16章 沉淀和澄清
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。
化学反应的沉淀和澄清
化学反应的沉淀和澄清一、课程目标知识目标：1. 学生能理解化学反应中沉淀和澄清现象的基本原理，掌握影响沉淀和澄清的因素。
2. 学生能掌握至少三种常见的沉淀反应及其应用，并了解其在实际生活中的例子。
3. 学生能运用溶解度规律预测和解释沉淀的生成与溶解。
技能目标：1. 学生能够通过实验观察和记录沉淀和澄清过程，学会使用相关的实验仪器。
2. 学生能够运用图表、方程式等方式表达化学反应的沉淀和澄清过程。
3. 学生能够通过案例分析和问题解决，提高实验操作能力和科学思维能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对化学反应现象的好奇心，激发学习化学的兴趣和热情。
2. 学生通过实验探究，增强合作意识和团队精神，培养科学探究精神。
3. 学生认识到化学反应在实际生活中的应用，增强对化学知识实用性的认识，提高社会责任感。
本课程针对八年级学生，结合学生的认知水平和兴趣特点，以实用性为导向，注重知识与实践的结合。
课程设计将引导学生通过观察、实验、分析等教学活动，使学生在掌握化学反应沉淀和澄清知识的同时，提高实验操作和问题解决能力，培养科学素养和积极的学习态度。
二、教学内容1. 化学反应沉淀现象原理- 溶解度与溶解平衡- 沉淀反应的判断与类型- 沉淀的形成与溶解过程2. 常见沉淀反应及其应用- 硫酸钡沉淀反应- 氯化银沉淀反应- 碘化银沉淀反应3. 澄清现象与澄清剂的应用- 澄清剂的作用原理- 常见澄清剂及其使用方法- 澄清实验操作步骤及注意事项4. 影响沉淀和澄清的因素- 温度对溶解度的影响- 溶剂对沉淀生成的影响- 沉淀剂与澄清剂的用量控制5. 实践与案例分析- 沉淀反应实验操作- 澄清剂的使用与观察- 实际生活中沉淀与澄清现象的案例分析本教学内容按照课程目标，参照教材相关章节，科学系统地组织。
课程内容包括沉淀现象原理、常见沉淀反应、澄清现象及影响因素等，旨在帮助学生全面掌握化学反应的沉淀与澄清知识。
教学大纲明确各部分内容安排和进度，确保教学内容与课本紧密结合，注重理论与实践相结合，提高学生的化学素养。
第三章 沉淀和澄清
§3 - 1 概 论
水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称 为沉淀，按着水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类： 1.自然沉淀 自然沉淀 颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度。 2.混凝沉淀 混凝沉淀 在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状 和密度，这种过程称为混凝沉淀。 3.化学沉淀 化学沉淀 在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为 沉淀物，称为化学沉淀。
ν
t
− H = t 中国环评网： H
t
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在a-c段，因切线就是a-c直线本身，Ht=H0,故Ct=C0 。 由于a-c线斜率不变，说明浑液面等速下沉。当压缩到H∞高 度后，斜率为0。即vt=0，说明悬浮物不在压缩，此时 Ct=C∞（压缩浓度）。 如同样的水样，用不同高度的水深作实验，发现在不同 沉淀高度H1 及 H2时，两条沉淀过程线之间存在着相似关系： op 1 oQ 1 = op 2 oQ 2 A、B交界面的高度 、 交界面的高度 说明当原水浓度相同时，A、 B区交界的浑液面的下沉速度 是不变的，但由于沉淀水深大 H1 时，压实区也较厚，最后沉淀 p1 p2 物的压实要比沉淀水深低时压 Q1 H2 实的密实些。由于这种沉淀过 Q2 程与沉淀高度无关的现象，使 有可能用较短的沉淀管作实验， 来推测沉淀的效果。
Bh0v=Q 水的流量； BL=A 沉淀区平面面积； Q/A— 单位面积沉淀区所沉淀的水流量，称沉淀池的表面负 荷（过流率） 理想沉淀池的表面负荷就是它的截流沉速，反应了能全 部去除的颗粒中的最小颗粒沉速。 由上述可知，浑水在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀 池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流 速、沉淀时间）无关，这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾， 阐明了决定沉淀效率的主要因素反应了下列两个问题： （1）当E一定时 i越大，q也越高，亦即产水量越大，或 一定时u 也越高， 当 一定时 越大， 也越高 亦即产水量越大， 不变时u 越高。 当Q、A不变时 i越大、E越高。 ui的大小与混凝效果有关， 、 不变时 越大、 越高 因此，生产上一定要重视絮凝工艺。 （2） ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时， 一定， 增加 增加、 提高 提高。 池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池 “ 理论” 理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
