20160309-第2节 沉淀的基础理论

颗粒的沉速(Stokes公式)：
u
1 S L g d2 18
3.影响颗粒沉淀速度的因素 颗粒的直径越大，沉速越快 颗粒与液体的密度差越大，沉速越大 液体的动力粘滞系数越小，沉速越快
取样口 自由沉淀实验示意图
3.数据分析
沉 淀 时间ti： 残留SS浓度Ci： Ci/C0=Pi： t 1 t 2 t 3 …t n C1 C2 C3 ……Cn P1 P2 P3 ……Pn 沉淀速度(u=H/t)：u1 u2 u3……un
2.絮凝沉淀 定义：当悬浮物浓度不高，但有絮凝性时，在沉淀 过程中颗粒互相碰撞凝聚，粒径逐渐增大，沉淀速 度加快。在平流式沉淀池中沉淀的轨迹为曲线。 特征：沉淀过程中，每个颗粒的尺寸、质量、形状和 沉速是变化的。 活性污泥在二次沉淀池中的中间段沉淀为絮凝沉淀。
3.成层沉淀 定义：当悬浮物浓度较高（大于5 000mg/L时)，沉 淀过程中颗粒互相干扰，沉速大的颗粒无法超过沉 速小的颗粒，颗粒间相对位置保持不变，并相互凝 聚成一个整体下沉。 特征：下沉颗粒与清水之间形成清晰的液 -固界面， 沉淀显示为界面下沉。 二沉池的下部和污泥重力浓缩池的开始区域为成层 沉淀。
采用高度小的沉淀池，可提高去除率
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第3、4节要点回顾 沉淀的四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、成层 沉淀、压缩沉淀。 单个颗粒自由沉淀速度：
u
1 s L g d2 18
根据自由沉淀试验确定去除率
(1 P0 )
1 u0
P0ຫໍສະໝຸດ 0udP4
t=H/u0=L/v
u0=Hv/L
u0=HBv/LB
u0=Q/A=q

P0
0
udp
总去除率为：
(1 P0 )
1 u0

P0
0
udp
u0的含义：沉淀池能够全部去除的颗粒的 最小沉速
4.几点说明 q与u0数值一样，物理意义不同。 据自由沉淀实验曲线，按要求的得u0 ，可计算面 积 A=Q/q “浅层沉淀”原理 当沉淀池容积V一定，处理水量Q一定时 V=A*H A越大,H越小 u0=Q/A A越大u0越小越大
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4.压缩沉淀 定义：悬浮物浓度很高，颗粒互相支撑，靠上层颗 粒的重力作用，挤出下层颗粒的间歇水，使颗粒下 沉。 二沉池中的污泥斗和污泥浓缩池中后部区域为压缩 沉淀。
三.对个体自由沉淀规律的分析
1.假定条件 （1）颗粒为球形非压密性的，在沉淀过程中不改变自 己的形状。 （2）液体为静止的，非压缩性的，颗粒沉淀不受容器 器壁和其它颗粒的影响。 （3）颗粒承受相同的重力场。 2.颗粒沉速分析 颗粒受力：重力F1、浮力F2和摩擦阻力F3 当等速下沉时：F1=F2+F3 由此可推出球形颗粒的沉速公式：
u [
4 g s L ( ) d ]2 3 L
1
式中：λ为阻力系数， 为雷诺数Re的函数
在层流状态下:
λ=24/Re
Re
du L
三. 自由沉淀试验、沉淀曲线及其分析
1.实验方法与装置:多个沉淀柱同时实验 2. 取样方法
液面 H 开始试验前，取原水样测定SS，为C0 开始试验后，每隔一定时间，从不同 沉淀柱取样口取水样测定SS。
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水污染控制工程
Water Pollution Control Engineering
第二节 沉淀的基础理论
第二章 污水的物理处理
一.概述
1.沉淀的概念 利用水中悬浮颗粒和水的密度差，使悬浮颗粒在 重力作用下产生下沉，以达到固液分离的一种过程。 2.沉淀的应用 （1）用于废水的预处理：沉砂池 （2）用于废水生物处理之前的初级处理（一级处 理）：初次沉淀池 （3）用于废水生物处理后的固液分离：二次沉淀池 （4）用于污泥的浓缩：污泥浓缩池
1 u0

P0
0
udP 的计算：据P-u曲线用图解法确定
P （%） P0
液面 H h 取样口 自由沉淀实验示意图
总去除率： (1 P0 )
1 u0

P0
0
udP
u0
u

P0
P-u曲线
0
udP
第3、4节课
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（2）绘制去除率与沉淀时间、沉淀速度关系曲线 根据去除率公式，对于不同的t0、u0可算出相应的 绘制-t、-u曲线，用于工程设计 去除率 （ %） 去除率 （ %）
2.理想沉淀池分离效果分析
水中有一种颗粒，运动轨迹为AD，沉速为u0 沉速大于等于u0颗粒全部去除，去除率为：1-P0 沉速为u（u<u0)的颗粒去除率为(h/H)dP=(u/u0)dP 所有沉速小于u0颗粒的去除率为：
1 u0
3.沉淀池表面水力负荷q（溢流率）
定义:在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量 即 q=Q/A 单位为m3/m2•h q与u0的关系
二.沉淀的类型
1.自由沉淀 定义：当污水中悬浮物浓度较低且无凝聚性时，在 沉淀过程中颗粒互不干扰，颗粒各自独立完成沉淀 过程。在平流式沉淀池中颗粒的沉淀轨迹为直线。 特征：颗粒沉淀过程中物理性质不发生变化，沉速 不变。 砂粒在沉砂池中的沉淀为自由沉淀。 说明：对于单个颗 v 粒沉淀过程本身沉 u 速不变，但废水中 v v u 存在各种物理性质 水深 u 流向 的颗粒，沉速各不 相同。 距离
4. 去除率计算及曲线
（1）总去除率的确定 给定沉淀时间t0，则有沉速u0 =H/t0 对于沉速 u0 的颗粒，去除率为： （1- P0） 对于沉速为u=h/t0(u<u0)的颗粒部分 去除，去除量比值为：h/H=u/ u0 沉速为u的颗粒质量占悬浮物总质量的 比值为dP，沉速为u的颗粒去除率为 （u/u0)dP 对于所有沉速<u0的颗粒，去除率为：
四.沉淀池的工作原理
1.平流式理想沉淀池
沉淀时间
沉淀速度
-t曲线
-u 曲线
理想沉淀池的假设条件： （1）沉淀区各点水流水平速度为v； （2）沉淀区进水断面SS沿水深和池宽均匀分布； （3）在沉淀区所有SS水平分速为v，且匀速下沉； （4）SS沉到沉淀区底部后进入污泥区，不再浮起，即认为 被去除。
5.自由沉淀实验结果用于实际沉淀池 (1)实际沉淀池中理想沉淀池的假设条件都不存在 在实际沉淀池中： SS在进水断面分布不均匀； 存在紊流、水流死角、短流等水流不均匀、不规 则运动，导致SS沉速降低、池底颗粒被冲起、颗 粒水平移动速度加快， 下降。 (2)实际沉淀池中参数的修正 为保证，须修正沉淀实验u0 和t0： q=(1/1.25~1/1.75) u0 t=(1.5~2.0) t0