水质工程学4章沉淀 处束流、池面风吹、水质的浓差和温度等)，致使颗粒沉淀规律复杂化。为此，先 讨论理想沉淀池，然后讨论实际情况：此外，凝聚性颗粒在下沉时，颗粒间由于 碰撞接触而结成大颗粒，沉速增加，也使沉淀规律复杂化。以下先从非凝聚性颗 粒的沉降规律出发再讨论凝聚性颗粒 一、非凝聚性颗粒地沉淀过程分析 理想沉淀池应符合三个假定： 1、颗粒处于自由沉淀状态：即在沉 淀过程中，颗粒之间互不干扰，颗粒的大 小、形状和密度不变。因此，颗粒的沉速 始终不变。 2、水流沿着水平方向流动。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，不再返回水流中。 按照上述假定，理想沉淀池底工作情况见上图。原水进入沉淀池，被均匀分 配在进水区的A一B截面上，其水平流速为： 式中：V一一水平流速，ms。 Q一一流量，m3/s。 ho一一水流截面A一B的高度，m。 B一一水流截面的宽度，B。 如图所示，直线I代表从池顶A点开始下沉而能够在池底最远处B点前沉到 池底的颗粒的运动轨迹：直线Ⅱ代表从池顶A开始下沉而不能沉到池底的颗粒的 运动轨迹：直线Ⅲ代表一种颗粒从池顶A开始下沉而刚好沉到池底是远处B点的 运动轨迹。 设沉淀池的水平流速为V,则得按直线Ⅲ运动的颗粒的相应沉速为。 因此，凡是沉速u>的一切颗粒都可以沿着类似直线I的方式沉到池底，凡 是u<的颗粒，如从池顶A点开始下沉，肯定不能沿到池底而沿者类似直线Ⅱ的 方式被带出池外。由此可见，直线Ⅲ所代表的颗粒的沉速具有特殊的意义，称 第6共4负
水质工程学4章沉淀 为截留沉速。实际上它反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速 即凡是沉速≥的颗粒能够全部下沉而被去除。 (二)表面负荷率 对于直线Ⅲ所代表的一类颗粒而言，流速v和与沉淀时间t有关。 I=LN 式中：L一一沉淀区的长度，m:ho一一沉淀区的水深，m: t一一水在沉淀区中的停留时间，s: 令上式两式相等，得： 光品品 上式中LB是沉淀池水面的表面积A,因此，上式的右边就是单位沉淀池表面 积的产水量，可用下式表示： uo=Q/A (4-17) 式中：Q/A称为“表面负荷率”或“溢流率”，上式表明，表面负荷率在数值 上等于截留沉速：但含义不同，后者代表自池顶A开始下沉所能全部去除的颗粒 的最小颗粒的沉速。 (二)沉淀效率 1、某一特定颗粒即具有沉速山的颗粒的去除百分比E。 应该指出，这个特定颗粒的沉速必是小于，因为≥的颗粒将全部下沉。 去除率E的关系推导如下： 因为u<的颗粒如从池顶A点下沉，将沿直线Ⅱ前进而不能沉到池底，引一 条平行与直线Ⅱ而交于B的直线mB。图4-4可见，只有位于池底以上：高度内， 即处于m点以下的这种颗粒（特定颗粒u,<)才能全部沉到池底。设原水中这种 颗粒的浓度为C,沿进入的这种颗粒的总量为 QC=hoBvC 沿m点以下的高度hi截面进入的这种颗粒的数量为hBvC,则沉速为u,的颗 粒的去除率应为： E=(hiBvC)/(hoBvC)=hi/ho (4-18) 又△ABB'∽△Abb'得：hMo=LN即h=LW 同理△mBB'∽△mcc'得：h/u:=L/w 即h=Lwy 第7负共44贞
水顾工程学4章沉淀 将上两式代入式(16-18)得去除率公式为： E=-丛-4 (4-22) uo Q/A 由上式可知：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率有 关，而与其它因素如水深、水平流速和沉淀时间均无关。这一理论早在1904年， 由哈真(Haz心)提出。在实际沉淀池中，除表血负荷率外，其它许多因素对去除 率还是有影响的，这将在后面讨论。 由式（4-22)得出两点结论： 1)当E一定时，u,越大，则Q/A越高，亦即产水量越大：或者当产水量和表 面积不变时，山：越大，则E越高。颗粒沉速的大小与凝聚效果有关。所以生产 上均重视反应工艺。 2)当山，一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率(E增大)，当沉淀池容 积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以提高，此即所谓浅池理论，斜板 斜管沉淀池的发展即基于此理论。 2、沉淀池总的沉淀效率 以上讨论的是某一种特定的“具有沉速山的颗粒”(u<uo)的去除率，实际 上，原水中具有小于的颗粒尺寸众多，这些不同的颗粒的总去除率是各别颗粒 去除率的总和 设P,为所有小于山，的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率，显然p,为 具有沉速u,的一种颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率，根据式(4-22)，能 够在沉淀池中下沉的这种具有沉速山，的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率 应为兰p,因此，所有能够在沉淀池中下沉的，沉速小于山的颗粒重量占原水中 全部颗粒重量的百分率应为： B=8, 另外，沉速≥的颗粒已经全部下沉，其去除率应为1一P。因此，理想沉淀 池总的去除率，即沉淀池的沉淀效率p为： P=0-R)+, (4-24) 第8负共4负
