水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件

第四章沉淀與澄清§4-1沉淀理論§4-2沉淀構(gòu)筑物及其設(shè)計第四章沉淀與澄清§4-1沉淀理論1沉淀理論4.1.1沉淀的功能及基本類型4.1.2沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析4.1.3理想沉淀池效率分析4.1.4實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別沉淀理論4.1.1沉淀的功能及基本類型2沉淀的功能與基本類型一、沉淀和澄清在水處理中的功能二、沉淀的分類

沉淀的功能與基本類型一、沉淀和澄清在水處理中的功能3給水處理中的功能沉淀分離經(jīng)混凝過程產(chǎn)生的絮體，常采用澄清池以得到澄清的出水，是飲用水處理的一個重要環(huán)節(jié)，要求濁度<20°

比濁法測定，將水樣和用高嶺土配制的濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較側(cè)度不高，并規(guī)定一升蒸餾水中含有1毫克二氧化硅為一個濁度單位，簡稱1度。給水處理中的功能沉淀分離經(jīng)混凝過程產(chǎn)生的絮體，常采用4沉淀的分類根據(jù)沉淀物質(zhì)的性質(zhì)、絮凝性、濃度分為四類。1、自由沉淀(discretesettling)2、絮凝沉淀（flocculationsettling）3、成層沉淀（zonesettling）4、壓縮沉淀（compresssettling）

沉淀的分類根據(jù)沉淀物質(zhì)的性質(zhì)、絮凝性、濃度分為四類。5自由沉淀

顆粒在沉淀過程中呈離散狀態(tài)，其尺寸、質(zhì)量、形狀均不改變，下沉不受干擾。

自由沉淀6絮凝沉淀沉淀過程中，顆粒的尺寸、質(zhì)量隨深度增加而增大，沉速相應(yīng)提高。

絮凝沉淀7成層沉淀又叫擁擠沉淀。顆粒在水中的濃度較大，下沉過程中彼此干擾，形成清水與渾水的明顯界面并逐漸下移。

成層沉淀8壓縮沉淀

顆粒在水中的濃度增高到顆粒相互接觸并部分地受到壓縮物支撐。發(fā)生于沉淀池底及濃縮池中。

壓縮沉淀9沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析一、沉淀的基本理論二、沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析

沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析一、沉淀的基本理論10雷諾數(shù)（Reynoldsnumber）表征流體流動情況的無量綱數(shù)，以Re表示，Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長度。例如流體流過圓形管道，則d為管道直徑。利用Re可區(qū)分流體的流動是層流或湍流，也可確定物體在流體中流動所受到的阻力Re表示作用于流體微團(tuán)的慣性力與粘性力之比。Re越小意味著粘性力影響越顯著，越大則慣性力影響越顯著雷諾數(shù)（Reynoldsnumber）表征流體流動情況的無11沉淀的基本理論顆粒在水中的沉降速度是顆粒重力與浮力雙重作用的結(jié)果，可認(rèn)為受四個因素的影響：1、沉速公式2、計算示例

沉淀的基本理論顆粒在水中的沉降速度是顆粒重力與浮力雙12沉速公式通常采用stokes公式描述水中顆粒的自由沉降（推導(dǎo)從略）①層流區(qū)：

（4-1）該公式適用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情況

沉速公式通常采用stokes公式描述水中顆粒的自由沉13沉速公式②過度區(qū)：

（4-2）該公式適用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情況

沉速公式②過度區(qū)：（4-2）該公式適用于0.1<d≤2m14沉速公式③紊流區(qū)：（4-3）該公式適用于1000≤Re的情況利用上述公式計算時，可先假定一個Re區(qū)，計算出u后帶入Re定義式進(jìn)行校核，若不符合假定，則重復(fù)上述步驟計算，直至符合為止。

沉速公式③紊流區(qū)：（4-3）該公式適用于1000≤Re的15沉速公式例：油珠直徑為80μm，密度為0.8g/cm3，水溫20℃，計算油珠在水中的上升速度。解：已知d=0.008m，查表20℃時μ=0.0101g/cm3·s，帶入式（4-1）中（相當(dāng)于假定為層流）計算得：u=0.0691cm/s運(yùn)動粘滯系數(shù)ν=0.0101cm2/s，帶入Re定義式可得：沉速公式例：油珠直徑為80μm，密度為0.8g/cm3，水溫16沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析——作用：用于分析靜置沉淀；確定水中懸浮顆粒的沉降特性1、自由沉淀試驗(yàn)2、絮凝沉淀3、擁擠沉淀（高濃度懸浮液的沉淀試驗(yàn)）

沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析——作用：用于分析靜置沉淀；確定水中懸17自由沉淀試驗(yàn)自由沉淀一般采用單筒沉淀柱試驗(yàn)確定懸浮顆粒的沉降特性。1）試驗(yàn)裝置2）試驗(yàn)方法3）沉淀效率η的求取

自由沉淀試驗(yàn)自由沉淀一般采用單筒沉淀柱試驗(yàn)確定懸浮顆粒的18水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件19自由沉淀試驗(yàn)沉淀柱有效水深H，懸浮物原始濃度為C0。在時間t1時從水深H處取樣測得C1，則認(rèn)為沉速大于u1（H/t1）的顆粒均已通過H，殘余顆粒必然具有小于u1的沉速，則沉速小于u1的顆粒與全部顆粒的比例x1=C1/C0。在時間t2、t3......時重復(fù)試驗(yàn)，可得出對應(yīng)的u2、u3......和x2、x3......，將這些數(shù)據(jù)整理可繪出（粒度分布曲線）。

自由沉淀試驗(yàn)沉淀柱有效水深H，20（粒度分布曲線）（粒度分布曲線）21自由沉淀試驗(yàn)

設(shè)要求的最小沉速為u0，則u≥u0的顆粒在t0時可全部去除，而u<u0的顆粒可部分去除，去除比例為h/H，h代表在t0時剛好沉到底部的某種顆粒的沉降距離。

（4-4）故u<u0的顆粒在t0內(nèi)按u/u0的比例去除自由沉淀試驗(yàn)設(shè)要求的最小沉速為u0，（4-4）故u<u022自由沉淀試驗(yàn)t0時間內(nèi)顆粒的總?cè)コ蕿椋?/p>

（4-5）上式中第一項由u0求得，第二項對粒度分布曲線圖解積分求得。

自由沉淀試驗(yàn)t0時間內(nèi)顆粒的總?cè)コ蕿椋海?-5）23絮凝沉淀試驗(yàn)1）試驗(yàn)裝置2）試驗(yàn)方法3）η-t曲線，等效沉淀曲線

絮凝沉淀試驗(yàn)1）試驗(yàn)裝置24擁擠沉淀試驗(yàn)1）形成擁擠沉淀的條件2）沉淀特征（見圖4-1-3）3）沉淀曲線（界面高度與時間的關(guān)系）4）研究擁擠沉淀的方法

擁擠沉淀試驗(yàn)1）形成擁擠沉淀的條件25擁擠沉淀試驗(yàn)——濃度：礬花2~3g/L活性污泥1g/L泥砂5g/L——顆粒間的粒度差異：dmax/dmin<6

擁擠沉淀試驗(yàn)26擁擠沉淀試驗(yàn)——分為四個層：澄清液層、受阻沉降層、過度層、壓縮層——清水與固體有清晰界面，該界面等速下降——壓縮區(qū)內(nèi)部自上而下，沉速遞減——沉淀過程中，清水區(qū)高度不斷增加擁擠沉淀試驗(yàn)——分為四個層：澄清液層、受阻沉降層、過度層、壓27A澄清液層、B受阻沉降層、C過渡層、D壓縮層A澄清液層、B受阻沉降層、C過渡層、D壓縮層28水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件29擁擠沉淀試驗(yàn)——利用沉淀過程線分析：Kynch法、Fitch法

——建立沉速—濃度函數(shù)關(guān)系v=f（C）（多筒試驗(yàn)）：固體通量法、吉岡法

擁擠沉淀試驗(yàn)——利用沉淀過程線分析：Kynch法、Fitch30一、基本假定二、推導(dǎo)

三、公式的物理意義

理想沉淀池效率分析一、基本假定理想沉淀池效率分析31基本假定a．水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，水平流速為v，從入口到出口的流動時間為t；b．在入流區(qū)，顆粒沿截面均勻分布并處于自由沉淀狀態(tài)，顆粒的水平分速等于水平流速v；c．懸浮物以等速下沉；d．顆粒一碰到池底即認(rèn)為被去除

基本假定a．水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，水平流速為v，從入32推導(dǎo)以平流式理想沉淀池為例（如圖4-1-5所示）

截留速度：

（4-6）水平流速：

（4-7）（4-8）推導(dǎo)以平流式理想沉淀池為例（如圖4-1-5所示）截留速度：33平流沉淀池平流沉淀池34平流沉淀池工作原理圖平流沉淀池工作原理圖35推導(dǎo)把（4-7）代入（4-8）可得：

（4-9）式中：q0——表面負(fù)荷率或過流率，m3/m2·h

截留速度剛好等于單位時間單位面積上流過的水量推導(dǎo)把（4-7）代入（4-8）可得：（4-9）式中：q0—36公式的物理意義顆粒在沉淀池中的截留速度剛好等于單位時間單位面積上流過的水量，為沉淀池的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