给水工程课后思考题答案15-19章
十四章：1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。
答：水中杂质按尺寸大小可分成三类：１）悬浮物和胶体杂质：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。
但胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。
有机高分子物质通常也属于胶体一类。
天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。
粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。
而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。
２）溶解杂质，分为有机物和无机物两类。
它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。
但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。
无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。
3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。
(7’)答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。
一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。
第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。
第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。
第四类有毒物质。
第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。
4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’)答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。
在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。
在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。
许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。
例如，不的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。
9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
第三章 沉淀和澄清
Bh0v=Q 水的流量； BL=A 沉淀区平面面积； Q/A— 单位面积沉淀区所沉淀的水流量，称沉淀池的表面负 荷（过流率） 理想沉淀池的表面负荷就是它的截流沉速，反应了能全 部去除的颗粒中的最小颗粒沉速。 由上述可知，浑水在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀 池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流 速、沉淀时间）无关，这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾， 阐明了决定沉淀效率的主要因素反应了下列两个问题： （1）当E一定时 i越大，q也越高，亦即产水量越大，或 一定时u 也越高， 当 一定时 越大， 也越高 亦即产水量越大， 不变时u 越高。 当Q、A不变时 i越大、E越高。 ui的大小与混凝效果有关， 、 不变时 越大、 越高 因此，生产上一定要重视絮凝工艺。 （2） ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时， 一定， 增加 增加、 提高 提高。 池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池 “ 理论” 理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
cd
FD
= C DAρ1
ν s2
πd 3 dv s 4 m = g (ρ s − ρ1) − dt 6 2 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs增加，阻 力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。dvs/dt=0
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πd
3
ρ 1v s 2
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随时间增长，交 界面继续下降，直至 B C 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。 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为上凹的曲线， 絮凝过程 交界面等速下沉 下降速度 逐渐变小 B区消失 区消失
