第四章水的沉淀沉降与澄清详解
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。
水的净化（2）
⽔的净化（2）课题：⽔的净化【教材分析】第四单元“⾃然界的⽔”与实际⽣活联系紧密，《⽔的净化》是本单元第⼆节内容。
本课题内容将静置沉淀、吸附沉淀、过滤、活性炭的吸附、杀菌净化⽔的⽅法有序地联系起来，其中过滤是初中化学中重要的实验操作技能，也是学⽣第⼀次系统地体会和学习分离混合物的⽅法，这为以后系统学习混合物的分离提供了知识准备，为学⽣更全⾯地掌握混合物分离的⼀般⽅法搭建了⼀个很好的平台。
【教学⽬标】1、掌握吸附、沉淀、过滤和蒸馏四种净化⽔的⽅法，并能够区分出每种⽅法的优缺点；2、初步学会过滤的操作，掌握实验注意事项；3、了解⽔净化的⼀般过程，能初步学会选择处理污⽔的⽅法；4、了解硬⽔和软⽔的区别，学会⽤肥皂⽔鉴别硬⽔与软⽔，知道硬⽔的危害及硬⽔软化的⽅法；5、通过观察，实验，对⽐等⽅法，体会各种净⽔⽅法的差异，化学知识在⽣活⽣产中的⼴泛运⽤；6、通过净⽔过程的学习，形成爱⽔护⽔的意识。
【教学重点】1.纯⽔与⾃然⽔、硬⽔与软⽔的区别。
2.吸附、沉淀、过滤、蒸馏等净⽔⽅法。
【教学难点】过滤、蒸馏的操作【学情分析】学⽣对于饮⽤⽔的来源有⼀定的认识，特别是家住农村的学⽣对于⽔质和⽔污染是有⼀定的了解，知道⼀些⽣活中净化⽔的⽅法。
经过前⾯的学习，已经掌握了⼀些简单的实验操作技能，因此，在教学时应该充分利⽤学⽣的⽣活经验和已有知识，在此基础上进⾏实验操作教学，强调注意要点规范操作。
【教学⽅法】⽔的净化是关系到⼈的饮⽔健康问题，探究⽔的净化⽅法有利于培养学⽣的实验技能和动⼿能⼒基于此，所以多采⽤实验演⽰法和实验法、另外交互使⽤启发式教学法、讲授法、多媒体教学法等⽅法，从⽽解决问题、巩固知识。
【教学过程】教学环节教师活动学⽣活动设计意图环节⼀：创设情景，导⼊新课【讲述】同学们看看这⼏幅照⽚，（PPT展⽰海洋、河流、井⽔，⾬⽔，的图⽚）这⼏幅图⽚都和⼀个东西有关，那就是——⽔。
【提问】⾮常好，根据⼤家已有的知识，请同学说说⽔的物理性质有哪些？【提问】很好，我们⼤家都知道⽔是⽆⾊，清澈透明的。
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。
污水处理中的沉淀和澄清工艺
污水处理中的沉淀和澄清工艺污水处理是保护环境和维护人类健康的重要环节。
其中，沉淀和澄清工艺是常见的污水处理过程。
本文将详细介绍这两种工艺及其在污水处理中的应用。
一、沉淀工艺沉淀是指通过重力作用使悬浮物颗粒沉降到底部的过程。
在沉淀工艺中，污水首先经过预处理，如格栅、砂池等，去除较大的固体颗粒和杂质。
然后进入沉淀池，通过调节水流速度和斜板倾角等参数，使颗粒悬浮物在池中停留一段时间。
在停留的过程中，重力作用使得颗粒逐渐沉降到底部形成污泥层，而相对清水则从出水口流出。
沉淀工艺主要适用于处理大颗粒污染物，如悬浮物、油脂等。
它在废水处理厂中广泛应用，通过去除污水中的悬浮物和颗粒物，减少了后续工艺的负担和污染物的排放。
同时，沉淀过程还可通过添加化学药剂来促进颗粒物的沉降速度，提高沉淀效果。
二、澄清工艺澄清是指通过物理化学的方法将悬浮物颗粒从溶液中除去的过程。
相比于沉淀工艺，澄清工艺更适用于处理较小颗粒的悬浮物，如胶体颗粒、抵抗沉降的悬浮物等。
常见的澄清工艺包括过滤、吸附和膜分离等方法。
过滤是通过将污水通过滤料，如砂滤池、活性炭等，使颗粒物被截留在滤料表面或孔隙中，达到澄清的效果。
吸附工艺则是利用材料表面的活性位点吸附污染物颗粒，例如利用活性炭吸附有机物。
膜分离工艺则是通过半透膜的选择性通透性，将污水中的悬浮物、溶解物等分离出来。
澄清工艺具有操作简单、高效、处理效果好的特点，被广泛应用于水处理厂、制药厂、电镀厂等行业。
同时，澄清工艺还可以与其他技术相结合，如氧化、还原等，实现对更复杂污水的处理。
三、沉淀和澄清工艺的比较沉淀和澄清工艺虽然有些相似之处，但在处理污水时有各自的适用场景。
沉淀工艺适用于处理较大颗粒、密度较大的污染物，处理过程相对简单，适合处理高浓度的污水。
