第四章沉淀与澄清分解
排水工程考试复习资料全
1. 生化需氧量BOD 在水温为20 度的条件下，由于微生物的生活活动，将有机物氧化为无机物所消耗的溶解氧量。
2. 化学需氧量COD用强氧化剂，在酸性条件下，将有机物氧化为C02与H20所消耗的氧量。
3. 污泥龄曝气池活性污泥总量与每日排放污泥量之比，即活性污泥在曝气池的平均停留时间。
4. 绘图说明有机物耗氧曲线5. 绘图说明河流的复氧曲线6. 自由沉降当悬浮物质浓度不高时，在沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立地完成沉底过程。
7. 成层沉降又称区域沉淀，当悬浮物质浓度大于500mg/L 时，在沉淀过程中，相邻颗粒之间相互妨碍、干扰，沉速大的颗粒也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，与澄清水之间形成清晰的液——固界面，沉淀显示为界面下沉。
8. 沉淀池表面负荷在单位时间通过沉淀池单位表面积的流量。
9. 写出沉淀池表面负荷q0 的计算公式q=Q/A10. 理想沉淀池的假定条件及去除率分析（1）污水在池沿水平方向做等速流动，水平流速为v,从入到出口的流动时间为t（2）在流入区，颗粒沿截面AB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（3）颗粒沉到池底即认为被去除。
去除率n =u/q,仅决定于表面负荷q及颗粒沉速u,而与沉淀时间无关。
11. 曝气沉砂池的优点平流沉砂池主要缺点是沉砂池中夹杂有15%的有机物, 使沉砂的后续处理增加难度, 故需配洗砂机,把排砂经清洗后,有机物含量低于10%,称为清洁砂,再外运,曝气沉砂池可克服这一缺点。
12. 初次沉淀池有几种型式平流式沉淀池、普通辐流式沉淀池、向心辐流式沉淀池、竖流式沉淀池、斜板（管）沉淀池13. 沉淀有几种沉淀类型自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀（成层沉淀）、压缩14. 沉砂池的作用去除比重较大的无机颗粒。
15. 绘图解释辐流沉淀池的工作原理,辐流沉淀池的进水和出水特点普通辐流式沉淀池中心进水,周边出水,中心传动排泥。
化学反应的沉淀和澄清
化学反应的沉淀和澄清一、课程目标知识目标：1. 学生能理解化学反应中沉淀和澄清现象的基本原理，掌握影响沉淀和澄清的因素。
2. 学生能掌握至少三种常见的沉淀反应及其应用，并了解其在实际生活中的例子。
3. 学生能运用溶解度规律预测和解释沉淀的生成与溶解。
技能目标：1. 学生能够通过实验观察和记录沉淀和澄清过程，学会使用相关的实验仪器。
2. 学生能够运用图表、方程式等方式表达化学反应的沉淀和澄清过程。
3. 学生能够通过案例分析和问题解决，提高实验操作能力和科学思维能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对化学反应现象的好奇心，激发学习化学的兴趣和热情。
2. 学生通过实验探究，增强合作意识和团队精神，培养科学探究精神。
3. 学生认识到化学反应在实际生活中的应用，增强对化学知识实用性的认识，提高社会责任感。
本课程针对八年级学生，结合学生的认知水平和兴趣特点，以实用性为导向，注重知识与实践的结合。
课程设计将引导学生通过观察、实验、分析等教学活动，使学生在掌握化学反应沉淀和澄清知识的同时，提高实验操作和问题解决能力，培养科学素养和积极的学习态度。
二、教学内容1. 化学反应沉淀现象原理- 溶解度与溶解平衡- 沉淀反应的判断与类型- 沉淀的形成与溶解过程2. 常见沉淀反应及其应用- 硫酸钡沉淀反应- 氯化银沉淀反应- 碘化银沉淀反应3. 澄清现象与澄清剂的应用- 澄清剂的作用原理- 常见澄清剂及其使用方法- 澄清实验操作步骤及注意事项4. 影响沉淀和澄清的因素- 温度对溶解度的影响- 溶剂对沉淀生成的影响- 沉淀剂与澄清剂的用量控制5. 实践与案例分析- 沉淀反应实验操作- 澄清剂的使用与观察- 实际生活中沉淀与澄清现象的案例分析本教学内容按照课程目标，参照教材相关章节，科学系统地组织。
课程内容包括沉淀现象原理、常见沉淀反应、澄清现象及影响因素等，旨在帮助学生全面掌握化学反应的沉淀与澄清知识。
教学大纲明确各部分内容安排和进度，确保教学内容与课本紧密结合，注重理论与实践相结合，提高学生的化学素养。
水质工程学第4章沉淀与澄清3
——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。
《沉淀和澄清》
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.
