水处理工程：第3章 沉淀与澄清
第一章给水处理概论
过 滤
消 毒
饮用水
图1典型地表水处理流程
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混凝剂 原水 混合装置
絮凝池
沉淀池
过滤池
图2 地表水常规处理工艺
cl2 清水池 出水
常规处理工艺的局限性
国内外的试验研究和实际生产结果表明，受污染水源水经常规的混凝、 沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物20%-30％，且由于溶解性有机 物存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果 也明显下降(仅为50％一60％)。用增加混凝剂投量的方式来改善处 理效果，不仅使水处理成本上升，而且可能使水中金属离子浓度增加， 也不利于居民的身体健康。地面水源中普遍存在的氨氮问题常规处理 也不能有效解决。目前国内大多数水厂都采用折点氯化的方法来控制 出厂水中氨氮浓度，以获得必要的活性余氯，但由此产生的大量有机 卤化物又导致水质毒理学安全性下降。
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二、生产用水水质要求
各种工业企业对水质有不同要求，同时，即使是同一企业，不同生产过 程对水质要求也不相同。例如，在发电厂中，冷却用水与锅炉用水对水质要 求迥然不同，而水力除灰用水却对水质无任何要求。因此，在确定生产用水 的水质标准时应进行调查研究，按生产实际情况加以确定。
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1.4 给水处理方法
14
水的循环——城镇用水循环 给水系统的水源和排水系统接纳水体的地方大多
是邻近的河流。取之于河流，还之于河流，形成另一 种受人类社会活动作用的水循环——城镇用水循环。
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1.2 水源水质
一、 原水中的杂质
取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样的杂质。这些杂质不外 乎两种来源： —是自然过程，例如，地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死 亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥沙和腐殖质等。 二是人为因素，即工业废水及生活污水排入水体所带入的。无论哪种来源的 杂质，都包括无机物、有机物以及微生物等。 从给水处理角度考虑，这些杂质可按尺寸大小分成悬浮物、胶体和溶解物 三类。
给水处理沉淀和澄清
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，从而有利于分离段 的泥水分离。
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Байду номын сангаас
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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。第二、三种方向进水较好，在实 际中应用较多。
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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
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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。
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水质工程学第4章沉淀与澄清3
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
水质一(给水工程)名词解释
名词解释1.混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。
絮凝：脱稳胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。
凝聚：胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。
混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。
2.沉淀和澄清：通过重力作用，使水中的悬浮颗粒、絮凝体等物质被分离去除。
3.浮选：利用固体或液滴与它们在其中悬浮的液体之间的密度差，实现固-液或液-液分离的方法。
4.过滤：以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。
5膜分离：利用膜的孔径或半渗透性质实现物质的分离。
6吸附：通常在水处理中指固相材料浸在液相或气相中，液相或气相物质固着到固相表面的传质现象。
7离子交换：在分子结构上具有可交换的酸性或碱性基团的不容性颗粒物质，固着在这些基团上的正、负离子能和基团所接触的液体中的同符号离子交换为对物质的物理外观毫无明显的改变，也不引起变质或增溶作用的过程。
8中和：把水的pH 调整到接近中性或是调整到平衡pH 值的任何处理。
氧化与还原：改变某些金属或化合物的状态，使他们变成不溶解的或无毒的。
9胶体稳定性：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
10助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。
11异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。
12同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。
13自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。
14拥挤沉淀：当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。
15絮凝沉淀：在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。
第3章沉淀法-水质处理方法
在静水中悬浮颗粒开始沉淀时，
F2 浮 力
因受重力作用而产生加速运动，同
Hale Waihona Puke F3 阻 力时水的阻力也逐渐增大。
经一很短时间后，当阻力F3增大
到与颗粒的“重力F1和浮力F2之差”
相等时，颗粒作等速下沉运动。
F1 重 力
等速沉淀的速度常称沉淀末速度，
简称沉速。
第3章沉淀法-水质处理方法
(3)颗粒沉淀速度
在等速沉淀情况下，F1-F2=F3，即:
1 6d3Sg1 6d3gA u 2 2
水流状态：
层流状态：Re<1时， 24
——Stokes 式
Re
过渡状态：1<Re<103
时，24 Re
—— 3 0.34
Re
Fair式
紊流状态：103<Re<105时，λ=0.44 ——Newton式
层流状态下： 24
1 d 2
Re
4
1d3
6
第3章沉淀法-水质处理方法
