给水工程-十六章 沉淀与澄清
排水工程课件 16 沉淀和澄清
（16-13） 考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉 淀到池底，称为截留速度。 u≥ u0的颗粒可以全部去除，u< u0的颗粒只能部分去除。 对用直线III代表的一类颗粒而言，流速v和u0都与沉淀时间有 关 h0 L （16-14）
Q v h0 B
t
v
t
u0
将上式代入（16-13）得：
理想沉淀池的基本假设：
①颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。
②水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流
速相等，并在流动过程中流速始终不变。
③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。
理想沉淀池的工作情况见图7-4。
进水区
沉淀区 出水区
Ⅱ Ⅲ Ⅰ
污泥区
图 7-4 理想沉淀池工作状态
u0
原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流 速为：
2.凝聚作用的影响。 原水通过絮凝后，在沉淀池内仍然存在 絮凝，由水流分布不均匀、速度梯度的絮凝， 颗粒大小不均匀有不同沉速的絮凝。因此在 池内沉淀时间越长、池的水深越大由于颗粒 沉速不同而引起的絮凝也越完善。 实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的 絮凝过程均影响了沉淀效果，实际沉淀池也 就偏离了理想沉淀池的假定条件。
16.3 平流沉淀池的基本结构
16.3.1 基本结构
平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出 水区4部分。 1.进水区 进水区的作用是使流量均匀分布在进水截面上， 尽量减少扰动。一般做法是使水流从絮凝池直接流 入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布在沉淀池的 整个断面上，见图7-9。为使矾花不宜破碎，通常采 用穿孔花墙 V<0.15-0.2 m/s，洞口总面积也不宜过 大。
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。
给水工程第15和16章作业答案
u 1 p 1 gd 2 18
1 2.65 10 3 1 10 3 9.8 0.45 10 3 3 18 1.002 10 0.18m / s
2
由于 u
4 g p 1 d ，因此得到 3 CD 1
CD
因此 Re
4 g ( p 1 ) d 3 1u 2
4 9.8 (2650 1000) 0.45 10 3 0.299 3 1000 0.18 2
24 24 80.1 C D 0.299
这与假设矛盾，故题设错误。
（2）设 1<Re<1000，则根据阿兰公式，有
P2
1 4
4
CD 3 4 4*1.1*1000 *1.4*0.463 * 1.054 0.934 0.5854 0.4654 l2 (r2 r14 ) 40.31W 8 8 CD 3 4 4*1.1*1000 *1.4*0.293 * 1.054 0.934 0.5854 0.4654 l2 (r2 r14 ) 10.1W 8 8 V 2.6* 2.6* 4.2 28.392m3
W1 0.751 0.75*0.5 0.71rad / s r0 0.525
水质工程学考试题1
十四章---给水概论1、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的特点答：1）江河水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水。
江河水的含盐量和硬度较低。
宜受污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒或有害物质易进入水体。
水温不稳定，夏季常不能满足工业冷却用水的要求。
2）湖泊水库水，浊度低含盐量比河水高，流动性小。
（3海水含盐量高，各种盐类或离子的重量比例几乎不变。
4）地下水水质、水温较稳定。
水质清澈，不易受外界污染。
地下水硬度高于地表水十五章----混凝1、混凝：通过投加某种药剂，使水中的胶体及微小悬浮物聚集的过程。
2、动力学稳定性：是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。
3、聚集性稳定性：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。
4、ζ电位：胶体滑动面上（或称胶体表面）的电位即为ζ电位。
5、φ电位：胶体表面电位，即总电位。
6、混凝的机理：1）、压缩双电层作用机理2）、吸附—电性中和作用机理3）、吸附架桥作用机理4）、沉淀物的网捕、卷扫作用机理7、混凝剂种类：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）8、异向絮凝和同向絮凝异向絮凝：指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。
