—— 清水与固体有清晰界面，该界面等速 下降 ——压缩区内部自上而下，沉速递减
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
第四章 沉淀与澄清
§4-1 沉淀理论
§4-2 沉淀构筑物及其设计
沉淀理论
4.1.1 沉淀的功能及基本类型
4.1.2 沉淀试验及沉淀曲线分析
4.1.3 理想沉淀池效率分析
4.1.4 实际沉淀池与理想沉淀池的差别
沉淀的功能与基本类型
一、沉淀和澄清在水处理中的功能
二、沉淀的分类
给水处理中的功能
沉淀分离经混凝过程产生的絮体，常采用 澄清池以得到澄清的出水，是饮用水处理的 一个重要环节，要求浊度<20°
——排泥水头：静压排泥时，初沉池静水压 头≮1.5m，二沉池在生物膜法后应≮0.9m， 曝气池后≮1.2m
竖流式沉淀池
1 构造形式（见图4-2-11）
2 沉淀效率
3 主要设计参数
4 设计计算
构造形式
平面多为圆形或正方形 ， D( 或边取 )<10m （若太大有什么问题），一般4~7m
中心管进水(设反射板) 池周设薄壁或锯齿堰出水，D>7m时考虑设 辐射式出水槽
L
H
v
当L、v不变时，H越小，则可截留的颗粒 的u0越小。此即浅池原理。
u0
（4-8）
浅池原理
若原沉淀池高度为H，颗粒截留速度为u0， 停留时间为t=H/u0。当沉淀池高度变为原来 的1/n时，则：
H 1 n t1 t u0 nu0 n
H
（4-22）
理想沉淀池效率分析
一、基本假定
二、推导
三、公式的物理意义
基本假定
a．水在池内沿水平方向作等速流动，水平流 速为v，从入口到出口的流动时间为t；
b．在入流区，颗粒沿截面均匀分布并处于自 由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v； c．悬浮物以等速下沉；
d．颗粒一碰到池底即认为被去除
推导
以平流式理想沉淀池为例（如图4-1-5所示） H 截留速度： u0 （4-6） t0
在时间t2、t3......时重复试验，可得出对应的u2、 u3......和x2、x3......，将这些数据整理可绘出 （粒度分布曲线）。
（粒度分布曲线）
自由沉淀试验
设要求的最小沉速为u0，
则u≥u0的颗粒在t0时可全部去除， 而u<u0的颗粒可部分去除，去除比例为h/H， h代表在t0时刚好沉到底部的某种颗粒的沉降距离。
1 s 2 u gd 18
（4-1）
该公式适用于d≤0.1mm，10-4<Re≤1的情况
沉速公式
② 过度区：
4 s 2 3 u g d 225
2
1
（4-2）
该公式适用于0.1<d≤2mm，1<Re<1000的情 况
沉速公式
概述
沉淀池是一种主要的固液分离构筑物。在生 物处理工艺中起预处理作用的沉淀池称为初 沉池，生物处理后起澄清出水和浓缩污泥的 称为二沉池。除在生物处理中作为固液分离 的主要构筑物外，在别的工艺中也常作为固 液分离的主要构筑物。 根据水流，一般将沉淀池分为三种:
平流式(矩形)、竖流式(园、方、正多边形)和 辐流式(多为园形，也可为方形)
自由沉淀
颗粒在沉淀过程中呈离散状态，其尺寸、 质量、形状均不改变，下沉不受干扰。
絮凝沉淀
沉淀过程中，颗粒的尺寸、质量随深度增 加而增大，沉速相应提高。
成层沉淀
又叫拥挤沉淀。颗粒在水中的浓度较大， 下沉过程中彼此干扰，形成清水与浑水的明 显界面并逐渐下移。
压缩沉淀
颗粒在水中的浓度增高到颗粒相互接触并 部分地受到压缩物支撑。发生于沉淀池底及 浓缩池中。
h ut0 u H u0t0 u0
（4-4）
故u<u0的颗粒在t0内按u/u0的比例去除
自由沉淀试验
t0时间内颗粒的总去除率为：
