重力沉降法

例3-2：用有效水深为1.5m的沉降柱
对某离散型工业废水作静止试验， 取得表3-3所列的数据，试求u0＝ 2.8m/min时的ET值时多少？
表3-3 自由沉降试验数据表
时间（min）
0.5
1
2.5
5
6.8
10
沉速(m/min)
3.00
1.50
0.60
0.30
0.22
0.15
P0＝Ci/C0
0.55
0.12
2.0
0.15
2.5
0.18
3.0
0.21
3.5
0.24 (m/min)
4.0 (mm/min)
沉速u
表3-2
ut(mm/s) dP utdP
p0
0
ut dp
图解计算法
dP utdP ΣudP
ΣudP ut(mm/s)
0.11
0.25 0.37
0.04
0.06 0.1
0.0044 0.0044
Fd Cd As (L u / 2)
2 s
式中： Fd-水对颗粒的阻力； Cd-牛顿无因次阻力系数； As-自由颗粒的投影面积； uS-颗粒在水中的运动速度， 即颗粒沉速。
2 l us Fd C d As 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； us——颗粒沉降速度 当受力平衡时，沉速变为us（最终沉降速度）
球状颗粒自由沉降的沉速公式
1 1 2 3 2 Vs Vs d s , As d s , ds 6 4 As 3
得球状颗粒自由沉降的沉速公式：
0.46
0.33
0.21
0.11
0.03
根据表3-3数据，作出图3-2所示的沉速分
布曲线，由图中查出，当u0＝2.8m/min 时，p0＝0.544，即有54.4％的固体颗粒 沉速小于u0，其中能被去除的部分占SS总 p 量的分率 0 ut dp 用图解积分法求取。 计算结果见表3-4。
0
图3-2 剩余量P0－沉速u关系曲线
过渡区（艾伦区） 紊流区（牛顿区）
斯托克斯定律
1 S L uS g d2 18
颗粒沉降速度uS影响因素：
S l S l 0 颗粒us下沉
S l S l 0 us 0 悬浮状态
不能用沉降法去除；
S l S l 0 颗粒us上浮 浮上法
试验方法1(数据记录与处理)
t t0 t1 t2 t3 … ti … tn
H
H0
H0
H0
…
H0
…
C u
C0
C1
C2
C3
…
Ci
…
Cn
u
H0 t
E
C0 Ci E 100% C0
试验方法1(数据记录与处理)
E E
沉降时间，t (min)
最小沉速，u
图3-1 E-t曲线
图3-2 E- u曲线
试验方法1存在的缺陷
沉降效率ET
对于u ＜u0的颗粒，其中可 去除部分所占比例为：
h h/t u H H / t u0
u ＜u0的颗粒中，di → di + dd范围内颗粒所占SS总量的百分率 用dp表示；则在di → di + dd范围内能被去除部分颗粒占SS总 量的百分率为：
u dp u0
对于全部u<u0颗粒群体，可去除部分为：
悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力
重力大于浮力时，下沉；
Ff l V g
s L
重力等于浮力时，相对静止；
s L
重力小于浮力时，上浮。
s
L
s L
Fg mg s V g
悬浮颗粒在水中的受力分析
2.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为FD
60
90 120
C5＝132
C6＝108 C7＝88
0.67
0.73 0.78
0.33
0.22 0.17
0.02
0.01 0.01
0.33
0.27 0.22
图3-1 剩余量P0－沉速u关系曲线
0.7 0.6
剩余量P0
0.5 0.4 0.3 0.2 0.00
0.03
0.5
0.06
1.0
0.09
1.5
0.025
0.051
0.124
0.168
ΣudP
0.165
0.415
0.925
0.217
0.385
二、絮凝沉降试验及沉降曲线
絮凝沉降的特点： 颗粒的形状、大小、密度在沉降过程中 改变； 浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而 变化，且呈现非线性变化。
u随d 而增大。
1.絮凝沉降试验
装置： φ140~150mm，H=2.0~2.5m； 4~5个取样口，间距500mm
给定的沉降时间t内： 对于u≥u0的颗粒全部除去 对于u<u0的颗粒可被部分去除 给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 对于d<d0的颗粒可被部分去除
1-p0 p0 1-p0 p0
？？：对于u<u0的颗粒，可去除部分所占比例是 多少？去除率是多少？
H
h
试验方法2步骤
试验步骤：
① 取直径为80～100mm,高度为1.5～2.0m的沉
