（ｐ）
去除效率公式
2. η—ｕ与水深无关
不同点取样指
p0
定颗粒ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（η） （η）
t0
p0
１. η—ｔ与水深有关：
同一时间不同点取样
u0
（3） 理想沉淀池
出水区
A 理想沉淀池工作模型假设
(1) 颗粒为自由沉淀。 (2) 水流水平流动，过水断面上各点流速相等 v。 (3) 颗粒到底就被去除。
设u0为某一指定颗粒的最
加（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀） （3）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分
层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池） （4）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水
在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。
3）自由沉淀(discrete particle settling)
（1）颗粒沉速公式： 假设沉淀的颗粒是球形
3.1 颗粒在静水中的沉淀原理与分类
1）沉淀原理 利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉 比重<1，上浮
沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除 100μm以上的颗粒，胶体是混凝后才能沉淀。
给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 废水处理――沉砂池（去除无机物）
初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离）
应用：
去除混凝产生的絮体 在沉砂池中去除无机杂质 初池沉淀池中去除有机悬浮物和其它固体 二沉池中去除生物处理出水中的生物污泥 污泥浓缩中分离污泥中的水分，使污泥得到浓缩
2）分类 （1）自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
（沉砂池、初沉池前期） （2） 絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增
pi
ui u0
ui Q/ A
ui q0
讨论:
•理想沉淀池的颗粒沉淀效率只与表面负荷有关。 •与其它因素（ 如水深、池长、水平流速、 沉淀时
间）无关。
•增大ui → 表面负荷↑（去除率一定）， 或去除率↑（当处理能力和表面积一定） 。
•增大A → 去除率↑（颗粒沉速一定） 沉淀池容积一定， 池身变浅----- 浅层理论。
到池底被去除。
沉淀池的总沉淀效率
总效 率P
①沉速大于u0
全部去除
1 p0 p0—所有沉速小于u0颗粒百分率
³ P
(1 p0 )
p0 0
ui u0
dpi
②沉速小于u0 部分去除
³ p0 0
ui u0
dpi
pi—所有沉速小于ui颗粒百分率 dpi—所有沉速等于ui颗粒百分率
B 沉淀池表面负荷的定义
u
4g 3 CD
U U
p
l
U l
d
Re<1时
CD
24 Re
u
1 18
Up

P
U1
gd 2
1<Re<1000 CD
10 Re
1
u
«ª¨§ «¬©
4 ¸· 255 ¹
(U p
U1)2 PU
1
g2
º3 » »¼
d
1000<Re<25000
CD 0.4
u
1.83
U
p

U1
U 1
dg
斯托克斯公式
阿兰公式
⑤ 颗粒去除率的计算
在时间t0，颗粒沉速u0，即取样口水样中
只有u0 的颗粒完全去除，其余速度的颗粒 只是均匀下降，浓度并未改变，相应残余
颗粒比例p0
A 沉速u≥u0 的颗粒全部去除 B 沉速u<u0的颗粒部分去除:
去除比例＝ hi/h =uit0/(u0t0) = ui/u0
C 颗粒全部去除率 P（η） （η）
牛顿公式
9������ 上述式子有何意义？ • 了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径……） • 在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度 • 由颗粒沉降速度求颗粒粒径 ……水处理中的沉降实验 • 由颗粒沉降速度求液体粘度 ……落球法测定粘度
（2）自由沉淀的颗粒沉淀去除效率（颗粒沉淀实验）
① 在ti时，从底部取样，测Ci ② 计算颗粒沉速：
小沉降速度。
当颗粒沉速u≥u0时，无论这种
颗粒处于进口端的什么位置， 它都可以沉到池底被去除，即
左上图中的迹线xy与x′y′ 。
当颗粒沉速u<u0时，位于水面
的颗粒不能沉到池底，会随水
。 流出，如左下图中轨迹xy″所示；
而当其位于水面下的某一位置 时，它可以沉到池底而被去除，
如图中轨迹x′y所示。
说明对于沉速u小于指定颗粒 沉速u0的颗粒，有一部分会沉
Re<1时，层
1<Re<1000, 过 渡流区内
流范围内
1204 CD 1R0e
10
CD
Re
10
C=24/Re
1000<Re<25000, 紊流区内
CD 0.4
阻力系数CD
10
1
0.4 0.1
-3
10
-2
-1
10 10
C=10/Re
2
3
4
5
6
1 10 10 10 10 10 10
雷诺数Re
分散颗粒在静水中的沉降速度（u）
第三章
水的沉淀和澄清
学习目的
1. 悬浮颗粒在水中的沉淀行为
沉降速 度公式
自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀
2. 水处理中常用沉淀池类型
理想沉淀池
单个颗粒去除效率与沉淀池 构造及操作参数之间关系
平流沉淀池 辐流沉淀池
竖流沉淀池 斜板斜管沉淀池
3. 澄清池
澄清池特点
澄清池类型
自由沉降和絮凝沉 降颗粒的去除情况
最小沉降速度u0 和哪些因素有关系？
ｕ:水流速度
v: 水流速度 t: 停留时间 Q: 流量 h0: 有效水深 A: 沉淀池表面积
q0：表面负荷 (surface loading rate, m3/(m2 d))
溢流率(overflow rate， m3/(m2 d))
对于沉速ui<u0颗粒的去除率：
S
6
d
3Up
du dt
1 6
Sd
2
(
U
p

U1 )g
CD U1
u2 2
x Sd 3
4
平衡时：F1＝F2
可得到沉速(terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）：
u
4g 3 CD
Up Ul Ul
d
对于非球形颗粒：I：形状系数；
u
4g
3 CDI
U p

Ul
U l
d
根据CD与Re关系
F3 F2 F3
所受到的重力F1与浮力F2之差为： F1
1 6
Sd
3
(
U
P

Ul
)g
所受到的水的摩擦阻力F3： F2
CD
Sd 2
4

Ulu2
2
F1
UP、Ul--颗粒和水的密度；Sd2/4—球形颗粒的投影面积；
g—重力加速度
CD—阻力系数，与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关
（与雷诺数Re相关）。
根据牛顿第二定律可知：
ui=h/ti （即沉速为ui的颗 粒也恰好从水面沉至取样口下， 相应的这些颗粒在h高度中已 经不存在了） ③ 令沉速<ui颗粒占全部颗粒 的百分率： pi=Ci/C0 （即代表取样口水样中所残余 的悬浮物浓度的比例） 1-pi为取样口水样中悬浮物去 除的比例
④ 绘制p-u曲线（颗粒粒度分布曲线）