而澄清工艺则更适合处理较小颗粒、溶解性物质较多的污水，处理效果更好且可以与其他工艺结合使用。
另外，沉淀工艺需要较大的处理空间，污泥产量也相对较多，对于后续污泥处理工艺提出了要求。
第4章、沉淀
式（4－14）表明，截留沉速u0和表面负荷q在 数值上相等，但两者含义不同。
2、沉淀效率 （1）沉速为ui＜u0的某一特定颗粒的去除率E 设原水中沉速ui＜u0的颗粒的浓度为C，由图4－ 7，沿着高度h内进入沉淀池的沉速为ui的颗粒能全部沉 到池底被去除。故有：
QcC hBvC h h/ t ui = = = = E= QC HBvC H H / t u0
在水处理中，根据悬浮物的浓度和絮凝性能， 悬浮物分离沉降分为下列四种形式： 1、分散颗粒的自由沉淀 当颗粒浓度较低，在沉降过程中不受颗粒彼此间影 响时，称为自由沉淀。 分散颗粒系指不具絮凝性能的颗粒，即下沉过程 中，颗粒的大小、形状、重量不会发生变化。分散 颗粒的沉降也称为自然沉淀。 低浓度沉砂和预沉一般属此类沉降。 2、絮凝颗粒的自由沉淀 絮凝颗粒指具有絮凝性能的颗粒，絮粒因碰撞聚集 生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮凝 体增大而改变。絮凝颗粒的沉降也称为絮凝沉降。 大多数混凝沉淀均属此种类型。
第4章 沉
概述
淀
原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形 成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水 中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、 澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。 当水中悬浮颗粒比重大于1时，可采用沉淀方法 去除。沉淀是指在重力作用下将悬浮颗粒从水中沉降 分离的工艺 。沉淀可用于简单的沉砂、预沉和混凝、 软化后的悬浮物去除，以及污泥的浓缩等。 当水中悬浮颗粒比重小于1时，可采用气浮方法 去除。气浮方法通常用于处理含藻类较多的湖泊水。
C0 H 0 CP = HP
（4－8）
式（4－8）为—个很重要的关系式。它表达了下 述关系：在高度H0 内均匀浓度为C0 的悬浮物总量， 与高度为HP 内均匀浓度为CP 的悬浮物总量完全相 等。 该切线的斜率即表示浓度为CP 的浑液面下沉速 度，其值为： HP − H vP = （4－9)
水处理工作原理
水处理工作原理水是人类生活中不可或缺的资源，然而，受到环境污染和人类活动的影响，许多水源已经受到严重污染。
为了保护和改善水质，水处理工艺应运而生。
水处理工作原理主要包括物理、化学和生物处理三个方面。
下面将分别介绍这些原理及其应用。
一、物理处理物理处理是通过物理方法去除水中的悬浮物和颗粒物等固体杂质。
主要的物理处理方法包括澄清、沉淀、过滤和离心等。
1. 澄清：澄清是利用重力作用，使悬浮物沉降到水体底部，从而实现水与固体分离的过程。
常见的澄清方法有静态澄清和动态澄清。
2. 沉淀：沉淀是通过减慢水流速度，使重力作用更好地起作用，从而促使悬浮物更好地沉淀下来。
沉淀池是常见的沉淀设备，可以通过改变水流速度和斜度来控制沉淀效果。
3. 过滤：过滤是利用多孔材料或孔径较小的杂质阻挡网，将悬浮物和颗粒物截留在网上，使净水通过的一种方法。
常见的过滤材料有沙子、石英砂、活性炭等。
4. 离心：离心是利用离心力使固体颗粒与水体分离的一种方法。
离心机能够加速悬浮物的沉降速度，提高固液分离效果。
二、化学处理化学处理是通过添加化学药剂，改变水的物化性质，达到改善水质的目的。
常用的化学处理方法包括凝聚、絮凝和消毒等。
1. 凝聚：凝聚是指通过加入聚合物等化学药剂，使水中的杂质凝聚成大颗粒，从而方便后续物理处理的一种方法。
2. 絮凝：絮凝是指通过加入絮凝剂，使水中的微小颗粒聚集成较大的团状物，从而提高过滤效率，去除颗粒物。
3. 消毒：消毒是为了杀灭水中的细菌、病毒等微生物，保证水的卫生安全。
常见的消毒方法有氯化物处理、紫外线照射、臭氧消毒等。
