水质工程学第七章沉淀与澄清

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1、第七章沉淀与澄清7.1悬浮颗粒在静水中的沉淀7.2.1沉淀分类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.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。3.拥挤沉淀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。7.1.2悬浮颗粒在静水中的自由沉

2、淀假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为：(7-1)所受到的水的阻力：(7-2)CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。根据牛顿第二定律可知：(7-3)达到重力平衡时，加速度为零，令式（7-3）左边为零，加以整理，得沉速公式：（7-4）CD与Re有关，见图6-1。1.斯笃克斯公式当Re<1时：呈层流状态(7-5)斯笃克斯公式：(7-6)2.牛顿公式当1000

3、7-2，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。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：（7-10）作Ct点切线，这条切线的斜率表示浓度为Ct的交界面下沉速度：（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(7-12)7.2理想沉淀池的特性分析7.2.1非凝聚性颗粒的沉淀过程分析理想沉淀池的基本假设：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

4、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。理想沉淀池的工作情况见图7-4。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：考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。u≥的颗粒可以全部去除，u<的颗粒只能部分去除对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速和都与沉淀时间有关（7-13）（7-14）令（7-13）和（7-14）相等，代入（7-12）得：（7-15）即：（7-16）一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷在数值上等于截留速度，但含义不同。设原水中沉速为ui（ui

5、进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC，沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗粒的数量为hiBvC（见图7-4），则沉速为ui的颗粒的去除率为：（7-17）根据相似关系得：即（7-18）同理得：（7-19）将式（7-18）和（7-19）代入（7-17）得特定颗粒去除率：（7-20）将（7-16）代入（7-20）得：(7-21)7.2.2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。（1）E一定，越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。（2）一定，增大A，可

6、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――“浅池理论”。7.2.3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uo的颗粒的去除率为：（7-22）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：（7-23）式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率；7.2.4非凝聚性颗粒的沉淀实验分析非凝聚性颗粒在静水中的沉淀实验，用一个圆筒进行，如图7-5所示。在圆筒水面h处开一个取样口，要求颗粒在在水中均匀分布，浓度为C0；然后在分别在t1,、t2、…tn时取样，分别测得浓度为C1、C2、…Cn,对应的沉速分别为h/t1=

7、u1、h/t2=u2、…h/tn=un。设p1、p2、…pn分别代表C1/C0、C2/C0、…Cn/C0则1-pi表示所有速度大于等于ui的颗粒所占的比例，pi代表沉速小于ui的颗粒所占的比例，见图7-5。具有沉速u1、u2的两种颗粒之间的颗粒浓度分数为p1-p2。7.2.5凝聚性颗粒的沉淀实验分析1.实验采取图7-7的沉淀试验筒，筒长尽量接近实际沉淀池的深度，可采用2～3m，直径不小于100mm，设5～6个取样口。先均匀搅拌测定初始浓度，然后试验，每隔一