沉淀理论 ppt课件
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态，这种颗粒不能用沉淀去除； ❖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。
18
四、沉淀池工作原理
实例：生化处理中污泥在二沉池下部的 沉降和在浓缩池内的初期沉降。
8
4、压缩沉淀 当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之 间便互相接触，彼此上下支承。在上下颗粒的 重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗 粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。
实例：生化污泥在二沉池污泥斗和浓缩池 内的浓缩过程。
9
水深
A
上澄水
自由沉淀带
絮凝干涉沉淀带
B
成层沉淀带
C
时间t
压缩沉淀D
沉淀过程示意图
10
三、自由沉淀及分析 颗粒为球形
分 析
沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量 等不变
的
假
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和
定
其他颗粒影响。
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，颗粒即成 等速下沉。
3.1 沉淀的基础理论
1
本节内容
一、概述 二、沉淀类型 三、自由沉淀及分析 四、沉淀池工作原理
2
一、概述
1、沉淀的概念 是利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力 作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种 过程。
3
2、应用场合
按照废水的性质与所要求的处理程度的不同，沉淀处理 工艺可以是整个水处理过程中的一个工序，亦可以作为唯一 的处理方法。
11
悬浮颗粒在水中的受力： 重力F1、浮力F2、下沉中的摩擦阻力F3
F1
ρs
ρL
F2，F3
重力大于浮力和摩擦力时， 下沉；
重力等于浮力和摩擦力时， 相对静止；
重力小于浮力和摩擦力时， 上浮。
12
悬浮颗粒在水中的受力分析
用牛顿第二定律表达颗粒的自由沉淀过程:
式中：
mddutF1F2F3
m—颗粒质量，kg；
m
du dt
(S
L)g
d 3
6
d 2
4
L
u2 2
1
u
4
3
g
S L L
2 d
S L gd 2 18
16
us
1S
18
L Leabharlann Baidu
gd2
即为球状颗粒自由沉淀的沉速公式，亦 称斯托克斯公式
17
斯托克斯定律 讨论
uS
1S
18
Lgd2
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
(3) 在沉淀区的进口区域，水流中的悬浮 颗粒均匀分布在整个过水断面上；
(4) 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
20
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
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，其坡度为i=u/v。
为了便于说明沉淀池的工作原理以及分析 水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律， Hazen和Camp提出了理想沉淀池的概念。 理想沉淀池划分为4个区域，即进口区域、 沉淀区域、出口区域及污泥区域。
19
作如下假设
(1) 沉淀区过水断面上各点的水流速度均 相同，水平流速为ν；
(2) 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速 度为u；
7
3、区域沉淀
也称成层沉淀、拥挤沉淀。
这是一种固体颗粒（特别是强絮凝性颗粒）在较 高浓度(500mg/L以上)悬浮液中的沉降。
由于悬浮固体浓度较高，颗粒彼此靠的很近，吸附力 将促使所有颗粒聚集为一个整体，但各自保持不变的 相对位置共同下沉。此时，水与颗粒群体之间形成一 个清晰的泥水界面，沉降过程就是这个界面随沉降历 时下移的过程。
F3
A
L
u2 2
式中：λ—阻力系数，当颗粒周围绕流处于
层流状态时， λ=24/Re；Re为颗粒绕流雷偌
数，与颗粒的直径、沉速、液体的粘度等有
关，
Re udL
A—自由沉淀颗粒在垂直面上的投影面积，
A 1 d 2
4 15
颗粒下沉开始时，沉速为0，逐渐加速，
阻力F3也随之增加，很快三种力达到平衡，颗 粒等速下沉，du/dt=0，代入公式：
当颗粒沉速ui<u0时，从沉淀区顶端进入 的颗粒不能沉淀到池底，会随水流排出，而 当其位于水面下的某一位置进入沉淀区时， 它可以沉到底部而被去除。小颗粒.ppt
6
2、絮凝沉淀
这是一种絮凝性固体颗粒 在稀悬浮液中的沉淀。
虽然悬浮固体浓度也不高 （50-500mg/L），但颗粒在沉 降过程中接触碰撞时能互相聚 集为较大的絮体，因而颗粒粒 径和沉降速度随沉降时间的延 续而增大。
