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1、第五章 沉淀,第五章 沉淀,第一節(jié) 懸浮顆粒在靜水中的沉淀 第二節(jié) 理想沉淀池的沉淀原理 第三節(jié) 沉淀池 第四節(jié) 沉沙池 第五節(jié) 澄清池,第一節(jié) 懸浮顆粒在靜水中沉淀,1.懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀 2.懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀,1.懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀,以球型顆粒為例，在水中作沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)將受重力、浮力、摩擦阻力三種力的作用。顆粒下沉的速度可得自牛頓第二定律：,（一）顆粒在水中的重力為： F1=1/6 d3（ p- l） g,u顆粒下沉速度；,m顆粒質(zhì)量；,t時(shí)間。,p 顆粒的密度；,d顆粒直徑；,（二）顆粒受到的阻力為： 與顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積A及動(dòng)壓1/2lu2有關(guān)。,1水的

2、密度。,CD阻力系數(shù) A顆粒在運(yùn)動(dòng)方向垂直 面上的投影面積,沉速基本公式,顆粒下沉?xí)r，起始沉速為零，故以加速度下沉，隨著u增加，阻力也相應(yīng)增加，很快顆粒即等速下沉。du/dt=0,不同水流流態(tài)下的沉速公式,（1）層流下的Stokes公式（Re1）,（2）紊流下的沉速公式,（ 1000Re25000 ）,（3）過渡區(qū)的Allen公式,2.懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀,第二節(jié) 理想沉淀池的沉淀原理,符合以下三個(gè)假定,1.顆粒處于自由沉淀狀態(tài)。 即在沉淀過程中顆粒之間互不干擾，不在凝聚和破碎，顆粒的大小、形狀和密度不變，因此顆粒沉速始終不變。 2.水流沿著水平方向流動(dòng)，在過水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)流速相等。 在

3、流動(dòng)過程中，v始終不變。 3.顆粒沉到池底即認(rèn)為已被去除。,一、理想沉淀池,進(jìn)水區(qū),出水,理想沉淀池,(1)Hazen理論：懸浮顆粒在理想沉淀池的去除率只與沉淀池的表面負(fù)荷有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。,(2)混凝效果與沉淀效果的關(guān)系：混凝效果好，則ui大，沉淀效果好。,(3)淺池理論：當(dāng)顆粒沉速一定，有效溶容積一定時(shí)，池身些，則明表面積大，去除率高。,具有沉速ui（ ui u0 ）的顆粒去除率,平流沉淀池去除率,二、影響沉淀池沉淀效果的因素分析,凝聚性顆粒的沉淀試驗(yàn)與去除百分率等值線,三、影響平流沉淀池效果因素,（1）沉淀池實(shí)際水流狀況的影響,短流：,進(jìn)水的慣性作用,出水堰產(chǎn)生的水流抽吸,較冷或較重

4、的進(jìn)水產(chǎn)生的異重流,風(fēng)浪,池內(nèi)存在導(dǎo)流墻和刮泥設(shè)施,短流的結(jié)果，使沉淀池總的沉淀效果下降。,平流沉淀池的水流狀況,水流紊動(dòng)性：,Re=4000-15000,水流穩(wěn)定性：,Fr10-5,改善水流狀況：,降低Re，提高Fr,減小水力半徑R,R,R,（2）凝聚作用的影響,池深越大、停留時(shí)間越長，絮凝越完善，效果越好。,實(shí)際沉淀池偏離理想沉淀池。,第三節(jié) 沉淀池,1.沉淀池的類型 （1）平流式沉淀池 （2）斜板（管）沉淀池 （3）輻流式沉淀池 （4）豎流式沉淀池,2.平流沉淀池,出水區(qū),進(jìn)水區(qū),沉淀區(qū),存泥區(qū),出水,出水集水堰,桁車式吸泥機(jī),平流沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算,控制指標(biāo)：,停留時(shí)間 T,表面負(fù)荷 Q/