若定義：具有沉速ui<u0的顆粒的去除比例為該顆粒的去除效率，則：

（4-10）說明ηi與水深、沉淀時間、水平流速、池長無關(guān)。（Hazen理論）

公式的物理意義顆粒在沉淀池中的截留速度剛好等于單位時37公式的物理意義a．若ηi一定，則ui增大，q0增大；q0一定，則ui增大，ηi增加b．若Q一定、ui一定，則A增加，ηi增加；Q、ui一定時，對相同體積的池子，H減小，則A增大，ηi增加。Hazen理論提供了提高沉淀池效率的依據(jù)

公式的物理意義a．若ηi一定，則ui增大，q0增大；q0一定38實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別一、水的流動狀態(tài)二、其它因素

實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別一、水的流動狀態(tài)39水的流動狀態(tài)1、短流2、紊流

水的流動狀態(tài)1、短流40短流實(shí)際的平均停留時間較理想的短，稱為短流現(xiàn)象。短流的存在，使池子的容積利用率降低。引起短流的原因:——流速分布不均勻——進(jìn)出口配水的不均勻，造成死區(qū)；——異重流——池子的構(gòu)造

短流實(shí)際的平均停留時間較理想的短，稱為短流現(xiàn)象。短流41紊流進(jìn)水時產(chǎn)生射流，如穿孔墻孔眼流速為0.1～0.2m/s

紊流進(jìn)水時產(chǎn)生射流，如穿孔墻孔眼流速為0.1～0.42其它因素——池深:絮凝效果；防止已沉顆粒沖刷上浮——沉淀時間:絮凝沉淀因此，設(shè)計沉淀池時，除了對表面負(fù)荷率有要求外，還對停留時間、池深、進(jìn)出水構(gòu)造、排泥方式等均有要求。通常，對于靜置沉淀得出的試驗(yàn)結(jié)果，在用于設(shè)計時還需考慮一定的安全系數(shù)。一般在設(shè)計時：q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0其它因素——池深:絮凝效果；防止已沉顆粒沖刷上浮43沉淀池概述一、平流式沉淀池(horizontalflowSedimentationTank)二、豎流式沉淀池(verticalflowST)三、斜板（管）沉淀池（tilted-plateST）四、澄清池（clarifier，clarificationtank）

沉淀池概述44概述沉淀池是一種主要的固液分離構(gòu)筑物。在生物處理工藝中起預(yù)處理作用的沉淀池稱為初沉池，生物處理后起澄清出水和濃縮污泥的稱為二沉池。除在生物處理中作為固液分離的主要構(gòu)筑物外，在別的工藝中也常作為固液分離的主要構(gòu)筑物。根據(jù)水流，一般將沉淀池分為三種:平流式(矩形)、豎流式(園、方、正多邊形)和輻流式(多為園形，也可為方形)

概述沉淀池是一種主要的固液分離構(gòu)筑物。在生物處理工藝中起45概述沉淀池構(gòu)造根據(jù)功能分為五個區(qū):進(jìn)水區(qū):保證進(jìn)水均勻分布在整個進(jìn)水?dāng)嗝嫔?，避免短流，減少死角和紊流影響，提高容積利用系數(shù)。出水區(qū):均勻出水(目的同上)，阻攔浮渣沉淀區(qū):污水與顆粒分離，工作區(qū)污泥區(qū):污泥貯放、濃縮、排除緩沖區(qū):分隔沉淀區(qū)，保證沉下的顆粒不因水流攪動而再次浮起進(jìn)入沉淀區(qū)。

概述沉淀池構(gòu)造根據(jù)功能分為五個區(qū):46平流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-3）2主要設(shè)計參數(shù)3設(shè)計計算

平流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-3）47構(gòu)造形式——進(jìn)水區(qū)整流、布水構(gòu)造：均勻布水、消能、防止短流、異重流及沖刷污泥橫向潛孔+擋板（如圖4-2-4所示）豎向潛孔+擋板（如圖4-2-5所示）穿孔花墻（如圖4-2-6所示）

構(gòu)造形式——進(jìn)水區(qū)整流、布水構(gòu)造：均勻布水、消能、防止短流、48構(gòu)造形式——出水區(qū)構(gòu)造：均勻集水、攔截漂浮物、防止短流、溝流，定容薄壁(平頂)堰、鋸齒堰、淹沒式孔口出流（如圖4-2-7所示）堰:控制池內(nèi)水位，均勻出水；須保證單位堰長上溢流量相等(堰頂嚴(yán)格水平)，且不宜過大，否則滯泥。若單寬流量不能滿足，應(yīng)增大堰長。增加堰長的方法舉例（見圖4-2-8）

