《水污染控制工程》沉淀理论

的颗
在同一沉淀时间t，下式成立： h u1 t；H u0 t
故
h / H u1 / u0
h dP u1 dP
H
u0
对于沉速为u1（u1<u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的
总量为：
u0 0
u1
/ u0
dP
1 u0
u0 0
u1dP
而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及 u1<u0的两部分，故沉
《水污染控制工程》 第二章
由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：
理想沉淀池工作u=u过0 程分析
的颗粒
v
《水污染控制工程》 第二章
u<u0 的颗粒
进u
沉降区
水
区
出 水 区 u=u0
的颗粒
污泥区
u>u0 的颗粒
u<u0 的颗粒
理想沉淀池的工作原理示意图
《水污染控制工程》 第二章
当某一颗粒进入沉淀池后
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。
说明对于沉速u小于设小指《u沉水0定为降污某速染颗控一度粒制指。工定程颗》粒第的二最章
沉速u0的颗粒，有I. 一当部颗粒分沉会速u沉≥u0时，无论
到池底被去除。
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，即左上图中的
《水污染控制工程》 第二章
悬浮颗粒在水中的受力：重力F1、浮力F2、 摩擦阻力FD
FD
重力大于浮
力时，下沉；
F2
重力等于浮 力时，相对静 止；
F1
重力小于浮 力时，上浮。
悬 浮 颗 粒 在 水 中 的《受水污力染控分制工析程》 第二章
1.悬浮颗粒在水中受到的作用
力Fg
2.
水对自由颗粒的摩擦阻力
Fg是促使沉淀的作用力，
斯托克斯公式:
《水污染控制工程》 第二章
uS
1 18
S
L
g
d
2
颗粒沉降速度us影响因素有：
us与颗粒与水的密度差ρs-ρL成正比关系。 ✓ 当s>时u>0，颗粒下沉；(沉淀法)
✓ 当s<时,u<0，颗粒上浮；(浮上法)
✓ 当s=时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，颗粒既 不下沉也不上浮。(絮凝沉淀或气浮法)
沉淀处理工艺的四种用法
沉砂池：用以去除污水中的无机易沉颗粒物。
初次沉淀池：较经济地去除污水中悬浮固体，减轻后续生 物处理构筑物的有机负荷。
二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活 性污泥等，使处理后的水得以澄清。
污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩， 以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。
是颗粒的重力与水的浮力之
FD λ A (L uS2 / 2)
差：
Fg V S g V L g V g(S L)
式中：Fg——水中颗粒受到的作
用力；
V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度；
g——重力加速度。
式中：
FD——水对颗粒的摩擦阻力； λ——阻力系数； A——自由颗粒的投影面积； uS——颗粒在水中的运动速度，
将上式带入式中 v Q / A' Q / H b 并简化后得出
Q u0 (L / H ) H b u0 A
u0 Q / A
Q/A——反映沉淀池效率的参数，一般称为沉淀池的表面水力 负荷，或称沉淀池的溢流率，用符号q表示：
q Q/ A
理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同： u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流 量，单位是m3/（m2·h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以
形状晰、池的沉污泥速泥水是斗界变中面化及。的浓二。缩次二池沉沉中淀池污池中泥与间的污段浓泥缩浓过缩程 活性池污存中泥在发沉压生淀缩。属沉于淀这。种类型。
液面
在搅 拌的 作用 下分 布均
匀
自由沉淀过程示《意水污图染控制工程》 第二章
含量少的泥砂在水中的沉淀
到一定时间， 沉降完成。
随着沉 降的进 行，上 部变清
us与颗粒直径d的平方成正比。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。
《水污染控制工程》 第二章
沉淀池的工作原理
理想沉淀池
理想沉淀池按功能分区：进水区、沉淀区、出水 区和污泥区 假定 ✓沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流 速为v； ✓悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； ✓在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布 在整个过水断面上； ✓颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
t=0时
t=t1时 来自百度文库=t2时 t=无穷大时
现象：实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。
自由沉淀及其理论基础
《水污染控制工程》 第二章
颗粒为球形
分
析
沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变
的
假
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他
定
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, 颗粒即等速下沉
求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。
理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关， 即与池的体积V无关。当V为定值时，池子越浅，则A值越大，沉淀
效率越高——“浅池沉淀原理”。
《水污染控制工程》 第二章
根据水中悬浮颗粒的性质、凝聚性 能和浓度，沉淀可分成四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀或 成层沉淀
压缩沉淀
悬浮颗悬粒浮浓悬颗悬度浮粒浮不颗浓颗高粒度粒；浓不浓沉度高度淀较；很过高沉高程（淀；中5过颗0悬0程粒0浮m中相g互/L之以间 固体之悬间浮上互颗已）不粒挤；干之压颗扰间成粒，有团的颗互状沉粒相结降各絮构受自凝，到单作互周独用相围进，接其行颗触他沉粒，颗互粒相的支 淀, 颗因粒相沉影互撑淀响聚，轨，集下迹颗增层呈粒大颗直间而粒线相加间。对快的沉位沉水淀置降在过保，上程持沉层中不淀颗,颗变轨粒，的形重成力 粒的物迹理呈一性曲作个质线用整不。下体变沉被共。淀挤同发过出下生程，沉在中使，沉，污与砂颗泥澄池粒得清中的到水。质浓之量缩间、。有二清沉
淀池对悬浮物的去除率为：
1 (1 P0 ) u0
u0 udP
0
式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例； （1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。
上页图的运动迹线中的相似三角形存《在水着污如染下控的制关工程系》：第二章
v / u0 L / H
v u0 (L / H )
迹线xy与x′y′。
II. 当颗粒沉速u<u0时，位于
水面的颗粒不能沉到池底，
会随水流出，如左下图中
轨迹xy″所示；而当其位
于水面下的某一位置时，
它可以沉到池底而被去除，
如图中轨迹x′y所示。
《水污染控制工程》 第二章
设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的
粒将会从水中沉到池底而去除。
h dP H
当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周 围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力 作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层 流状态。
在层流状态下，λ=24/Re， Re usdL /
带入式中，整理得球状颗L粒自由沉淀的沉速公式 （亦称斯托克斯公式）：
uS
1 18
S
L
g
d
2
式中:μ——水的动力黏度。
即颗粒沉速。
《水污染控制工程》 第二章
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时， Fg FD
即 V g(S L ) A (L uS2 / 2)
因
V 1 πd 3，A 1 πd 2
6
4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
1/ 2
uS
4
g
(
S 3
L
L
)
d
《水污染控制工程》 第二章
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i=u/v
v Q / A' Q /(H b)
式中：v——颗粒的水平分速； Q——进水流量；
《水污染控制工程》 第二章
第二章 污水的物理处理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
格栅和筛网 沉淀的基础理论 沉砂池 沉淀池 隔油池 气浮池
《水污染控制工程》 第二章
第二节 沉淀的基础理论
《水污染控制工程》 第二章
沉淀法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。