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1、第五章 沉淀第五章 沉淀第一节 悬浮颗粒在静水中的沉淀第二节 理想沉淀池的沉淀原理第三节 沉淀池第四节 沉沙池第五节 澄清池第一节 悬浮颗粒在静水中沉淀1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀以球型颗粒为例，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：（一）颗粒在水中的重力为：F1=1/6 d3（ p- l） gu颗粒下沉速度； m颗粒质量；t时间。p 颗粒的密度；d颗粒直径； （二）颗粒受到的阻力为：与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2lu2有关。1水的密度。CD阻力系数 A颗粒在运动方
2、向垂直 面上的投影面积沉速基本公式颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随 着u增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。 du/dt=0不同水流流态下的沉速公式（1）层流下的Stokes公式（Re1）（2）紊流下的沉速公式（ 1000Re25000 ）（3）过渡区的Allen公式2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀第二节 理想沉淀池的沉淀原理符合以下三个假定1.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，不在凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变。2.水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等。在流动过程中，v始终不变。3.颗粒沉到池底即认为已被去除。一、
3、理想沉淀池进水区出水区沉淀区污泥区Amvu0u0v出水理想沉淀池(1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只与沉淀池的 表面负荷有关，与其他因素无关。(2)混凝效果与沉淀效果的关系：混凝效果好，则ui大，沉淀效 果好。(3)浅池理论：当颗粒沉速一定，有效溶容积一定时，池身些， 则明表面积大，去除率高。具有沉速ui（ ui 10-5改善水流状况：降低Re，提高Fr减小水力半径RRR（2）凝聚作用的影响池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。实际沉淀池偏离理想沉淀池。第三节 沉淀池1.沉淀池的类型（1）平流式沉淀池（2）斜板（管）沉淀池（3）辐流式沉淀池（4）竖流式沉淀池2.平流沉淀
4、池出水区进水区沉淀区存泥区出水出 水 集 水 堰桁车式吸泥机平流沉淀池设计计算控制指标：停留时间 T表面负荷 Q/A在混凝沉淀池中，絮凝体的u0与混水的混凝反应有关，其值 实际上不易测定，所以沉淀池q一般都选取经验值。但在实际沉淀池中，由于存在许多影响沉淀效果的不利因 素，只能选取比u0低的q 值。（1）按表面负荷率 计算在理想沉淀池 中，可取q=u0以计算沉淀 池A。=1.21.5qu0 q = u0 / q小，建筑费用高，但混凝剂投加量较小，运行费用降低了。 相反， q大，建筑费用小，但混凝剂投加量较大，运行 费用增高了，所以q的选定应根据条件相似的沉淀池通过 技术经济原则来确定，一般混凝
5、沉淀池的表面负荷： q=0.350.6 mm/s 或 3050 m /日.米2 在东北地区水温低，水的混凝性能较差，易选取低值，在南 方可适当提高。3沉淀池长： L=3.6vTv水平流速 mm/s;T沉淀时间 （小时）一般13小时（低温低浊 水采用高值）； 沉淀池宽度： （2）按照停留时间计算 V=QT V沉淀池容积（M ）； Q产水量（m /h）； T停留时间（小时）。根据选定的水深H，计算宽度B。L=3.6vT33沉淀池尺寸确定后，可以复合沉淀池中水流的稳定 性，使费劳德数Fr控制在 110-4 110-5 。平流沉淀池的放空排泥管直径，根据水力学中变水 头放空容器公式计算：d排泥管直径（
