水质工程学第4章沉淀 在非凝聚性颗粒沉淀中，颗粒的下沉速度可假定不变。图46中，横坐标为u =L,实验时可任意选定取样口的深度和取样时间，都可以得到不同的(p,u) 坐标点，并不影响式(425)的计算结果。（也即沉淀管的深度对于上图直线的绘 制毫无影响。) 二、凝集性颗粒沉淀过程的分析 把上述概念与凝聚性颗粒的特点结合起来，就很容易得出絮凝颗粒沉淀试验 的要求以及利用试验结果以求沉淀池的去除百分数的方法。絮凝颗粒有下列特点： 第一、由于颗粒在下沉的过程中不断与其它颗粒相碰撞而粘结在一起，粒度 不断加大，沉淀速度也就不断加大。下沉的轨迹线，即去除百分数线p1'、P2'… 等，必然是一条曲线，而不是直线。因此，要反映这一颗粒变大的全过程，沉淀 试验的水深必须与实际沉淀池一致，如图48所示。另外，为了绘出p1'、p2’… 等曲线，必须在每一取样时间，沿水深的几个不同高度同时取水样，先求出各 点的悬浮物去除百分数来，由这些去除百分数与相应的沉淀时间作图，通过内插 法，把去除百分数p'相同的各点连成光滑曲线，才能得出p1'、p2'…p’等 去除百分数等值线来。如图4-8所示（图4-8坐标点符号“+”位置上，各有一组 数据t,p') 比照上节关于非凝聚性颗粒的讨论可以认为，这些“去除百分数等值线”代 表着：对应所指明去除百分数时，取出水样中不复行在的颗粒的最远沉降途径。 深度与时间的比值，则为指明去除百分数时的颗粒的最小平均沉速 凝聚性颗粒的去除百分数，也可以从图4-8算出，即可仿照式4-25求出停留 时间为如时的沉淀池去除悬浮物的百分数。当沉淀时间为时，其相应沉速，亦 即表面负荷率为=h/1a,表示在沉淀时间to,从水面处能够经过絮凝长大过程中 恰能沉到底的颗粒。如前所述，凡沉速大于或等于的颗粒能够全部沉掉。而沉 速小于底颗粒则按照u/比值仅部分地沉掉。沉降时间为。时，相邻两根曲线 所表示的数值之间的差别，反映出同一时间不同深度的去除百分数的差别，说明 有这样一部分颗粒对于上面一条曲线来说，已认为沉降下去了，而对于下面一条 曲线来说，则认为尚未沉降下去。换句话说，这一部分颗粒曲线所表示的数值之 差，其平均沉速等于其平均高度除以时间o,其数量即为两曲线所表示的数值之差。 这些颗粒正是小于的颗粒。根据上述分析，对于某一表面负荷率而言，由图4-8 所示的凝聚性颗粒去除百分数等值线可以得出总的去除百分数： 第11贞共44贞
水质工程学4章沉淀 P=p。+p:-po)+Lp,-p)+p.-p)+…(4-26) u。 式中：P'一一表示沉降高度为h,沉降时间为to时的去除百分数，并且是沉速≥ 的已全部沉掉的颗粒的去除百分数。 h一一表示在时间to时，曲线po'与p4'之间的中点高度。 h2、h一一与上类似。 注：上述测定方法系在静置条件下进行的。应用于实际沉淀池，根据经验， 表面负荷率和停留时间应乘以经验系数。因为在静置沉淀中没有反映诸如异重流 流速不均，风力以及下沉污泥重新浮起等因素的影响。 [例题]：求凝聚性颗粒的去除百分数。（略） 三、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素 实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要原因有两种：水流状况、颗粒 絮凝过程。 (一)沉淀池实际水流状况时对沉淀效果的影响 在理想沉淀池中，假定水流稳定，流速均匀分布。其理论停留时间为 to=V/Q 式中：V一一沉淀池容积，m3:Q一一沉淀池的设计流量，m3/h。 但是在实际沉淀中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过 沉淀区的时间<，而另一部分水流则大于0，这种现象称为短流，也是由于水流 的流速和流程不同而产生的。 短流的原因如下： 1、沉淀池进出水的影响： a、进水的惯性所产生的紊流，V4=0.15~0.2m/s。Vx=10~25mm/s,V>V ,进水具有很大动能，能在池内持续很长距离才能消失。 b、出水堰产生的水流抽吸。 2、异重流的总响 异重流是进入较静而具有密度相异的水体的一股水流。异重流之重于水体者， 将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前进：异重流之轻于水体者，将沿水血径流 至出水口 浑水异重流：进水浑浊度与池水浊度不同，其比重不同而引起。 第12贞共44
