去除率为E＝ui/u0=ui/（Q/A）
q=Q/A=u0表面负荷或溢流率
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为
E＝ui/u0=ui/（Q/A）
由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。
（Hazen理论,1904年）
但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题：
1）E一定，ui越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。
ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。
2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。
当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅层理论”。
第3节絮凝沉淀（flocculentsettling）
一、特点
在沉淀过程中，颗粒变大，沉淀变大。
悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。
无理论描述公式，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。
二、沉淀实验
沉淀柱高度＝实际沉淀池深度
1）在时间ti，不同深度测Ci
2）计算各深度处的颗粒去除百分率p＝（C0-Ci）/C0*100%
3）绘制去除百分率等值线
4）计算颗粒去除率
方法1：
按自由沉淀来类推（参考图16－9）
方法2：
中部取样法
P＝（C0-C）/C0*100%C：
h/2处的浓度
三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系
要求一定的去除率----设计停留时间和表面负荷
假定不同的水力停留时间t------计算总去除率P
得出相应的表面负荷q
绘制三者之间的关系曲线
注意：
曲线与水深有关。
第4节拥挤沉淀（Hindered（Zone）settling）
一、特点
发生在SS浓度较高的情况
分层沉淀，出现清水－浑水交接面
出现4个区，参见图16－2。
A：
清水区
B：
等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻沉降层
颗粒沉速等于界面（1－1面）沉降速度，等速下降（Vs）
C：
变浓度区
颗粒浓度由小变大
D：
压实区
颗粒沉速从大――小
悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程
界面（2－2面）以一定速度上升
沉淀开始，1－1面下降，2－2面上升
当t＝tc时，1－1面和2－2面相遇时，临界沉降点
当再延长沉降时间，污泥层就会发生压实。
分区的条件：
最大颗粒粒径/最小颗粒粒径<6
发生在：
混凝后的矾花（>2-3g/L）
活性污泥>1g/L
高浓度泥沙>5g/L
二、沉降过程曲线
以1－1界面的高度为坐标，可以作出沉降过程曲线。
b-c的斜率代表1－1界面的等速沉降
Cc为临界点
最后压实高度为H∞
●沉降过程曲线的相似性，与水深无关（当原水颗粒浓度一样时）。
OA1/OA2＝OB1/OB2
由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线
证明见：
Kynch理论
●界面沉降速度Vs与颗粒浓度有关
Vs=f（C）
对于活性污泥
Vs=ac-n（n>1）
●
临界点图解近似求解法
第5节沉淀池
一、分类
平流式
竖流式
辐流式
斜流式
二、平流式沉淀池
进水区、沉淀区、存泥区、出水区
1．构造
1）进水区
流量均匀分布
可采用配水孔或者缝
给水中，通常采用穿孔花墙v<0.15-0.2m/s
2）沉淀区
水力条件要求：
减少紊动性：
紊动性指标Re=vR/νν：
运动粘度
提高稳定性：
弗劳德数Fr＝v2/Rg（Fr高，表明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗能力强。
同时满足的只能降低水力半径R，措施是加隔板
L/B>4,L/H>10
水流速度的控制也很重要
适宜范围：
10-25mm/s（给水）
5－7mm/s（污水）
3）出水区
出水均匀。
通常采用：
溢流堰（施工难）
三角堰（对出水影响不大）
淹没孔口（容易找平）
控制单位堰长的出水量：
给水：
<500m3/（md）
初沉：
<2.9L/（ms）
二沉：
1.5-2.9L/（ms）
4）存泥区及排泥措施
●泥斗排泥
靠静水压力1.5–2.0m，下设有排泥管
多斗形式，可省去机械刮泥设备（池容不大时）
●机械排泥
带刮泥机，池底需要一定坡度
虹吸吸泥车
2．设计计算
1）设计参数的确定
✧u0或T0
由沉淀实验得到选u0时，絮凝性颗粒-----池深要与实验柱高相等
选T0时，无论颗粒的性质如何-------池深要与实验柱高相等
考虑水流的影响
u设＝u0/1.25-1.75T设＝1.5-2.0T0
在数值上，q设＝u设
根据经验：
q设（m3/m2h）T设（h）
给水处理（混凝后）1－21-3
初次沉淀池1.5-31-2
二次沉淀池（生物膜法后）1-21.5-2.5
（活性污泥法后）1-1.51.5-2.5
2）设计计算
✧以q来计算
A＝Q/q设
L=3.6vT；T：
水力停留时间
水流流速v＝10-25mm/s（给水）