構(gòu)造形式——出水區(qū)構(gòu)造：均勻集水、攔截漂浮物、防止短流、溝流49構(gòu)造形式——集泥、貯泥:設(shè)泥斗多斗式單斗式：刮泥機(jī)（鏈帶式、行車式刮泥機(jī)）——排泥:重力（靜壓）排泥排泥管（見圖4-2-9）吸泥車排泥井（見圖4-2-10）

構(gòu)造形式——集泥、貯泥:設(shè)泥斗50水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件51水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件52水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件53水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件54水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件55水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件56水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件57水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件58主要設(shè)計參數(shù)控制沉淀效率的工藝參數(shù):表面負(fù)荷率(截留速度)沉淀時間——通過試驗(yàn)獲得:q設(shè)=qo/(1.25～1.75)t設(shè)=(1.5~2.0)to有效水深H——經(jīng)驗(yàn)(常用):見表4-2-1主要設(shè)計參數(shù)控制沉淀效率的工藝參數(shù):59主要設(shè)計參數(shù)考慮布水均勻，減小紊流，增大穩(wěn)定性:——水平流速：≯5mm/s——每格長/寬：4~5長/高：8~12（校核?。隽餮呱县?fù)荷率：初沉池<2.9l/s.m二沉池≯1.7l/s.m主要設(shè)計參數(shù)考慮布水均勻，減小紊流，增大穩(wěn)定性:60主要設(shè)計參數(shù)——超高≮0.3m，有效水深宜2~4m——池數(shù)n≥2——貯泥斗容積：初沉池一般≯2日污泥量；二沉池一般≯2小時污泥量——排泥水頭：靜壓排泥時，初沉池靜水壓頭≮1.5m，二沉池在生物膜法后應(yīng)≮0.9m，曝氣池后≮1.2m主要設(shè)計參數(shù)——超高≮0.3m，有效水深宜2~4m61水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件62豎流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-11）2沉淀效率3主要設(shè)計參數(shù)4設(shè)計計算

豎流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-11）63構(gòu)造形式平面多為圓形或正方形，D(或邊取)<10m（若太大有什么問題），一般4~7m中心管進(jìn)水(設(shè)反射板)池周設(shè)薄壁或鋸齒堰出水，D>7m時考慮設(shè)輻射式出水槽進(jìn)水口以上為沉淀區(qū)，以下緩沖、浮泥區(qū)(泥斗)排泥:靜水壓力，排泥管

構(gòu)造形式平面多為圓形或正方形，D(或邊取)<10m（若太大有64水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件65沉淀效率豎流沉淀池的表面負(fù)荷率=上升流速vu>v(去除)沉下u<v帶出u=v懸浮對自由沉淀去除率低于基本類型絮凝沉淀情況較復(fù)雜（顆粒相互碰撞，加速絮凝作用，去除率提高；接觸凝聚、截留、過濾等作用均存在）

沉淀效率豎流沉淀池的表面負(fù)荷率=上升流速v66主要設(shè)計參數(shù)工藝參數(shù):表面負(fù)荷率停留時間堰上負(fù)荷構(gòu)造要求:D/H>3；中心管流速≯30mm/s；中心管下口應(yīng)設(shè)喇叭口及反射板，底板面距泥面≮0.3m其余同平流沉淀池

主要設(shè)計參數(shù)工藝參數(shù):表面負(fù)荷率停留時間堰67斜板（管）沉淀池1淺池原理2提高效果的原因3構(gòu)造和特征4設(shè)計計算

斜板（管）沉淀池1淺池原理68淺池原理在如圖4-2-17所示的理想沉淀池中，顆粒的運(yùn)動軌跡可描述為：

（4-8）當(dāng)L、v不變時，H越小，則可截留的顆粒的u0越小。此即淺池原理。

淺池原理在如圖4-2-17所示的理想沉淀池中，顆粒的69淺池原理若原沉淀池高度為H，顆粒截留速度為u0，停留時間為t=H/u0。當(dāng)沉淀池高度變?yōu)樵瓉淼?/n時，則：

（4-22）該式說明：采用淺池原理設(shè)計的沉淀池可大大縮短停留時間。實(shí)踐中，采用淺池原理設(shè)計的沉淀池有斜板、斜管沉淀池

淺池原理若原沉淀池高度為H，顆粒截留速度為u0，停留70水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件71提高效果的原因a．淺池中水流為層流狀態(tài)，減少了水流及外界因素造成的紊流；b．水流狀態(tài)穩(wěn)定，利于顆粒沉降缺點(diǎn)：因H小，排泥問題難解決，易堵塞。（因此，對于懸浮物濃度高的沉淀池一般不推薦使用斜板）