同向絮凝：指借助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。
9、甘布公式：G==g-----重力加速度，9.8米每平方秒；h----混凝设备中的水头损失，m；v-----水的运动粘度，平方米每秒；T----水流在混凝设备中的停留时间,s10、速度梯度：G是速度梯度，是相邻两流层的速度增量和垂直于水流方向的两流层之间的距离的比值。
影响混凝效果因素：1）.混凝剂的种类和投量 2）水力条件和作用时间 3）.水温影响4）.水的PH值和碱度影响5）.水中悬浮物浓度影响6）.水中杂质影响11、混凝剂的投加方式：1）、泵前投加该投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者2）、高位溶液池重力投加该投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。
沉淀和澄清(给排水工程)
废水从进水管进入环形配水三角槽,混凝剂通过投药管加在 配水三角槽中，再一起流入混合室，进行水与药剂和回流 污泥的混合。由于涡轮的提升作用，混合后的泥不被提升 到反应室，继续进行混凝反应,并溢流到导流室。导流室中 有导流板，使废水平稳地沿伞形罩进入分离室，分离
室中设有排气管，将废水 中带入的空气排出，减少 对泥水分离的干扰，泥渣 便靠重力自然下沉，清液 由集水槽和出水管流出池 外。
此外，一般d难以测定，在层流区，颗粒太 小。可以通过测定u，算出d（注意是名义 上的）。
拥挤沉淀
特点：1.发生在SS浓度较高的情况 2.分层沉淀，出现清水－浑水交接面
3.出现4个区，参见图16－2。 A：清水区 B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻降
层 颗粒沉速等于界面沉降速度，等速下降（Vs） C：变浓度区
一、自由沉降试验及沉降曲线 二、絮凝沉降试验及沉降曲线
一、自由沉降试验及沉降曲线
一、试验装置 二、常规计算法及沉降曲线 三、Camp图解积分法及沉降曲线
φ100mm Δh
试验装置示意图
H0=1.5~2.0m H=H0-Δhi
二．常规计算法(数据记录与处理)
t t0
t1
t2
t3
…
ti
…
tn
H H0
沉降的基本原理
Fd
Cd
As
l u2
2
Ff l V g
Fg mg s V g
式中：As——运动方向的面积
Cd——牛顿无因次阻力系数： Cd=f(Re) u——颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为u（最终沉降速度）
沉降动力学 :颗粒受力情况分析
16章沉淀与澄清
m dvs dt
F1 F2 FD
vs——颗粒下沉速度； m——颗粒的质量；
t——时间。
（一）颗粒的重力为：
F1=1/6 d3 s g
（二）颗粒的浮力为：
F2= 1/6 d3 1 g
s ——颗粒的密度； d—颗粒直径； g—重力加速度。
1——水的密度。
（三）摩擦阻力
其值与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2u2有关。
2.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。
3.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。
（1）拥挤沉淀的沉淀特点
当水中悬浮颗粒的浓度高， 颗粒在沉淀过程中互相干扰很大 时，就产生了特殊的沉淀现象，即 拥挤沉淀，如图3－2所示。
分区条件：颗粒最大粒径/最小粒径<6 发生范围：
混凝后的絮凝体：>2-3g/L 活性污泥：>1g/L
高浓度浊水：>5g/L
图3－2 拥挤沉淀现象
（1）．沉降过程分析 整个沉淀筒中可分为清水（A）、等浓度区（B）、变浓度 区（C）、压实区（D）等四个区。
OP1 OQ1 OP2 OQ2
(7-12)
A、 区交界面高度
沉淀管水深H1 沉淀管水深H2
P1
P
Q1
Q2
0
沉淀时间t
图 7-3 不同沉淀高度的沉降过程相似关系
16.2 平流沉淀池
平流沉淀池应用广泛，常用于城市水厂； 城市水厂出厂水浊度一般＜3 NTU，（一些＜1 NTU） 沉淀池出水浊度＜10 NTU
给水工程((下册))各章节内容(考试复习重点)
（ 3） 溶解杂质 ：包括有机物和无机物两类 。
3.（ 1） 水质标准 是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值 。
（2）水质参数 指能反映水的使用性质的量 ，但不涉及具体数值 。
4.生活饮用水卫生标准 （GB 5749-2006 ）
（1）感官性状和一般化学指标
（2）毒理学指标
（3）微生物指标
4.硫酸铝的混凝机理 ：
不同 pH 条件下 ，铝盐可能产生的混凝机理不同 。 何种作用机理为主 ，决定于铝盐的投
加量 、 pH、 温度等 。实际上 ，几种可能同时存在 ：
pH<3
简单的水合铝离子起压缩双电层作用 ；
pH=4-5
多核羟基络合物起吸附电性中和 ；
pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥 。
主 。同向絮凝效果不仅与
G
有8 关
，还与时间有关 32
。在絮凝阶段
，通常以
G 值和
GT 值作为
控
N0
dn
制指标 。 平均 G＝ 20 ～ 70s-115，时间为 15 ～ 20min ， GT＝ 1～ 104 －105 。
随着絮凝的进行 ，G 值应逐渐减小 。
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四 、影响混凝效果的主要因素
② 温度降低 ， 粘度升高 ―― 布朗运动减弱 ；
③ 水温低时 ， 胶体颗粒水化作用增强 ，妨碍凝聚 ；
④ 水温与水的 pH 值有关 。
克服水温低效果差的措施 ：
① 增加混凝剂的投量 ， 以改善颗粒之间的碰撞条件 。
② 投加助凝剂 （如活化硅酸 ） 或粘土以增加绒体重量和强度 ，提高沉速 。
3.水的 pH 和碱度影响
（完整版）给水工程课后思考题答案
（完整版）给⽔⼯程课后思考题答案第⼀章给⽔系统1.由⾼地⽔库供⽔给城市，如按⽔源和供⽔⽅式考虑，应属于哪类给⽔系统？⽔源⽅式属于地表⽔给⽔系统，按供⽔⽅式属于⾃流给⽔系统。
2.给⽔系统中投资最⼤的是哪⼀部分，试⾏分析。
输配⽔系统。
3.给⽔系统是否必须包括取⽔构筑物、⽔处理构筑物、泵站、输⽔管和管⽹、调节构筑物等，哪种情况下可省去其中⼀部分设施？不是。
⼤城市通常不设调节构筑物；地下⽔⽔质好可以省略⽔处理构筑物；⽔源处于适当⾼程，可以省去⼀级泵站或⼆级泵站或同时省去；城市附近⼭上有泉⽔时，可建泉室供⽔系统不设泵站。
4.什么是统⼀给⽔、分质给⽔和分压给⽔，哪种系统⽬前⽤得最多？统⼀给⽔：⽤同⼀系统供应⽣活、⽣产和消防等各种⽤⽔。
分质给⽔：⽔源经不同的⽔处理过程和管⽹，将不同⽔质的⽔供给各类⽤户。
分压给⽔：根据⽔压要求不同⽽供⽔。
⽤得最多的是统⼀给⽔系统。
5.⽔源对给⽔系统布置有哪些影响？①当地有丰富的地下⽔，可在城市上游或给⽔区内开凿管井或⼤⼝井。
②⽔源处于适当⾼程，能重⼒输⽔，可省去泵站；有泉⽔的，可建泉室。
③地表⽔为⽔源时，上游取⽔，加以处理。
④⽔源丰富，随⽤⽔量增长⽽发展为多⽔源给⽔系统。
⑤枯⽔季节、地下⽔位下降、海⽔倒灌时，采⽤跨流域、远距离取⽔⽅式。
6.⼯业给⽔有哪些系统，各适⽤于何种情况？①循环给⽔系统，⽕⼒发电、冶⾦、化⼯等冷却⽔⽤量⼤的企业中。
②复⽤给⽔系统，适⽤于在车间排出的⽔可不经过处理或略加处理就可供其它车间使⽤的情况。
7.⼯业⽤⽔量平衡图如何测定和绘制？⽔量平衡图起什么作⽤？查明⽔源⽔质和取⽔量，各⽤⽔部门的⼯艺过程和设备，现有计量仪表的状况，测定每台设备的⽤⽔量、耗⽔量、排⽔量、⽔温等，按⼚区给⽔排⽔管⽹图核对，对于⽼的⼯业企业还应测定管道和阀门的漏⽔量。
了解⼯⼚⽤⽔现状，采取节约⽤⽔措施，健全⼯业⽤⽔计量仪表，减少排⽔量，合理利⽤⽔资源以及对⼚区给⽔排⽔管道的设计都很有⽤处。
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3
自由沉淀
单个颗粒在无边际水体中沉淀，下沉过程中颗粒互 不干扰，且不受器皿壁的干扰，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。
絮凝沉淀
沉淀过程中颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形 状、密度，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。
4
拥挤沉淀
当水中凝聚性或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值， 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。
理想沉淀池的基本假设：
① 颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。 ② 水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流
速相等，并在流动过程中流速始终不变。 ③ 颗粒沉到池底即认为已被去除。
16
A΄
m
h0
hi
B΄
图16-4 理想沉淀池工作状态
17
原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在 A-B 截面 上其水平流速为：
(16-4)
9
悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
阻力系数CD
10
10
10
C=24/Re
10
1 0.4 0.1
10-3
C=10/Re
10-2 10-1
1 10 102 103 104 105
雷诺数Re
图 176--11 CD与Re的关系（球型颗粒）
106
10
① 当 Re < 1 时，呈层流状态 斯笃克斯公式：
压缩沉淀
此时浓度很高，固体颗粒互相接触，互相支承，在上 层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙的液体被挤出界面， 固体颗粒群被浓缩。
5
