第七章沉淀与澄清
第七章 沉淀与澄清
71悬浮颗粒在静水中的沉淀 721沉淀分类 1.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 2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 3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
7.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀 7.2.1 沉淀分类 1.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。 2.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。 3.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
712悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 假设沉淀的颗粒是球形,其所受到的重力为: FI=-rd(p,-pug (7-1) 所受到的水的阻力: F=C pI CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 根据牛顿第二定律可知: 元 rd(pn-pug-CpP dt 6 (7-3) 达到重力平衡时,加速度为零,令式(7-3)左边为零,加 以整理,得沉速公式: g Pp-PI (7-4) 尸1
7.1.2 悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 假设沉淀的颗粒是球形，其所受到的重力为： (7-1) 所受到的水的阻力： (7-2) CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 根据牛顿第二定律可知： (7-3) 达到重力平衡时，加速度为零，令式（7-3）左边为零，加 以整理，得沉速公式： （7-4） F d g p ( ) 6 1 1 3 1 = − 2 4 2 2 2 1 u d F C D = • 2 4 ( ) 6 1 6 2 3 1 1 3 2 u d d g C dt du d p p D = − − • d C g u p D 1 1 3 4 − =
CD与Re有关,见图6-1 0 0 C=24/Re 10 Cn10/Re 0.4 10101010 雷诺数Re 图7-1C与Re的关系(球型颗粒)
CD与Re有关，见图6-1。 10 10 10 10 1 0.4 0.1 阻力系数CD C=24/Re C=10/Re 雷诺数Re 图 7-1 CD与Re的关系（球型颗粒） 10 -3 -2 10 10 -1 1 10 10 2 10 3 4 5 10 10 10 6
1.斯笃克斯公式 当Re<1时:呈层流状态 24 (7-5) R 斯笃克斯公式: 1 Pn-p (7-6) gd 18
1. 斯笃克斯公式 当Re<1时：呈层流状态 (7-5) 斯笃克斯公式： (7-6) e D R C 24 = 1 2 18 1 u gd p − =
2.牛顿公式 当1000<Re<25000时,呈紊流状态,CD接近于常数04代入 (7-5)得牛顿公式: =183-A 1 (7-7) 当1<Re<1000时,属于过渡区,CD近似为 (7-8) e 代入得阿兰公式: 4(p,-1) (7-9) 255 ap1
2. 牛顿公式 当1000<Re<25000时，呈紊流状态，CD接近于常数0.4代入 （7-5）得牛顿公式： （7-7） 当1<Re<1000时，属于过渡区，CD近似为 （7-8） 代入得阿兰公式： （7-9） u dg s 1 1 1.83 − = Re 10 C D = d g u s 3 1 1 2 2 1 ( ) 255 4 − =
7.13悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 沉降过程分析 如图7-2,整个沉淀筒中可分为清水、等浓度区、变浓度 区、压实区等四个区。 浓度C H1 D 时间t 图7-2高浊度水的沉降过程
7.1.3 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 1．沉降过程分析 如图7-2，整个沉淀筒中可分为清水、等浓度区、变浓度 区、压实区等四个区。 Ct C 0 H Ht H∞ H∞ 浓度Ct Ct A B C D a b c d t1 t ∞ t 时间t (b) (c) (d) (e) H0 Ht 交界面 a' C0
2肯奇沉淀理论 由图72可知曲线ac段的悬浮物浓度为C0,c-d段浓度 均大于C0。 设在c-d曲线任一点CC作切线与纵坐标相交于a'点,得 高度H。按照肯奇沉淀理论得: C、C0F9 H (7-10) 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: h-h Dt
2.肯奇沉淀理论 由图7-2可知曲线a-c段的悬浮物浓度为C0，c-d段浓度 均大于C0。 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： （7-10） 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： （7-11） Ht C H Ct 0 0 = t Ht H t − =
3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7-3),即 OP 00 OP 00 A、B区交界面高度 沉淀时间t 图7-3不同沉淀高度的沉降过程相似关系
3.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7-3），即 (7-12) 2 1 2 1 OQ OQ OP OP = 图 7-3 不同沉淀高度的沉降过程相似关系 沉淀管水深H1 沉淀管水深H2 0 A、 区交界面高度 P1 P Q1 Q2 沉淀时间t
7.2理想沉淀池的特性分析 72.1非凝聚性颗粒的沉淀过程分析 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
7.2 理想沉淀池的特性分析 7.2.1 非凝聚性颗粒的沉淀过程分析 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