v2 Fr
Rg
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Fr>10-5.
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:
倾角宜为60°，斜管的长度多采用1m。 斜管的管径通常采用25-35mm。
斜管沉淀池的表面负荷q是重要的技术经济
指标：
q Q A
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
9－11m3/m2 h（2.5－3.0mm/s)
斜管内的流速为 v Q A/ sin
图5-3
5.1.5 气浮分离原理和特点
•产生大量微气泡黏附于杂质、絮粒之上，将悬浮颗粒浮 出水面而去除的工艺，称为气浮分离。 •气浮净水工艺有多种方式，其中加压溶气气浮是一种比 较成熟、应用广泛的净水工艺。该气浮池有称压力溶气 气浮池
溶气气浮池与其他沉淀池、澄清池相比，具有如下特点：
1）经混凝后的水中细小颗粒周围黏附了大量微细气泡， 很容易浮出水面，所以对混凝要求可适当降低，有助于 节约混凝剂投加量。
5.1.4 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀和污泥浓缩
第4章沉淀与澄清
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
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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
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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)
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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
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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。
室外给水设计 (47) 混凝、沉淀和澄清
混凝、沉淀和澄清所述沉淀和澄清均指通过投加混凝剂后的混凝沉淀和澄清。
自然沉淀( 澄清 ) 与混凝沉淀( 澄清 ) 有较大区别，本节规定的各项指标不适用于自然沉淀( 澄清 ) 。
9.4.1 关于沉淀和澄清池类型选择的原则规定。
随着净水技术的发展，沉淀和澄清构筑物的类型越来越多，各地均有不少经验。
在不同情况下，各类池型有其各自的适用范围。
正确选择沉淀池、澄清池型式，不仅对保证出水水质、降低工程造价，而且对投产后长期运行管理等方面均有重大影响。
设计时应根据原水水质、处理水量和水质要求等主要因素，并考虑水质、水温和水量的变化以及是否间歇运行等情况，结合当地成熟经验和管理水平等条件，通过技术经济比较确定。
9.4.2 规定了沉淀池和澄清池的最少个数。
在运行过程中，有时需要停池清洗或检修，为不致造成水厂停产，故规定沉淀池和澄清池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于 2 个。
9.4.3 规定了沉淀池和澄清池应考虑均匀配水和集水的原则。
沉淀池和澄清池的均匀配水和均匀集水，对于减少短流，提高处理效果有很大影响。
因此，设计中必须注意配水和集水的均匀。
对于大直径的圆形澄清池，为达到集水均匀，还应考虑设置辐射槽集水的措施。
9.4.4 关于沉淀池积泥区和澄清池沉泥浓缩( 斗 ) 容积的规定。
9.4.5 规定了沉淀池或澄清池设置机械化和自动化排泥的原则。
沉淀池或澄清池沉泥的及时排除对提高出水水质有较大影响。
当沉淀池或澄清池排泥较频繁时，若采用人工开启阀门，劳动强度较大，故宜考虑采用机械化和自动化排泥装置。
平流沉淀池和斜管沉淀池一般常可采用机械吸泥机或刮泥机；澄清池则可采用底部转盘式机械刮泥装置。
考虑到各地加工条件及设备供应条件不一，故条文中并不要求所有水厂都应达到机械化、自动化排泥，仅规定了在规模较大或排泥次数较多时，宜采用机械化和自动化排泥装置。
9.4.6 关于澄清池絮凝区应设取样装置的规定。
为保持澄清池的正常运行，澄清池需经常检测沉渣的沉降比，为此规定了澄清池絮凝区应设取样装置。
7-沉淀澄清与气浮
Ei
ui Q
A
理想沉淀池中，悬浮颗粒ui（<u。）的去除率：
•
与ui 有关
• 与Q/A有关；
• 与池深无关－ “浅池理论 ”
总沉淀效率P：
