沉淀理论
3.沉淀理论
u 与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水 温影响，水温上升，沉速增大。
S
18
四、沉淀池工作原理 为了便于说明沉淀池的工作原理以及 分析水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律， Hazen和Camp提出了理想沉淀池的概念。 理想沉淀池划分为4个区域，即进口区域、 沉淀区域、出口区域及污泥区域。
19
沉淀试验数据
沉淀时间 t,min Pi=ci/c0 表观去 除率 E=1-Pi u=H/t, cm/min η 0 1 15 0.96 30 0.81 45 0.62 60 0.46 90 0.23 180 0.06
31
解：（1）计算各沉淀时间相应的沉速u， 表观去除率E （2）以Pi为纵坐标，u为横纵标作图得沉淀曲线： P-u曲线 （3）图解计算各沉速下的总去率,u0=3.0为例，小 于此沉速的颗粒与全部颗粒之比P0=0.67, 积分项等于各矩形面积之和。
上澄水 自由沉淀带
水深
絮凝干涉沉淀带
B
成层沉淀带
C
时间t
压缩沉淀D
沉淀过程示意图
10
三、自由沉淀及分析 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淀，不受器壁和 其他颗粒影响。
静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用 产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的 重力与水对其产生的阻力平衡时，颗粒即成 等速下沉。
作如下假设 (1) 沉淀区过水断面上各点的水流速度均 相同，水平流速为ν； (2) 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速 度为u； (3) 在沉淀区的进口区域，水流中的悬浮 颗粒均匀分布在整个过水断面上； (4) 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
20
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。
沉淀基础理论
不同水深处去除率与沉降时间的关系数据
表观去除率/%
5 10 20 30 40 50 60 75
不同水深达到去除率所需的时间/min
0.6 m
1.2 m
1.8 m
1.2
2.5
3.7
2.5
5.0
6.5
6.7
11.0
14.5
11.7
3、难点 图解积分法计算ET
二、絮凝沉降试验及沉降曲线
絮凝沉降的特点：
颗粒的形状d、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
● 取样： C0由t=0时中间取样口采集 t1、t2、…、ti、…、tn时，同时从各取样口取水样（两份， 求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS 浓度C1、C2、…、Ci、…、Cn。 ● 绘图： 例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的 时间序列同时取样，并计算Et。
（1）城市污水处理工艺:
污水 格栅 沉砂池 初沉池 好氧 二沉池 排水
消化 浓缩池
（2）高浓度有机废水处理工艺:
废水 沉淀调节池 厌氧 沉淀池 好氧 沉淀池 排水 脱水 浓缩池
（3）含铬废水处理工艺：
药剂
废水 混合反应池 沉淀池 排水 脱水 浓缩池
第一节 沉降过程的基本理论
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度，沉淀可分成四种类型
E5
=[0.15×(1-0.8)+0.4×(0.8-0.75)+0.84×(0.75-0.6)+1.6×(0.60.45)]/2.0+0.45
《沉淀基础理论》课件
通过沉淀反应可以检测生物体内的离子、酶活性等，用于医学诊 断和检测。
生物成像技术
利用某些沉淀反应产生的荧光、放射性等特性，可以实现生物成 像技术，用于研究生物体内的生理过程。
在环境科学中的应用
污水处理
利用沉淀法可以去除污水中的重 金属离子、悬浮物等有害物质， 使污水得到净化。
土壤修复
详细描述
分离技术是沉淀基础理论的重要应用领域之一，新型分离技术的开发对于提高生产效率 和产品质量具有重要意义。通过研究沉淀反应的动力学和热力学机制，可以开发出新型 的分离技术，如高效沉淀、膜分离、萃取等。这些新技术能够提高分离效率和降低能耗
，有助于推动相关产业的发展。
绿色化学与可持续发展
总结词
绿色化学与可持续发展是沉淀基础理论 的另一个重要发展方向，旨在实现化学 工业的环保和可持续发展。
过滤法
