4水处理工程沉淀与澄清-讲义
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4水处理工程沉淀与澄清
精品jin
水处理工程
第1节 沉淀原理与分类
(Sedimentation, or settling and Clarification) 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）
水处理工程
二、分类： – （1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生
• 离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变 – （2）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） • 颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大 – （3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层， 形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L 以上。 – （4）压缩沉淀-污泥浓缩池 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。
t=L/v=Lh0B/Q)
水处理工程
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为 E＝ui/u0 = ui/(Q/A)
颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷及颗粒沉降速度有关，而与 其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。 (Hazen 理论 ,1904年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题： 1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混 凝工艺。 2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A ，可以降低水深――“浅层理论”。
作用
– – –
水阻在中力等重，速浮量沉合纲淀力分情析况得下F1到1 6 Fd 23F (31 6s d3A()g u2s2 8 1 )gd2u2
浮力 阻力
u 4gd(s ) 3
– 对于层流，Re<1时
24 Re
Re ud
u g(s )d2
重力
18
水处理工程
对于非球形颗粒: ：形状系数
u 4gd(s ) 3
Stokes公式，
– ①系颗。粒当ρ与s水>ρ的时密，度u差>0(，ρs颗–ρ粒)愈下大沉，；沉当速ρs愈<ρ快，，u成<正0,颗比粒关 上大浮，；沉当速ρ越s=快ρ；,颗③粒水既的不粘下度沉越又小不，上沉浮速；越②快颗，粒提直高径水越温
水处理工程
颗粒沉淀曲线
– 将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组沉淀 管，经过t1时间后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定 浓度为c1；…..在t1时刻沉速大于u1的所有颗粒全部沉过 了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1,c1/c0 表示这部分颗粒与全部颗粒之比，记作x1,余类同。将xi 与ui作图，得沉淀曲线。
– 水流状况；颗粒絮凝过程 – 实际水流状况对沉淀过程的影响
» 沉淀池进、出水的影响：进水流速大于池中平均流 速
» 异重流的影响：浑水比清水比重大；温差异重流， 白天效果均低于晚上
» 水流紊动性和稳定性的影响： » 水流紊动性判别Re=vR/ν，平流沉淀池中水流Re为
4000-15000，降低雷诺数有利于沉淀 » 水流稳定性以弗劳德数判别，Fr=v2/Rg，高，对温
× × × ×
×
t=t u *
H t*
* X*
C* C0
× × × ×
水处理工程
η
1Hale Waihona Puke 0.9 0.8 0.7 0.6
0.5
0.4
总去除率
0.3 0.2
表观去除率
0.1
0
0 15 30 45 60 90 180
t(min)
不同沉淀时间的总去除率
水处理工程
二、理想沉淀池 假设： 颗粒为自由沉淀 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。 颗粒到底就被去除。
水处理工程
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
水处理工程
第2节 自由沉淀(discrete particle settling) 一、颗粒沉速公式（Stokes’ law）
–假设条件：
• ①球状颗粒，不可压缩，无凝聚性，沉淀过程中大小、形状
、重量不变；②水处于静止状态③颗粒仅受重力和水的阻力
– 对于指定沉淀时间t0， u0=H/t0 , u≥u0颗粒 全部除去
– u<u0颗粒 部分除去，去除比例h/H，去除量
– 总去除量
hi H
xi
hi uit0 ui H u0t0 u0
hi H
xi
经t0时间沉淀，各种颗粒沉
淀的总去除效率为：
(1x0)u10
x0udx
0
水处理工程
1.0 u
水处理工程
进水Q
表面积A
h
v’ u0 v” u
水流
v”
出
u0
水
dr dh v”
区
h
r0 沉淀区
u
污泥区 r
R
圆形平流沉淀池，径向水 流速度是一变数 对沉速为u0的颗粒，积分
h=H,r=R时
dhu u2rH
dr v Q
hH Q0u(r2r02)AQ H0u
u0
Q A
水处理工程
• 实际沉淀池偏离理想沉淀池条件的情况:
u0
H
x0 dx
h
x
0
u u0
沉速
水处理工程
H hn-2
hn-1 hn
H高度时 各种颗粒
× × ×
百分比为
xj，沉淀h t=0
× ×
距离去除
×
的量 h
×
H •x j
颗粒沉速 u1
u2
u3
u*
un-2
un-1
un
所占% x1
x2
x3
x*
xn-2
xn-1
xn
×
×
t=t1
X1
u1
C C H t1
1 0
水处理工程
水平流速v=Q/(h0 B) B: 池宽 考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底， 称为截留速度。
uu0的颗粒可以全部去除 u<u0的颗粒只能部分去除 去除率为E＝ui/u0 = ui/(Q/A) A—沉淀池表面积 ( u0=h0/t q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率
差、密度异重流及风浪抵抗能力强 » 降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力
半径R。R=过水断面/湿周
理想与实际有差距，设计的表面负荷应为试验值的1/1.251/1.7,平均为1/1.5;沉淀时间为试验值的1.5-2.0倍。
