渠
图 4-11 增加出水堰长度的措施
4.存泥區及排泥措施 泥鬥排泥：靠靜水壓力 1.5 – 2.0m，下設有排
泥管，多鬥形式，可省去機械刮泥設備（池容不 大時）
穿孔管排泥：需存泥區，池底水平略有坡度 以便放空。
機械排泥：帶刮泥機，池底需要一定坡度， 適用於3m以上虹吸水頭的沉澱池，當沉澱池為半 地下式時，用泥泵抽吸。
對用直線Ⅲ代表的一類顆粒而言，流速與沉澱時間有關
t L u
t h0 u0
（ 4-13） （4-14）
令（4-13）和（4-14）相等，代入（4-12）得：
u0
Q LB
（4-15）
即：
Q u0 A
（4-16）
一般稱為“表面負荷”或“溢流率”。表面負荷在數值上等於截
留速度，但含義不同。
設截進為原面入：水進的中入顆沉的粒速顆的為粒數u的 量i（總 為ui量hE<iuB為0v）ChQi（的BC=見顆Ch0圖粒Bv4的hC-4i濃，）度沿，為著則Cm沉，點速沿以為著下u進i的的水高顆區度粒高為的度h去i的為除截h率0面的
理想沉澱池的工作情況見圖4-4。
进水区
沉淀区
Ⅲ Ⅰ
出水区
Ⅱ
污泥区
水质工程学——第4章 沉淀与澄清
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。 另外还可根据是否加药，将沉淀分成自然沉淀和 凝聚性沉淀。
一、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
1.自由沉淀过程分析
2.自由沉淀的沉速
达到重力平衡时，加速度为零，令式左边为零，加以 整理，得沉速公式：
10
阻力系数CD
u
4 g p 1 d 3 CD 1
10 10 10 1 0.4 0.1 -3 10 C=24/Re C=10/Re
CD与Re有关， Re与u有关
Re
ud
10
-2
10
-1
1
10
10
深度
沉降时间
图
凝聚性颗粒的去除百分数计算
P p2
h1 / t0 h /t h /t h /t ( p3 p2 ) 2 0 ( p4 p3 ) 3 0 ( p5 p4 ) 4 0 ( p6 p5 ) u0 u0 u0 u0
是沉速等于或大于u0的已全部沉降掉的颗粒的去除
减小水力半径R，
平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池
在沉淀池中，增大，一方面提高Re，不利于沉淀， 但另一方面也提高了Fr，而加强了水的稳定性，从而 有利于沉淀效果的提高。 所以，可在很宽的范围内选取，而不至于对沉淀 效果有明显的影响。我国各地一般=10～25mm/s，最 高可达30～50mm/s。
沉淀时间
t L v
对直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速v、u0与沉淀时间 有关 h0 t u0
表面负荷
单位沉淀池表面积的处理水量，也叫溢流率 Q u0 LB
一、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
1.自由沉淀过程分析
2.自由沉淀的沉速
达到重力平衡时，加速度为零，令式左边为零，加以 整理，得沉速公式：
10
阻力系数CD
u
4 g p 1 d 3 CD 1
10 10 10 1 0.4 0.1 -3 10 C=24/Re C=10/Re
CD与Re有关， Re与u有关
Re
ud
10
-2
10
-1
1
10
10
深度
沉降时间
图
凝聚性颗粒的去除百分数计算
P p2
h1 / t0 h /t h /t h /t ( p3 p2 ) 2 0 ( p4 p3 ) 3 0 ( p5 p4 ) 4 0 ( p6 p5 ) u0 u0 u0 u0
是沉速等于或大于u0的已全部沉降掉的颗粒的去除
减小水力半径R，
平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池
在沉淀池中，增大，一方面提高Re，不利于沉淀， 但另一方面也提高了Fr，而加强了水的稳定性，从而 有利于沉淀效果的提高。 所以，可在很宽的范围内选取，而不至于对沉淀 效果有明显的影响。我国各地一般=10～25mm/s，最 高可达30～50mm/s。
沉淀时间
t L v
对直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速v、u0与沉淀时间 有关 h0 t u0