所有具有沉速ui < u。的颗粒沉淀效率之和 ui ≥ uo 的全部颗粒的沉淀效率，(1-p0)
P
(1
po )
1 uo
po 0
ui
dpi
利用“不同沉速颗粒的累积分布曲线”求解（例7-2）
设计控制指标
表面负荷Ｑ/A，或 停留时间 T ，考虑水平流速
计算 校核
5. 斜板、斜管沉淀池
（1）沉淀原理
浅池理论 沉淀面积 水流状态
斜板斜管：
u0
Q
B L c os
Bb
平流池： uo = Q/ BL
(2). 斜管沉淀池的设计计算
配水区高度 ≥1.5 m 倾角θ ：60 ° 斜管 L =1000 mm；斜管区：860 mm 清水区高: 1.0-1.5 m 表面（液面）负荷 q = Q/A， A – 清水区面积
（1）．理想沉淀池
符合以下3个假设 ： 颗粒处于自由沉淀； 水流沿水平方向等速流动； 颗粒沉到池底即认为已被去除。
根据3个假设，悬浮颗粒在理想沉淀池中的沉淀规律
如图7-2：
凡ui>u。, 均按类似线I运动，沉到池底
凡ui<u。, 均按类似线II运动，不能沉到池底，而被水流带出池外
凡ui=u。,均按类似线III运动, 恰好沉到池底
u
4 225
s
2
g2
3
d
1000＜Re＜250000，紊流状态， CD接近于常数0.4，代入得到牛顿公式： u 1.83 s gd
第四章 沉淀
第四章沉淀4-1 水和废水处理的主要单元方法沉淀是水中固体颗粒通过颗粒与水的密度差，在重力作用下与水分离的过程，是水和污水处理中一种常见的工艺。
沉淀所能去除的颗粒尺度在20~100μm以上，水中的胶体物质需先经混凝处理后才能经固液分离操作去除。
4.1.1 沉淀的功能及基本类型1、沉淀和澄清在水处理中的功能（1）给水处理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°（2）城市污水处理一级处理的主要工艺（沉砂、初沉池），控制处理效果。
二级处理中：①作为预处理单元，减轻生物负荷。
②作为二沉池，分离生物处理过程产生的污泥，得到澄清出水③作为浓缩池，降低污泥的含水率，减小其体积，以便于进一步处理处置。
（3）工业废水中作用多样，预处理，中间处理及最终处理均可采用。
一般与混凝工艺联用。
（4）在污水灌溉和氧化塘处理之前——去除粗大悬浮颗粒，稳定水质。
——去除寄生虫卵和堵塞土壤孔隙的物质。
2、沉淀的类型根据沉淀物质的性质、絮凝性、浓度分为四类。
（1）自由沉淀（discrete settling）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。
非絮凝性颗粒、浓度低、颗粒间无絮凝。
颗粒独立完成沉淀过程，其物理性质（形状、大小、比重）不发生变化→颗粒沉速不变。
发生在沉砂池及沉淀池的前期沉淀过程（2）絮凝沉淀（flocculation settling）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。
絮凝性颗粒、浓度较低、颗粒间发生絮凝；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。
（3）成层沉淀（zone settling ）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。
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；沉淀过程中颗粒间相互干扰并形成网格状绒体共同下沉→形成清水浑水界面（界面的沉降）；发生在沉淀池后期沉淀过程。
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
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
沉淀和澄清
§4-1 悬浮颗粒在净水中的沉淀
自由沉淀：
颗粒沉淀时不受容器壁和其他悬浮物的影响，颗粒状沉淀。
拥挤沉淀
颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）。 一、悬浮颗粒在净水中的自由沉淀
一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的直径， 同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认为自由沉淀，此 时的沉淀速度称为自由沉淀速度。
Re vR
Байду номын сангаас• • •
—水的流速； R —水力半径； —水的运动拈滞系数。
19
一般认为，在明渠流中，Re＞500时，水流是紊流状态，平流 沉淀池中水流的 Re一般为 4000～15000，属紊流状态。 此时水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脉动分速， 且伴有小的涡流体，对水中杂质颗粒的沉降是有影响的，