/长度(L)
高H
理想平流式沉淀池示意图 ◆ 在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动， 其轨迹是向下倾斜的直线。 ◆ 沉速大于u0的颗粒可全部除去；沉速<u0的颗粒因处 于水面以下，也可以除去一部分。例如：沉速为u的颗粒 被除去率为h/H或u第/3u章0沉。淀法-水质处理方法
第3章沉淀法-水质处理方法
第三节 絮凝沉淀
由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形 成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等）， 在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞 凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而 增加。
悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能 性就越大。
《水处理之沉淀》课件
生活污水主要包括家庭、商业和公共 设施排放的废水，含有大量的悬浮物 、泥沙、油脂和洗涤剂等。通过沉淀 处理，这些污染物可以被有效地去除 ，使污水得到净化。
工业废水处理
总结词
工业废水处理是沉淀处理的重要应用之一，不同行业的工业废水含有不同的污染物，通过沉淀技术可以去除其中 的悬浮颗粒和重金属等有害物质。
高密度沉淀
总结词
通过高密度颗粒吸附杂质进行沉淀的方法
详细描述
高密度沉淀是利用比重较大的颗粒（如活性炭、矿物质等）作为载体，吸附水中的杂质并沉降下来。 这种方法适用于处理含微量有机物、重金属等杂质的水，但载体材料的再生和处置问题需妥善解决。
03
沉淀处理应用
生活污水处理
总结词
生活污水处理是沉淀处理的重要应用 之一，通过沉淀技术可以有效去除生 活污水中悬浮的固体颗粒和杂质。
沉淀效果
结论
通过沉淀处理，有效去除悬浮物、总磷、 氨氮等污染物，使水质达到国家排放标准 。
沉淀工艺在生活污水处理中具有重要应用 价值，能够提高水质并降低污染物排放。
某化工厂废水处理项目
案例概述
某化工厂废水处理项目采用沉 淀工艺处理工业废水，确保废
水达标排放。
处理流程
废水经过调节池调节水质和水 量后，进入混合池进行药剂混 合，再进入沉淀池进行泥水分 离。
沉淀效果
通过沉淀处理，有效去除废水 中的重金属离子、有害化学物 质等污染物，使废水达到国家 排放标准。
结论
针对不同工业废水处理需求， 选择合适的沉淀工艺能够有效 降低污染物含量，保护环境安
全。
某市饮用水处理工程
案例概述
某市饮用水处理工程采用沉淀工艺处理原水，确保饮用水水质安全。
环3年级水处理工程作业解答参考和常见(1-3)
环3《水处理工程》(第一篇)作业解答和常见错误第一章 绪论24. 有一含氰有机废水，最大流量为100m 3/h, CN -=10mg/L, BOD 5=300mg/L, DO=0，欲排入附近某河流。
该河流属于III 类水体，河水最小流量（95%保证率）为3m 3/s ，最小流量时流速为0.2m/s ，夏季DO=7mg/L ，河水中原先没有氰化物。
假定夏季废水和河水水温均为20℃。
试估计废水所需的处理程度。
存在问题：部分同学对α的取值不熟悉；处理程度的计算准则不太清楚。
解：(1) α混合系数的选取：流速在0.2-0.3m/s ，取α=0.7-0.8；流速较低时，α=0.3-0.6；流速较高时，α=0.9。
根据题中条件，取α=0.7 (2) 标准：《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》中III 类水体标准限值：CN -为0.2mg/L ；DO 为5mg/L ；BOD 5为4mg/L 。
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）：排入III 类水体，执行一级B 标准，BOD 5排放浓度为20mg/L ，CN -为0.5mg/L 。
(3) CN -的处理程度：由于废水和河水混合前后所含的CN -总量相等，所以：12()cq c Q Q q c αα+=+c 1——河水中的CN -浓度c 2——水体中CN -的最大容许浓度，0.2mg/Lc ——容许排入河流的废水中的CN -浓度 (计算结果大于10mg/L)另一方面，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准，CN -的容许排放浓度为0.5mg/L 。
则，CN -的处理程度为：（10－0.5）/10=95%(4) BOD 5的处理程度：在满足III 类水体DO 浓度条件下，河水中可利用的DO 1=(7-5)*0.7*3m 3/s=4.2g/s 废水中的有机物氧化分解，并使水中DO 保持在5mg/L, 所需的氧量： DO 2=100/3600*x + 100/3600*5=DO 1 允许排入河流的废水BOD 5, x =146.2mg/L另一方面，《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准，容许排放的BOD 5浓度为20mg/L. 则，BOD 5处理程度＝(300-20)/300=93.3% (5) 综合以上考虑，废水的处理率应该为95%。
第四章水的沉淀沉降与澄清详解
• b-c段为直线，表明交界面等速下降。
• a-b曲线段一般较短，且有时不是很明显，所以可以认为是
b-c直线段的延伸。
• c-d为下凹的曲线，
表明交界面下降的
絮凝过程
速度逐渐变小。此
交界面等速下沉
下降速度 逐渐变小
B区消失
时B区以消失，故C 点称为沉降临界点， 相应于C点的交界面 下的浓度均大于C0 。
• 沉淀柱高度＝实际沉淀池深度 • 1）在时间ti，不同深度测Ci • 2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p＝(C0-Ci)/C0 *100%
• 3）绘制去除百分率等值线
层状沉降（拥挤沉降）
❖ 如水中悬浮颗粒的量较多，则它们在水中沉降时常常会形 成一个由许多颗粒聚集成的“毯状毯”。此时，可看到水 体中有一个清水和浑水的交界面在不断地下移。此种沉降 称为层状沉降。
2Ca(OH )2 Mg(HCO3)2 2CaCO3 Mg(OH )2 2H2O
石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去 非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：
Ca(OH )2 MgSO4 CaSO4 Mg(OH )2 2NaHCO3 Ca(OH )2 CaCO3 Na2CO3 2H2O
✓ 石灰处理原理
在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破坏了水的
碳酸平衡并使之右移：
H2O CO2
H HCO3
2H CO32
2OH 2H2O源自Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除
去： Ca(OH )2 CO2 CaCO3 H2O
Ca(OH )2 Ca(HCO3)2 2CaCO3 2H2O
• c-d段后表示B、C、
❖ 产生碰撞的原因：对于密度相同的颗粒，大颗粒的沉降速度大 于小颗粒的沉降速度，此外，也有风力、水的撞动和温差等因 素。当颗粒变大时，其沉降速度就加快，因此，颗粒的沉降速 度不是恒定的，而是随流程逐渐增大的。