6、m）；B池宽（m）；L池长（m）；H池深（m）；T放空时间（S）。沉淀池的出水渠采用薄壁溢流堰，渠道断面多采用矩形， 当渠道底坡宽度为0时，渠道底坡水深H可根据下式计算：Q沉淀池流量（m /s）；g重力加速度（m /s）；B渠道宽度（m）。33异向流斜管沉淀池3. 斜板斜管沉淀池一、斜板与斜管沉淀池的特点按照理想沉淀池的理论，可知 沉淀效率为：设原有沉淀池的长度为 L，高度为 H ，如果将沉淀池分为四 层，则每层高度为 H/4。设水平流速v和沉速u0不变，则分层后的沉降迹现坡度不变，从图上可以看出，沉淀池的长度可以缩小L/4。如仍保持原来的沉淀效率，则沉淀池的体积可以缩小1/4。设沉淀池长度L
7、不变，从图上可见，v可以增加到4 v。即分层后的流量可增加至4倍。分层后的沉淀效率 E增加到原有的E四倍。颗粒的沉速ui和流量Q不变，由于沉淀池分层后沉淀面 积增加4倍，从下式可以看出： 为解决好排泥问题，可以用四层斜板代替水平隔板，同样增加沉淀效率4倍。由上述可见，在保证同样的产水量，同样的效率的条件 下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地缩小沉淀池的容积， 使建筑费用大大地降低。但由于保持了相同的截流沉速u0 ，所以仍具有与平流沉淀池相同的沉淀效率。因此，多层沉淀池与平流沉淀池相比，是一种高效能的沉淀构筑物，沉淀距离的减小，从而缩短了沉淀池的长度 和沉淀时间。斜板、斜管沉淀池，R大大地减小了，
8、Re大大地降低了；Fr大大地增大，水流稳定；处于层流状态，从而提高了沉淀效率。斜板、斜管沉淀池由一系列倾斜的薄板组成，斜板斜管沉淀池按水流方向分为：上向流、平向流、下向流三种。Q/A为斜板、斜管的表面负荷率。因此，水力特征参数可以理解为：斜板斜管的截流速度与其表面负荷率之比。综上所述，讨论斜板、斜管沉淀池水力特征参数的依据是：1.水流在斜板（斜管）中的流态为层流；2.斜板（斜管）内纵向流速，随着板间（管内）断面上不同位置而变化。3.颗粒为分散性非絮凝颗粒，颗粒沉降速度不变。二、斜板斜管沉淀池设计计算1.上项流斜板、斜管沉淀池进水方向有三种：第一种不理想，在转弯处直冲斜板中的沉泥，不利沉 泥下滑
9、。第二、三种方向进水较好，在实际中应用较多。2.整流配水装置为了能使水流均匀地进入斜管下的配水区，絮凝池一般应 考率整流措施。.采用缝隙栅条配水，缝隙前狭后宽；采用穿空墙，配水孔v0.15m/s，（应不大于絮 凝池出口流速）；3.倾斜角 越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高； 越大，排泥容易根据生产经验，为使排泥通畅。52 60，一般常取60。4.斜管长度 L斜管长度大则沉淀效果好。试验证明在斜管进口一段距离内，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓缩也较大，此段称为过度段或紊流段.该段以上便看出泥水分离，此段称为分离段。过渡段的长度随管中上升流速而异，该段泥水虽然混杂，但 由于浓度较大，反而有利于接触絮凝，
10、从而有利于分离段的泥水分离。斜板的实际长度L=过渡段长度L0+分离段长度Lt过渡段长度一般估计约200mm.斜板过长会增加造价，而沉淀效率的提高有限，有分离段上部出现一段较长的清水段，并未利用。目前长度多采用8001000mm。5.斜板的板距，斜管的管径d及端面形状斜板的板距从沉效率考虑，越小越高，但从施工、安装、排泥考虑，不宜太小 。d=50150mm, 常取100mm； 斜管管径 d=2540mm,（多边形内切圆直角），端面形状，多采用正六角形。实际应用中，采用斜管较多。d其它沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池在给水处理中的应用： 预沉第四节 沉砂池1 平流沉砂池2 曝气沉砂池第五节 澄清池泥