将沉淀通过滤纸或布氏漏 斗等过滤器材，使固体和 液体分离的方法。
离心分离法
利用离心机的高速旋转产 生的离心力使沉淀分离的 方法。
沉淀的洗涤与干燥
洗涤
用适当的溶剂洗涤沉淀，以除去沉淀表面吸附的杂质。
干燥
将洗涤干净的沉淀进行干燥处理，以备后续操作。
沉淀的纯化技术
结晶法
通过控制结晶条件，使杂质与所需物质分离，得到纯化的沉淀。
分类
沉淀可以根据不同的分类标准进行分 类，如根据沉淀的组成、结构、性质 和应用等。
沉淀的形成过程
溶解度
物质在溶液中的溶解度决定了其在一定条件下能否形 成沉淀。
过饱和状态
当溶液中的溶质浓度超过其溶解度时，就会形成过饱 和状态，导致沉淀的形成。
沉淀剂
通过加入沉淀剂，如电解质、有机溶剂等，可以促进 沉淀的形成。
沉淀的基础理论
沉淀类型
4. 压缩沉淀 压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程 中，由于悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互之间互相 接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的 重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污 泥斗中的污泥浓缩过程以及污泥重力浓缩池中均 存在压缩沉淀。
沉淀的基础理论
学号：140210092 姓名：郝国馨
概述
沉淀：利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力作 用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
沉淀法可用于以下几个方面：
1. 污水处理系统的预处理
2. 污水的初级处理
3. 生物处理后的固液分离
4. 污泥处理阶段的污泥浓缩沉淀类型1. 自由沉淀
自由沉淀是发生在水中悬浮固体浓度不高时 的一种沉淀类型。在沉淀过程中悬浮颗粒之间互 不干扰，颗粒各自独立完成沉淀过程，颗粒的沉 淀轨迹呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的物理性 质，如形状、大小及相对密度等不发生变化。沙 粒在沉砂池中的沉淀就属于自由沉淀。
自由沉淀理论基础
水中的悬浮颗粒，都因两种力的作用而发生运动： 悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。 假定： 1. 颗粒为球形 2. 沉淀过程中颗粒的大小、形状、重力等不变 3. 颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒 影响。
沉淀类型
2. 絮凝沉淀
在絮凝沉淀中，悬浮颗粒浓度不高，但沉淀 过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相 互聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲线。沉 淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速是变化的， 实际沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定。 化学混凝沉淀及活性污泥在二沉池中间段的沉淀 属絮凝沉淀。
第二讲沉淀理论和沉淀试验
第二讲 沉淀理论和沉淀试验李春杰物理处理法 格栅 沉淀 离心 过滤沉淀的类型自由沉淀• • • • • • • • • • • • • 悬浮固体浓度不高 悬浮固体之间互不干扰 颗粒各自单独进行沉淀 颗粒的沉淀轨迹成直线 颗粒的物理性质，如形状、大小及比重等不发生变化 自由沉淀可用牛顿定律及斯托克斯公式描述。
悬浮颗粒浓度不高（约为50～500mg/L） 悬浮颗粒之间相互碰撞产生絮凝作用 颗粒的粒径与质量逐渐加大 沉降速度不断加快 沉淀的轨迹呈直线 实际的沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定 化学混凝沉淀，活性污泥在二次沉淀池中的沉淀。
絮凝沉淀（也称干涉沉淀）沉淀的类型 区域沉淀（或成层沉淀，拥挤沉淀）• 悬浮物颗粒浓度较高（大于500mg/l） • 颗粒的沉降受到周围其它颗粒的影响，沉速大的颗粒也无 法超越沉速小的颗粒，颗粒间相对位置保持不变，形成一 个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。
• 二沉池下部的沉淀过程和污泥浓缩池开始阶段。
压缩沉淀• 区域沉淀的继续，即形成压缩。
• 发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓度 很高，颗粒间已挤集成团块结构，相互接触、互相支承， 下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥 得到浓缩。
