华北理工水质工程学教案03沉淀和澄清.docx

课程名称：水质工程学I第周，第8讲次摘要授课题目（章、节）第三章沉淀和澄清3-1悬浮颗粒在静水中的沉淀本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第三章沉淀和澄清3-1悬浮颗粒在静水中的沉淀沉淀：固体颗粒在重力的作用下，由水中分离出来的过程。（上浮也归此类）沉淀分类：1、自由沉淀：颗粒与颗粒和器壁之间互无干扰，颗粒只受重力和水的阻力作用。2、拥挤沉淀：颗粒互相干扰或受器壁干扰的沉淀。颗粒受重力作用和上升水流作用。3、絮凝沉淀：沉淀过程中，颗粒大小、形状、密度都有所变化（沉速越来越快，边沉降边聚结）一、固体颗粒在静水中的自由沉淀。1、假定：（1）颗粒为圆球形体积二1/6ncf（2）颗粒在水中仅受重力、浮力、水的阻力的作用。（3）下沉过程，颗粒之间无影响。（体积浓度0.002）也不受器壁影响。（距离大于50倍颗径）2、受力分析：(1)重力FLF'=%就PPg(2)浮力F2：F1二%"Ig(3)水的阻力：F3F3与颗粒的糙度、大小、形状和沉速U有关，还与水的密度和粘度有关。F3=-CplA-tF3水阻力浮力IR重力A沉淀方向的投影面积，球形.c,厂u2d1巴一CDPl24CD阻力系数，与雷诺数Re有关(4)合力为：f=ff2f31»3113冗dPpS-ndPlS-CDPl24=6血g(4)coP24(5)牛顿第二定律：F=mat吟=*gj)s号m=-dyp一颗粒的质量。6p颗粒的下沉过程：u由Of增大，由大一0,dtF3由Of增大。当F3增大到F3=F1+F2时。=OdtU不再变化，此时，U就是我们一般所称的沉速。(6)速度公式：O=gg(p,-pl)-CdPiy?得T看上V3CDPi式中CD阻力系数，与雷诺数Re有关。R=VL水的运动粘度，由实验可得CD与Re的关系。10,IO2IO4诺敷生图16-1CD与Ke的关系(球形发敕)当Re<l为层流：lRe500过渡区:500<Re105紊流区：CD=O.4水处理中的沉淀为层流范围,将代入式中得Stokes公式:4PP-Pl324PiPi解得：N二 9生18MRe.U =Pi咀仁义du无gPl过渡区得Anen公式:=（4）3）2225 plg2紊流区得牛顿公式:dg（改书）P289w=1.83单位：P密度，kgm3;y绝对粘度，Nsm2(Pas);y一运动粘度，cm2s;d粒径，m;g重力加速度，ms2;u沉速，m/So（7）问题及解决办法：i颗径难测,并且非圆球形。iiu和Re两个未知数要用试算法。（先假定u再计算）但测沉速较容易由Ufd（相应于球形的半径）还是不方便.现在我们用沉速代表有相同沉速的颗粒群,不去追究颗粒粒径。以后讲沉速是多少的悬浮物，（而不提粒径比重等）。二、悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀（又称分层沉淀）1、什么是拥挤沉淀：自由沉淀是颗粒向下运动，颗粒排开的水以无限小的速度向上流动。当颗粒很多时，颗粒所排开的水是以某一流速向上流动，使颗粒所受到的阻力有所增加，即沉淀相互干扰了。颗粒沉淀受到相互干扰的沉淀过程称为拥挤沉淀。其沉速称为:拥挤沉速。2、拥挤沉淀的特征：静沉一段时间后（1）有明显的清水与浑水分界面一称为浑液面。（2）沉淀过程中沉淀筒（量筒）分为四个区：A清水区；（B等浓度区：浓度均匀：一般最大粒度与最小粒度之比约为6:1以下时，出现的现象。由于污泥区相互干扰下沉，大颗粒变慢。或悬浮物区C变浓度区：由上至下浓度由小C。一A大；ID压实区：由于筒底的作用最下部为压实区。3、拥挤沉淀过程分析:w高度水的况过at当部|>6,并且各级粒度所占的百分数又特别悬殊时，不出r现清水区这种现象。仅分三个区：J变浓度区压实区才分四个区。A清水区:在沉淀筒上部出现明显浑液面。浑液面上部为清水区,浑液面的下沉速度代表了颗粒的平均沉降速度。B等浓度区：由于相互干扰下沉，大颗粒沉速变慢，形成共同下沉，区内浓度均匀。C变浓度区（过渡区）：是由于底部出现了压实区。其浓度由等浓度区的浓度COf压实区顶部的浓度。厂1、形成节段：由OfHC是由三个节段构成W2、不变节段；Hc不变L3、消失节段：由HCfO临界沉降点:当等浓度区刚消失时，称为临界沉降点。D压实区：是由于筒底的支撑作用，颗粒沉到筒底便被截留，颗粒相互支撑，并在重力作用下，逐渐被压实。其高度HD由0-H”(当tf8时Hd=Hoo)4、浑液面的沉降过程：(1) ab段：是上凸的曲线：是颗粒间絮凝的结果。沉速由0-v,时间较短。(2) be段：是等速下沉段，浑液面等速下沉，并且下沉速度达到最大。B区：浓度为CO,C区高度HC不变，并上移。(3) Cd段，为下凹的曲线，C点即为临界沉降点，B区刚刚开始消失，浑液面以下浓度都大于CO。C区消失的过程从理论上讲是一个t-8的过程。肯奇理论在Cel段取一点：浑液面下部高度为H,过程点作一切线交纵坐按质量守恒定律：设筒截面为W则：HOWCO=HtWCtr_QH0Ct、Ht一为一虚拟沉降筒，混水区浓度均匀时的浓度为Ct,高度为Ht似的曲线。