第四章沉淀与澄清分解

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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
（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）
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。
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
Leabharlann Baidu
（3-8）
1 3
代入得阿兰公式：
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，
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
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。
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
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（3-18）和（3-19）代入（3-17）得特定颗粒去除率：
• 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。
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
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 。
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：
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）