5、A,在混凝沉淀池中，絮凝體的u0與混水的混凝反應(yīng)有關(guān)，其值實(shí)際上不易測(cè)定，所以沉淀池q一般都選取經(jīng)驗(yàn)值。,但在實(shí)際沉淀池中，由于存在許多影響沉淀效果的不利因素，只能選取比u0低的q 值。,（1）按表面負(fù)荷率計(jì)算,在理想沉淀池中，可取q=u0以計(jì)算沉淀池A。 =1.21.5,qu0 q = u0 / ,q小，建筑費(fèi)用高，但混凝劑投加量較小，運(yùn)行費(fèi)用降低了。,相反， q大，建筑費(fèi)用小，但混凝劑投加量較大，運(yùn)行費(fèi)用增高了，所以q的選定應(yīng)根據(jù)條件相似的沉淀池通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則來確定，一般混凝沉淀池的表面負(fù)荷： q=0.350.6 mm/s 或 3050 m /日.米2 在東北地區(qū)水溫低，水的混凝性能較差

6、，易選取低值，在南方可適當(dāng)提高。,3,沉淀池長： L=3.6vT v水平流速 mm/s; T沉淀時(shí)間 （小時(shí)）一般13小時(shí)（低溫低濁水采用高值）； 沉淀池寬度：,（2）按照停留時(shí)間計(jì)算 V=QT V沉淀池容積（M ）； Q產(chǎn)水量（m /h）； T停留時(shí)間（小時(shí)）。,根據(jù)選定的水深H，計(jì)算寬度B。,L=3.6vT,3,3,沉淀池尺寸確定后，可以復(fù)合沉淀池中水流的穩(wěn)定性，使費(fèi)勞德數(shù)Fr控制在 110-4 110-5 。 平流沉淀池的放空排泥管直徑，根據(jù)水力學(xué)中變水頭放空容器公式計(jì)算：,d排泥管直徑（m）； B池寬（m）； L池長（m）； H池深（m）； T放空時(shí)間（S）。,沉淀池的出水渠采用薄壁溢

7、流堰，渠道斷面多采用矩形，當(dāng)渠道底坡寬度為0時(shí)，渠道底坡水深H可根據(jù)下式計(jì)算：,Q沉淀池流量（m /s）； g重力加速度（m /s）； B渠道寬度（m）。,3,3,異向流斜管沉淀池,3. 斜板斜管沉淀池,一、斜板與斜管沉淀池的特點(diǎn) 按照理想沉淀池的理論，可知沉淀效率為：,設(shè)原有沉淀池的長度為 L，高度為 H ，如果將沉淀池分為四層，則每層高度為 H/4。 設(shè)水平流速v和沉速u0不變，則分層后的沉降跡現(xiàn)坡度不變，從圖上可以看出，沉淀池的長度可以縮小L/4。 如仍保持原來的沉淀效率，則沉淀池的體積可以縮小1/4。,設(shè)沉淀池長度L不變，從圖上可見，v可以增加到4 v。即分層后的流量可增加至4倍。,分

8、層后的沉淀效率E增加到原有的E四倍。,顆粒的沉速ui和流量Q不變，由于沉淀池分層后沉淀面積增加4倍，從下式可以看出：,為解決好排泥問題，可以用四層斜板代替水平隔板，同樣增加沉淀效率4倍。,由上述可見，在保證同樣的產(chǎn)水量，同樣的效率的條件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地縮小沉淀池的容積，使建筑費(fèi)用大大地降低。 但由于保持了相同的截流沉速u0 ，所以仍具有與平流沉淀池相同的沉淀效率。 因此，多層沉淀池與平流沉淀池相比，是一種高效能的沉淀構(gòu)筑物，沉淀距離的減小，從而縮短了沉淀池的長度和沉淀時(shí)間。,斜板、斜管沉淀池，R大大地減小了，Re大大地降低了； Fr大大地增大，水流穩(wěn)定； 處于層流狀態(tài)，從而提

9、高了沉淀效率。 斜板、斜管沉淀池由一系列傾斜的薄板組成，斜板斜管沉淀池按水流方向分為：上向流、平向流、下向流三種。,Q/A為斜板、斜管的表面負(fù)荷率。因此，水力特征參數(shù)可以理解為：斜板斜管的截流速度與其表面負(fù)荷率之比。 綜上所述，討論斜板、斜管沉淀池水力特征參數(shù)的依據(jù)是：1.水流在斜板（斜管）中的流態(tài)為層流； 2.斜板（斜管）內(nèi)縱向流速，隨著板間（管內(nèi)）斷面上不同位置而變化。 3.顆粒為分散性非絮凝顆粒，顆粒沉降速度不變。,二、斜板斜管沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算,1.上項(xiàng)流斜板、斜管沉淀池,進(jìn)水方向有三種：,第一種不理想，在轉(zhuǎn)彎處直沖斜板中的沉泥，不利沉泥下滑。第二、三種方向進(jìn)水較好，在實(shí)際中應(yīng)用較多。 2