水质工程学考试题1
十四章---给水概论1、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的特点答：1）江河水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水。
江河水的含盐量和硬度较低。
宜受污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒或有害物质易进入水体。
水温不稳定，夏季常不能满足工业冷却用水的要求。
2）湖泊水库水，浊度低含盐量比河水高，流动性小。
（3海水含盐量高，各种盐类或离子的重量比例几乎不变。
4）地下水水质、水温较稳定。
水质清澈，不易受外界污染。
地下水硬度高于地表水十五章----混凝1、混凝：通过投加某种药剂，使水中的胶体及微小悬浮物聚集的过程。
2、动力学稳定性：是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。
3、聚集性稳定性：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。
4、ζ电位：胶体滑动面上（或称胶体表面）的电位即为ζ电位。
5、φ电位：胶体表面电位，即总电位。
6、混凝的机理：1）、压缩双电层作用机理2）、吸附—电性中和作用机理3）、吸附架桥作用机理4）、沉淀物的网捕、卷扫作用机理7、混凝剂种类：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）8、异向絮凝和同向絮凝异向絮凝：指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。
同向絮凝：指借助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。
9、甘布公式：G==g-----重力加速度，9.8米每平方秒；h----混凝设备中的水头损失，m；v-----水的运动粘度，平方米每秒；T----水流在混凝设备中的停留时间,s10、速度梯度：G是速度梯度，是相邻两流层的速度增量和垂直于水流方向的两流层之间的距离的比值。
影响混凝效果因素：1）.混凝剂的种类和投量 2）水力条件和作用时间 3）.水温影响4）.水的PH值和碱度影响5）.水中悬浮物浓度影响6）.水中杂质影响11、混凝剂的投加方式：1）、泵前投加该投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者2）、高位溶液池重力投加该投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。
给水工程课后思考题答案15-19章
十四章：1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。
答：水中杂质按尺寸大小可分成三类：１）悬浮物和胶体杂质：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。
但胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。
有机高分子物质通常也属于胶体一类。
天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。
粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。
而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。
２）溶解杂质，分为有机物和无机物两类。
它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。
但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。
无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。
3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。
(7’)答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。
一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。
第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。
第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。
第四类有毒物质。
第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。
4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’)答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。
在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。
