水质工程学电子课件 第3章1.pptVIP

自由沉淀及其理论基础 分 析 的 假 定 沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变 颗粒为球形 颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他 颗粒影响 静水中悬浮颗粒开始沉淀时, 因受重力作用 产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与 水对其产生的阻力平衡时, 颗粒即等速下沉 悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力 重力大于浮力时，下沉； 重力等于浮力时，相对静止； 重力小于浮力时，上浮。 1.悬浮颗粒在水中受到的 力Fg Fg是促使沉淀的作用力， 是颗粒的重力与水的浮力之 差： 式中： Fg——水中颗粒受到的作用力； V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； g——重力加速度。 2. 水对自由颗粒的阻力 式中： FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数； A——自由颗粒的投影面积； uS——颗粒在水中的运动速度， 即颗粒沉速。 悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析 球状颗粒自由沉淀的沉速公式 当颗粒所受外力平衡时， 即 因 得球状颗粒自由沉淀的沉速公式： 当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。 在层流状态下，λ′=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）： 式中:μ——水的动力黏度。 由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关： 斯托克斯定律: 当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除； ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。 us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。 us与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。 沉淀池的工作原理 理想沉淀池 分为： 进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域 四个部分 沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。 理想沉淀池的几个假定： 由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线： 式中：v——颗粒的水平分速； qv——进水流量； A′——沉淀区过水断面 面积， H×b； H——沉淀区的水深； b——沉淀区宽度。 当某一颗粒进入沉淀池后 另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u 一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度 颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v 设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。 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uu0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，有一部分会沉到池底被去除。 在同一沉淀时间t，下式成立： 故 对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为： 而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及 u1u0的两部分，故沉 淀池对悬浮物的去除率为： 设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的 的颗 粒将会从水中沉到池底而去除。 式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例； （1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。 上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系： 将上式带入式中 并简化后得出 qv/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷 率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示： 理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物