水质工程学第4章沉淀 式中：P。一一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。 uo一一理想沉淀池的截留速度。 u一一小于截留沉速的颗粒沉速 p,一一所有沉速小于山的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率： dp,一一具有沉速为山的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。 3、非凝聚颗粒在静水中的沉淀试验 这种试验一般用一圆筒进行。如图 45所示，在圆筒水面下处开一取样口。 取样开始(t=0)时，浓度沿水深均匀分 布为Co,然后分别在t、t2…t等时刻 取样，分别测得浓度为C、C2…Ca。 假定在取样过程中，水面位置基本不变， 沉=h/t 那么，在时间恰好是、t2…t等时， 沉速为ht=u,h/t2=u2,…h/tn=u,等颗粒就恰好通过取样口向下沉，相应地这 些颗粒在高度中不复存在了，也即所取出的水样中已没有这些相应的颗粒。如 果以P1、P2,…Pn等分别代表C/C,C2Co,…CCo,那么它们就代表在取 样口处的水样中所残存的悬浮颗粒的浓度百分数，也即小于该沉速的颗粒浓度分 数，(1一P1,1一p2…1一p等分别代表取样口水样中已经去除的悬浮颗粒分数)。 点绘出P一u曲线。 从图上可见，具有沉速为1,2，(u1>u≥u2)的两种颗粒之间的颗粒浓度百 分数为p1一p2。如果两种颗粒无限接近为具有u的特定颗粒，那么其含量为dp 则沉速为u,<的颗粒去除率为u,/o·dp,则所有沉速小于o的颗粒去除率百分 率为邮，则沉淀池的沉淀效率为： (- 4、式(4-24)的其它理解 设想沉淀管水深与沉淀池水深一样，并从沉淀开始(=0)把沉淀管放在沉淀 池的进口断面，水面相齐，并以沉淀池的水平流速ⅴ随着前进，见下图。这样 第9贞共44贞
水质工程学第4章沉淀 沉淀管中各种颗粒下沉的过程必然也和沉淀池水中的各种颗粒下沉的过程相同 沉速为，2，…u的颗粒分别沿着它们与水平流速的合成速度方向下降。 从进口水面开始，各种颗粒下沉的轨迹线可以看作为一族代表相应的颗粒（即 一种颗粒一条轨迹线)，以及大于它的颗粒被去除的累积百分数线。 在图中，纵坐标为水深山，横坐标有三种表示方法：1)沉淀池水平方向的距 离：2)各种颗粒的沉淀时间： 3)各种颗粒的沉速u=ht。 图中Au线为具有沉速u 颗粒下沉的轨迹线，颗粒在 悬浮物占100p1%,被100%的 去除掉，故A山1线代表悬浮物 被去除100p1'%=100p1%的 线，可表示为p1'线。Au2为2 凝聚性颗粒去除百分数 颗粒下沉的轨迹，2颗粒占 100p2%,也是100%地被去掉，实际上Au2线可视作u1及u2颗粒被100%去除的 紫计百分数线，可表示为100p2'%=100(p1+p2)%。设为沉淀池的截留沉速， 占悬浮物总量中的100p0%,那末，沉淀池可以100%去除的累积百分数，可表示 为100p0%=100(p1+p2+…+po)%。至于比uo为小的颗粒只能部分的被去除。如 u-k的颗粒占Pn-k%,那末山a-k颗粒被去除的百分数占悬浮物总量的（仙n ko)I00pk%,其累积去除百分数为（即Auw线所代表的悬浮物去除百分数）： 100pa-k'%=100[p1+p2+…+p0+(un-k/uo)pm-k]% 这些去除百分数线都是直线，可以通过试验得出，如上图所示。去除百分数 线的物理涵义也可以这样描述：一条去除百分数线表示了沉淀池100%去掉的颗粒 中的最小颗粒的运动轨迹，也就是这些颗粒能够下沉的最远途径。 由图16-9可见，当沉淀池沉淀时间为1，也即截留速度为时，去除悬浮物 总量的百分数可表示为： p=po'+ua-k/uo(Pa-k'-po)+....+ua-2/uo(pa-2'-pa=3') tua-1/uo(pa-1'-Pa-2')tu/(1-pa-1'） (4-25) 上式为式(4-24)的另一种表示形式，根据式(4-25)，将沉淀数据加以整理 即可得出总去除百分数 第10贞共4贞