在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。
许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。
例如，不的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。
9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
水质工程学Ⅰ课件16沉淀和澄清-3斜板斜管沉淀池
Af N af cos
N—斜板间隔数（实板数减一） af′—每块板实际面积（m2） θ—斜板与水平间夹角，一般为滑泥取60°
Re 、Fr复核 2、 斜管池： （1）配水区：高度不易小于1.5m 目的：配水 均匀
整流配水：可用穿孔墙，流速不大于絮凝池出 口流速。
栅条缝隙流速通常<0.15m/s
(2)斜管(沉淀)区
布置:反向配水,原因有利排泥
平面尺寸小于1m×1m
与水平夹角60°
表面负荷: q Q Q—水流量m3/h F
F—沉淀池清水区表面积m2
规范要求：q=9～11m3/m2h（2.5～3.0mm/s）
斜管内流速: v
Q
F sin
F′—斜管的净出口面积
沉淀时间T：T l v
l—斜管长度 （3）清水区：高度不小于1.0m 。
（1）提高了沉淀池的效率，浅池理论的应用。
（2）斜板和斜管便于排泥（与水平呈60°夹角）
（3）湿周增加，使Re降低，Fr增加，
Re
vR
Re<200(斜管)
Fr
v2 Rg
Fr=10-3～10-4(斜板)
R—水力半径
R
（4）缩短了沉淀距离，减少了沉淀时间。
一、构造：
材料要求：板管材料无毒、质轻、坚固、不易老化、 价低。 1、 斜板沉淀池： 分类：
过渡段:进水口200mm左右,计算
取200mm,泥水混杂,水流
分成两个段
也较乱,污泥浓度大。
特点：有利于再絮凝
沉淀段：浑水在此段沉淀。
（3）清水区：悬浮物，矾花极少，矾花沉速
很小，随清水流出。若沉淀效果
不佳，一般不要采用过滤法
去除。应继续优化沉淀池
第5章、沉淀和澄清处理解读
二、平流沉淀池的设计计算
设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷q 或停留时间T。 1、按表面负荷q计算 ➢ ①沉淀池表面积A＝Q/q ➢ ②沉淀池长度L＝3.6vT
➢ 对于絮凝沉淀水平流速v＝10～25mm/s，通常取v＝ 15～20mm/s；自然沉淀水平流速v≤3mm/s。
➢ 孔口流速v＝0.6～0.7m/s； ➢ 孔口孔径φ＝20～30mm；
➢ 孔口流量 q0 2gh，淹没水头0.12～0.15m；
➢ 孔口水流应自由跌落到出水渠中。
4、积泥区
（1）作用：贮泥、浓缩和排泥
（2）排泥方式：水力排泥和机械排泥
➢ 水力排泥：
➢ 集泥斗：有单斗式和多斗式 ➢ 穿孔排泥管 设置要求： ①管径≥200mm； ②管道长度不超过15m，一般在10m之内； ③在管道斜下方45°处两侧开孔，孔眼孔径为30～35mm，
➢ 对穿孔花墙的设计要求有：
孔口断面沿水流方向由小变大，呈八字形。
孔口流速v≤0.15～0.2m/s，一般以v＝0.1m/s 来设计。
从墙体强度方面考虑，孔口所占总面积应小于 墙面面积的三分之一。
第一排孔口距水面0.12～0.15m；最下面一排 孔口距泥面 0.3～0.5m 。
2、沉淀区 （1）作用：泥水分离
➢ 进水方式多采用逆流式
2、斜管区
➢ ①斜管长度l＝800～1000mm，一般为1m。 ➢ ②斜管倾角θ在絮凝沉淀时θ＝50～60°，一般取
60°；自然沉淀时θ＝40～45°。 ➢ ③斜管区高度约为0.87m。 ➢ ④斜管管径为25～30mm。
要求：
➢ 堰顶水平，高差≤1mm； ➢ 堰长度足够，一般要求堰上溢流率不超过500m3/d·m。 ➢ 三角堰q0＝1.4h2.5，h＝0.05m。
污水处理工艺流程解析沉淀与澄清的工艺原理与操作步骤
污水处理工艺流程解析沉淀与澄清的工艺原理与操作步骤污水处理工艺流程解析：沉淀与澄清的工艺原理与操作步骤污水处理是保护环境和人类健康的重要措施之一。
其中，沉淀与澄清是常用的污水处理工艺之一。
本文将详细解析沉淀与澄清的工艺原理与操作步骤，带您深入了解这一环保领域的重要技术。
一、工艺原理沉淀与澄清工艺是通过重力沉降原理将污水中的悬浮物质和难溶性物质沉淀下来，从而达到去除杂质和提高水质的目的。
其工艺分为两个主要步骤：一是加入混凝剂将污水中的悬浮物和胶体物质凝聚成较大的颗粒物；二是通过沉淀池或澄清池使颗粒物在水中沉降，最终达到分离清水和沉淀物的目的。
在沉淀与澄清工艺中，混凝剂的使用非常重要。
混凝剂一般由无机盐和有机高分子两种类型组成。
无机盐类包括铁盐、铝盐等，有机高分子则是通过合成或提取天然聚合物得到的。
混凝剂的选择需要根据不同的污水水质和处理要求进行，以获得较好的凝聚效果。
二、操作步骤1. 污水调节首先，将进入处理系统的污水进行调节。
这一步骤主要包括流量的调整、酸碱度的调节和温度的控制等。
通过这些调节措施，可以使污水的性质更适宜于后续的沉淀与澄清过程。
2. 混凝剂投加接下来，将预先配置好的混凝剂适量加入到污水中。
混凝剂的投加量需要根据污水的浑浊度、胶体物质的含量和混凝剂的种类来确定。
通常情况下，混凝剂的投加量为污水总体积的百分之几至千分之几。
3. 快速搅拌为了促进混凝剂与污水中的悬浮物质发生反应，需要进行快速搅拌的环节。
快速搅拌可以提高混凝剂的分散效果，使其与污水中的杂质充分接触，形成较大的凝聚物。