1 x0 1 x0 0 udx u0
（4-5）
上式中第一项由u0求得，第二项对粒度分布 曲线图解积分求得。
絮凝沉淀试验
1）试验装置
2）试验方法
沉淀试验与沉淀曲线分析
一、沉淀的基本理论
二、沉淀试验及沉淀曲线分析
雷诺数（Reynolds number）
表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示， Re=ρvd/η， 其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长 度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。利用Re可区分流体 的流动是层流或湍流，也可确定物体在流体中流动所受到的阻力 Re表示作用于流体微团的惯性 力与粘性力之比。
公式的物理意义
颗粒在沉淀池中的截留速度刚好等于单位 时间单位面积上流过的水量，为沉淀池的设 计提供了理论依据。 若定义：具有沉速ui<u0的颗粒的去除比 例为该颗粒的去除效率，则：
ui ui i u0 q0
（4-10）
说明ηi与水深、沉淀时间、水平流速、池 长无关。（Hazen理论）
公式的物理意义
薄壁 ( 平顶 ) 堰、锯齿堰、淹没式孔口出 流（如图4-2-7所示） 堰: 控制池内水位，均匀出水；须保证单位 堰长上溢流量相等(堰顶严格水平)， 且不宜过大，否则滞泥。若单宽流量不能满 足，应增大堰长。增加堰长的方法举例（见 图4-2-8）
构造形式
——集泥、贮泥: 设泥斗
多斗式
单斗式：刮泥机（链带式、行车式刮泥机）
Q 水平流速： v HB
（4-7）
L H vH u0 （4-8） v u0 L
平流沉淀池
平流沉淀池工作原理图
推导
把（4-7）代入（4-8）可得：
Q Q u0 q0 BL A
（4-9）
式中：q0——表面负荷率或过流率，m3/m2· h
截留速度刚好等于单位时间单位面积上流过的水量
3）η-t曲线，等效沉淀曲线
拥挤沉淀试验
1）形成拥挤沉淀的条件
2）沉淀特征（见图4-1-3）
3）沉淀曲线（界面高度与时间的关系）
4）研究拥挤沉淀的方法
拥挤沉淀试验
——浓度：矾花 2~3g/L 泥砂 5g/L 活性污泥 1g/L
——颗粒间的粒度差异：dmax/dmin<6
拥挤沉淀试验
—— 分为四个层：澄清液层、受阻沉降层、 过度层、压缩层
解：已知 d=0.008m，查表20℃时 μ=0.0101g/cm3· s，带入式（4-1）中（相当于 1 假定为层流）计算得：u=0.0691cm/s u 18 gd
s
2
运动粘滞系数ν=0.0101cm2/s，带入Re定义式 可得：
Re
ud

0.0547 1
沉淀试验与沉淀曲线分析
——排泥: 重力（静压）排泥 排泥管（见图4-2-9） 吸泥车 排泥井（见图4-2-10）
主要设计参数
控制沉淀效率的工艺参数:
表面负荷率(截留速度) 沉淀时间
——通过试验获得:
q设 = qo/(1.25～1.75) t设 = (1.5~2.0)to 有效水深H ——经验(常用): 见表4-2-1
③ 紊流区：
s u 1.82 gd
该公式适用于1000≤Re的情况
（4-3）
利用上述公式计算时，可先假定一个Re区， 计算出u后带入Re定义式进行校核，若不符 合假定，则重复上述步骤计算，直至符合为 止。
沉速公式
例：油珠直径为 80μm，密度为0.8g/cm3，水 温20℃，计算油珠在水中的上升速度。
水的流动状态
1、短流
2、紊流
短流
实际的平均停留时间较理想的短，称为短 流现象。短流的存在，使池子的容积利用率 降低。 引起短流的原因:
——流速分布不均匀
——进出口配水的不均匀，造成死区；
——异重流