以上的讨论是理想沉淀池中颗粒沉淀状况，尽管与实际 工作情况并不相符，而理想沉淀池的理论仍可反应颗粒在动 水中沉降的某些规律。对研究和发展沉淀工艺，具有一定的 实际意义，后面的斜板、斜管沉淀池的工艺即基于理想沉淀 16 池理论。
p285_——非凝聚性悬浮颗粒在实验条件下 的沉淀数据见表，试确定理想沉淀池当表 面负荷为43.2m3/m2.d时的悬浮物去除百分 数。取样口选在水面下120cm。
3.紊流区 1000 ≤Re≤25000 此时cD=0.4，代入公式，得到牛顿公式：
s 1 u 1.83 ( )dg 1
这个公式适用d＞2mm的砂粒。
5
二、悬浮颗粒在净水中的拥挤沉淀
自由沉淀可以看成单个颗粒在无边无际的水体中下沉， 此时颗粒排挤开同体积的水，水将以无限小的速度上升，当大量
第四章沉淀与澄清
三、第二种计算方法（经验计算方法，目 前多采用）
3、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系 要求一定的去除率---- 设计停留时间和表面负荷: 假定不同的水力停留时间--计算总去除率 P 得出相应的表面负荷 q 绘制三者之间的关系曲线
注意：曲线与水深有关。
停留时 间
表面 负荷
沉淀效率
4.3 平流沉淀池的基本结构 4.4.1 基本结构
平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部 分。
并在流动过程中流速始终不变。 ③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。
理想沉淀池的工作情况见图7-4。
原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水
平流速为： v Q
h0 B
考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为
u
0
的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。
u≥ u 的0 颗粒可以全部去除，u< u 0的颗粒只能部分去除
• 变浓度区：等浓度区和压实区的过渡区。
• 压实区：沉速很小，浓度很大。（增加） • 大小粒径比大于6：1，没有了等浓度区。 • 临界沉降点：当沉降达到变浓度区刚消失的位置。
2.肯奇沉淀理论
由图7-2可知曲线a-c段的悬浮物浓度为C0，c-d段浓 度均大于C0。
设在c-d曲线任一点Ct作切线与纵坐标相交于a′ 点，得高度Ht。按照肯奇沉淀理论得：
（3-7）4. （3-8） （3-9）
注意：公式应用：
• （1）已知d，推求u=?
• （2）已知u，反推d=?
• 实际中， Re和u都未知，无法确定采用哪个公 式，只能采用试算法，即假定u（采用经验值 或测定）— Re （需要测粒径）—选公式—求 确定速度。
• Re小、粒径小难测时：沉速小，但可以测， d
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2.肯奇沉淀理论
由图7-2可知曲线a-c段的悬浮物浓度为C0，c-d段浓 度均大于C0。 设在c-d曲线任一点Ct作切线与纵坐标相交于a′ 点，得高度Ht。按照肯奇沉淀理论得： （3-10）
作Ct点切线，这条切线的斜率表示浓度为Ct的交 界面下沉速度：
（3-11）
4.相似理论
当原水颗粒浓度一样时，不同沉降高度的界面沉降过程曲
4.1.2 悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为：
（3-1)
所受到的水的阻力：
（3-2) CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 根据牛顿第二定律可知： （3-3) 达到重力平衡时，加速度为零，令式（3-3）左边为零，加 以整理，得沉速公式： （3-4）
CD与Re有关，见图6-1。
Q A 一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷
Q u0 A
（3-16）
hi BcC hi E h0 BC h0
（3-17）
h0 L 根据相似关系得： u0
同理得：
即
h0
Lu 0
（3-18）
hi
Lui
（3-19）
将式（3பைடு நூலகம்18）和（3-19）代入（3-17）得特定颗粒去除率：
1. 斯笃克斯公式
当Re<1时：呈层流状态
（3-5) 斯笃克斯公式：
（3-6)
2. 牛顿公式
当1000<Re<25000时，呈紊流状态，CD接近于常数0.4代入 （3-5）得牛顿公式： （3-7）4.