表面负荷
单位沉淀池表面积的处理水量，也叫溢流率 Q u0 LB
水的沉淀与澄清
V1
1 3
h'3
(S1
S2
S1 S2 )
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m； S1，S2 ——贮砂斗上口和下口
的面积。
6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度i=
6%，坡向砂斗，则
h3 h'3 0.06 l2 h'3 0.06(L 2b2 b') / 2
7.池总高度h
即 V g(S L ) 'A (L uS2 / 2)
因
V 1 πd 3，A 1 πd 2
6
4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
1/ 2
uS
4
g
(
S L 3 '
L
)
d
当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围 的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力作用， 惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。
h u1 t；H u0 t
故
h / H u1 / u0
h dP u1 dP
H
u0
对于沉速为u1（u1<u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的
总量为：
u0 0
u1
/
u0
dP
1 u0
u0 0
u1dP
而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及 u1<u0的两部分，故沉
二次沉淀池
生物处理构筑物后, 是生物处理工艺的 组成部分
沉淀池
按水流方向分
平流式
竖流式
辐流式
池型：长方形
一端进水,另一 端出水
相关主题
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—— 清水与固体有清晰界面，该界面等速 下降 ——压缩区内部自上而下，沉速递减
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
第四章 沉淀与澄清
§4-1 沉淀理论
§4-2 沉淀构筑物及其设计
沉淀理论
4.1.1 沉淀的功能及基本类型
4.1.2 沉淀试验及沉淀曲线分析
4.1.3 理想沉淀池效率分析
4.1.4 实际沉淀池与理想沉淀池的差别
沉淀的功能与基本类型
一、沉淀和澄清在水处理中的功能
二、沉淀的分类
给水处理中的功能
沉淀分离经混凝过程产生的絮体，常采用 澄清池以得到澄清的出水，是饮用水处理的 一个重要环节，要求浊度<20°
——排泥水头：静压排泥时，初沉池静水压 头≮1.5m，二沉池在生物膜法后应≮0.9m， 曝气池后≮1.2m
竖流式沉淀池
1 构造形式（见图4-2-11）
2 沉淀效率
3 主要设计参数
4 设计计算
构造形式
平面多为圆形或正方形 ， D( 或边取 )<10m （若太大有什么问题），一般4~7m
中心管进水(设反射板) 池周设薄壁或锯齿堰出水，D>7m时考虑设 辐射式出水槽
L
H
v
当L、v不变时，H越小，则可截留的颗粒 的u0越小。此即浅池原理。
u0
（4-8）
浅池原理
若原沉淀池高度为H，颗粒截留速度为u0， 停留时间为t=H/u0。当沉淀池高度变为原来 的1/n时，则：
H 1 n t1 t u0 nu0 n
H
（4-22）
理想沉淀池效率分析
一、基本假定
二、推导
三、公式的物理意义
基本假定
a．水在池内沿水平方向作等速流动，水平流 速为v，从入口到出口的流动时间为t；
b．在入流区，颗粒沿截面均匀分布并处于自 由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v； c．悬浮物以等速下沉；
d．颗粒一碰到池底即认为被去除
推导
以平流式理想沉淀池为例（如图4-1-5所示） H 截留速度： u0 （4-6） t0
在时间t2、t3......时重复试验，可得出对应的u2、 u3......和x2、x3......，将这些数据整理可绘出 （粒度分布曲线）。