三、生物处理生物处理是利用微生物的生物活性，将有机物质转化为无机物质的过程。
生物处理主要有活性污泥法和生物膜法。
1. 活性污泥法：活性污泥法将含有污染物的水与含有微生物的污泥进行接触，通过微生物的代谢作用，将有机物分解为无害物质。
这是一种常见的生物处理方法。
2. 生物膜法：生物膜法是通过在固体介质上培养有特定微生物的生物膜，将水体与生物膜进行接触，利用微生物的附着和降解能力，去除水中的污染物。
污水处理工艺流程详解化学沉淀曝气生物滤池和二级沉淀池
污水处理工艺流程详解化学沉淀曝气生物滤池和二级沉淀池污水处理工艺流程详解—化学沉淀、曝气生物滤池和二级沉淀池污水处理是指将含有各种有害物质和污染物的废水通过一系列的工艺处理，使其转化为对环境影响较小的安全排放水或者可再利用的资源。
在污水处理过程中，化学沉淀、曝气生物滤池和二级沉淀池是常用的三个处理工艺。
本文将详细介绍这三种工艺的流程和原理。
一、化学沉淀化学沉淀是一种通过加入一定的化学物质，使废水中的悬浮物和溶解物沉淀下来的处理方法。
它主要用于处理工业废水和污水中的重金属离子、悬浮物、有机物等。
化学沉淀的工艺流程如下：1. 混合污水进入初沉池：初沉池是废水处理系统的第一个单元，主要用于分离废水中的固体物质。
在初沉池中，污水停留一段时间，通过静力作用，重的固体物质会逐渐沉降到池底，形成污泥。
2. 加入化学药剂：根据废水中的污染物种类和特性，选择合适的化学药剂，并控制投加量。
常用的化学药剂有聚合氯化铝、氢氧化钙等，它们能够与废水中的污染物发生化学反应，形成较大颗粒的沉淀物。
3. 沉淀处理：通过沉淀池或者澄清池进一步处理。
在这个环节，废水中的污染物会与加入的化学药剂发生反应，形成的沉淀物逐渐沉淀到池底，清澈的水则通过上层流出。
二、曝气生物滤池曝气生物滤池是一种利用生物膜处理废水中的有机物和氨氮的工艺。
它通过引入曝气装置，增加废水中的溶解氧，创造一个有利于生物附着和生长的环境。
曝气生物滤池的工艺流程如下：1. 污水通过格栅和初沉池进入滤池：格栅和初沉池的作用与化学沉淀中的相同，在此不再赘述。
2. 生物滤料填充：将装有生物滤料的滤池装置沿滤池表面均匀分布。
生物滤料一般采用陶粒、河沙等，它们具有良好的孔隙结构和大的表面积，有利于微生物的附着和生长。
3. 曝气供氧：通过曝气装置向滤池中注入空气或纯氧气，增加废水中的溶解氧含量。
溶解氧是微生物生长和降解有机物所必需的，可以促进生物滤池内的微生物活性和有机物的降解速度。
污水处理工艺流程解析沉淀处理
污水处理工艺流程解析沉淀处理污水处理是一种关键的环境保护措施，旨在净化和处理废水，降低其对环境的负面影响。
其中，沉淀处理是污水处理过程中的一个重要环节，有效去除污水中的悬浮物、悬浮油和颗粒物质。
本文将解析污水处理工艺流程中的沉淀处理过程，探讨其原理和应用。
一、沉淀处理原理沉淀是指将悬浮物等颗粒物质通过重力作用使其沉积到溶液底部的过程。
在污水处理中，沉淀处理主要通过物理和化学方法实现。
物理方法包括重力沉降和离心沉降，而化学方法则是通过添加化学药剂来促进颗粒物质的沉淀。
重力沉降是指利用颗粒物质的密度差异和重力作用，使其在污水中下沉至污水池底部。
这种方法适用于颗粒物质较大且密度较高的污水。
离心沉降则是利用离心机的高速旋转产生的离心力，使颗粒物质迅速沉降。
这种方法适用于粒径较小且密度差异较小的污水。
化学方法一般通过添加化学药剂来改变污水中颗粒物质的性质，使其易于沉淀。
常见的化学药剂包括絮凝剂和絮凝剂。
絮凝剂可在污水中形成絮状物质，吸附和凝聚悬浮物，从而加快颗粒物质的沉淀速度。
沉淀剂则能够与污水中的特定离子发生反应，形成不溶性的沉淀物，进而达到沉淀的目的。
二、污水处理工艺流程沉淀处理在污水处理过程中通常是一个重要的工艺环节，其具体应用会因不同的污水种类和处理工艺而有所差异。
下面是一个典型的污水处理工艺流程示例：1. 预处理：在进入沉淀处理之前，需先对污水进行初步处理，去除大颗粒物质和悬浮物等。
常见的预处理方法包括格栅过滤和沉砂池过滤。
2. 沉淀澄清池：在沉淀澄清池中，加入絮凝剂和沉淀剂。
絮凝剂能够凝聚污水中的悬浮物质，使其形成较大的颗粒，便于沉淀。