10、.整流配水裝置 為了能使水流均勻地進(jìn)入斜管下的配水區(qū)，絮凝池一般應(yīng)考率整流措施。 .采用縫隙柵條配水，縫隙前狹后寬； 采用穿空墻，配水孔v0.15m/s，（應(yīng)不大于絮凝池出口流速）；,3.傾斜角 越小，沉淀面積越大，沉淀效率越高； 越大，排泥容易 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為使排泥通暢。52 60，一般常取60。,4.斜管長度 L,斜管長度大則沉淀效果好。 試驗(yàn)證明在斜管進(jìn)口一段距離內(nèi)，泥水混雜，水流紊亂，污泥濃縮也較大，此段稱為過度段或紊流段. 該段以上便看出泥水分離，此段稱為分離段。 過渡段的長度隨管中上升流速而異，該段泥水雖然混雜，但 由于濃度較大，反而有利于接觸絮凝，從而有利于分離段的泥水分離。,

11、斜板的實(shí)際長度L=過渡段長度L0+分離段長度Lt 過渡段長度一般估計(jì)約200mm. 斜板過長會(huì)增加造價(jià)，而沉淀效率的提高有限，有分離段上部出現(xiàn)一段較長的清水段，并未利用。 目前長度多采用8001000mm。,5.斜板的板距，斜管的管徑d及端面形狀,斜板的板距從沉效率考慮，越小越高，但從施工、安裝、排泥考慮，不宜太小。 d=50150mm, 常取100mm； 斜管管徑 d=2540mm,（多邊形內(nèi)切圓直角），端面形狀，多采用正六角形。 實(shí)際應(yīng)用中，采用斜管較多。,d,其它沉淀池,豎流式沉淀池 輻流式沉淀池,在給水處理中的應(yīng)用： 預(yù)沉,第四節(jié) 沉砂池,平流沉砂池,2 曝氣沉砂池,第五節(jié) 澄清池,泥

12、渣為什么有凈水作用 由于混凝劑混凝渾水后新生成的泥渣尚有大量的未飽和的活性集團(tuán)，能繼續(xù)吸附和粘附水中的懸濁物質(zhì)，所以有凈水作用。 泥渣具有疏松的結(jié)構(gòu)和很大的表面積，渾水的混凝過程在泥渣的團(tuán)體表面上進(jìn)行（接觸凝聚）要比在水中進(jìn)行（自由凝聚）強(qiáng)的多，所以也提高了混凝效果。 懸浮泥渣層具有很高的濃度（從數(shù)百到數(shù)千mg/l）,能大大地增加泥渣之間的碰撞機(jī)會(huì)，促進(jìn)絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度，試驗(yàn)表明，當(dāng)上升提高1mg/l左右時(shí)，仍能獲得良好的出水水質(zhì)。這個(gè)流速值較沉淀池提高了約1倍。,一、泥渣凈水的作用,二、澄清池的分類 澄清池的種類和形式很多，基本上可分為兩大類： 泥渣懸浮型澄清池

13、加藥后的原水向上通過處于懸浮狀態(tài)的泥渣層，水中雜質(zhì)有充分的機(jī)會(huì)與結(jié)構(gòu)較密的泥渣碰撞凝聚，這樣就大大地提高了顆粒的沉速，從而可以提高水流上升流速或產(chǎn)水量。 泥渣循環(huán)型澄清池 泥渣在垂直方向上不斷地循環(huán)，在泥渣循環(huán)的過程中，主動(dòng)積極地來撲捉水中的雜質(zhì)，進(jìn)行接觸絮凝作用，使雜質(zhì)從水中分離出來，泥渣在循環(huán)過程中不斷地壯大自己，因此，本身流速不斷提高，從而提高沉淀效率。,泥渣懸浮澄清池,原水由進(jìn)水管進(jìn)入進(jìn)水室，由真空泵造成的真空而使進(jìn)水室的水位上升，此為沖水過程。 當(dāng)水面達(dá)到進(jìn)水室最高水位時(shí)，進(jìn)氣閥開啟，進(jìn)水室通大氣，這時(shí)進(jìn)水室內(nèi)水位迅速下降，向澄清池放水，此為放水過程。,（一）脈沖澄清池,多余的泥渣進(jìn)