（粒度分布曲线）
自由沉淀试验
设要求的最小沉速为u0，
则u≥u0的颗粒在t0时可全部去除， 而u<u0的颗粒可部分去除，去除比例为h/H， h代表在t0时刚好沉到底部的某种颗粒的沉降距离。
1 s 2 u gd 18
（4-1）
该公式适用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情况
沉速公式
② 过度区：
4 s 2 3 u g d 225
2
1
（4-2）
该公式适用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情 况
沉速公式
概述
沉淀池是一种主要的固液分离构筑物。在生 物处理工艺中起预处理作用的沉淀池称为初 沉池，生物处理后起澄清出水和浓缩污泥的 称为二沉池。除在生物处理中作为固液分离 的主要构筑物外，在别的工艺中也常作为固 液分离的主要构筑物。 根据水流，一般将沉淀池分为三种:
平流式(矩形)、竖流式(园、方、正多边形)和 辐流式(多为园形，也可为方形)
自由沉淀
颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其尺寸、 质量、形状均不改变，下沉不受干扰。
絮凝沉淀
沉淀过程中，颗粒的尺寸、质量随深度增 加而增大，沉速相应提高。
成层沉淀
又叫拥挤沉淀。颗粒在水中的浓度较大， 下沉过程中彼此干扰，形成清水与浑水的明 显界面并逐渐下移。
压缩沉淀
颗粒在水中的浓度增高到颗粒相互接触并 部分地受到压缩物支撑。发生于沉淀池底及 浓缩池中。
h ut0 u H u0t0 u0
（4-4）
故u<u0的颗粒在t0内按u/u0的比例去除
自由沉淀试验
t0时间内颗粒的总去除率为：
1 x0 1 x0 0 udx u0
（4-5）
上式中第一项由u0求得，第二项对粒度分布 曲线图解积分求得。
絮凝沉淀试验
1）试验装置
2）试验方法
沉淀试验与沉淀曲线分析
一、沉淀的基本理论
二、沉淀试验及沉淀曲线分析
雷诺数（Reynolds number）
表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示， Re=ρvd/η， 其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长 度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。利用Re可区分流体 的流动是层流或湍流，也可确定物体在流体中流动所受到的阻力 Re表示作用于流体微团的惯性 力与粘性力之比。
公式的物理意义
颗粒在沉淀池中的截留速度刚好等于单位 时间单位面积上流过的水量，为沉淀池的设 计提供了理论依据。 若定义：具有沉速ui<u0的颗粒的去除比 例为该颗粒的去除效率，则：
ui ui i u0 q0
（4-10）
说明ηi与水深、沉淀时间、水平流速、池 长无关。（Hazen理论）
公式的物理意义
薄壁 ( 平顶 ) 堰、锯齿堰、淹没式孔口出 流（如图4-2-7所示） 堰: 控制池内水位，均匀出水；须保证单位 堰长上溢流量相等(堰顶严格水平)， 且不宜过大，否则滞泥。若单宽流量不能满 足，应增大堰长。增加堰长的方法举例（见 图4-2-8）
构造形式
——集泥、贮泥: 设泥斗
多斗式
单斗式：刮泥机（链带式、行车式刮泥机）
Q 水平流速： v HB
（4-7）
L H vH u0 （4-8） v u0 L
平流沉淀池
平流沉淀池工作原理图
推导
把（4-7）代入（4-8）可得：
Q Q u0 q0 BL A
（4-9）
式中：q0——表面负荷率或过流率，m3/m2· h
截留速度刚好等于单位时间单位面积上流过的水量
3）η-t曲线，等效沉淀曲线
拥挤沉淀试验
1）形成拥挤沉淀的条件
2）沉淀特征（见图4-1-3）
3）沉淀曲线（界面高度与时间的关系）
4）研究拥挤沉淀的方法
拥挤沉淀试验
——浓度：矾花 2~3g/L 泥砂 5g/L 活性污泥 1g/L
——颗粒间的粒度差异：dmax/dmin<6
拥挤沉淀试验
—— 分为四个层：澄清液层、受阻沉降层、 过度层、压缩层
解：已知 d=0.008m，查表20℃时 μ=0.0101g/cm3· s，带入式（4-1）中（相当于 1 假定为层流）计算得：u=0.0691cm/s u 18 gd
