华北理工水质工程学教案08第三章沉淀和澄清3-1静水沉淀

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=1/6πd3（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F1：gdFp3161（2）浮力F2：gdF13261（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。223uACFlDA—沉淀方向的投影面积，球形∴42223duCFlDCD—阻力系数，与雷诺数Re有关（4）合力为:4261612233321duCgdgdFFFFlDlp4261223duCgdlDlpF1重力F3水阻力F2浮力（5）牛顿第二定律：atdumF4261223duCgdatdumlDlppdm36—颗粒的质量。颗粒的下沉过程：u由0→增大,dtdu由大→0，F3由0→增大。当F3增大到F3=F1+F2时。0dtduu不再变化，此时，u就是我们一般所称的沉速。（6）速度公式：42610223duCgdlDlp得dCgullpD34式中CD—阻力系数，与雷诺数Re有关。udRev—水的运动粘度，由实验可得CD与Re的关系。当Re1为层流:Re24DC1≤Re≤500过渡区:Re10DC500＜Re≤105紊流区:CD=0.4水处理中的沉淀为层流范围,将代入式中得Stokes公式:dgullpRe2434dgllpRe724∵udRe∴dudgullp724∵l∴dudgullpl7222722dugulp解得:218dgulpStokes公式。过渡区得Allen公式:dgulls3122)()2254(紊流区得牛顿公式:dgullP83.1(改书)P289单位：ρ—密度，kg/m3;μ—绝对粘度，N·s/m2(Pa·s);ν—运动粘度，cm2/s;d—粒径，m;g—重力加速度，m/s2;u—沉速，m/s。(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u→d(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—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C0大；D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：当最小粒度最大粒度6,并且各级粒度所占的百分数又特别悬殊时,不出现清水区这种现象。仅分三个区:变浓度区压实区当最小粒度最大粒度6时,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C0→压实区顶部的浓度。1、形成节段：由0→Hc是由三个节段构成2、不变节段；Hc不变3、消失节段：由Hc→0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t→∞时HD=H∞）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→v0，时间较短。（2）bc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C0，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C0。C区消失的过程从理论上讲是一个t→∞的过程。肯奇理论在cd段取一点：浑液面下部高度为H，过程点作一切线交纵坐标于a′，a′高度为Ht按质量守恒定律：设筒截面为W则：H0W·C0=Ht·W·CtttHHCC00Ct、Ht—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）tHHvttac段，vt=C（vc）沉速不变，等速下沉cd段，vt由vc→0Ct↗d之后，vt=0不再压缩，Ct=C∞（表示压实浓度）5、不同高度相同浊度水样试验的上似性：不同高度（H1，H2）的沉淀曲线是相212121OQOQOPOPHH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