沉淀剂则会与污水中的特定离子反应，形成不溶性沉淀物。
通过调控污水的流速和水力停留时间，使颗粒物质顺利沉淀，悬浮物质被分离。
3. 出水处理：经过沉淀澄清池处理后，部分清水会从上层流出，称为上清液。
通常需要对上清液进行进一步的处理，比如过滤、消毒等，以确保出水的质量符合要求。
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。
水的物理化学处理法
或股流。设置整流装置。
2．沉淀区
如前所述，要降低沉淀池中水流的紊流性指标 Re数和提高水流的弗劳德数（Fr），必须设法减 少水力半径R，采用导流墙，对平流式沉淀池进 行纵向分格等，均可减小水力半径，改善水流条 件。
Re = vR/ Fr ＝v2/Rg
• 混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，破 坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集 (aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使 废水得到净化。
• 混凝包括凝聚和絮凝两个步骤。
（二）废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理
1. 胶体的特点：
• 粒径小，一般直径为10-3－10-6mm； • 布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞
（1）压缩双电层作用
胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所产 生的电位，称为ζ电位。ζ电位越高，胶粒也就越 稳定；若ζ电位越低或接近于零，易于相互接触 粘合而沉降。
当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团ζ电位降低 或消除，胶粒相互聚集成絮体，各分散的絮体又 相互凝聚成大絮体而沉降。
（2）吸附电中和机理(electrical neutralization)
斜板（管）沉淀池的应用：
一般应用于给水处理厂和一些工业废水处理厂如选矿废水、 含油污水隔油池较多
二、混凝
☺ 混凝原理和用途 ☺ 废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理 ☺ 混凝剂与助凝剂 ☺ 混凝的工艺过程 ☺ 投药方法及设备 ☺ 混合与反应 ☺ 影响混凝的因素
（一）混凝原理和用途
• 混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微 粒（colloidal matters)，这些颗粒用自然沉降法很 难从水中分离出去。
水污染控制工程(第四讲)
环境工程
作
业
1、为什么在污水处理前设置调节池对污水 的水质、流量进行均衡和调节？ 2、设置沉砂池的目的和作用是什么？曝气 沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区 别？
环境工程
3、某城市污水量为100000m3/d，悬浮物浓度 c0=250mg/L ， 沉 淀 水 悬 浮 物 浓 度 不 超 过 50mg/L，污泥含水率97%。由沉淀曲线可查 出 去 除 率 为 80% 时 ， 最 小 颗 粒 的 沉 速 为 0.4mm/s，沉淀时间为65min。 （1）求沉淀池设计的表面负荷是多少？ （2）求设计的沉淀时间 （3）求设计污水量？ （4）设计沉淀区各部分尺寸（采用20座沉淀 池）。
环境工程
环境工程
环境工程
3、沉淀池的运行方式：间歇式、连续式
间歇式运行过程为：进水、静置及排水。污 水中可沉淀的悬浮物在静置时完成沉淀过程， 然后由设置在沉淀池壁不同高度的给水管排 出。 连续式运行过程为：污水是连续不断地流入 与排出。污水中可沉颗粒的沉淀是在流过水 池时完成，这时可沉颗粒受到由重力所造成 的沉速与水流流动的速度两方面的作用。水 流流动的速度对颗粒的沉淀有重要的影响。
环境工程
