第十六章作业讲解

第十六章 沉淀与澄清

P314：思考题：1、4、5、6、7、9、10；习题：1、2、3

思考题

1、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？

答：（1）自由沉淀：指颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用的沉淀；

（2）拥挤沉淀：是指颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰的沉淀；

（3）絮凝沉淀：是利用絮凝剂使水中悬浮杂质形成较粗大的絮凝体，

再通过自由沉淀的沉淀称为絮凝沉淀。

4、理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？

答：理想沉淀池应符合以下三个条件：

（1）颗粒处于自由沉淀状态。即在沉淀过程中，颗粒之间互不干扰，颗粒的大小、形状和密度不变。

（2）水流沿着水平方向流动。在过水断面上，各点流速相等，并且在流动过程中流速始终不变。

（3）颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。 根据去除率公式：Q/A

u E i

可知： 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。与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。

5、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素有哪些？ 答：影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有两方面：

（一）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响，但是在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t 0,而另一部分水流大于t 0，这种现象称为短流。它产生的原因有以下一些：

⑴ 沉淀池进出水的影响

① 进水的惯性作用； ② 出水堰产生的水流抽吸； ⑵ 异重流的影响

异重流：是进入较静而具有密度相异的水体的一股水流。

①异重流之重于水体者，将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前

进；

异重流之轻于水体者，将沿水面径流至出水口。

②浑水异重流：进水浑浊度与池水浊度不同，其比重不同而引起。

当进池浑水的浓度高时异重流的现象就明显一些，浓度低时不如浓度高

时明显。

③温差异重流：进水温度与池水温度不同而引起。当进水温度较池

内水温高时，进水有可能趋向池表流动，形成温度异重流；低时，将会

加剧浑水异重流。

⑶风浪引起的短流；

⑷池内存在导流壁和刮泥设施。

（二）凝聚作用的影响

对混凝沉淀池而言杂质颗粒的絮凝过程在沉淀池内仍继续进行。

⑴池内水流流速的分布实际上是不均匀的，水流存在的速度梯度

将引起颗粒相互碰撞而促进絮凝。

⑵水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们将具有不同的沉速而

引起碰撞和絮凝。

⑶水在池内时间愈长，由速度梯度引起的絮凝便进行的愈完善，

说明沉淀时间对沉淀效果是有影响的；

⑷池内的水深愈大，颗粒沉速不同引起的絮凝也进行的愈完善，所

以沉淀池的水深对混凝效果也是有影响的。

采用导流墙将沉淀池进行纵向分格可减小水力半径，改善水流条件。

6、沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？

答：⑴颗粒的截留沉速u0与沉淀池表面负荷Q/A在数值上是相等。

⑵两者含义不同

表面负荷的涵义：是单位沉淀池表面积的产水量；

截留沉速u0：反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉降速度。

7、设计平流沉淀池主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？

答：设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷或停留时间，从理论上说，采用前者较为合理，但是以停留时间作为指标所积累的经验较多。在实际设计中应两者兼顾，或者以停留时间控制，以表面负荷率校核，或相反也可。还应

根据原水水质、沉淀水质要求、水温等设计资料、运行经验确定。水平流速对设计平流沉淀池不是主要根据。

8、平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔板？出水为什么往往采用出水支渠？

答：（1）因为进水区的作用是使水流均匀分布在整个进水截面上，并尽量减小扰动。

（2）因为沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出，同时缓和出水区附近的流线过于集中。

9、斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？ 答：由沉淀池颗粒的去处率公式E=

A

Q u

i

/知：颗粒沉速u i 一定时，增加沉

淀池表面积可以提高去除率。但沉淀池容积一定时，池深浅些则表面积大些，去除率可以提高些，即“浅池理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。为解决排泥问题，斜板和斜管沉淀池发展起来，浅池理论才得到实际应用。

斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但对排泥不利，根据生产实践，倾角 宜为600。

10、澄清池的基本原理和主要特点是什么？

答：（1）澄清池的基本原理：依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳定杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。

（2）主要特点：

① 将絮凝和沉淀两个过程在一个构筑物内靠活性泥渣完成； ② 澄清池充分利用了活性泥渣的絮凝作用。

③ 澄清池的排泥措施，能不断排除多余的陈旧泥渣，其排泥量相当于

新形成的活性泥渣量。

习 题

1、已知颗粒密度p=2.65g/cm3，粒径d=0.45mm （按球形颗粒考），求该颗粒在200C 水中沉降速度为多小？

解：已知20℃时，水的粘度系数 μ=1.002×10−3Pa ∙s ，水的运动粘度v =1.005×10−6m 2,水的密度：ρ1=0.997g/cm 3, ⑴ 假定水流处在层流区，用斯托克斯公式计算得：

u=1

18∙ρ−ρ1

μ

=1

18

×2.65×10×103−0.997×103

1.002×10−3

×9.8×(0.45×10−3)2=0.182m/s

校核Re值：

Re=υ∙d

v =0.182×0.45×10

−3

1.005×10−6

=81.5>1

水流不是层流状态，不符合假设。

⑵假定它属于过渡区

则利用阿兰公式计算：

U=[(4

225)∙(ρ−ρ1)

2g2

μρ1

]13d=

=[(4

225)∙(2.65×10×10

3−0.997×103)2g2

1.002×10−3×0.997×103

]13×0.45×10−3=0.075 m/s

校核Re值：

Re=υ∙d

v =0.075×0.45×10

−3

1.005×10−6

=33.6∈（1，1000）

因此，假设成立，颗粒沉降速度为0.075m/s

2、平流沉淀池设计流量为720m3/h,要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按理论沉淀条件，求：

（1）所需沉淀池平面积为多小？

（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？

解：

设计流量：Q=720m3/h=0.2m3/s

沉淀池表面负荷=Q

A

=u0=0.4mm/s=0.4×10−3m/s

因此，所需沉淀池面积为：A=Q/u0=0.2/(0.4×10−3)=500(m3)

沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为:

E=u i

u0×100%=0.1

0.4

×100%=25%

3、原水泥沙沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900m3/h，表面积为500m2。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥沙颗粒约百分之几？（C0表示泥沙初始浓度，C表示取样浓度）。

沉降试验数据