提高效果的原因a．淺池中水流為層流狀態(tài)，減少了水流及外界因素72構(gòu)造特征根據(jù)水流方向，可分為同向流、異向流、側(cè)向流三種同向流（見圖3-2-18）異向流(豎流式+斜板)（見圖3-2-19）

側(cè)向流(豎流式+斜板，輻流式+斜板)（見圖3-2-20）

構(gòu)造特征根據(jù)水流方向，可分為同向流、異向流、側(cè)向流三73水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件74水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件75水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件76設(shè)計計算理論公式推導(dǎo)（見圖4-2-21）設(shè)有n塊斜板，流量為Q，沉淀池池長為L’，寬為B，經(jīng)推導(dǎo)可得：

（4-23）異向流斜板：Q=u0（A斜板+A池）（4-24）同向流斜板：Q=u0（A斜板-A池）（4-25）

設(shè)計計算理論公式推導(dǎo)（見圖4-2-21）（4-23）異向流77水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件78澄清池1作用：去除濁度較低的原水中的懸浮物，得到澄清的出水。2工作特征:將混合反應(yīng)和沉淀分離集于一個池中。反應(yīng)區(qū)有較高濃度的絮體凝粒，產(chǎn)生接觸凝聚作用，使脫穩(wěn)顆粒得到有效去除。3分類：泥渣循環(huán)型——機(jī)械加速澄清池，水力循環(huán)澄清池泥渣懸浮型——懸浮澄清，脈沖澄清池

4構(gòu)造與特征：見圖3-2-22、23、24、25

澄清池1作用：去除濁度較低的原水中的懸浮物，得到澄清的出水79脈沖澄清池脈沖澄清池80機(jī)械加速澄清池機(jī)械加速澄清池81懸浮澄清池懸浮澄清池82水力循環(huán)澄清池水力循環(huán)澄清池83第四章沉淀與澄清§4-1沉淀理論§4-2沉淀構(gòu)筑物及其設(shè)計第四章沉淀與澄清§4-1沉淀理論84沉淀理論4.1.1沉淀的功能及基本類型4.1.2沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析4.1.3理想沉淀池效率分析4.1.4實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別沉淀理論4.1.1沉淀的功能及基本類型85沉淀的功能與基本類型一、沉淀和澄清在水處理中的功能二、沉淀的分類

沉淀的功能與基本類型一、沉淀和澄清在水處理中的功能86給水處理中的功能沉淀分離經(jīng)混凝過程產(chǎn)生的絮體，常采用澄清池以得到澄清的出水，是飲用水處理的一個重要環(huán)節(jié)，要求濁度<20°

比濁法測定，將水樣和用高嶺土配制的濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較側(cè)度不高，并規(guī)定一升蒸餾水中含有1毫克二氧化硅為一個濁度單位，簡稱1度。給水處理中的功能沉淀分離經(jīng)混凝過程產(chǎn)生的絮體，常采用87沉淀的分類根據(jù)沉淀物質(zhì)的性質(zhì)、絮凝性、濃度分為四類。1、自由沉淀(discretesettling)2、絮凝沉淀（flocculationsettling）3、成層沉淀（zonesettling）4、壓縮沉淀（compresssettling）

沉淀的分類根據(jù)沉淀物質(zhì)的性質(zhì)、絮凝性、濃度分為四類。88自由沉淀

顆粒在沉淀過程中呈離散狀態(tài)，其尺寸、質(zhì)量、形狀均不改變，下沉不受干擾。

自由沉淀89絮凝沉淀沉淀過程中，顆粒的尺寸、質(zhì)量隨深度增加而增大，沉速相應(yīng)提高。

絮凝沉淀90成層沉淀又叫擁擠沉淀。顆粒在水中的濃度較大，下沉過程中彼此干擾，形成清水與渾水的明顯界面并逐漸下移。

成層沉淀91壓縮沉淀

顆粒在水中的濃度增高到顆粒相互接觸并部分地受到壓縮物支撐。發(fā)生于沉淀池底及濃縮池中。

壓縮沉淀92沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析一、沉淀的基本理論二、沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析

沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析一、沉淀的基本理論93雷諾數(shù)（Reynoldsnumber）表征流體流動情況的無量綱數(shù)，以Re表示，Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長度。例如流體流過圓形管道，則d為管道直徑。利用Re可區(qū)分流體的流動是層流或湍流，也可確定物體在流體中流動所受到的阻力Re表示作用于流體微團(tuán)的慣性力與粘性力之比。Re越小意味著粘性力影響越顯著，越大則慣性力影響越顯著雷諾數(shù)（Reynoldsnumber）表征流體流動情況的無94沉淀的基本理論顆粒在水中的沉降速度是顆粒重力與浮力雙重作用的結(jié)果，可認(rèn)為受四個因素的影響：1、沉速公式2、計算示例

沉淀的基本理論顆粒在水中的沉降速度是顆粒重力與浮力雙95沉速公式通常采用stokes公式描述水中顆粒的自由沉降（推導(dǎo)從略）①層流區(qū)：

（4-1）該公式適用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情況

沉速公式通常采用stokes公式描述水中顆粒的自由沉96沉速公式②過度區(qū)：

（4-2）該公式適用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情況

沉速公式②過度區(qū)：（4-2）該公式適用于0.1<d≤2m97沉速公式③紊流區(qū)：（4-3）該公式適用于1000≤Re的情況利用上述公式計算時，可先假定一個Re區(qū)，計算出u后帶入Re定義式進(jìn)行校核，若不符合假定，則重復(fù)上述步驟計算，直至符合為止。

沉速公式③紊流區(qū)：（4-3）該公式適用于1000≤Re的98沉速公式例：油珠直徑為80μm，密度為0.8g/cm3，水溫20℃，計算油珠在水中的上升速度。解：已知d=0.008m，查表20℃時μ=0.0101g/cm3·s，帶入式（4-1）中（相當(dāng)于假定為層流）計算得：u=0.0691cm/s運(yùn)動粘滯系數(shù)ν=0.0101cm2/s，帶入Re定義式可得：沉速公式例：油珠直徑為80μm，密度為0.8g/cm3，水溫99沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析——作用：用于分析靜置沉淀；確定水中懸浮顆粒的沉降特性1、自由沉淀試驗(yàn)2、絮凝沉淀3、擁擠沉淀（高濃度懸浮液的沉淀試驗(yàn)）

沉淀試驗(yàn)與沉淀曲線分析——作用：用于分析靜置沉淀；確定水中懸100自由沉淀試驗(yàn)自由沉淀一般采用單筒沉淀柱試驗(yàn)確定懸浮顆粒的沉降特性。1）試驗(yàn)裝置2）試驗(yàn)方法3）沉淀效率η的求取

自由沉淀試驗(yàn)自由沉淀一般采用單筒沉淀柱試驗(yàn)確定懸浮顆粒的101水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件102自由沉淀試驗(yàn)沉淀柱有效水深H，懸浮物原始濃度為C0。在時間t1時從水深H處取樣測得C1，則認(rèn)為沉速大于u1（H/t1）的顆粒均已通過H，殘余顆粒必然具有小于u1的沉速，則沉速小于u1的顆粒與全部顆粒的比例x1=C1/C0。在時間t2、t3......時重復(fù)試驗(yàn)，可得出對應(yīng)的u2、u3......和x2、x3......，將這些數(shù)據(jù)整理可繪出（粒度分布曲線）。

自由沉淀試驗(yàn)沉淀柱有效水深H，103（粒度分布曲線）（粒度分布曲線）104自由沉淀試驗(yàn)

設(shè)要求的最小沉速為u0，則u≥u0的顆粒在t0時可全部去除，而u<u0的顆?？刹糠秩コ?，去除比例為h/H，h代表在t0時剛好沉到底部的某種顆粒的沉降距離。

（4-4）故u<u0的顆粒在t0內(nèi)按u/u0的比例去除自由沉淀試驗(yàn)設(shè)要求的最小沉速為u0，（4-4）故u<u0105自由沉淀試驗(yàn)t0時間內(nèi)顆粒的總?cè)コ蕿椋?/p>

（4-5）上式中第一項由u0求得，第二項對粒度分布曲線圖解積分求得。

自由沉淀試驗(yàn)t0時間內(nèi)顆粒的總?cè)コ蕿椋海?-5）106絮凝沉淀試驗(yàn)1）試驗(yàn)裝置2）試驗(yàn)方法3）η-t曲線，等效沉淀曲線

絮凝沉淀試驗(yàn)1）試驗(yàn)裝置107擁擠沉淀試驗(yàn)1）形成擁擠沉淀的條件2）沉淀特征（見圖4-1-3）3）沉淀曲線（界面高度與時間的關(guān)系）4）研究擁擠沉淀的方法

擁擠沉淀試驗(yàn)1）形成擁擠沉淀的條件108擁擠沉淀試驗(yàn)——濃度：礬花2~3g/L活性污泥1g/L泥砂5g/L——顆粒間的粒度差異：dmax/dmin<6