种类
自由沉淀 絮凝沉淀 拥挤沉淀 压缩沉淀
悬浮物 浓度
低
不高 50~500mg/
L
高 >500mg/L
很高
固体 颗粒
不碰撞， 不具有 絮凝特征
碰撞，有 凝聚特性
沉淀过程特征
交
颗粒间的絮凝过程越好，交界面越清晰，清水区
界
内悬浮物越少。
面
称
为
浑
液
面
12
压实区的悬浮物的特点： ① 由压实区上表面至筒底，颗粒沉降速度逐渐减少， 筒底颗粒沉降速度为零； ② 压实区内悬浮物缓慢下沉的过程就是这一区内悬 浮物缓慢压实的过程。
13
肯奇沉淀理论
由图 16-2 可知曲线 a-c 段的悬浮物浓度为 C0 ，c-d 段浓度均大于 C0 。
活性污泥在二次沉淀池中的沉淀过程
7
悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
颗粒在静水中的沉淀速度取决于：
• 颗粒在水中的重力F1 • 颗粒下沉时所受水的阻力F2
假设沉淀的颗粒是球形，
所受到的重力为：
F1
1 d 3 (
6
p
1 )g
(16-1)
所受到的水的阻力：
与雷诺数 Re 有关
F2
C D 1
u2 2
• d 2
4
给水处理
第十六章 沉淀和澄清
1
本章节内容
16.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀 16.2 平流式沉淀池 16.3 斜板与斜管沉淀池 16.4 澄清池
2
16.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀
沉淀
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中 分离出来的过程。
沉淀的类型
1. 自 由 沉 淀 2. 絮 凝 沉 淀 3. 拥 挤 沉 淀 4. 压 缩 沉 淀
(16-151)8
将上式代入 (16-13) 得：
Q u0 LB
(16-16)
LB 是沉淀池水面的表面积 A，因此上式也表示产水量。
u0
Q A
(16-17)
一般称 Q 为“表面负荷”或“溢流率”。
A
表面负荷在数值上等于截留速度 u0 ，但含义不同。
设原水中沉速为 ui (ui <u0) 的颗粒的浓度为 C，沿着 进水区高度为 h0 的截面进入的颗粒的总量为 QC = h0
CD u
24
1Re p
1
gd 2
18
(16-6) (16-7)
② 当 1000 < Re < 25000 时，呈紊流状态， CD 接近于常数 0.4 代入 (16-5) 得 牛顿公式：
u 1.83 s 1 dg 1
③ 当 1 < Re < 1000 时，属于过渡区，
CD 近似为
CD
10 Re
v Q h0 B
(16-13)
考察顶点，流线III：正好有一个沉
u ≥ u0 的颗粒可以全部去除
u < u0 的颗粒只能部分去除
对用直线III代表的一类颗粒而言，流速 v 和 u0 都与 沉淀时间有关，即
t L v
(16-14)
t h0 u0
设在 c-d 曲线任一点 Ct 作切线与纵坐标相交于 a′ 点得高度 Ht 。按照肯奇沉淀理论得：
Ct C0 H 0 Ht
(16-11)
作 Ct 点切线，这条切线的斜率表示浓度为 Ct 的交界
面下沉速度：
t
Ht
t
H
(16-12)
14
相似理论
当原水颗粒浓度一样时，不同沉降高度的界面沉降过
程曲线的相似性（见图16-3），即
OP1 OQ1 OP2 OQ2
当原水浓度相同时，A、
B区交界的浑液面的下沉速
度不变，但因沉淀水深大时
压实区较厚，最后沉淀物的
压实要比沉淀水深小时压得
2
密实。
这种沉淀过程与沉淀高
度无关的现象，使有可能用 较短的沉淀管作实验，来推 测实际沉淀效果。
15
1
16.2 平流式沉淀池
非凝聚性颗粒的沉淀过程分析
代入得 阿兰公式：
1
u
4 255
(s
1)2 1
g2
3
d
(16-8)
(16-10)
11
悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
沉降分析清 过程
水
整区个沉淀筒中可分为：
清与水区A、等浓度区B、变浓度区C、压实区D
等
浓
度 区
最以大下浑粒时液径 会面与 出的最 现下小 等沉粒 速速径 下度比 沉代为 现表象6颗:。1粒的平均沉降速度。
不改变尺寸形状， 不互相粘合
改变尺寸形状， 互相粘合
互相干扰 沉速下降、颗粒分层
互相接触、 互相支撑
上压、下承
应用
①沉砂池中 砂粒沉淀
②初沉池中浓度 较低悬浮物沉淀
①初沉池中后期
②二沉池中活性 污泥沉淀
①二沉池下部 沉淀
②浓缩池开始 阶段
①二沉池污泥斗 中活性污泥浓缩
②浓缩池浓缩 阶段
6
活性污泥在二沉池和浓缩池的沉淀和浓缩过程都顺 次同时存在这四种类型，只是时间长短不同。
(16-2)
与颗粒大小、形状、粗造度、沉速、
水的密度和粘度有关
8
悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
根据牛顿第二定律可知：
6
d 3 p
du dt
1 6
d
2
(
p
1 )g
CD1
u2 2
d 3
• 4
(16-3)
达到重力平衡时，加速度为零，令式 (16-3) 左边为零， 加以整理，得沉速公式：
u 4 g p 1 d 3 CD 1