2 、根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力 为
fd=CDρAsu2/2
CD——为阻力系数； A——是颗粒在运动方向上的投影面积；
u——为颗粒沉降速度。
环境工程
当颗粒受推动力和阻力达到平衡时，颗 粒将以等速下沉。则此时的沉速应为： 4 ( s ) 2 u gd 3 CD 由
g 2 u ( s )d 18
环境工程
环境工程
2、絮凝沉淀 絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过 程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因 互相聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲 线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速 是变化的，需通过实验测定，很难用理论公 式计算。 发生的范围：化学混凝沉淀属絮凝沉淀、 初沉池的后期、二沉池的中期的沉降。
高中化学 水的净化六个步骤
水的净化
•定义：
清除水中不好的或不需要的杂质，使水达到纯净的程度。
•四种净化水的方法，原理，作用：
•水净化的方法：
吸附，沉淀，过滤，蒸馏，杀菌
吸附：常用明矾和活性炭，明矾溶于水后形成胶状物吸附水中的悬浮物，活性炭不仅可以吸附水中的悬浮物，还可以吸附在水中有异味的物质和色素沉淀：水中悬浮物别吸附后形成密度大的颗粒，从而使杂质沉淀
过滤：除去水中不溶性的杂质
蒸馏：除去可溶性杂质的方法
杀菌：常用杀毒剂：漂白粉，氯气以及新型消毒剂二氧化氯等
吸附、沉淀、过滤和蒸馏中单一操作净化程度较高的是蒸馏。
综合运用时，按吸附→沉淀→过滤→蒸馏的顺序操作净化效果更好
加絮凝剂（明矾）与活性炭净水的比较：
•自来水厂净化水的过程图及步骤
1、净化过程图
2、自来水净化步骤
①从水库中取水。
②加絮凝剂(主要是明矾)，使悬浮的小颗粒状杂质被吸附凝聚。
③在反应沉淀池中沉降分离，使水澄清
④将沉淀池中流出的较澄清的水通入过滤池中，进一步除去不溶性杂质。
⑤再将水引人活性炭吸附池中，除去水中的臭味和残留的颗粒较小的不溶性杂质。
⑥细菌消毒（常用通入氯气的办法)。
它是一个化学变化过程，因为除去病菌的过程.就是把病菌变成其他物质的过程。
⑦杀菌后的水就是洁净、可以饮用的自来水，通过配水泵供给用户，但水中仍然含有可以溶于水的一些杂质，所以还是混合物。
水处理原理与技术
水处理原理与技术
水处理是指将水中的污染物去除或转化为无害物质的过程。
水处理原理和技术主要涉及物理、化学和生物方法。
物理方法是利用物理作用原理对水中的污染物进行去除。
常见的物理方法有澄清、过滤和沉降。
澄清是通过净化物质或对水进行离心来去除悬浮固体颗粒和浑浊物质。
过滤是利用不同孔径的过滤介质，如砂子、活性炭等，将悬浮物、细菌和病毒等有机物去除。
沉降是利用泥沙颗粒在水中的沉降速度差异，通过重力来分离固体和液体。
化学方法是利用化学反应将有害物质转化为无害物质。
常见的化学方法有氧化、沉淀和中和。
氧化是通过氧化剂如氯气、臭氧等将有机物氧化为二氧化碳和水。
沉淀是通过加入沉淀剂如氢氧化铁、氢氧化钙等，在水中形成不溶性沉淀，从而去除水中的悬浮物和重金属离子。
中和是通过加入酸、碱等中和剂，将水中酸性或碱性物质中和至中性。
生物方法是利用微生物对水中的有机物进行降解和去除。
常见的生物方法有曝气活性污泥法、厌氧消化和生物滤池等。
曝气活性污泥法是利用曝气装置向水中供氧，培养大量的活性污泥，通过污泥中的微生物对有机物进行降解。
厌氧消化是将有机污泥在厌氧条件下分解，产生沼气和稳定的沉淀物。
生物滤池是将水通过填料层，利用附着在填料表面的微生物对水中的有机物进行降解。
综合运用物理、化学和生物方法，可以实现高效的水处理。
不
同的水处理原理和技术根据不同的水源和水质，选择合适的处理方法和工艺，以确保出水达到国家相关标准和要求。
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——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