4. 当1<Re<1000时，属于过渡区，CD近似为
10 CD Re
（3-8）
1 3
代入得阿兰公式：
第四章
沉淀与澄清
• 4.0 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）
4.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀
并在流动过程中流速始终不变。
③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。 理想沉淀池的工作情况见图7-4。
原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水 Q 平流速为：
v
考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为 u0 的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。 u≥ u的颗粒可以全部去除， u< u0 的颗粒只能部分去除 0 对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速都与沉淀时间有 L 关 t v （ 3-13）
可用斯笃克斯公式反推。
4.1.3 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
1．沉降过程分析 如图7-2，整个沉淀筒中可分为清水、等浓度区、 变浓度区、压实区等四个区。
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拥挤沉淀外观现象和沉淀过程分析
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• •
基本特征：水沉降过程中出现清浑交界面 （浊液面），整个过程就是界面下沉过程.
清水区：浓度很小；（增加） 等浓度区：浓度均匀；大小颗粒不同；大小颗粒互 相干扰，由于大颗粒沉速变慢、小颗粒变快，形成 等速下沉现象（大小粒径比小于6：1）。 变浓度区：等浓度区和压实区的过渡区。 压实区：沉速很小，浓度很大。（增加） 大小粒径比大于6：1，没有了等浓度区。 临界沉降点：当沉降达到变浓度区刚消失的位置。
（沉砂池、初沉池前期）
• 2.絮凝沉淀（干扰沉淀）
悬浮物浓度在50～500mg/l； 在沉淀的过程，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； 颗粒 由于相互接触絮凝而改变大小、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。 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）
线的相似性（见图7-3），即 （3-12)
以清混交界面的高度为坐标，可以作出沉降 过程曲线。
4.2 理想沉淀池的特性分析
为便于讨论，先讲理想沉淀池。
4.2.1 非凝聚性颗粒（离散颗粒）的沉淀过程分析 理想沉淀池的基本假设： ①颗粒处于自由沉淀状态。颗粒的沉速始终不变。 ②水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，
沉淀：悬浮颗粒依靠重力从水中分离的过程。(密度>1） 4.2.1 沉淀分类 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，分： 1.自由沉淀（离散沉淀） 悬浮物质浓度不高；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；呈离散状态，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。 如：沉砂池中砂粒，浓度低的污水在初沉池 。
• 4.拥挤沉淀 • 浓度＞500mg/l ； • 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，颗粒之间处于相互干扰状态，此 过程称为拥挤沉淀。
• 4．压缩沉淀：浓度更大。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。
ui E u0
将（3-16）代入（3-20）得：
（3-20）
ui ui E u0 Q A
4.2.2理想沉淀池理论
4 ( s 1 ) 2 g 2 u d 1 255
（3-9）
注意：公式应用：
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（1）已知d，推求u=? （2）已知u，反推d=? 实际中， Re和u都未知，无法确定采用哪个公 式，只能采用试算法，即假定u（采用经验值 或测定）— Re （需要测粒径）—选公式—求 确定速度。 Re小、粒径小难测时：沉速小，但可以测， d
h0 t u0
h0 B
（3-14）
令（3-13）和（3-14）相等，代入（3-12）得：
Q u0 LB
（3-15）
即：
在数值上等于截留速度，但含义不同。 设原水中沉速为ui（ui<u0）的颗粒的浓度为C，沿着 进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为 QC=h0BvC，沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗 粒的数量为hiBvC（见图7-4），则沉速为ui的颗粒的 去除率为：