s
2
运动粘滞系数ν=0.0101cm2/s，带入Re定义式 可得：
Re
ud
0.0547 1
沉淀试验与沉淀曲线分析
——排泥: 重力（静压）排泥 排泥管（见图4-2-9） 吸泥车 排泥井（见图4-2-10）
主要设计参数
控制沉淀效率的工艺参数:
表面负荷率(截留速度) 沉淀时间
——通过试验获得:
q设 = qo/(1.25～1.75) t设 = (1.5~2.0)to 有效水深H ——经验(常用): 见表4-2-1
③ 紊流区：
s u 1.82 gd
该公式适用于1000≤Re的情况
（4-3）
利用上述公式计算时，可先假定一个Re区， 计算出u后带入Re定义式进行校核，若不符 合假定，则重复上述步骤计算，直至符合为 止。
沉速公式
例：油珠直径为 80μm，密度为0.8g/cm3，水 温20℃，计算油珠在水中的上升速度。
水的流动状态
1、短流
2、紊流
短流
实际的平均停留时间较理想的短，称为短 流现象。短流的存在，使池子的容积利用率 降低。 引起短流的原因:
——流速分布不均匀
——进出口配水的不均匀，造成死区；
——异重流
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
第四章 沉淀与澄清
§4-1 沉淀理论
§4-2 沉淀构筑物及其设计
沉淀理论
4.1.1 沉淀的功能及基本类型
4.1.2 沉淀试验及沉淀曲线分析
4.1.3 理想沉淀池效率分析
4.1.4 实际沉淀池与理想沉淀池的差别
沉淀的功能与基本类型
一、沉淀和澄清在水处理中的功能
二、沉淀的分类
给水处理中的功能
沉淀分离经混凝过程产生的絮体，常采用 澄清池以得到澄清的出水，是饮用水处理的 一个重要环节，要求浊度<20°
——排泥水头：静压排泥时，初沉池静水压 头≮1.5m，二沉池在生物膜法后应≮0.9m， 曝气池后≮1.2m
竖流式沉淀池
1 构造形式（见图4-2-11）
2 沉淀效率
3 主要设计参数
4 设计计算
构造形式
平面多为圆形或正方形 ， D( 或边取 )<10m （若太大有什么问题），一般4~7m
中心管进水(设反射板) 池周设薄壁或锯齿堰出水，D>7m时考虑设 辐射式出水槽
L
H
v
当L、v不变时，H越小，则可截留的颗粒 的u0越小。此即浅池原理。
u0
（4-8）
浅池原理
若原沉淀池高度为H，颗粒截留速度为u0， 停留时间为t=H/u0。当沉淀池高度变为原来 的1/n时，则：
H 1 n t1 t u0 nu0 n
H
（4-22）
理想沉淀池效率分析
一、基本假定
二、推导
三、公式的物理意义
基本假定
a．水在池内沿水平方向作等速流动，水平流 速为v，从入口到出口的流动时间为t；
b．在入流区，颗粒沿截面均匀分布并处于自 由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v； c．悬浮物以等速下沉；
d．颗粒一碰到池底即认为被去除
推导
以平流式理想沉淀池为例（如图4-1-5所示） H 截留速度： u0 （4-6） t0
在时间t2、t3......时重复试验，可得出对应的u2、 u3......和x2、x3......，将这些数据整理可绘出 （粒度分布曲线）。
（粒度分布曲线）
自由沉淀试验
设要求的最小沉速为u0，
则u≥u0的颗粒在t0时可全部去除， 而u<u0的颗粒可部分去除，去除比例为h/H， h代表在t0时刚好沉到底部的某种颗粒的沉降距离。
1 s 2 u gd 18
（4-1）
该公式适用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情况
沉速公式
② 过度区：
4 s 2 3 u g d 225
2
1
（4-2）
该公式适用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情 况
沉速公式
概述
沉淀池是一种主要的固液分离构筑物。在生 物处理工艺中起预处理作用的沉淀池称为初 沉池，生物处理后起澄清出水和浓缩污泥的 称为二沉池。除在生物处理中作为固液分离 的主要构筑物外，在别的工艺中也常作为固 液分离的主要构筑物。 根据水流，一般将沉淀池分为三种:
平流式(矩形)、竖流式(园、方、正多边形)和 辐流式(多为园形，也可为方形)
自由沉淀
颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其尺寸、 质量、形状均不改变，下沉不受干扰。
絮凝沉淀
沉淀过程中，颗粒的尺寸、质量随深度增 加而增大，沉速相应提高。
成层沉淀
又叫拥挤沉淀。颗粒在水中的浓度较大， 下沉过程中彼此干扰，形成清水与浑水的明 显界面并逐渐下移。
压缩沉淀
颗粒在水中的浓度增高到颗粒相互接触并 部分地受到压缩物支撑。发生于沉淀池底及 浓缩池中。
h ut0 u H u0t0 u0
（4-4）
故u<u0的颗粒在t0内按u/u0的比例去除
自由沉淀试验
t0时间内颗粒的总去除率为：
1 x0 1 x0 0 udx u0
（4-5）
上式中第一项由u0求得，第二项对粒度分布 曲线图解积分求得。
絮凝沉淀试验
1）试验装置
2）试验方法
沉淀试验与沉淀曲线分析
一、沉淀的基本理论
二、沉淀试验及沉淀曲线分析
雷诺数（Reynolds number）
表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示， Re=ρvd/η， 其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长 度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。利用Re可区分流体 的流动是层流或湍流，也可确定物体在流体中流动所受到的阻力 Re表示作用于流体微团的惯性 力与粘性力之比。
公式的物理意义
颗粒在沉淀池中的截留速度刚好等于单位 时间单位面积上流过的水量，为沉淀池的设 计提供了理论依据。 若定义：具有沉速ui<u0的颗粒的去除比 例为该颗粒的去除效率，则：
ui ui i u0 q0
（4-10）
说明ηi与水深、沉淀时间、水平流速、池 长无关。（Hazen理论）
公式的物理意义
薄壁 ( 平顶 ) 堰、锯齿堰、淹没式孔口出 流（如图4-2-7所示） 堰: 控制池内水位，均匀出水；须保证单位 堰长上溢流量相等(堰顶严格水平)， 且不宜过大，否则滞泥。若单宽流量不能满 足，应增大堰长。增加堰长的方法举例（见 图4-2-8）
构造形式
——集泥、贮泥: 设泥斗
多斗式
单斗式：刮泥机（链带式、行车式刮泥机）
Q 水平流速： v HB
（4-7）
L H vH u0 （4-8） v u0 L
平流沉淀池
平流沉淀池工作原理图
推导
把（4-7）代入（4-8）可得：
Q Q u0 q0 BL A
（4-9）
式中：q0——表面负荷率或过流率，m3/m2· h
截留速度刚好等于单位时间单位面积上流过的水量
3）η-t曲线，等效沉淀曲线
拥挤沉淀试验
1）形成拥挤沉淀的条件
2）沉淀特征（见图4-1-3）
3）沉淀曲线（界面高度与时间的关系）
4）研究拥挤沉淀的方法
拥挤沉淀试验
——浓度：矾花 2~3g/L 泥砂 5g/L 活性污泥 1g/L
——颗粒间的粒度差异：dmax/dmin<6
拥挤沉淀试验
—— 分为四个层：澄清液层、受阻沉降层、 过度层、压缩层
解：已知 d=0.008m，查表20℃时 μ=0.0101g/cm3· s，带入式（4-1）中（相当于 1 假定为层流）计算得：u=0.0691cm/s u 18 gd
s
2
运动粘滞系数ν=0.0101cm2/s，带入Re定义式 可得：
Re
ud
0.0547 1
沉淀试验与沉淀曲线分析
——排泥: 重力（静压）排泥 排泥管（见图4-2-9） 吸泥车 排泥井（见图4-2-10）
主要设计参数
控制沉淀效率的工艺参数:
表面负荷率(截留速度) 沉淀时间
——通过试验获得:
q设 = qo/(1.25～1.75) t设 = (1.5~2.0)to 有效水深H ——经验(常用): 见表4-2-1
③ 紊流区：
s u 1.82 gd
该公式适用于1000≤Re的情况
（4-3）
利用上述公式计算时，可先假定一个Re区， 计算出u后带入Re定义式进行校核，若不符 合假定，则重复上述步骤计算，直至符合为 止。
沉速公式
例：油珠直径为 80μm，密度为0.8g/cm3，水 温20℃，计算油珠在水中的上升速度。
水的流动状态
1、短流
2、紊流
短流
实际的平均停留时间较理想的短，称为短 流现象。短流的存在，使池子的容积利用率 降低。 引起短流的原因:
——流速分布不均匀
——进出口配水的不均匀，造成死区；
——异重流