4. 缓慢搅拌在快速搅拌后，进行缓慢搅拌。
这一环节的目的是保持水中悬浮物颗粒的稳定和均匀分布，为后续的沉淀提供更好的条件。
缓慢搅拌时间一般为15分钟至30分钟。
5. 沉淀与澄清经过搅拌后，混凝剂与污水中的杂质形成了较大的颗粒物，进一步进行沉淀与澄清。
在沉淀池或澄清池中，利用重力作用使颗粒物逐渐沉降至底部。
清水则从上方流出，以达到分离的目的。
16章沉淀澄清习题答案
8、上向流斜板沉淀池清水区的保护高度和底部配水区的 高度分别不宜小于（ ） A 1m和1.2m B 1.2m和1.2m C 1.2m和1.5m D 1m和1.5m
二、多选 1、理想沉淀池的悬浮颗粒去除率与（ ）无关。 A 水深 B 停留时间 C 特定颗粒沉速 D 表面负荷
三、计算题
1、平流沉淀池，设计规模2500m3/h，水厂自用水占10%。
沉淀池表面负荷=0.725mm/s，沉淀池末端采用多条溢流
堰集水。（如图，单位mm），按此验算沉淀池长宽比
（L/B）不宜大于多少？（2010）
A 3.87 B 4.26 C 5.78
12500
D 6.65
1500 1500 750
一、单选 1、只要颗粒浓度高到一定程度，不论加与不加混凝剂， 都可能产生（ ）。 A拥挤沉淀和压缩沉淀 B压缩沉淀 C自由沉淀 D絮凝沉淀
2、悬浮物在静水中的自由沉淀沉速表达公式有斯托克斯 公式、牛顿公式、阿兰公式，它们的主要区别是（ ）。 A适用的沉淀池水深不同 B 适用的悬浮物浓度不同 C 适用的颗粒沉淀阻力系数不同 D 适用的沉淀池水面大小不同
6、机械搅拌澄清池是混合、絮凝、泥水分离于一体的 构筑物，由第Ⅰ、Ⅱ絮凝室、导流室和分离室组成。下 列各室主要作用的叙述错误的是（ ）。 A 第Ⅰ絮凝室发挥混凝剂、原水、回流泥渣混合和接触 絮凝作用 B 第Ⅱ絮凝室发挥接触絮凝作用 C 导流室用以消除提升叶轮引起的水流旋转作用 D 分离室发挥离心分离作用
2、平流沉淀池设计流量为720m3/h。要求沉速等于和大于 0.4m/s的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件，求： （1）所需沉淀池平面积为多少m3？ （2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？
第三章 沉淀与澄清第1和第2节
第三章 沉淀与澄清(Sedimentation, or settling and Clarification)第1节 沉淀原理与分类一、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）二、分类自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变（沉砂池、初沉池前期）絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。
第2节 自由沉淀(discrete particle settling)一、颗粒沉速公式（Stokes ’ law ）假设沉淀的颗粒是球形所受到的重力为F1= 1/6 π d 3 (ρp - ρl ) g所受到的水的阻力F2=C D ρl u 2/2 π d 2/4C D 与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。
平衡时：F1＝F2可得到沉速(terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）：对于非球形颗粒：φ：形状系数C D 与Re 有关。
Re<1, C D = 24/Reμ：水的动力粘度，Pa s d C g u ll p D ρρρ-=342181gd u l p μρρ-=d C g u l l p D ρρρφ-=34该公式难以反映实际，因为实际中颗粒大小不一，不是球形。
但可以了解u 的影响因素。
此外，一般d 难以测定，在层流区，颗粒太小。
可以通过测定u ，算出d （注意是名义上的）。
二、颗粒沉淀实验1. 在t i 时，从底部取样，测定Ci2. 计算ti ⇒ ui = h/tiCi ⇒ pi = Ci/C 0p i ：沉速小于u i 的颗粒占全部颗粒的比重3. p －u4.颗粒去除率在t 0 时， u ≥u 0 的颗粒全部去除u<u 0 的颗粒部分去除hi/h = u i t 0/(u 0t 0) = u/u 0t=0 t=ti u=h/t通过实验可绘制以下曲线：E-t 曲线 E －u 曲线（与水深无关）中部取样法：P= (C 0-C)/C 0 *100%三、理想沉淀池假设：1． 颗粒为自由沉淀2． 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。
第16章沉淀和澄清
vt
Ht
t
H
3.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线的相似 性（见图16-3），即A、B区交界的浑液面的下沉速度不变
OP1 OQ1 OP2 OQ2
A、 区交界面高度
沉淀管水深H1 沉淀管水深H2
P1
PP2
Q1
Q2
0
沉淀时间t
图 16-3 不同沉淀高度的沉降过程相似关系
16.2 平流沉淀池
（16-4）
u 4 g p 1 d 3 CD 1
（16-4）
Re ud （16-5）
上式为沉速公式，式中虽不出现Re，但阻力系数CD却与Re有关
10
阻力系数CD
10
10
10
1
0.4 0.1
10-3
10-2 10-1
层流区
C=24/Re
过渡区
C=10/Re