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• 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。
• 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。
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。
• 以交界面高度为纵坐 标，沉淀时间为横坐 标，可得交界面沉降 过程曲线。
• a-b段为向下凸的曲线，可解释为颗粒间的絮凝过程，由于 颗粒凝聚变大，使下降速度逐渐变大。
第三章 水的沉淀沉降与 澄清处理
马宵颖 华北电力大学环境学院
第三章 水的沉淀沉降与澄清处理
第一节水的沉淀软化 第二节颗粒的沉将速度 第三节平流沉淀池 第四节 斜板沉淀池 第五节澄清池
第一节水的沉淀软化
水的沉淀软化，是将天然水中钙、镁离子转化成难溶化合 物，然后分离以降低水的硬度。
沉淀软化有热力软化法和石灰处理法，但前者不能除去非 碳酸盐硬度，电厂一般不采用。
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。
一是利用先期沉淀物（称泥渣）作为接触介质，使CaCO3
在泥渣表面上吸附并以泥渣为结晶核心，加快沉淀速度并 使沉淀完全。
二是在沉淀的同时进行混凝处理。
第二节 颗粒的沉降速度
❖ 原水中的浊质，经过混凝处理，形成较大的絮凝体，可以在 重力作用下，进行沉降，使之与水分离。为了做好分离，我 们需要研究颗粒的沉降规律。
可认为是水膜和水之间的一种相对滑动； 4）颗粒在沉降过程中，颗粒之间不发生任何絮凝现象，即它的
形状、大小、质量等均不发生变化。 此时可用传统力学进行研究，即颗粒只受重力和浮力阻力作用。
❖ 研究指出，球形颗粒在水中的沉降速度u(cm／s)如下 式所示：
❖ 上式称为司托克斯(Stokes)公式，是雷诺系数在小于2 时公式。由此式可看出，当温度恒定时(此时μ值不 变)，沉降速度u与颗粒直径的平方d2成正比。当颗粒 直径d不变而水温变动时，沉降速度u与粘度μ成反比。 在常温下，此公式的通用范围为上限d=0.1mm，下限d ＝0.001mm。
❖ 颗粒在静水中沉降，根据颗粒和水的特性，可分为四种基本 类型：
1）离散沉降：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、 质量均不改变，下沉速度不受干扰。
2）絮凝沉降：颗粒在沉降过程中，其尺寸、质量均会随深度的 增加而增大，沉速亦会随深度而增加。
3）层状沉降：颗粒在水中的浓度较大，下沉过程中彼此干扰， 并形成清水与浑水交界面，且交界面会逐渐下移。
反应前后非碳酸盐硬度和过剩碱度不变。
✓ 石灰处理的沉淀过程
经石灰处理的水，从理论上讲，碳酸盐硬度应达到CaCO3 的溶解度。但是由于CaCO3结晶生成之后，并不能完全以
大颗粒沉降下来，有相当一部分是以胶体和悬浮物形式滞
留水中，使CaCO3残留量过大。因此，在处理工艺上常采
用两种措施以保证沉淀完全和有效的分离。
❖ 拥挤沉降中，大量的颗粒在有限的水体中下沉，被排挤的 水便有一定的上升速度，使颗粒所受阻力增加，颗粒处于 相互干扰状态。
❖ 在沉淀池的进水区和沉淀池积泥区附近，一般发生这种沉 降。
• 高浊水在沉降筒内静止沉降，首先形成交界面；然后某一瞬 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。
4）压缩沉降：在沉淀池底部，沉降颗粒相互紧密接触，颗粒呈 压缩状态。
离散沉降（自由沉降）
❖ 离散沉降是指离散颗粒在稀悬浮液中的沉降过程。在水处理 中，研究离散颗粒在静水中的沉降规律时，通常作如下一些 理想假设：
1）颗粒在沉降过程中，此不受其他颗粒的干扰，也不受器壁的 干扰，完全处于自由沉降状态；
2）为了便于研究，假设水中颗粒的形状为等体积的球形； 3）水中颗粒表面都吸附有一层水膜，所以颗粒在静水中的沉降，