e点的下沉速度：vt(任意时间，交界面的下沉速度：vt)H1-H匕二丁ac段，vt=C(vc)沉速不变，等速下沉(I1aI.I:Cl段，Vt由VCfOCtZi之后，vt=O不再压缩，Ct=C8(表示压实浓度)又不同高度相同浊度水样试验的上似性：不同高度(Hl,H2)的沉淀曲线是相H=OP=OQ1HJoPJOQ2kAfKtIFMCO0tttMM67不同况旋育度的m降过段相似美基意义：可用沉淀距离短的实验来推测，实际沉淀效果。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P课程名称：水质工程学I第一周，第_2_讲次摘要3-2平流式沉淀池授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】3-2平流式沉淀池是最基础的沉淀池：其它沉淀池都是在平流池基础上发展出来的。1、沉淀池进出水要求：（1）出水浊度宜在10度以下混浊度：lmgSi02L所构成的混浊度为1度（悬浮物及胶体所造成水的不透明程度或光的散射现象）（2）进水应无砂：含砂量大时，应先预沉（除砂）。2、构造简介：上下分为：沉淀区（上）污泥区（下）r进水区（配水区）：在整个沉淀区截面均匀配水。前后分为：沉淀区：水中颗粒下沉去除I出水区：沉淀后的收集，排出沉淀池。3、特点：水流受池身构造和外界影响使颗粒沉淀复杂。(进口水流惯性,出口束流，风吹池面，水质浓度变化及温差等形成的异重流)。一、非凝聚性颗粒的沉淀过程分析:1、理想沉淀池的假定：(1)颗粒互不干扰，沉速不变(无絮凝现象)(2)水流沿水平方向流动，在沉淀区流速相等，流速大小、方向不变。(3)颗粒沉到池底即为去除，不再返回水流中。2、分析：(1)水平流速：V(ms)V=-Q一流量，(m3s)HO-水流沉淀区高度，(m)B一沉淀区宽度，(m)(2)截流沉速：u在池的最不利点，A点(沉淀区开始回最高点)以UO下沉速度下沉，可在沉淀区末端最低点B,进入污泥区，这个沉速称为截留沉速Uo沉区长为L,高为h0。由aABB'及Abb'是相似,即h=L%=也V同理hi=-VLui代入E式中：J%V«0=7E-½-/Q/A一沉淀池的表面负荷。3、（Hazen）哈真理论：悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关，与其它因素（池深、池长、水平流速等）无关（其实在实际池中有关）4讨论：(1)由E=当可知，ui/ff产水量越大。/A或：Q=C（产水量不变）越大/E/%一颗粒沉速是由絮凝所确定的，所以都要重视反应池的絮凝。（2）ui=C增加A,可以提高去除率。设沉淀池容积V不变时，即浅迫可提高去除率，“浅池理论”。斜板，斜管沉淀池就是基于此理论发展的。5、总的去除率：上面分析的是2W0全部去除了ui<M0的有一部分去除了。由沉淀实验：假想将不同沉速的颗粒分离开总去除率P:p=r+ p2+一,()+&H1P0+I+E()+2P0+2卜E*P"T+E11Pn沉速2vq的颗粒沉速VVo颗粒的仃分数的总和去除百分率数的和式右边加上，再减去相同组数。+p+l+p0+2+pn-l+pn-p+l+p0+2+pn-l+pn原式为：P=p+P2+Po+P,J-Po+P0+2Pl+P,+、，、，VVI%Eq+iPgi+E(MPo+2+E"-Pm+E”PnP=1-÷E0+1p0+1+E0+2P0÷2+EEPZ+EnPnlE(M=SEi=匕Ett=%代入上式，括号中变成为:%u+Iu+2,un-rtunrtP+l÷P+2Pn-+Pn%0当取ZpfO时，则成了殳dp：J。u0p=i+R十血dMM9frffl16-6理愚况症治的去除百分比计算式中：Po一所有沉速小于理想沉淀池截留沉速的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。斯一理想沉淀池的截留沉速。一小于截留沉速的颗粒沉速。/V一所有（累加）沉速小于的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分数。功?.一具有沉速为的颗粒重量点原水中全部颗粒重量的百分率。单筒沉淀的试验：在时间tl、t2、totn取样测得浓度为：Cl、C2、COCn同时可得沉速：hhh沉进试舲的P-O曲线取样时表明，ti取样，即）颗粒即达到了取样口下沉，池中已不存在ui颗粒了。如果以77,为代表c¼c2Zcnc0即为取样口处，水样中所残存的悬浮颗粒的浓度分数。即：小于该颗粒沉速的颗粒浓度分数。I-PL1-P2表示取样口水样中已经去除的悬浮物颗粒的分数。点绘曲线，得图示曲线。【例】#货聚性浮*在实H条件下的近次数精儿于今16-1.试定想不施式讯程斌方我黄苕为，3.2mRY川的林去除百分率实取样口也在水X下120cm.C我不在时间，时尚卷个取8口取出的水色所含的址存的紫度。代我初始的悬浮物MU£tsimmhu*¾m.可伸出悬浮粒的沈建分布分析表明，c/。，对A作图可以蛤出沉速小于"的段蛆成晶分的分布.相应于各欢详时间的E计算如下,«ae