第三章 沉淀與澄清 - 張靜

第三章沉淀與澄清本章主要介紹沉淀和澄清的基本原理；沉淀（平流、斜板與斜管沉淀池）和澄清構(gòu)筑物；重點是沉淀效率的計算，構(gòu)筑物設(shè)計。第一節(jié)懸浮顆粒在靜水中沉降自由沉淀：顆粒沉淀過程中，彼此沒有干擾，只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用。擁擠沉淀：顆粒沉淀過程中，彼此互相干擾或受到容器壁的干擾。沉降分類：自由沉降假設(shè)：1、自由沉淀速度在靜水中的重力F1:CD

阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)Re有關(guān)；球形顆粒在垂直方向投影面積。

顆粒及水的密度；g重力加速度；水的阻力F2:1、自由沉淀速度F1-F2=mdu/dtCD—Re關(guān)系CD=24/Re

2、自由沉淀公式（I）Re<1

層流狀態(tài)Stokes公式2、自由沉淀公式(II)牛頓公式1000<Re<25000紊流狀態(tài)

2、自由沉淀公式(III)Allen公式1<Re<1000過渡區(qū)隨堂練習已知顆粒密度ρ=2.65g/cm3，粒徑d=0.45mm（按照球形顆?？紤]），求該顆粒在20oC水中沉降速度為多少？（Re=2000）3、顆粒擁擠沉降（１）產(chǎn)生擁擠沉降的條件：給水處理：高濁度水>5g/L；活性污泥：污泥含量>1g/L；礬花絮體：礬花濃度>2~3g/L；（2）分層沉淀現(xiàn)象及分區(qū)變濃度區(qū)清水區(qū)等濃度區(qū)壓實區(qū)等速下沉發(fā)生條件：最大顆粒：最小顆粒<6:1第二節(jié)平流沉淀池組成：進水區(qū)；沉淀區(qū)；出水區(qū)；污泥區(qū)1、理想沉淀池的工作過程Avbb’u0IIIBIIIA’B’

2、沉降過程分析直線Ⅰ u>u0

，完全去除；直線III u=u0，剛剛?cè)コ?；直線Ⅱ u<u0，部分去除；基本假設(shè)：顆粒處于自由沉淀狀態(tài)，u=h/t；水平流速不變，v=L/T；沉降后的污泥不再返回水體；3、截流速度u0定義：沉淀池所能去除的最小顆粒的沉速。直線Ⅲ表面負荷Q/A：單位沉淀池面積的產(chǎn)水量。L沉淀區(qū)的長度，m；H0

沉淀區(qū)的水深，m；u0

顆粒的截留沉降速度，m/s；V水平流速，m/s；討論：表面負荷（溢流率）；截流速度；它們的含義和它們之間的關(guān)系是什么？4、特定顆粒沉淀效率分析特定顆粒ui<u0；5、公式討論Q和A一定，ui越大，則E越大；E一定，ui越大，Q/A越大，產(chǎn)水量越大；ui

、Q一定時，A越大，則E越大。當沉淀池容積一定時，池身淺則A大，E越大，這就是“淺池理論”;斜板沉淀池和斜管沉淀池就是基于“淺池理論”。6、總沉淀效率公式沉速為ui的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的百分率沉速小于u0的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的百分率

7、沉淀池去除率計算（１）試驗方法：沉降柱試驗；在水面h以下開口取樣，測水中懸浮物濃度c0

，c1

，c2，…ci…，可以得到：P1=c1/c0,P2=c2/c0,…

Pn=cn/c0u1=h1/t1,u2=h2/t2,…un=hn/tn;該濃度代表什么？（2）試驗結(jié)果的P-u曲線（3）計算u0P0100-P0ui隨堂練習隨堂練習第三節(jié)影響沉淀池效果的因素（１）短流池結(jié)構(gòu)(進出口流態(tài))進水慣性、水流抽吸（出水堰）；外界影響（風、水質(zhì)、濃度、溫度差）異重流、風浪引起的短流；池內(nèi)其他設(shè)備的存在導流壁、刮泥設(shè)施。第三節(jié)影響沉淀池效果的因素（２）Re和Fr的影響Re—慣性力與粘滯力的比值Re越小越有利于沉降Fr—慣性力與重力的比值Fr越大越有利于流態(tài)保持穩(wěn)定討論各個參數(shù)第三節(jié)影響沉淀池效果的因素（３）凝聚作用的影響流速梯度的存在促進絮凝；顆粒的不均勻性影響顆粒的沉速；沉淀時間越長，速度梯度引起的絮凝越完善；水深越大，由于沉速不同引起的絮凝越完善。本節(jié)重點回顧理想沉淀池的三個條件沉淀效率的計算第四節(jié)平流式沉淀池設(shè)計進水區(qū)：水流均勻分布；0.15~0.2m/s；沉淀區(qū)：降低Re；提高Fr；出水區(qū)：出水均勻；出水堰；存泥區(qū)及排泥措施：斗型底重力排泥；穿孔管排泥；機械排泥。1、平流式沉淀池分區(qū)及基本要求結(jié)構(gòu)要求出水堰淹沒式孔口穿孔墻沉淀池進口布置：