5－7mm/s（污水）
宽度B＝A/L
✧以T来计算
计算有效体积V＝QT
选池深H（3.0-3.5m）
计算B＝V/（LH）L=3.6vT
校核水流的稳定性，Fr＝10-4~10-5之间。
二、竖流式沉淀池
水流上升速度v
颗粒沉速>v，下沉
≤v,沉不下来
根据沉淀实验得u0---u设；v设≤u设
沉淀去除率＝1－p0
无沉淀资料时，对于生活污水，v设＝1.5-3m/h,T设＝1–2.0h
由v设→A=Q/v设注意：
A的算法
→直径φ
由T设→H＝v设T设
φ/H<3，使水流接近竖流，φ<10m
注意：
中心管的流速不宜太大，<30mm/s
适用于小水深，池深大，但沉淀效果较差
排泥方便，占地小。
三、幅流式沉淀池
1．中央进水幅流式
带刮泥机：
中央驱动式
周边驱动式（使用较多）
φ＝20－30mm，φ>16mm
适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差
由于水流速度由大――小
颗粒沉降轨道是曲线。
计算：
由q设――A＝Q/q设
H＝u设T设
u设:
1.5-3m/h;T设:
1.5-2.5h
2．向心幅流式
周边进水――中心进水：
进水断面大，进水易均匀
周边进水――周边出水
向心式的表面负荷可提高约1倍。
四、斜板（管）沉淀池
1．原理
沉淀效率＝ui/Q/A
在原体积不变时，较少H，加大A，可以提高沉淀效率或提高Q
⇒浅层理论
1904年Hazen提出
1945年Camp认为池浅为好
1955年多层沉淀池产生（Fr和Re可以同时满足）
1959年日本开始应用斜板
1972年中国汉阳正式应用
断面形状：
圆形、矩形、方形、多边形
除园性以外，其余断面均可同相邻断面共用一条边。
水力半径R>d/3---------斜板
R≤d/3--------斜管
斜管比斜板的水力条件更好。
材质：
轻质，无毒
纸质蜂窝、薄塑料板（硬聚氯乙烯、聚丙烯）
2．构造
1）异向流
异向流基本参数：
θ＝60度，L＝1-1.2m
板间距50－150mm
清水区0.5-1.0m
布水区0.5-1.0m
u0=0.2-0.4mm/s,v≤3mm/s
Q设＝ηu0（A斜＋A原）η：
0.6-0.8，斜板效率系数；A斜：
斜板在水平面的投影面积
2）同向流
水流促进泥的下滑，斜角可减少到30－40度
沉淀效果提高，但构造比较复杂，使用少
Q设＝ηu0（A斜－A原）
3）横向流
使用少，结构和平流式沉淀池较接近，易于改造，但水流条件差（Re大），难支撑
Q设＝ηu0A斜
3．优缺点
优点：
沉淀面积增大，水深降低，产水量增加
q＝9－11m3/（m2h）
平流式q<2m3/（m2h）
层流状态Re<200，平流式>500
缺点：
停留时间短（几分钟），缓冲能力差
对混凝要求高
耗材，有时堵，常用于给水处理，和污水隔油池
五、沉砂池
原理与沉淀池相同。
功能：
去除比重较大的无机颗粒（如泥沙、煤渣等）
保证措施：
流速控制
常用的有：
平流沉砂池、曝气沉砂池
平流式沉砂池：
最大流速0.3m/s,最小流速0.15m/s
最大流量时的停留时间不少于30s,一般30-60s
曝气沉砂池：
旋流速度：
0.25-0.3m/s
最大流量时的T：
1-3min,水平流速：
0.1m/s
第6节澄清池（Clarifier）
污泥再悬浮起来，池中保持大量矾花，脱稳胶体靠接触凝聚粘附在活性泥渣上。
→（混合）→澄清
常用于给水处理
需保持矾花一定浓度，通过排泥控制沉降比在20－30％。
泥渣悬浮型（过滤型）：
矾花容易冲出去，但对细小矾花具有过滤作用
如悬浮澄清池、脉冲澄清池
泥渣循环型（分离型）：
效果与上相反
如机械加速澄清池、水力循环澄清池
一、加速澄清池
1920年美国infilco公司发明的
1935年有工程实例
1965年我国开始使用
一反应区容积：
15－20分Q
二反应区容积：
7－10分Q
分离区v上＝1－1.2mm/s
t总＝1－1.5h，比平流式快
需定期排泥
回流泥量Q’＝3－5Q
第2：
第1：
清水区＝1：
2：
7
优点：
处理效果好，稳定，适应性强,适用于大、中水厂
缺点：
机电维修
启动时有时需人工加土和加大加药量
二、水力循环澄清池
喷嘴速度过大、过小都不行，v＝4－7m/s
喉管v＝2－3m/s
一反应室出口v=60mm/s
t＝15－30s
二反应室下降v＝40－50mm/s
出口v＝5mm/s
t＝80－100s
分离区v＝1－1.2mm/s,t＝1h
回流泥量＝2－4Q
优点：
不需机械搅拌，结构简单
缺点：
反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，适应性差，适用于小水厂。
三、脉冲澄清池
靠脉冲方式进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀：
1）有利于颗粒和悬浮层接触；2）悬浮层污泥趋于均匀。
配水方式：
紊流板
充水时间：
25－30s
放水时间：
6－10s
1956年法国首先发明
工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。
四、悬浮澄清池
强制出水管出水20－30％，来保持池内泥渣浓度一定。
池内水流上升速度v＝0.8-1.0mm/s
结构简单，但运行适应性差（水温、水量、变化时，泥渣层工作不稳定）
✧澄清池中加斜板，注意反应室的配套设计
✧欧洲过滤型澄清池多，美国机械加速澄清池多。
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