• 二沉池泥斗中的浓缩过程以及在浓缩池中污泥的浓缩过程。
单独颗粒的沉降规律2 ⎛ ρ u L s Fd = λ' A⎜ ⎜ 2 ⎝⎞ ⎟ ⎟ ⎠Ff = ρl ⋅V ⋅ gFg = mg = ρ s ⋅ V ⋅ g式中：As——运动方向的面积 λ’——牛顿无因次阻力系数： λ’=f(Re)us——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为us （最终沉降速度）对于球形颗粒：⎡ 2 g ( ρ s − ρ L ) ⎛ Vs ⎞⎤ us = ⎢ ⎜ ⎟⎥ ' λ ρL ⎝ A ⎠⎦ ⎣1/ 21 V = πd 3 61 A = πd 2 4⎡ 4 g ( ρ s − ρ L )d ⎤ us = ⎢ ⎥ ' 3 λ ρ L ⎣ ⎦1/ 2λ ='K RenRe =du s ρ Lμ① 层流区（stokes区）: ② 过渡流区（艾伦区） ③ 紊流区（牛顿区）λ’＝24／Reus =1 ρs − ρL gd 2 18 μ1/ 3λ = 10 / Re'0.5⎡ ( ρ s − ρ L )2 g 2 ⎤ u s = 0.26 ⎢ ⎥ μρ ⎥ ⎢ L ⎣ ⎦dλ = 0 .4'⎡ ( ρ − ρ L )g ⎤ u s = 1.82 ⎢ s ⎥ ρ L ⎣ ⎦1/ 2d 1/ 2当ρs> ρL 时，颗粒以us下沉；当ρs= ρL时， us ＝ 0，颗粒在水中呈悬浮状态，不能用沉淀法去除；当 ρs< ρL时，us为负值，颗粒上浮，可用浮上法去除。
沉淀与上浮
沉淀与上浮[Sediment and Floating] (1)一、沉淀的基本理论（一）沉淀的类型按照水中悬浮颗粒的浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀可分为以下几种类型。
1.自由沉淀。
悬浮颗粒的浓度低，在沉淀过程中呈离散状态，互不粘合，不改变颗粒的形状、尺寸及密度，各自完成独立的沉淀过程。
这种类型多表现在沉砂池、初沉池初期。
2.絮凝沉淀。
悬浮颗粒的浓度比较高（50~500mg/L），在沉淀过程中能发生凝聚或絮凝作用，使悬浮颗粒互相碰撞凝结，颗粒质量逐渐增加，沉降速度逐渐加快。
经过混凝处理的水中颗粒的沉淀、初沉池后期、生物膜法二沉池、活性污泥法二沉池初期等均属絮凝沉淀。
3.拥挤沉淀。
悬浮颗粒的浓度很高（大于500mg/L），在沉降过程中，产生颗粒互相干扰的现象，在清水与浑水之间形成明显的交界面（混液面），并逐渐向下移动，因此又称成层沉淀。
活性污泥法二沉池的后期、浓缩池上部等均属这种沉淀类型。
4.压缩沉淀。
悬浮颗粒浓度特高（以至于不再称水中颗粒物浓度，而称固体中的含水率），在沉降过程中，颗粒相互接触，靠重力压缩下层颗粒，使下层颗粒间隙中的液体被挤出界面上流，固体颗粒群被浓缩。
活性污泥法二沉池污泥斗中、浓缩池中污泥的浓缩过程属此类型。
（二）悬浮物在静水中沉淀的理论1．沉速公式为了说明影响颗粒沉淀的主要因素，现以单体球形颗粒的自由沉淀为例加以说明。
颗粒在重力、浮力的作用下，开始下降（或上浮），由于水的阻力作用下，短暂时间内很快当达到受力平衡，以匀速下沉。
在大多数情况下，Re<1，颗粒下降引起周围水流的扰动，处于层流状态。
颗粒沉淀速度用斯托克斯(Stokes)公式表示。
水中悬浮物的组成比较复杂，颗粒形状多样，且粒径不均匀，密度也有差异，很难用斯笃克斯公式计算颗粒的沉速，而通过试验测定颗粒的沉速比较容易。
因此公式主要用来进行沉淀原理分析和测出颗粒沉速后倒过来进行水中颗粒分析用。
2．沉淀试验沉淀试验用来判定水中颗粒的沉淀性能，并根据所要求的沉降效率确定沉降时间和沉降速度这两个基本的设计参数。
各种沉淀池设计计算
各种沉淀池设计计算沉淀池是用于将悬浮物质沉淀下来并从水中清除的设备。
它是水处理过程中的关键设备之一，被广泛应用于自来水厂、污水处理厂、工业废水处理等领域。
本文将介绍几种常见的沉淀池设计计算方法。
1.理论沉淀时间计算理论沉淀时间是指水在沉淀池中停留的时间，通常以小时为单位。
根据悬浮物质的沉降速度来计算理论沉淀时间，可以使用斯托克斯定律：V = (gd^2(ρp-ρf))/(18μ)其中，V是沉降速度，g是重力加速度，d是颗粒的等效直径，ρp是颗粒的密度，ρf是液体的密度，μ是液体的黏度。
根据所需的沉淀效果，可以根据V计算出理论沉淀时间。
2.设计池体尺寸池体尺寸的设计主要包括沉淀池的水面面积和深度。
水面面积的设计通常根据所需的处理能力来确定。
常用的计算方法有：A=Q/(VS)其中，A是池体的水面面积，Q是流量，VS是水面上游速度。
根据经验值，流速通常为0.15-0.3m/s。
沉淀池的深度会影响水在池中的停留时间，一般情况下，深度在1.5-4米之间。