水处理工程
– 二、絮凝沉淀
• 沉淀效率由实验确定。在直径0.1-0.15m
精品jin
水处理工程
第1节 沉淀原理与分类
(Sedimentation, or settling and Clarification) 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）
水处理工程
二、分类： – （1）自由沉淀-沉砂池、初沉池前期发生
• 离散颗粒，尺寸形状不变，相互无干扰，沉速不变 – （2）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） • 颗粒有凝聚性，颗粒相互聚集，粒径质量增大 – （3）成层沉淀（拥挤沉淀）：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层， 形成网状“絮毯”下沉，颗粒群与澄清水层之间有明显的界面。 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 沉速就是界面下沉速度。无机颗粒5-8g/L以上，如泥沙。活性污泥2-3g/L 以上。 – （4）压缩沉淀-污泥浓缩池 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。
t=L/v=Lh0B/Q)
水处理工程
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为 E＝ui/u0 = ui/(Q/A)
颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷及颗粒沉降速度有关，而与 其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。 (Hazen 理论 ,1904年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题： 1）E一定，ui越大，表面负荷越大。ui与混凝效果有关，应重视加强混 凝工艺。 2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A ，可以降低水深――“浅层理论”。
作用
– – –
水阻在中力等重，速浮量沉合纲淀力分情析况得下F1到1 6 Fd 23F (31 6s d3A()g u2s2 8 1 )gd2u2
浮力 阻力
u 4gd(s ) 3
– 对于层流，Re<1时
24 Re
Re ud
u g(s )d2
重力
18
水处理工程
对于非球形颗粒: ：形状系数
u 4gd(s ) 3
Stokes公式，
– ①系颗。粒当ρ与s水>ρ的时密，度u差>0(，ρs颗–ρ粒)愈下大沉，；沉当速ρs愈<ρ快，，u成<正0,颗比粒关 上大浮，；沉当速ρ越s=快ρ；,颗③粒水既的不粘下度沉越又小不，上沉浮速；越②快颗，粒提直高径水越温
水处理工程
颗粒沉淀曲线
– 将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组沉淀 管，经过t1时间后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定 浓度为c1；…..在t1时刻沉速大于u1的所有颗粒全部沉过 了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1,c1/c0 表示这部分颗粒与全部颗粒之比，记作x1,余类同。将xi 与ui作图，得沉淀曲线。
– 水流状况；颗粒絮凝过程 – 实际水流状况对沉淀过程的影响
» 沉淀池进、出水的影响：进水流速大于池中平均流 速
» 异重流的影响：浑水比清水比重大；温差异重流， 白天效果均低于晚上
» 水流紊动性和稳定性的影响： » 水流紊动性判别Re=vR/ν，平流沉淀池中水流Re为
4000-15000，降低雷诺数有利于沉淀 » 水流稳定性以弗劳德数判别，Fr=v2/Rg，高，对温
× × × ×
×
t=t u *
H t*
* X*
C* C0
× × × ×
水处理工程
η
1Hale Waihona Puke 0.9 0.8 0.7 0.6
0.5
0.4
总去除率
0.3 0.2
表观去除率
0.1
0
0 15 30 45 60 90 180
t(min)
不同沉淀时间的总去除率
水处理工程
二、理想沉淀池 假设： 颗粒为自由沉淀 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。 颗粒到底就被去除。
水处理工程
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
水处理工程
第2节 自由沉淀(discrete particle settling) 一、颗粒沉速公式（Stokes’ law）
–假设条件：
• ①球状颗粒，不可压缩，无凝聚性，沉淀过程中大小、形状
、重量不变；②水处于静止状态③颗粒仅受重力和水的阻力
– 对于指定沉淀时间t0， u0=H/t0 , u≥u0颗粒 全部除去
– u<u0颗粒 部分除去，去除比例h/H，去除量
– 总去除量
hi H
xi
hi uit0 ui H u0t0 u0
hi H
xi
经t0时间沉淀，各种颗粒沉
淀的总去除效率为：
(1x0)u10
x0udx
0
水处理工程
1.0 u
水处理工程
进水Q
表面积A
h
v’ u0 v” u
水流
v”
出
u0
水
dr dh v”
区
h
r0 沉淀区
u
污泥区 r
R
圆形平流沉淀池，径向水 流速度是一变数 对沉速为u0的颗粒，积分
h=H,r=R时
dhu u2rH
dr v Q
hH Q0u(r2r02)AQ H0u
u0
Q A
水处理工程
• 实际沉淀池偏离理想沉淀池条件的情况:
u0
H
x0 dx
h
x
0
u u0
沉速
水处理工程
H hn-2
hn-1 hn
H高度时 各种颗粒
× × ×
百分比为
xj，沉淀h t=0
× ×
距离去除
×
的量 h
×
H •x j
颗粒沉速 u1
u2
u3
u*
un-2
un-1
un
所占% x1
x2
x3
x*
xn-2
xn-1
xn
×
×
t=t1
X1
u1
C C H t1
1 0
水处理工程
水平流速v=Q/(h0 B) B: 池宽 考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底， 称为截留速度。
uu0的颗粒可以全部去除 u<u0的颗粒只能部分去除 去除率为E＝ui/u0 = ui/(Q/A) A—沉淀池表面积 ( u0=h0/t q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率
差、密度异重流及风浪抵抗能力强 » 降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力
半径R。R=过水断面/湿周
理想与实际有差距，设计的表面负荷应为试验值的1/1.251/1.7,平均为1/1.5;沉淀时间为试验值的1.5-2.0倍。
水处理工程
– 二、絮凝沉淀
• 沉淀效率由实验确定。在直径0.1-0.15m