華北理工水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ課件16沉淀和澄清-1靜水沉淀

第十六章

沉淀和澄清16-1懸浮顆粒在靜水中的沉淀沉淀：固體顆粒在重力的作用下，由水中分離出來(lái)的過(guò)程。(上浮也歸此類)沉淀分類：

1、自由沉淀：顆粒與顆粒和器壁之間互無(wú)

干擾，顆粒只受重力和水的阻力作用。

2、擁擠沉淀：顆?；ハ喔蓴_或受器壁干擾的沉淀。顆粒受重力作用和上升水流作用。

3、絮凝沉淀：沉淀過(guò)程中，顆粒大小、形狀、密度都有所變化(沉速越來(lái)越快，邊沉降邊聚結(jié))

一、固體顆粒在靜水中的自由沉淀。

1、假定：

(1)顆粒為圓球形體積=1/6πd3

(2)顆粒在水中僅受重力、浮力、水的阻力的作用。

(3)下沉過(guò)程，顆粒之間無(wú)影響。(體積濃度<0.002)也不受器壁影響。(距離大于50倍顆徑)F3—與顆粒的糙度、大小、形狀和沉速u有關(guān)，還與水的密度和粘度有關(guān)。3

D

1

22、受力分析：(1)重力F1：F1

=

d

3pp

g(2)浮力F2：F2

=d

3

p1g(3)水的阻力：F3F

=

C

p

A

u

22F3水阻力F2浮力F1重力A—沉淀方向的投影面積，球形3

D

1

2

4CD—阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)Re有關(guān)

(4)合力為:F

=F1

+F2

+F3=d

3pp

g

d

3pl

g

CD

pl

=d

3g(pp

pl

)CD

pl

∴

F

=

C

p

u

d

222222m

=d

3g

(pp

pl

)CD

pl

m

=

d

3

p

—顆粒的質(zhì)量。

u

。3=F1

+F2

時(shí)。

=0u不再變化，此時(shí)，u就是我們一般所稱的沉速。增大到F0→增大F3由當(dāng)F3(5)

牛頓第二定律：

F

=

m

dudtd顆粒的下沉過(guò)程：u由0→增大,

dt

由大→0，6

p

得

u

=

.

.

d式中CD

—阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)Re有關(guān)。ud

Vv—水的運(yùn)動(dòng)粘度，

(6)

速度公式：0

=

幾d3g(pp

pl

)

CD

pl

幾224d

由實(shí)驗(yàn)可得CD與Re的關(guān)系。=eR

當(dāng)Re<1為層流:

CD

=

1≤Re≤500過(guò)渡區(qū):CD

=

500＜Re≤105

紊流區(qū):CD

=0.4

水處理中的沉淀為層流范圍,將代入式中得Stokes公式:u

=

.

.

p

p

.

d

ppppllppl一=g

Re

pp

pl

.dpl一

u

=

g

pp

pl

.du

=

g

.(pp

一pl

)d

2∴∴pl一

72

v

pl

4

g

ud

pp

一

pl

.d

∵R

=

ud

ev

g

pp一pl18

∵

v

=

p

lStokes公式。

解得:∴u

=2du

=過(guò)渡區(qū)得Allen公式:1u

=

))|

(ps

)

g2

d紊流區(qū)得牛頓公式:u

=

1.83

(改書(shū))P289單位：ρ—密度，kg/m3;μ—絕對(duì)粘度，N

·s/m2(Pa

·s);ν—運(yùn)動(dòng)粘度，cm2/s;d—粒徑，m;g—重力加速度，m/s2;u—沉速，m/s。22222332山p1_p1

(7)問(wèn)題及解決辦法:

ⅰ顆徑難測(cè),并且非圓球形。

ⅱu和Re兩個(gè)未知數(shù)要用試算法。

(先假定u再計(jì)算)但測(cè)沉速較容易由u→d(相應(yīng)于球形的粒徑)還是不方便.現(xiàn)在我們用沉速代表有相同沉速的顆粒群,不去追究顆粒粒徑。以后講沉速是多少的懸浮物，而不提粒徑比重等。