--孔口流速不宜大于0.15-0.2m/s沉淀池出口布置：

--（堰口溢流率小于５００m3/m.d）沉淀池排泥２、控制指標表面負荷Q/A：停留時間t３、參數(shù)選擇t=1～3h；v=10～25mm/s；H=3～3.5m；B<15m；宜每格3~8m；

L/B≥4.0；

L/H宜≥10；參數(shù)選擇依據(jù)：原水水質(zhì)；出水水質(zhì)；水溫；運行經(jīng)驗；４、計算方法表面負荷Q/A法：A=Q/u0u0=0.6mm/sL=3.6vtv=14mm/sB=A/LH=Qt/BLH＝3—4m復核

Fr（10－4～10－5）

Re4000～15000沉淀時間t和水平流速法（實際應(yīng)用中多用）V=Qt，B=V/LH５、其他結(jié)構(gòu)設(shè)計

放空排泥管徑d：出水渠起端水深H：出水渠起端水深H：6、平流式沉淀池特點優(yōu)點：構(gòu)造簡單，池深較淺，造價較低；沉淀效果穩(wěn)定，操作管理方便；對原水變化的適應(yīng)性強，耗藥量較低；缺點：平面面積較大，池深較淺，常限制了后續(xù)濾池形式的選用；一般適宜用做大、中型水廠的沉淀；單池處理水量在2萬m3/d以上。第五節(jié)斜板沉淀池設(shè)計1、分類：同向流逆向流橫向流材料要求輕質(zhì)、堅固、無毒、價廉斜板沉淀池示意圖：（斜板沿短邊布置）2、斜板沉淀池分析及計算Q上=u0（Af+A）Af=nａfA=naQ上=u0Afaf=Ld/sinQ下=u0（Af－A）上向流斜板沉淀池分析（I）上向流斜板沉淀池分析（II）下向流斜板沉淀池分析（I）下向流斜板沉淀池分析（II）3、斜管沉淀池設(shè)計q=Q/Aq=2.5-3.0mm/s;核算：Re<200；Fr=10－3～10－4；q：表面負荷；A：沉淀池清水區(qū)表面積；A,：斜管的凈出口面積；V：斜管內(nèi)的流速；4、斜管沉淀池特點Re<200；Fr=10－3～10－4；沉淀效率高，平面面積小，造價較低；對水質(zhì)變化有一定適應(yīng)性；適用水量規(guī)模的幅度較大；特別適用于原平流沉淀池的挖潛改造。斜板沉淀池常用參數(shù)斜板(管)傾角斜板(管)長度水流方向泥流方向流速mm/s同向流上部：30~400下部：6002~2.5m向下向下<8~10異向流6001~1.2m向上向下<3橫向流600水平向下幅流式沉淀池（I）幅流沉淀池（II）第六節(jié)澄清池國際三十年代開始應(yīng)用澄清池；我國六十年代初開始采用澄清池；1、澄清池特點集絮凝反應(yīng)和沉淀于一池；利用接觸絮凝去除雜質(zhì)；泥渣層必須有一定的容積與濃度。接觸絮凝基本數(shù)學公式單位容積水中絮體的總體積：ＧＴ一定時，水中顆粒濃度以絮體體積濃度的指數(shù)方關(guān)系減少；保持一定的絮體體積可以加強絮凝過程；絮凝發(fā)生在初始顆粒與宏觀絮體之間，稱接觸絮凝；2、澄清池分類泥渣懸浮型（過濾型）澄清池：懸浮澄清池脈沖澄清池泥渣循環(huán)型澄清池：水力循環(huán)澄清池機械攪拌澄清池(1)懸浮澄清池過程：原水在通過泥渣層的過程中，和池內(nèi)活性泥渣進行接觸、絮凝，使細小絮粒粘結(jié)在原有的大絮粒上；當水流通過時，水中的懸浮雜質(zhì)即被懸浮泥渣層所截留，使混水得以澄清。特點：對水量、水溫變化比較敏感，一般適用于流量變化較?。ú淮笥冢保埃ィ┑那闆r；一般在中、小型水廠中采用。懸浮澄清池(2)脈沖澄清池過程：利用脈沖發(fā)生器將進入池子的原水脈動地放入池底配水系統(tǒng)；在配水管的孔口以高速噴出，并激烈地撞在人字穩(wěn)流板上；原水與混凝劑在配水管與穩(wěn)流板之間的狹窄空間中，以極短時間進行充分的混合和初步反應(yīng)而形成絮粒；然后通過穩(wěn)流板縫隙整流后，以緩慢速度垂直上升形成了懸浮泥渣層。特點：對水量、水溫突變反應(yīng)敏感；原水中不宜含有大量較粗顆粒的泥砂；一般適用于進水濁度在3000度以下，短時間內(nèi)允許到達5000—10000度的水廠。脈沖澄清池脈沖澄清池工作原理脈沖發(fā)生器(3)機械攪拌澄清池過程：利用機械攪拌作用使泥渣循環(huán)；特點：對水量、水質(zhì)變化的適應(yīng)性較強；最適宜原水濁度在1000度以下，短時間允許到達5000-10000度；高濁度時需設(shè)置局部連續(xù)刮泥設(shè)施；低濁度時，要求加強混凝劑和助凝劑的選用。機械攪拌澄清