较高的深度可以增加水在池中的停留时间，提高沉淀效果。
3.污泥容量计算污泥容量是指沉淀池中可以存放的污泥的量。
可以通过计算沉淀池的有效体积来确定污泥容量。
沉淀池的有效体积可以通过计算沉淀池的总体积减去污泥底板的体积来得到。
V=A×H其中，V是沉淀池的总体积，A是水面面积，H是深度。
沉淀池中的污泥一般采用泥底流出方式排除。
泥底板的体积可以通过计算泥底板的面积与高度来得到。
4.污泥泵排泥时间计算污泥泵排泥时间是指从沉淀池中排泥的时间，通常以分钟为单位。
污泥泵排泥时间可以通过计算泥底板上沉淀的污泥的总质量与泵的排泥能力来得到。
T=M/(Qp)其中，T是排泥时间，M是泥底板上沉淀的污泥的质量，Qp是泵的排泥能力。
以上是几种常见的沉淀池设计计算方法，通过计算沉淀时间、池体尺寸、污泥容量和污泥泵排泥时间等参数，可以实现沉淀池的合理设计，提高水处理效果。
对于具体的设计，还需要考虑水质特征、处理工艺和设备的选择等因素。
3.3 沉淀理论
特征:
悬浮物浓度高, 颗粒有凝聚作用,相互粘合,集结成大的絮凝体下 沉,沉速较快 ,颗粒形状、大小均发生变化. (二沉池初期)
(3)区域沉淀:
特征 :
悬浮物浓度高,颗粒有凝聚作用,一般集结为一个整体下沉,与 清水之间形成清晰界面,显示为界面下沉. (二沉池后期)
(4)压缩沉降:
特征 :
物理意义
令q = Q/A = u 表面负荷 m3/m2 ·s
在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量. q与u数值上相等,但物理意义不同.
讨论
H
沉淀区
流 入 区
u<u0 流
u0
出
h
u>u0
区
污泥区
h / Ut=L / v h=L ·Ut / v
L
沉速为Ut从h处入流的颗粒的去除率为:
L·Ut
Ut
Ut
η=
悬浮物浓度很高,颗粒间相互接触,相互支撑, 靠压缩作用挤出颗粒间的水. (浓缩池 、二沉池污泥斗)
二. 沉淀类型分析
㈠ 自由沉淀规律的分析
F浮
G=VS × ρS×g
f
F浮 = VS × ρl×g
G
G- F浮 =VS ×(ρs - ρl)×g
若ρs>ρl 颗粒下沉，沉速由无到有，同时产生水流阻力f
颗粒投影面积
去除率
η1= 1-P0
剩余量
去除率
η2 = 1/uo∫0 uPtd0 p
剩余量 P0=Ct/Co
取取样面以上全部水 样进行分析其Ci
P0
去
除
量
剩余量
0
U0
沉速U
总去除率
η = [(1 - P0) +∫0 P０
沉淀的基础知识
沉淀理论（Gravity Separation Theory ）一、分类根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，范围，沉淀可分为：1．自由沉淀(Discrete particle settling)：悬浮物质浓度不高，在沉淀过程中颗粒之间互不碰撞，呈离散状态，各自独立地完成沉淀过程。
颗粒形状、尺寸、质量不变。
如沉砂池中砂粒沉淀、浓度低的污水在初沉池中的沉淀。
2．絮凝沉淀（干扰沉淀, Flocculent Settling ）：悬浮物浓度在50～500mg/l ，颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，使粒径与质量加大，沉速不断加快。
如初沉池沉淀，活性污泥在二沉池沉淀上部沉淀以及化学混凝沉淀。
3．拥挤沉淀（分层沉淀, Hindered settling, Zone settling ）：浓度＞500mg/l ，沉淀中相邻颗粒互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀，清水与浑水间形成明显的交界面，沉淀显示为界面下沉。
如二沉池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。
4．压缩沉淀（Compression settling ）：浓度大。
颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。
如活性污泥在二沉池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。
活性污泥在二沉池中沉淀实际是依次进行，只是各类沉淀出现时间不同。
二、颗粒沉淀理论(Particle Settling Theory)1．公式根据牛顿第二定律，得出颗粒最终沉速为：d C g u ll s D ρρρ-=34 粒径有关阻力系数，与液体密度颗粒密度----d C D l s Re ρρ在不同流态下阻力系数C D 以及沉速u 的表达公式:2．应用（1）已知d，推求u=?（2）已知u，反推d=?三、各种沉淀类型分析(一)自由沉淀1.低浓度离散性颗粒在水中沉淀，开始时加速下沉，水流阻力不断增加，短暂时间后达到与重力平衡，颗粒开始匀速下沉。