擁擠沉淀試驗(yàn)109擁擠沉淀試驗(yàn)——分為四個層：澄清液層、受阻沉降層、過度層、壓縮層——清水與固體有清晰界面，該界面等速下降——壓縮區(qū)內(nèi)部自上而下，沉速遞減——沉淀過程中，清水區(qū)高度不斷增加擁擠沉淀試驗(yàn)——分為四個層：澄清液層、受阻沉降層、過度層、壓110A澄清液層、B受阻沉降層、C過渡層、D壓縮層A澄清液層、B受阻沉降層、C過渡層、D壓縮層111水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件112擁擠沉淀試驗(yàn)——利用沉淀過程線分析：Kynch法、Fitch法

——建立沉速—濃度函數(shù)關(guān)系v=f（C）（多筒試驗(yàn)）：固體通量法、吉岡法

擁擠沉淀試驗(yàn)——利用沉淀過程線分析：Kynch法、Fitch113一、基本假定二、推導(dǎo)

三、公式的物理意義

理想沉淀池效率分析一、基本假定理想沉淀池效率分析114基本假定a．水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，水平流速為v，從入口到出口的流動時間為t；b．在入流區(qū)，顆粒沿截面均勻分布并處于自由沉淀狀態(tài)，顆粒的水平分速等于水平流速v；c．懸浮物以等速下沉；d．顆粒一碰到池底即認(rèn)為被去除

基本假定a．水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，水平流速為v，從入115推導(dǎo)以平流式理想沉淀池為例（如圖4-1-5所示）

截留速度：

（4-6）水平流速：

（4-7）（4-8）推導(dǎo)以平流式理想沉淀池為例（如圖4-1-5所示）截留速度：116平流沉淀池平流沉淀池117平流沉淀池工作原理圖平流沉淀池工作原理圖118推導(dǎo)把（4-7）代入（4-8）可得：

（4-9）式中：q0——表面負(fù)荷率或過流率，m3/m2·h

截留速度剛好等于單位時間單位面積上流過的水量推導(dǎo)把（4-7）代入（4-8）可得：（4-9）式中：q0—119公式的物理意義顆粒在沉淀池中的截留速度剛好等于單位時間單位面積上流過的水量，為沉淀池的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

若定義：具有沉速ui<u0的顆粒的去除比例為該顆粒的去除效率，則：

（4-10）說明ηi與水深、沉淀時間、水平流速、池長無關(guān)。（Hazen理論）

公式的物理意義顆粒在沉淀池中的截留速度剛好等于單位時120公式的物理意義a．若ηi一定，則ui增大，q0增大；q0一定，則ui增大，ηi增加b．若Q一定、ui一定，則A增加，ηi增加；Q、ui一定時，對相同體積的池子，H減小，則A增大，ηi增加。Hazen理論提供了提高沉淀池效率的依據(jù)

公式的物理意義a．若ηi一定，則ui增大，q0增大；q0一定121實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別一、水的流動狀態(tài)二、其它因素

實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別一、水的流動狀態(tài)122水的流動狀態(tài)1、短流2、紊流

水的流動狀態(tài)1、短流123短流實(shí)際的平均停留時間較理想的短，稱為短流現(xiàn)象。短流的存在，使池子的容積利用率降低。引起短流的原因:——流速分布不均勻——進(jìn)出口配水的不均勻，造成死區(qū)；——異重流——池子的構(gòu)造

短流實(shí)際的平均停留時間較理想的短，稱為短流現(xiàn)象。短流124紊流進(jìn)水時產(chǎn)生射流，如穿孔墻孔眼流速為0.1～0.2m/s

紊流進(jìn)水時產(chǎn)生射流，如穿孔墻孔眼流速為0.1～0.125其它因素——池深:絮凝效果；防止已沉顆粒沖刷上浮——沉淀時間:絮凝沉淀因此，設(shè)計沉淀池時，除了對表面負(fù)荷率有要求外，還對停留時間、池深、進(jìn)出水構(gòu)造、排泥方式等均有要求。通常，對于靜置沉淀得出的試驗(yàn)結(jié)果，在用于設(shè)計時還需考慮一定的安全系數(shù)。一般在設(shè)計時：q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0其它因素——池深:絮凝效果；防止已沉顆粒沖刷上浮126沉淀池概述一、平流式沉淀池(horizontalflowSedimentationTank)二、豎流式沉淀池(verticalflowST)三、斜板（管）沉淀池（tilted-plateST）四、澄清池（clarifier，clarificationtank）