紊流区
1 10 102 103 104 105 106
( p3
p2 )
h2 / t0 u0
( p4
p3 )
h3 / t0 u0
( p5
p4 )
h4 / t0 u0
( p6
p5 )
16.2.3 影响平流式沉淀池沉淀效果的因素 （1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响（发生短流）
理想沉淀池理论停留时间t0为：
t0
V Q
但实际沉淀池，一部分水流通过沉淀区的时间小于t0，而另一部分 水流则大于t0，这种现象称为短流
CD 0.4
代入式（16-4）得牛顿公式：
u 1.83 s 1 dg 1
这个公式适用d＞2mm的砂粒。
3.阿兰公式（过渡期）
沉淀技术
(s
1)2 1
g2
3
d
（16-10）
16.1.2 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
1．沉降过程分析 如图16-2，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。
a
A
b
交界面
C0
a'
C0 H0
B C0
C
D
t=0 t1
(a)
(b)
H∞
t∞ (c)
H0 Ht
c
浓度Ct
Ct d
E hi BcC hi h0 BC h0
根据相似关系得： h0 L
u0
即 同理得：
h0
Lu0
hi
Lui
特定颗粒Βιβλιοθήκη 除率： E uiu0E ui ui
u0
Q A
2、理想沉淀池理论
由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与 表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、 水平流速、沉淀时间）无关。
3）较冷或较重的进水产生的异重流； 进入沉淀池浑水的比重比流出沉淀池清水的比重大。
比重大的浑水进沉淀池后，在重力作用下会潜入池的 底部流动，形成所谓的浑水异重流。
浑水异重流是平流沉淀池中的基本现象之一，当进 池浑水的浓度高时异重流的现象就明显一些，进池浑 水的浓度低时，异重流现象就不如浓度高时明显。
所有能够在沉淀池中去除的，沉速小于uo的
颗粒的去除率为：
p
p0 0
ui u0
dpi
（16-22）
沉速大于和等于u0的颗粒全部下沉去除率为（1-
p0），因此理想沉淀池的总去除率为：
p (1
沉淀和澄清PPT
理想沉淀池的总去除率
所有能够在沉淀池中去除的，沉速小于u0的颗粒的去除率为：
p
p0 0
ui u0
dpi
沉速大于和等于u0的颗粒全部下沉，去除率为（1－p0），因 此理想沉淀池的总去除率为：
P (1 p0 )
p0 0
ui u0
dpi
式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率；
非凝聚性颗粒的沉淀实验分析
在沉淀池中，增大v，一方面提高Re，加强水力的紊动性而不利于沉淀，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。 设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。 此时B区和C区已消失，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 。
可以先假定沉速u，再试算以求得u。 在实际应用上，常常以沉速代表某一特点颗粒而无需求出颗粒的直径。
理想沉淀池的三个基本假设： 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，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。
原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为：
Q v
h0 B
设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。 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
图 16-3 不同沉淀高度的沉降过程相似关系
16.2 平流沉淀池
平流式沉淀池示意图
平流沉淀池在运行时，由于受到各种因素的影响池中 实际水流情况以及颗粒杂质的沉降过程是十分复杂的， 为了使问题得到适当简化，便于突出主要矛盾，暂将 一些次要因素去除，这样就提出了关于理想沉淀池的 概念。
非凝聚性颗粒的沉淀过程分析
最新给水工程课后关键思考题答案1
第十五章混凝思考题1、何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。
答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
原因P255最后一段。
2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。
答：压缩双电层机理：由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面处最大，并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。
当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。