1、什么是擁擠沉淀：自由沉淀是顆粒向下運(yùn)動(dòng)，顆粒排開(kāi)的水以極小的速度向上流動(dòng)。當(dāng)顆粒很多時(shí)，顆粒所排開(kāi)的水是以某一流速向上流動(dòng)，使顆粒所受到的阻力有所增加，即沉淀相互干擾了。

顆粒沉淀受到相互干擾的沉淀過(guò)程稱為擁擠沉淀。其沉速稱為：擁擠沉速。

2、擁擠沉淀的特征：靜沉一段時(shí)間后(1)有明顯的清水與渾水分界面—稱為渾液面。二、懸浮顆粒在靜水中的擁擠

沉淀(又稱分層沉淀)A清水區(qū)；B等濃度區(qū)：濃度均勻：一般最大粒度與最小粒度之比約為6:1以

下時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于

相互干擾下沉，大顆粒變

慢。C變濃度區(qū)：由上至下濃度由小C0

大；D壓實(shí)區(qū)：由于筒底的作用最下部為壓

(2)沉淀過(guò)程中沉淀筒(量筒)分為四個(gè)區(qū)：污泥區(qū)或懸浮物區(qū)實(shí)區(qū)。當(dāng)

>6,并且各級(jí)粒度所占的百分?jǐn)?shù)又特別懸殊時(shí),不出現(xiàn)這種現(xiàn)象。度度粒粒小大最最

3、擁擠沉淀過(guò)程分析：

僅分三個(gè)區(qū):清水區(qū)

當(dāng)

<6時(shí),才分四個(gè)區(qū)。 A清水區(qū)：在沉淀筒上部出現(xiàn)明顯渾液面。渾

液面上部為清水區(qū)，渾液面的下沉速度代表了顆粒的平均沉降速度。 B等濃度區(qū)：由于相互干擾下沉，大顆粒沉速變慢，形成共同下沉，區(qū)內(nèi)濃度均勻。 C變濃度區(qū)(過(guò)渡區(qū))：是由于底部出現(xiàn)了壓實(shí)區(qū)。其濃度由等濃度區(qū)的濃度C0→壓實(shí)區(qū)頂

部的濃度。度度粒粒小大最最變濃度區(qū)壓實(shí)區(qū)由Hc→0臨界沉降點(diǎn)：當(dāng)?shù)葷舛葏^(qū)剛消失時(shí)，稱為臨界沉

降點(diǎn)。 D壓實(shí)區(qū)：是由于筒底的支撐作用，顆粒沉到筒底便被截留，顆粒相互支撐，并在重力作用下，逐漸被壓實(shí)。其高度HD

由0→H∞

(當(dāng)t→∞1、形成節(jié)段：

由0→Hc2、不變節(jié)段；Hc不變3、消失節(jié)段：

是由三個(gè)節(jié)段構(gòu)成時(shí)HD

=H∞

)

(1)ab段：是上凸的曲線：是顆粒間絮凝的結(jié)果。沉速由0→v0

，時(shí)間較短。

(2)bc段：是等速下沉段，渾液面等速下沉，并且下沉速度達(dá)到最大。B區(qū)：濃度為C0

，C區(qū)高度HC不變，并上移。

(3)cd段，為下凹的曲線，C點(diǎn)即為臨

界沉降點(diǎn)。另外，B區(qū)剛剛開(kāi)始消失，渾液面以下濃度都大于C0。 C區(qū)消失的過(guò)程從理論上講是一個(gè)t→∞的過(guò)程。4、渾液面的沉降過(guò)程：

在cd段取一點(diǎn)：渾液面下部高度為H

，過(guò)某點(diǎn)作一切線交縱坐標(biāo)于a′，a

′高度為Ht肯奇理論 Ct

、Ht—為一虛擬沉降筒，混水區(qū)濃度均勻時(shí)的濃度為

Ct

，高度為Ht

按質(zhì)量守恒定律：設(shè)筒截面為W

則：H0W

·C0

=Ht

·W

·CtC

Ht

HtC

=

0

0Ct

點(diǎn)的下沉速度：vt

(任意時(shí)間，交界面ac段，vt

=C

(vc

)沉速不變，等速下沉cd段，vt

由vc→0Ct↗(看斜率)d之后，vt

=0不再壓縮，Ct

=C∞

(表

5、不同高度相同濁度水樣試驗(yàn)的相似性：

不同高