沉淀池概述127概述沉淀池是一種主要的固液分離構(gòu)筑物。在生物處理工藝中起預(yù)處理作用的沉淀池稱為初沉池，生物處理后起澄清出水和濃縮污泥的稱為二沉池。除在生物處理中作為固液分離的主要構(gòu)筑物外，在別的工藝中也常作為固液分離的主要構(gòu)筑物。根據(jù)水流，一般將沉淀池分為三種:平流式(矩形)、豎流式(園、方、正多邊形)和輻流式(多為園形，也可為方形)

概述沉淀池是一種主要的固液分離構(gòu)筑物。在生物處理工藝中起128概述沉淀池構(gòu)造根據(jù)功能分為五個區(qū):進(jìn)水區(qū):保證進(jìn)水均勻分布在整個進(jìn)水?dāng)嗝嫔?，避免短流，減少死角和紊流影響，提高容積利用系數(shù)。出水區(qū):均勻出水(目的同上)，阻攔浮渣沉淀區(qū):污水與顆粒分離，工作區(qū)污泥區(qū):污泥貯放、濃縮、排除緩沖區(qū):分隔沉淀區(qū)，保證沉下的顆粒不因水流攪動而再次浮起進(jìn)入沉淀區(qū)。

概述沉淀池構(gòu)造根據(jù)功能分為五個區(qū):129平流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-3）2主要設(shè)計參數(shù)3設(shè)計計算

平流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-3）130構(gòu)造形式——進(jìn)水區(qū)整流、布水構(gòu)造：均勻布水、消能、防止短流、異重流及沖刷污泥橫向潛孔+擋板（如圖4-2-4所示）豎向潛孔+擋板（如圖4-2-5所示）穿孔花墻（如圖4-2-6所示）

構(gòu)造形式——進(jìn)水區(qū)整流、布水構(gòu)造：均勻布水、消能、防止短流、131構(gòu)造形式——出水區(qū)構(gòu)造：均勻集水、攔截漂浮物、防止短流、溝流，定容薄壁(平頂)堰、鋸齒堰、淹沒式孔口出流（如圖4-2-7所示）堰:控制池內(nèi)水位，均勻出水；須保證單位堰長上溢流量相等(堰頂嚴(yán)格水平)，且不宜過大，否則滯泥。若單寬流量不能滿足，應(yīng)增大堰長。增加堰長的方法舉例（見圖4-2-8）

構(gòu)造形式——出水區(qū)構(gòu)造：均勻集水、攔截漂浮物、防止短流、溝流132構(gòu)造形式——集泥、貯泥:設(shè)泥斗多斗式單斗式：刮泥機(jī)（鏈帶式、行車式刮泥機(jī)）——排泥:重力（靜壓）排泥排泥管（見圖4-2-9）吸泥車排泥井（見圖4-2-10）

構(gòu)造形式——集泥、貯泥:設(shè)泥斗133水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件134水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件135水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件136水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件137水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件138水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件139水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件140水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件141主要設(shè)計參數(shù)控制沉淀效率的工藝參數(shù):表面負(fù)荷率(截留速度)沉淀時間——通過試驗(yàn)獲得:q設(shè)=qo/(1.25～1.75)t設(shè)=(1.5~2.0)to有效水深H——經(jīng)驗(yàn)(常用):見表4-2-1主要設(shè)計參數(shù)控制沉淀效率的工藝參數(shù):142主要設(shè)計參數(shù)考慮布水均勻，減小紊流，增大穩(wěn)定性:——水平流速：≯5mm/s——每格長/寬：4~5長/高：8~12（校核?。隽餮呱县?fù)荷率：初沉池<2.9l/s.m二沉池≯1.7l/s.m主要設(shè)計參數(shù)考慮布水均勻，減小紊流，增大穩(wěn)定性:143主要設(shè)計參數(shù)——超高≮0.3m，有效水深宜2~4m——池數(shù)n≥2——貯泥斗容積：初沉池一般≯2日污泥量；二沉池一般≯2小時污泥量——排泥水頭：靜壓排泥時，初沉池靜水壓頭≮1.5m，二沉池在生物膜法后應(yīng)≮0.9m，曝氣池后≮1.2m主要設(shè)計參數(shù)——超高≮0.3m，有效水深宜2~4m144水質(zhì)工程學(xué)第4章沉淀與澄清3課件145豎流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-11）2沉淀效率3主要設(shè)計參數(shù)4設(shè)計計算

豎流式沉淀池1構(gòu)造形式（見圖4-2-11）146構(gòu)造形式平面多為圓形或正方形，D(或邊取)<10m（若太大有什么問題），一般4~7m中心管進(jìn)水(設(shè)反射板)池周設(shè)薄壁或鋸齒堰出水，D>7m時考慮設(shè)