第4篇 给水处理沉淀和澄清

•
有： m dvs dt
g(s
1
)
d
6
3
cd
d 3
4
1vs 2
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
沉速基本公式： u 4 g s 1 d 3 cD 1
1.层流区 Re≤1
此时曲线倾角为45°
cD
24 Re
斯笃克斯公式：
占总量百分比： p0
P 1 P0
P0 0
ui u0
dpi
1-p0
E ui Q A
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三、影响沉淀池沉淀效果的因素
1.进出口的影响 进口水流衔接
絮凝池 导流区
连接管
沉淀池
管中流速v ？ 水流惯性
0.1-0.15米
配水花墙
0.3-0.5米
絮凝池
沉淀池
洞口流速
v≯0.15～0.2m/s
三、影响沉淀池沉淀效果的因素
进水区
A
沉淀区
v u
B
污泥区
出水区
C
D
u=u0 的颗粒
v
u<u0 的颗粒
入u
沉降区
流
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
沉淀池过流率与颗粒沉降速度的关系
• u0t=H，vt=L，有
u0=H/t • 又因为：Q=vBH，
所以 H＝Q/(vB)， H
• 所以有：
4) 225
(s
1 )2 g 2 1
3 d
给水处理对象： 0.1mm以下的颗粒 给水沉淀池的颗粒沉淀：层流沉降
颗粒粒径：
d＞0.1mm u ＞7.5mm/s
去除容易
d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除
d=0.001mm 胶体，不能自行下沉 必须混凝去除
第二节 平流沉淀池
一.理想沉淀池 絮凝池流速～平流沉淀池
u
g
18
(s
1)d 2
g
18
(ss
1)d 2
公式适用d≤0.1mm泥沙颗粒， Re在10-4 ~1之间
2.紊流区 1000 ≤Re≤105 此时cD=0.4，代入公式，得到牛顿公式： u
公式适用d＞2mm的砂粒
( s 1 )dg 1
3.过渡区 1000 ≤Re≤105
10 cD Re
1
u
(
T H d ui 有利于沉淀
小结：
E
ui
Q A
提高ui
u0
E
Re
vR γ
降低Re
Fr v 2 Rg
提高Fr
Ui AH
R R
u0 E
浅池理论
斜板斜管 沉淀池
四、构造
（1）进、出水区
①避免矾花破碎；
1.进出口的影响 出口水流衔接
沉淀池
出水管
出水支渠
出水支渠
强烈抽吸
指形渠
2.水流紊动性
Re
vR γ
平流 Re：4000~15000 紊流
∵ 水温不变,γ是常数； v 减小(Q=ω×v), Q 减小
∴ 降低水力半径 R
过水断面 R 湿周
R BH 2H B
加隔墙：
宽：3~8m
R
BH
R , Re , 紊动性
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。
悬浮颗粒在静水中的沉淀
自由沉淀：
颗粒沉淀时不受容器壁和其他悬浮物的影响，颗 粒状沉淀。
拥挤沉淀：
颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）。
一、悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
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。
s ——颗粒的密度； d—颗粒直径； g—重力加速度； 1——水的密度。
• （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1/2vS2有关。
FD
CD A1
2 s
2
•
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；
•
vS——流速（下沉速度）
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
第一节 沉淀分类
1.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
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
理想沉淀池假设条件： 0.2m/s ～ 3-25mm/s
① ui不变：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、密度和 沉速不变。
② 水平流速v不变：水流沿着水平方向流动。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 颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水中。
Eui u0
ui
Q A
ui u0
Q/A—表面负荷率，在数值上等于截流沉速， m3/m2.h = m/.h ;
A — 沉积面积，m2;
去除率公式分析：
① E只与ui、 Q/A有关，与v、H、L、T无关；
② E、 ui、 Q/A 、 H 等因素之间的关系
➢ E 一定，若u i ，则 Q/A
A 不变，Q ，产水量 Q 不变，A ，造价
v u0
L
u0
H t
Q 1 vB t
Q LB
Q A
长为L，有效水深为H， 宽为B的沉淀池，表面积
表面负荷 或过流率
为A=LB.
工程中表面积延伸为与水流方向相 同的沉淀面积.
二、理想沉淀池沉淀过程分析
① 截流速度u0 —能全部去除颗粒中最小颗粒的沉速。 ② 去除率
Eui u0
具有沉速 ui的颗粒去除重量 W1 具有沉速 ui的颗粒总重量 W
• 以球型颗粒为例，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。
颗粒下沉的速度可得自牛顿第二定律：
m dvs dt
F1 F2 FD
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：
F2= 1/6 d3 1 g
➢ Q/A 不变，若u i ，则 E ，出水水质
➢ ui 不变，Q 不变，A
V A H 不变
A H u0 E
提高去除率途径
途径： 提高沉速ui
加强混凝 澄清池
增大A,降低u0—斜板（管）沉淀池
（浅池理论）
总去除率计算公式：
颗粒沉速：umin u1 u2 …… u0 u01 u02 …… umax
4H B
3.异重流和水流稳定性
异重流：水流密度不同
原因：水温 T ,ρ 杂质浓度C , ρ
短流
进
出
水
水
区
环流
区
稳定性：
Fr
v2 Rg
水流惯性力与重力作用对比的比值
R Fr 稳定性 Re
vR γ
水平流速 V
Re 利于降低紊动性
v：10~25mm/s
Fr 不利于提高稳定性
4. 混凝条件
ui ∝ d2