11、渣为什么有净水作用由于混凝剂混凝浑水后新生成的 泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能 继续吸附和粘附水中的悬浊物质，所以 有净水作用。泥渣具有疏松的结构和很大的表 面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表 面上进行（接触凝聚）要比在水中进行 （自由凝聚）强的多，所以也提高了混 凝效果。悬浮泥渣层具有很高的浓 度（从数百到数千mg/l）,能大大地增 加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒 的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速 度，试验表明，当上升提高1mg/l左 右时，仍能获得良好的出水水质。这个 流速值较沉淀池提高了约1倍。一、泥渣净水的作用二、澄清池的分类澄清池的种类和形式很多，基本上可分为两大类：泥渣悬
12、浮型澄清池 加药后的原水向上通过处于悬浮状态的泥渣层，水中杂质有充分的机会与结构较密的泥渣碰撞凝聚，这样就大大地提高了颗粒的沉速，从而可以提高水流上升流速或产水量。泥渣循环型澄清池泥渣在垂直方向上不断地循环，在泥渣循环的过程中，主动积极地来扑捉水中的杂质，进行接触絮凝作用，使杂质从水中分离出来，泥渣在循环过程中不断地壮大自己，因此，本身流速不断提高，从而提高沉淀效率。泥渣悬浮澄清池原水由进水管进入 进水室，由真空泵造成 的真空而使进水室的水 位上升，此为冲水过程 。当水面达到进水 室最高水位时，进气阀 开启，进水室通大气， 这时进水室内水位迅速 下降，向澄清池放水， 此为放水过程。（一）脉冲澄
13、清池多余的泥渣进入泥渣浓缩室沉淀浓缩后，定期排出 。脉冲发生器有多种形式，设备复杂、噪音大。澄清 池在进水室与池内水为差的作用下，上升流速突然增大，悬浮泥渣层 相应地膨胀。竖井充水时，这时进入池内的水量减少，上升流速降低，悬浮泥渣 层便彻底地收缩，由于充水和放水交替地进行，使悬浮泥渣层交替地上 升（膨胀）和下降（收缩）的运动，故称为脉冲澄清池。（二）悬浮澄清池加过药剂的原水经过气水分 离器后，从穿孔配水管进入澄清 池室，由下向上穿过悬浮泥渣层 中进行絮凝和沉淀。 在泥渣悬浮层中上升流 速恰好使颗粒受到的阻力与 其在水中的重力相等（处于 动力平衡状态），使泥渣颗 粒处于悬浮状态。随着原水不断通过
14、，处 于动力平衡状态的泥渣颗粒 逐渐累积，当浓度达到一定 程度（约数千毫克/升），泥 渣悬浮层即形成。泥渣循环型澄清池主要由第一、第二反 应室和分离室组成，加过药 剂的原水在第一、第二反应 室与高浓度的回流泥渣相接 触，达到较好的絮凝效果， 结成大而重的絮凝体，在分 离室中进行分离。泥渣的循环回流用机械 抽升，故称机械加速澄清池 。（一）机械加速澄清池第一反应室第二反应室原水进入环型三角配水槽，通过缝隙均匀流入第一反应室，因原 水中可能含有气体，汇集在三角槽顶部故应安装透气管，加药地点可在 进水管、三角配水槽，也可数处同时加注药剂，由实验决定。在清水分离区中，由于沉淀面积很大，上升流速很小，
15、悬浮泥渣不断下沉，分离出来的清水经清水保护层汇集于上 部集水槽，引出池外。下沉的泥渣随水往下又回流至第一反应室，在清水 分离区内设有泥渣浓缩室，用以收集多余的泥渣，泥渣经浓 缩后，定期排除池外。第一反应室搅拌设备的作用是，提升叶轮将泥渣提升至第 二反应室，循环利用，搅拌浆使第一反应室的泥渣循环流 动并与进水进行混合和反应。提升叶轮和搅拌浆安装在同一轴上，宜采用无级变 速电动机驱动或用普通电动机通过变速装置带动搅拌设备 。加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬浮泥渣， 驱使泥渣回流，所以它具有较好的调节性能（泥渣浓度、 搅拌速度、泥渣循环量）。特点：1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较好；2、它需要设置变速电动机和减速装置等机电设备 ，结构较复杂。（二）水力循环澄清池原水从池底进入，先经 喷嘴高速喷入喉管，在喉管 下部的喇叭口附近造成真空 而系入回流泥渣。原水与回流泥渣在喉管 中剧烈混合后，被送入第一 反应室和第二反应室。从第二反应室流出的泥 水混合液，在分离室中进行 泥水分离，清水向上汇集于 上部集水槽，下流的泥渣随 水流回流至喷嘴，多余的泥 渣进入泥渣浓缩室，如此周 而复始。原水流量与泥渣回流量之比一般为1：31：4。喉管和喇叭口的高低可用池顶的升降阀调节，以调整喷嘴与喉管的间距，借 以控制回流泥渣量。第一第二特点：