该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。
由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。
另一方面，由于扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。
从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。
吸附-电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。
此时静电引力常是这些作用的主要方面。
上面提到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。
因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。
硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩散双电层作用。
Ph>3时,吸附-电中和作用。
Ph>3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。
3,高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。
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B 9.0mg/L
0.35 0.55 0.6
C 5.0mg/L
0.75 0.82
D 3.8mg/L
1.0 1.2 1.3
颗 0.05 粒沉 速 Ui （m m/S）
≥Ui沉 速的 颗粒 占所
100
94
80
62
55
46
33
21
10
3
有一座平流沉淀池，水深3.2m，长 80m,宽 12m，进水 中颗粒沉速和所占的比例见下表，经测定，沉速为 0.3mm/S的颗粒去除的重量占所有颗粒重量的5.5%，则 该平流沉淀池设计处理水量为下列哪一项？ A 10.7万m3/d C 2.5万m3/d
E ui / u0
• 所有能够在沉淀池中下沉的，且沉速小于 u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百 分率及其去除率应为：
p
p0
0
ui dpi u0
• 沉淀池总沉淀效率p为：
P (1 p0 )
p0
0
ui dpi u0
四）、计算沉淀池效率的试验方法：
•颗粒沉淀实验
1. 在ti时，从底部取样，测Ci 2. 计算颗粒沉速： ui=h/ti 3. 沉速<ui颗粒占全部的百分率： pi=Ci/C0
p0 dpi ui
积累曲线
u0
0 002 004 006 008 010 012 014 沉速 （cm/s）
目的：建立各个不同沉速 与特定颗粒的残余百分比P的对应关系
四）、计算沉淀池效率的试验方法：
P (1 p0 )
p0
0
ui dpi u0
沉速u0颗粒的去除率 沉速<u0颗粒的去除率
颗 0.1 粒沉 速 Ui （m m/S） 0.2 0.3 0.5 0.8
B 5.0万m3/d D 1.5 万m3/d
1.2 1.5 2.0
Ui颗 粒占 所有 颗粒
10
14
11
12
13
15
14
11
有一水库水源水含有沉速为 0.2、0.3、0.4、0.5mm/S 的颗粒占所有颗粒的重量比为95%，经试验测得沉速 ≥0.4mm/S的颗粒沉淀1.5h去除的重量占所有颗粒的重 量比为65%，按此试验设计沉淀池面积为1450m2的平流 沉淀池，当处理水量为5万m3/d，沉淀时间1.5h，进水 悬浮固体含量为8mg/L，出水悬浮固体含量为1mg/L， 由此推算沉速为0.3mm/s的颗粒占所有颗粒的重量比是 以下哪一项？？
• 16.1
悬浮颗粒在静水中的沉淀
沉淀 —— 指悬浮颗粒依靠重力作用从水中分离 出来的过程。 颗粒比重 > 1，下沉；比重 < 1，上浮 分类： 自由沉淀
拥挤沉淀
絮凝沉淀
1.自由沉淀
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， 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。 2.拥挤沉淀
平流沉淀池
平流沉淀池应用广泛，常用于城市水厂； 城市水厂出厂水浊度一般＜3 NTU，（一些＜1 NTU） 沉淀池出水浊度＜10 NTU 工作原理： 1、矩形水池，以砖、石、砼建造 2、分进水、沉淀、污泥、出水4个区 经混凝反应的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面 均匀分配 沉淀区沉淀 缓慢流入出水口 污泥堆积浓缩排出
1、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
自由沉淀：水中悬浮物浓度较低，且没有凝聚性， 颗粒之间互不干扰，在沉淀过程中，颗粒只受自身重
力和水的阻力作用。
一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的 直径，同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认 为自由沉淀，此时的沉淀速度称为自由沉淀速度。
自由沉淀可用牛顿第二定律表述。 为分析简便起见，假定： 颗粒为球体，水是静止的； 沉降速度u=f(d, ρs ,ρ,c,T)的函数； 水是非压密性的，颗粒作用在同一重力 场，容器壁对颗粒影响不予考虑。
