饮用水处理-沉淀

悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力
重力大于浮力时，下沉； 重力等于浮力时，相对静止； 重力小于浮力时，上浮。
悬浮颗粒在水中的受力分析
1.悬浮颗粒在水中受到的
力Fg
Fg是促使沉淀的作用力，
是颗粒的重力与水的浮力之
差：
2. 水对自由颗粒的阻力
FD λ'A (L uS2 / 2)
Fg V S g V L g V g(S L)
式中：Fg——水中颗粒受到的作
用力；
V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度；
g——重力加速度。
式中：FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数； A——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。
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时， Fg FD
即 V g(S L ) 'A (L uS2 / 2)
形状晰、泥的沉斗泥速中水是及界变浓面化缩。的池二。中次化污沉学泥淀絮的池凝浓与沉缩污淀过泥程浓存缩在 属于池这压中种缩发类沉生型淀。。。
自由沉淀及其理论基础
颗粒为球形
分
析
沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变
的
假
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他
定
颗粒影响
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, 颗粒即等速下沉
（1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v / u0 L / H
Fra Baidu bibliotek
v u0 (L / H )
将上式带入式中 v qv / A' qv / H并简b化后得出
qv u0 (L / H ) H b u0 A
u0 qv / A
得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯 定律）：
uS
1 18
S
L
g
d
2
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
uS
1 18
S
L
g
d
2
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：
当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态，
这种颗粒不能用沉淀去除；
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
分会沉到池底被去除。
设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的
粒将会从水中沉到池底而去除。
h dP H
的颗
在同一沉淀时间t，下式成立： h u1 t；H u0 t
故
h / H u1 / u0
污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩， 以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度，沉淀可分成四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀或 成层沉淀
压缩沉淀
悬浮颗悬粒浮浓悬颗悬度浮粒浮不颗浓颗高粒度粒；浓不浓沉度高度淀较；很过高沉高程（淀；中5过颗悬0程0粒浮0中相m悬互g/L之以间已 固体之浮间颗上互粒挤）不之压；干间成颗扰有团粒，互状的颗相结沉粒絮构降各凝，受自作互到单用相周独，接围进颗触其行粒，他沉因互颗相粒支的撑， 淀, 颗相粒互沉影聚下淀响集层轨，增颗迹颗大粒呈粒而间直间加的线相快水。对沉在沉位降上淀置，层过保沉颗程持淀粒中不轨的,颗变迹重，力形作成用 粒的物呈理曲一性线下个质。被整不沉挤体变淀出共。过，同发程使下生中污沉在，泥，沉颗得与砂粒到澄池的浓清中质缩水。量。之、二间沉有池清污
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
淀池对悬浮物的去除率为：
1 (1 P0 ) u0
u0 udP
0
式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例；
理想沉淀池的几个假定：
沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；
在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个 过水断面上； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：
当某一颗粒进入沉淀池后
一方面随着水流在水平 方向流动，其水平流速
H——沉淀区的水深； b——沉淀区宽度。
设u0为某一指定颗粒的最
小沉降速度。
I. 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′。 II. 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
ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用
浮上法去除。
us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有
助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。
us与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水
温影响，水温上升，沉速增大。
沉淀池的工作原理
理想沉淀池
分为： 进口区域、 沉淀区域、 出口区域、 污泥区域 四个部分
v等于水流速度
另一方面，颗粒在重力 作用下沿垂直方向下沉， 其沉速即是颗粒的自由
沉降速度u
颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在 沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v
v qv / A' qv /(H b)
式中：v——颗粒的水平分速； qv——进水流量；
A′——沉淀区过水断面 面积， H×b；
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。
在层流状态下，λ′=24/Re，带入式中，整理
饮用水处理：沉淀
沉淀的基本理论
沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力 作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
沉淀处理工艺的四种用法
沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。
初次沉淀池：较经济地去除，减轻后续生物处理构筑物的 有机负荷。
二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活 性污泥等，使处理后的水得以澄清。