试验装置示意图
H=H0-△H
试验方法1

①
②
③
④
试验步骤： 取直径为80～100mm,高度为1.5～2.0m的沉降 筒n个（6～8个）； 将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各沉 淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点设 于水深H=1.2m处 经t1历时后，在第1个沉淀筒取100mL水样，经t2 历时后，在第2个沉淀筒取等量水样，依次取样 分析各水样的悬浮物浓度C1，C2……，Cn 在直角坐标纸上，作沉降效率E与沉淀历时t之 间的关系曲线，沉降效率E与沉速u关系曲线
降筒n个（6～8个）； ② 将已知悬浮物浓度C0与水温T的水样，注入各 沉淀筒，搅拌均匀后，同时开始沉淀；取样点 设于水深H=1.2m处； ③ 经沉降时间t1，t2， ， ……，tn时，分别取1＃， 2＃，……，n＃的沉降筒内取样口以上的全 部水样，分析各水样的悬浮物浓度C1， C2 ， ……，Cn
② 要求去除沉速u0＝1.0mm/s的颗粒的总去
除率为：从图3-1查得u0＝1.0mm/s时，剩 余量P0＝0.5；沉速ut<u0的颗粒的去除量 ＝0.1234（由表3-2），总去除率为：
ET (1 0.5) 0.1234 /1.0 0.623
即ut≥u0＝1.0mm/s的颗粒，可去除50％； ut<u0＝1.0mm/s的颗粒，可去除12.3％。
0.015 0.037 0.0194 0.0564
0.88
1.17 1.67
0.03
0.02 0.02
0.0264
0.0234 0.0334
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.1234
0.1468 0.1802
0.58
0.07
0.0406
0.097
2.3
0.02
0.046
0.2262
① 要求去除u0＝2.5mm/s颗粒的总去除率为：
从图3-1查得u0＝2.5mm/s时，剩余量P0＝ 0.56；沉速ut<u0=2.5mm/s的颗粒的去 除量＝0.226（由表3-2），总去除率为：
ET (1 0.56) 0.226 / 2.5 0.5304
即ut≥2.5mm/s的颗粒，可去除44％； ut<2.5mm/s的颗粒，可去除9％
第三章
重力沉降法
3.1 概述
沉降法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，
在重力作用下产生下沉，以达到固液分离
的一种过程。
分离对象: 粒径>10 µm 可沉物
沉降处理工艺的应用
沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物 初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续 生物处理构筑物的有机负荷 二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物 膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。 污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步 浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理 费用等。
表3-1 沉降试验记录
取样时间 （min） 0 5 15 30 45 悬浮物浓度 （mg/L） C0＝400 C1＝240 C2＝208 C3＝184 C4＝160 去除量 1-P0＝(C0-Ci)/C0 0 (400-240)/400 ＝0.4 0.48 0.54 0.6 沉速 mm/s 0.00 1200/(5*60) ＝4.00 1.33 0.67 0.44 m/min 0.00 0.24 0.08 0.04 0.03 剩余量 P0＝Ci/C0 1 240/400 ＝0.6 0.52 0.46 0.4
沉降速度 u 沉降速度分布曲线的图解
两种方法比较(由数据绘制沉降曲线)
E E
沉降时间，t (min)
最小沉速，u
E-t曲线
E- u曲线
例题3-1：污水悬浮物浓度C0＝400mg/L， 用第二种试验方法的结果见表3-1，试求： ①需去除u0＝2.5mm/s（0.15m/min）的颗 粒的总去除率？②需去除u0＝1.0mm/s （0.06m/min）的颗粒的总去除率？
图3.1 活性污泥在二沉池中的沉降过程
3.2 沉降的基本原理
颗粒为球形 分 析 的 假 定
沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等 不变 颗粒只在重力作用下沉降，不受器壁和 其他颗粒影响。