水原工程学4章沉淀 温差异重流：进水温度与池水温度不同而引起 3、水流紊动性和稳定性对沉淀效果的蟛响 、水流的紊动性用雷诺数Re判别。该值表示推动水流的惯性力与粘滞力两 者之间的对比关系 R=-水流惯性力 粘滞力 式中：y一一水平流速，R一一水力半径， V一一水的运动粘度 在明渠中，当Re>500时，水流呈紊流状态。平流式沉淀池中水流的Re一般 为4000~15000，属紊流状态。此时水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脉 动分速。且伴有小的涡流体，这些情况都不利于颗粒的沉淀。但在一定程度上可 使密度不同的水流能较好地混合，减弱分层流动现象。不过，在沉淀池中通常要 求降低雷诺数以利于颗粒沉降。 b、水流地稳定性以弗劳德数，该值表示推动水流的惯性力与重力两者之间的 对比关系： F,数增大，表明惯性力作用相对增强，重力作用相对减小，水流对温差，密 度差异重流及风浪等彪响的抵抗力增强，使沉淀池中的流态保持稳定，一般认为， 平流式沉淀池中的F,≥103. c、在平流式沉淀池中，降低Re和提高F,的有效措施使减小水力半径R。池 中纵向分格及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的。 d、在沉淀池中，v↑→Re1而不利于沉淀：但v↑→F,↑，异重流和池中水 流汇合，影响流态甚微，从而加强了水的稳定性，从而提高沉淀效果。所以水平 流速可以在很宽的范围内选用，而不致对沉淀效果有明显的影响。V=10一25mms。 4、风浪引起的水流（露天沉淀池） 5、池内存在着柱子、导流壁和刮泥设施等 (二)凝聚作用的影响 原水通过絮凝池后，悬浮杂质的絮凝过程在平流式沉淀池内仍继续进行。由 于池内水平流速分布不均匀，存在的速度剃度将引起颗粒相互碰撞而促进絮凝。 此外，水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们将具有不同的沉速而引起颗粒碰 第13贞共44贞
水质工程学4章沉淀 撞絮凝。水在池内的停留时间越长，由速度剃度引起的絮凝便进行愈完善。所以 沉淀时间1对沉淀效果是有影响的：池中的水深愈大，因颗粒沉速不同而引起的絮 凝也进行得愈完善，所以池深对沉淀效果也是有影响的。因此，实际沉淀池的沉 淀时间和水深对沉淀均有影响，因而也就偏离了理想沉淀池的假定条件。 四、平流式沉淀池的构造一一进水区、沉地区、污泥区、出水区 (一)进水区 进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动， 般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池，即通常将絮凝池和沉淀池之间的隔墙 做成穿孔墙，见图412。顺水流方向为喇叭口，为防止矾花破碎，洞口流速应限 制在0.15~0.2m/s。穿孔墙地孔可以做成圆形或矩形，其直径或边长一般约为50~ 150mm,最上面一排孔须经常淹没在水面下12~15cm,以适应池中水位的变动， 最下面一排孔应在沉淀池积泥高度以上0.3一0.5m,以免冲起积泥。 (二)沉淀区 要降低沉淀池中水流的Re数和提高水流地F,数，必须减小R,对平流式沉 淀池进行纵向分格等，均可减小水力半径R,改善水流条件 沉淀区地高度与其前后有关净水构筑物的高程布置有关。一般H=3~4m。其 长度L=vT(v一一水平流速。T一一停留时间) 宽度B=Q。沉淀区的长、宽、深之间互相关联，应综合研究决定，还宜 核算表面负荷率。 要求：L/B≥4，L/H≥10，每格B=38m,不宜大于15m。 (三)出水区 沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出。一般采用堰口布置或淹没式孔口出流 后者的孔口流速宜为0.6~0.7m/s。f孔径2030mm。孔口在水面下12~15cm。孔 口水流应自由跌落到出水渠中，此外，还有锯齿三角堰出水。 为缓和出水区附近的流线过于集中，应尽量增加出水口堰的长度，以降低堰 口的流量负荷（一殷为10一20m3h.m)。增加堰长的办法如所示 (四)存泥区和排泥措施 沉淀池须有存泥区以便间歇地进行排泥。为便于排泥，沉淀池多采用斗形底。 排泥方法： 机械排泥：用机械吸泥排泥装置可充分发挥沉淀池的容积利用率，且排泥可 第14页共4贞
水质工程学4章沉淀 靠，多斗虹吸式吸泥机装置见图所示。 人工排泥：简述如下：用静水压力排泥。 (1)在池底按泥量的多少布置贮泥斗。斗底布置排泥管，每根排泥管按一定 时间间隔排泥。排泥斗底数量和大小，应根据原水浊度，沉淀池尺寸等通过技术 经济比较后确定。 (2)穿孔管排泥：在池底布置排泥穿孔管。池子底可以是水平的，或者做成 集泥斗，排泥管布置在斗底。 五、平流式沉淀池的设计计算 设计平流式沉淀池的主要控制指标是表血负荷率或停留时间。设计时应两者 兼顾，或者以停留时间控制，以表面负荷率校核。或者相反也可。 沉淀池的停留时间或表血负荷率的选用，应根据原水水质，沉淀水水质要求、 水温等设计资料，并参考相似条件下已有沉淀池的运行经验确定，停留时间一般 采用1一3小时。计算方法如下（二种任挑一种） (1)按照表负荷率用下式计算沉淀池表面积A。 A=Q/un 沉淀池长度为： L=3.6vT 式中：v-一水平流速(10~25mm/s): T一一停留时间h: L一一沉淀池长度，m: 沉淀池宽度B为：B=A/L 沉淀池深度H为： (2)按照停留时间T,用下式计算沉淀池有效容积（不计污泥区） V=QT 式中：V一一沉淀池有效容积，m3: Q一一产水量，m3/h: T一一停留时间，h: 根据选定的池深H(一般为2.5~3.5m),用下式计算宽度B: B L=3.6vT 沉淀池尺寸决定后，可以复核沉淀池中水流的稳定性，使弗劳德数P,控制在 1×104-1×10-5。 第15贞共44贞