h
t=0 C0
t=ti Ci
四）、计算沉淀池效率的试验方法：
4. 绘制p-u曲线（颗粒粒度分布曲线） 残余颗粒百分数p
pi
ui 沉速 u
四）、计算沉淀池效率的试验方法：
P
• 横坐标表示颗粒的沉 速ui用以反应颗粒的 大小； • 纵坐标P表示水样中 残存的悬浮颗粒浓度 分数。
100 80 60 40 20
进口区
沉淀区
出口区
(2)基本组成
二
进水区 沉淀区 出水区
三
一
污泥区
集泥排泥区
u=u0 的颗粒
v u
u<u0 的颗粒
入 流 区
沉降区
u=u0 的颗粒
污泥区
u>u0 的颗粒
u<u0 的颗粒
理想沉淀池的工作过程分析
理想沉淀池的工作情况分析 考察顶点A处，从点A进入的颗粒，水平流速v， 颗粒沉速u。 从图可看出，有的颗粒能全部沉到池底被去除， 有的颗粒只能部分沉到池底被去除。 提出了截留沉速u0，这些颗粒中，必存在着某一 粒径的颗粒，其沉速为u0，刚巧能全部沉至池底。
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，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：
QC hBvC h h/t ui c E QC HBvC H H /t u0
式中，Qc为沿着高度h内进入沉淀池的水的流量； QcC即为被去除的该种颗粒的量。
第十六章 沉淀和澄清
第一节 沉淀分类 第二节 平流沉淀池 第三节 斜板、斜管沉淀池 第四节 沉淀池类型 第五节 澄清池
本章知识要点
• 教学目的：学会设计沉淀池和澄清池 • 基本要求：掌握沉淀机理； 掌握平流式沉淀池构造与设计计算； 了解澄清池的特点和分类
• 重点与难点：1、悬浮颗粒在静水中的沉淀
2、平流沉淀池的构造与计算
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，颗粒处于相互干扰状态， 此过程称为拥挤沉淀。 3.絮凝沉淀 在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、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。
Ht H t t
（7-11）
3.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线 的相似性（见图7-3），即
OP1 OQ1 OP2 OQ2
A、 区交界面高度
(7-12)
沉淀管水深H1
P1
沉淀管水深H2
P
Q1 Q2
0
沉淀时间t
图 7-3 不同沉淀高度的沉降过程相似关系
16.2
颗粒在静水中的受力分析如图3-1，在 水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻 力三种力的作用。
图3－1 自由沉淀受 力分析图
颗粒下沉的速度可得自牛顿第二定律：
dvs m F1 F2 FD dt
vs——颗粒下沉速度； m——颗粒的质量； t——时间。 （一）颗粒的重力为：
F1=1/6 d3 s g
（二）颗粒的浮力为：
s ——颗粒的密度； d—颗粒直径； g—重力加速度。 1——水的密度。
F2= 1/6 d3 1 g
（三）摩擦阻力 其值与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2u2有关。
u 2 d 2 F2 CD 1 2 4
FD——颗粒在水中所受的阻力； cD——阻力系数； 1—水的密度； A—颗粒在运动方向垂直面上的投影面积 d2/4； u——流速（下沉速度）
有：
3
du d 4 g ( s 1 ) dt 6 2 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着u增加，阻力 也相应增加，很快颗粒即等速下沉。du/dt=0 m
cd
d 3
1u 2
4 g p 1 u d 3 CD 1
• 可得均匀下沉速度,简称沉速u • 上式为沉速基本公式，式中虽不出现Re，但是，式中 阻力系数CD却与Re有关， • Re=ud/ • —水的运动粘度。 • 阻力系数CD与雷诺数Re的关系通过实验得出，见图：
2.过渡区 1≤Re≤1000 此时取
10 cD Re
代入公式，得阿兰公式：
4 ( s 1 ) 2 g 2 u ( ) d 1 225
这个公式适用于d≤2mm的砂粒。
1 3
3.紊流区 1000 ≤Re≤105 此时cD=0.4，代入公式，得到牛顿公式：
截留沉速u0指能够全部被去除的颗粒中的最小颗粒的沉降速度。
由图中u=u0该线可知： t=L/v，t=H/u0
速v＝Q/HB，代入上式得到：
Q Q u0 LB A
式中，A为沉淀区水面的表面积。
Q/A为单位面积产水量，称表面负荷率或溢流 率，用q表示。 上式表明，截留沉速u0和表面负荷q在数 值上相等，但两者含义不同。
• 1.层流区 Re≤1;此时曲线倾角为45° 代入前式，得：
cD
24 Re
g g 2 u ( s 1 )d (ss 1)d 2 18 18
这个公式为斯笃克斯公式,
层流区
过渡区
紊流区
式中（因为ss=s/ 1比 重），即颗粒越大、水温越 高，沉速u愈快. —运动粘滞系数； ss—颗粒的比重。 这个公式适用d≤0.1mm 泥沙颗粒， Re在10-4 ~1之 间。
图3－4
浑液面沉降过程曲线
（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：