水质工程学第4章沉淀与澄清3

沉淀试验与沉淀曲线分析
一、沉淀的基本理论 二、沉淀试验及沉淀曲线分析
雷诺数（Reynolds number）
表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示， Re=ρvd/η， 其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长 度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。利用Re可区分流体 的流动是层流或湍流，也可确定物体在流体中流动所受到的阻力
（4-9）
式中：q0——表面负荷率或过流率，m3/m2·h
1
x0
1 u0
x0
0
udx
（4-5）
上式中第一项由u0求得，第二项对粒度分布 曲线图解积分求得。
絮凝沉淀试验
1）试验装置 2）试验方法
3）η-t曲线，等效沉淀曲线
拥挤沉淀试验
1）形成拥挤沉淀的条件 2）沉淀特征（见图4-1-3） 3）沉淀曲线（界面高度与时间的关系） 4）研究拥挤沉淀的方法
拥挤沉淀试验
① 层流区：
u 1 s gd 2 18
（4-1）
该公式适用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情况
沉速公式
② 过度区：
1
u
4 225
s
2
g
2
3
d
（4-2）
百度文库
该公式适用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情 况
沉速公式
③ 紊流区：
u 1.82 s gd
（4-3）
该公式适用于1000≤Re的情况
c．悬浮物以等速下沉；
d．颗粒一碰到池底即认为被去除
推导
以平流式理想沉淀池为例（如图4-1-5所示）
截留速度：
u0
H t0
（4-6）
水平流速： v Q HB
（4-7）
L v
H u0
u0
vH L
（4-8）
平流沉淀池
平流沉淀池工作原理图
推导
把（4-7）代入（4-8）可得：
u0
Q BL
q0
Q A
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°
比浊法测定，将水样和用高岭土配制的浊度标准溶 液进行比较侧度不高，并规定一升蒸馏水中含有1 毫克二氧化硅为一个浊度单位，简称1度。
沉淀的分类
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) 2、絮凝沉淀（flocculation settling） 3、成层沉淀（zone settling） 4、压缩沉淀（compress settling）
第四章 沉淀与澄清
§4-1 沉淀理论 §4-2 沉淀构筑物及其设计
沉淀理论
4.1.1 沉淀的功能及基本类型 4.1.2 沉淀试验及沉淀曲线分析 4.1.3 理想沉淀池效率分析 4.1.4 实际沉淀池与理想沉淀池的差别
沉淀的功能与基本类型
一、沉淀和澄清在水处理中的功能 二、沉淀的分类
给水处理中的功能
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
理想沉淀池效率分析
一、基本假定 二、推导 三、公式的物理意义
基本假定
a．水在池内沿水平方向作等速流动，水平流 速为v，从入口到出口的流动时间为t；
b．在入流区，颗粒沿截面均匀分布并处于自 由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v；
18
运动粘滞系数ν=0.0101cm2/s，带入Re定义式 可得：
Re
ud
0.0547 1
沉淀试验与沉淀曲线分析
——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
——浓度：矾花 2~3g/L 泥砂 5g/L
活性污泥 1g/L
——颗粒间的粒度差异：dmax/dmin<6
拥挤沉淀试验
——分为四个层：澄清液层、受阻沉降层、 过度层、压缩层
——清水与固体有清晰界面，该界面等速 下降
——压缩区内部自上而下，沉速递减 ——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
自由沉淀
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。
絮凝沉淀
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。
成层沉淀
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。
压缩沉淀
颗粒在水中的浓度增高到颗粒相互接触并 部分地受到压缩物支撑。发生于沉淀池底及 浓缩池中。
（粒度分布曲线）
自由沉淀试验
设要求的最小沉速为u0，
则u≥u0的颗粒在t0时可全部去除， 而u<u0的颗粒可部分去除，去除比例为h/H， h代表在t0时刚好沉到底部的某种颗粒的沉降距离。
h ut0 u H u0t0 u0
（4-4）
故u<u0的颗粒在t0内按u/u0的比例去除
自由沉淀试验
t0时间内颗粒的总去除率为：
Re表示作用于流体微团的惯性 力与粘性力之比。
Re越小意味着粘性力影响越显 著，越大则惯性力影响越显著
沉淀的基本理论
颗粒在水中的沉降速度是颗粒重力与浮力 双重作用的结果，可认为受四个因素的影响：
u f (d, , , s)
1、沉速公式 2、计算示例
沉速公式
通常采用stokes公式描述水中颗粒的自由 沉降（推导从略）
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。 在时间t2、t3......时重复试验，可得出对应的u2、 u3......和x2、x3......，将这些数据整理可绘出（粒度 分布曲线）。
利用上述公式计算时，可先假定一个Re区， 计算出u后带入Re定义式进行校核，若不符 合假定，则重复上述步骤计算，直至符合为 止。
沉速公式
例：油珠直径为80μm，密度为0.8g/cm3，水 温20℃，计算油珠在水中的上升速度。
解：已知 d=0.008m，查表20℃时 μ=0.0101g/cm3·s，带入式（4-1）中（相当于 假定为层流）计算得：u=0.0691cm/s u 1 s gd2