实例：颗粒在初 沉池内的后期 沉降，生化处 理中污泥在二 沉池中间段的 沉淀，及水处 理的混凝沉淀。
式中：v-颗粒的水平分速；
vqv/A 'qv/Hb
qv-进水流量； A′-沉淀区过水断面面积，H×b H -沉淀区的水深；
b -沉淀区宽度。
21
从沉淀区顶部x点进入的颗粒中，必存在 着某一粒径的颗粒，其沉速为u0，到达沉淀 区末端时刚好能沉至池底。
当颗粒沉速ui≥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。大颗粒.ppt
u—颗粒沉速，m/s；
t—沉淀时间，s；
F1—颗粒的重力 F2—颗粒的浮力 F3—颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力。
13
（1）颗粒的重力：
F1
d3
6
S
g
其中：ρS为颗粒密度，kg/m3； d为颗粒直径，m；
g为重力加速度。
（2）颗粒的浮力：
F2
d3
6
L
g
其中：ρL为液体密度，kg/m3；
14
（3）颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力：
在典型的污水处理厂中，有以下4种用法： (1) 用于废水的预处理——沉砂池 (2) 用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理
(初沉池) (3) 用于生物处理后的固液分离(二次沉淀池) (4) 用于污泥处理阶段的污泥浓缩
4
二、沉淀类型
根据水中悬浮颗粒的性质、凝聚性能及浓度，沉 淀通常可以分为四种不同的类型：
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀
压缩沉淀
5
1、自由沉淀
自由沉淀也称为离散沉降，是一种非絮凝性 或弱絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉淀。
由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生 聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和 密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速 沉降过程。
实例：固体颗粒在沉砂池及沉淀池内的初期 沉降
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。
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四、沉淀池工作原理
实例：生化处理中污泥在二沉池下部的 沉降和在浓缩池内的初期沉降。
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4、压缩沉淀 当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之 间便互相接触，彼此上下支承。在上下颗粒的 重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗 粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。
实例：生化污泥在二沉池污泥斗和浓缩池 内的浓缩过程。
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水深
A
上澄水
自由沉淀带
絮凝干涉沉淀带
B
成层沉淀带
C
时间t
压缩沉淀D
沉淀过程示意图
10
三、自由沉淀及分析 颗粒为球形
分 析
沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量 等不变
的
假
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和
定
其他颗粒影响。
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，颗粒即成 等速下沉。
3.1 沉淀的基础理论
1
本节内容
一、概述 二、沉淀类型 三、自由沉淀及分析 四、沉淀池工作原理
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一、概述
1、沉淀的概念 是利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力 作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种 过程。
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2、应用场合
按照废水的性质与所要求的处理程度的不同，沉淀处理 工艺可以是整个水处理过程中的一个工序，亦可以作为唯一 的处理方法。
11
悬浮颗粒在水中的受力： 重力F1、浮力F2、下沉中的摩擦阻力F3
F1
ρs
ρL
F2，F3
重力大于浮力和摩擦力时， 下沉；
重力等于浮力和摩擦力时， 相对静止；
重力小于浮力和摩擦力时， 上浮。
12
悬浮颗粒在水中的受力分析
用牛顿第二定律表达颗粒的自由沉淀过程:
式中：
mddutF1F2F3
m—颗粒质量，kg；
m
du dt