14、入泥渣濃縮室沉淀濃縮后，定期排出。 脈沖發(fā)生器有多種形式，設(shè)備復(fù)雜、噪音大。澄清池,在進(jìn)水室與池內(nèi)水為差的作用下，上升流速突然增大，懸浮泥渣層相應(yīng)地膨脹。 豎井充水時(shí)，這時(shí)進(jìn)入池內(nèi)的水量減少，上升流速降低，懸浮泥渣層便徹底地收縮，由于充水和放水交替地進(jìn)行，使懸浮泥渣層交替地上升（膨脹）和下降（收縮）的運(yùn)動(dòng)，故稱為脈沖澄清池。,（二）懸浮澄清池,加過藥劑的原水經(jīng)過氣水分離器后，從穿孔配水管進(jìn)入澄清池室，由下向上穿過懸浮泥渣層中進(jìn)行絮凝和沉淀。 在泥渣懸浮層中上升流速恰好使顆粒受到的阻力與其在水中的重力相等（處于動(dòng)力平衡狀態(tài)），使泥渣顆粒處于懸浮狀態(tài)。 隨著原水不斷通過，處于動(dòng)力平衡狀態(tài)的泥渣顆粒

15、逐漸累積，當(dāng)濃度達(dá)到一定程度（約數(shù)千毫克/升），泥渣懸浮層即形成。,泥渣循環(huán)型澄清池,主要由第一、第二反應(yīng)室和分離室組成，加過藥劑的原水在第一、第二反應(yīng)室與高濃度的回流泥渣相接觸，達(dá)到較好的絮凝效果，結(jié)成大而重的絮凝體，在分離室中進(jìn)行分離。 泥渣的循環(huán)回流用機(jī)械抽升，故稱機(jī)械加速澄清池。,（一）機(jī)械加速澄清池,第一反應(yīng)室,第二反應(yīng)室,原水進(jìn)入環(huán)型三角配水槽，通過縫隙均勻流入第一反應(yīng)室，因原水中可能含有氣體，匯集在三角槽頂部故應(yīng)安裝透氣管，加藥地點(diǎn)可在進(jìn)水管、三角配水槽，也可數(shù)處同時(shí)加注藥劑，由實(shí)驗(yàn)決定。,在清水分離區(qū)中，由于沉淀面積很大，上升流速很小，懸浮泥渣不斷下沉，分離出來的清水經(jīng)清水保護(hù)

16、層匯集于上部集水槽，引出池外。 下沉的泥渣隨水往下又回流至第一反應(yīng)室，在清水分離區(qū)內(nèi)設(shè)有泥渣濃縮室，用以收集多余的泥渣，泥渣經(jīng)濃縮后，定期排除池外。,第一反應(yīng)室攪拌設(shè)備的作用是，提升葉輪將泥渣提升至第二反應(yīng)室，循環(huán)利用，攪拌漿使第一反應(yīng)室的泥渣循環(huán)流動(dòng)并與進(jìn)水進(jìn)行混合和反應(yīng)。 提升葉輪和攪拌漿安裝在同一軸上，宜采用無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或用普通電動(dòng)機(jī)通過變速裝置帶動(dòng)攪拌設(shè)備。 加速澄清池由于采用機(jī)械攪拌的方法來懸浮泥渣，驅(qū)使泥渣回流，所以它具有較好的調(diào)節(jié)性能（泥渣濃度、攪拌速度、泥渣循環(huán)量）。 特點(diǎn)： 1、能適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，工作穩(wěn)定性較好； 2、它需要設(shè)置變速電動(dòng)機(jī)和減速裝置等機(jī)電設(shè)備，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,（二）水力循環(huán)澄清池,原水從池底進(jìn)入，先經(jīng)噴嘴高速噴入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而系入回流泥渣。 原水與回流泥渣在喉管中劇烈混合后，被送入第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室。 從第二反應(yīng)室流出的泥水混合液，在分離室中進(jìn)行泥水分離，清水向上匯集于上部集水槽，下流的泥渣隨水流回流至噴嘴，多余的泥渣進(jìn)入泥渣濃縮室，如此周而復(fù)始。,原水流量與泥渣回流量之比一般為1：31：4。 喉管和喇叭口的高低可用池頂?shù)纳甸y調(diào)節(jié)，以調(diào)整噴嘴與喉管的間距，借以控制回流泥渣量。,第一,第二,特點(diǎn)：,在清水分離區(qū)的上升