(S
L)g
d 3
6
d 2
4
L
u2 2
1
u
4
3
g
S L L
2 d
S L gd 2 18
16
us
1S
18
L Leabharlann Baidu
gd2
即为球状颗粒自由沉淀的沉速公式，亦 称斯托克斯公式
17
斯托克斯定律 讨论
uS
1S
18
Lgd2
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
(3) 在沉淀区的进口区域，水流中的悬浮 颗粒均匀分布在整个过水断面上；
(4) 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
20
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
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，其坡度为i=u/v。
为了便于说明沉淀池的工作原理以及分析 水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律， Hazen和Camp提出了理想沉淀池的概念。 理想沉淀池划分为4个区域，即进口区域、 沉淀区域、出口区域及污泥区域。
19
作如下假设
(1) 沉淀区过水断面上各点的水流速度均 相同，水平流速为ν；
(2) 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速 度为u；
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3、区域沉淀
也称成层沉淀、拥挤沉淀。
这是一种固体颗粒（特别是强絮凝性颗粒）在较 高浓度(500mg/L以上)悬浮液中的沉降。
由于悬浮固体浓度较高，颗粒彼此靠的很近，吸附力 将促使所有颗粒聚集为一个整体，但各自保持不变的 相对位置共同下沉。此时，水与颗粒群体之间形成一 个清晰的泥水界面，沉降过程就是这个界面随沉降历 时下移的过程。
F3
A
L
u2 2
式中：λ—阻力系数，当颗粒周围绕流处于
层流状态时， λ=24/Re；Re为颗粒绕流雷偌
数，与颗粒的直径、沉速、液体的粘度等有
关，
Re udL
A—自由沉淀颗粒在垂直面上的投影面积，
A 1 d 2
4 15
颗粒下沉开始时，沉速为0，逐渐加速，
阻力F3也随之增加，很快三种力达到平衡，颗 粒等速下沉，du/dt=0，代入公式：
当颗粒沉速ui<u0时，从沉淀区顶端进入 的颗粒不能沉淀到池底，会随水流排出，而 当其位于水面下的某一位置进入沉淀区时， 它可以沉到底部而被去除。小颗粒.ppt
6
2、絮凝沉淀
这是一种絮凝性固体颗粒 在稀悬浮液中的沉淀。
虽然悬浮固体浓度也不高 （50-500mg/L），但颗粒在沉 降过程中接触碰撞时能互相聚 集为较大的絮体，因而颗粒粒 径和沉降速度随沉降时间的延 续而增大。
实例：颗粒在初 沉池内的后期 沉降，生化处 理中污泥在二 沉池中间段的 沉淀，及水处 理的混凝沉淀。
式中：v-颗粒的水平分速；
vqv/A 'qv/Hb
qv-进水流量； A′-沉淀区过水断面面积，H×b H -沉淀区的水深；
b -沉淀区宽度。
21
从沉淀区顶部x点进入的颗粒中，必存在 着某一粒径的颗粒，其沉速为u0，到达沉淀 区末端时刚好能沉至池底。
当颗粒沉速ui≥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。大颗粒.ppt
u—颗粒沉速，m/s；
t—沉淀时间，s；
F1—颗粒的重力 F2—颗粒的浮力 F3—颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力。
13
（1）颗粒的重力：
F1
d3
6
S
g
其中：ρS为颗粒密度，kg/m3； d为颗粒直径，m；
g为重力加速度。
（2）颗粒的浮力：
F2
d3
6
L
g
其中：ρL为液体密度，kg/m3；
14
（3）颗粒沉淀过程中受到的摩擦阻力：
在典型的污水处理厂中，有以下4种用法： (1) 用于废水的预处理——沉砂池 (2) 用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理
(初沉池) (3) 用于生物处理后的固液分离(二次沉淀池) (4) 用于污泥处理阶段的污泥浓缩
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二、沉淀类型
根据水中悬浮颗粒的性质、凝聚性能及浓度，沉 淀通常可以分为四种不同的类型：
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀
压缩沉淀
5
1、自由沉淀
自由沉淀也称为离散沉降，是一种非絮凝性 或弱絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉淀。
由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生 聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和 密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速 沉降过程。
实例：固体颗粒在沉砂池及沉淀池内的初期 沉降