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第2章 沉淀和澄清
2.1 悬浮颗粒在静水中的沉淀
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。给水处理中，常遇到两种沉淀，一种是颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀；另一种是颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。
2.1.1 悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
颗粒在静水中的沉淀速度取决于：颗粒在水中的重力和颗粒下沉时所受水的阻力。 2.1.2 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
当大量颗粒在有限的水体中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的水阻力有所增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉速称为拥挤沉速。
悬浮颗粒在静水中的拥挤沉速一般用实验方法来测定。
2.2 平流式沉淀池
2.2.1 非凝聚性颗粒的沉淀过程分析
所谓理想沉淀池，应符合以下3个假定： 1. 颗粒处于自由沉淀状态； 2. 水流沿着水平方向流动；
3. 颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水中。
平流式沉淀池为矩形水池。按照上述假定，理想沉淀池工作情况如图2-1。原水进入沉
淀池，在进水区被均匀分配在截面A-B上，其水平流速为：
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v?式中 v——水平流速，m/s
Q （2-1） h0BQ ——流量，m3/s
h0——水流截面A-B的高度，m
B——水流截面A-B的宽度，m
如图2-1，直线I代表从池顶A点开始下沉而能够在池底最远处B点之前沉到池底的颗粒的运动轨迹；直线II代表从池顶A开始而不能沉到池底的颗粒的运动轨迹；直线III代表从池顶A点开始下沉而刚好沉到池底最远处B点的运动轨迹。设沉淀池的水平流速为v，按直线III运动的颗粒的响应沉速为u0，于是，凡是沉速大于u0的一切颗粒都可以沿着类似直线I的方式沉到池底；凡是沉速小于u0的颗粒，如果从池顶A点开始下沉，肯定不能沉到池底而沿着类似直线II的方式被带出池外；可以看出，直线III所代表的颗粒沉速u0具有特殊意义，一般称为“截留沉速”。实际上它反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速，因为凡是沉速等于或者大于沉速u0的颗粒能够全部被沉掉。
对于直线III所代表的一类颗粒而言，流速v和u0都与沉淀时间t有关：
''t?L (2-2) vt?h0 (2-3) u0式中 L——沉淀区的长度，m
h0——沉淀区的水深，m
t——水在沉淀区中的停留时间，s u0——颗粒的截留沉降速度，m/s
v ——水平流速，m/s
令式（2-2）与（2-3）相等，并以式（2-1）代入，整理得下式：
u0?Q （2-4） LB上式中LB是沉淀池水面的表面积A，因此上式的右边就是单位沉淀池表面积的产水量，可以用下式表示：
u0?
Q （2-5） A7
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式中
Q，一般称为“表面负荷”或“溢流率”。式（2-5）表明：表面负荷在数值上等于截留沉速，但A含义不同。后者代表自沉顶A开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。
为了求得沉淀池的总的沉淀效率，先讨论某一特定颗粒即具有沉速ui的颗粒的去除百分比E。需要指出的是，此特定颗粒的沉速必定小于u0。
利用图2-1，可以求得沉速为ui的颗粒的去除率应为：
E?hiBvChi? （2-6）
h0BvCh0另外，因为三角形ABB'和三角形Abb'相似，所以有：
Luh0L? ，即 h0?0 （2-7）
vu0v同理有： hi?Lui （2-8） v将式（2-7）和（2-8）代入式（2-6），得到某特定颗粒的去除率公式为：
E?ui （2-9） u0将式（2-5）代入式（2-9），得到下式：
E?ui （2-10） QA由式（2-10）可知：悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关，而与其他因素（如水深、池长、水平流速和沉淀时间）均无关。这一理论早在1904年已由哈真（Hazen）提出。
需要指出的是，在实际沉淀池中，除了表面负荷以外，其他许多因素对去除率还是有一定影响的，这将在后面讨论。
公式（2-10）反应下列两问题：
（1）当去除率一定时，颗粒的沉速ui越大则表面负荷也越高，亦即产水量越大；或者当产水量和表面积不变时，ui越大则去除率E越高。颗粒沉速的大小ui与混凝效果有关，所以生产上一般均重视混凝工艺。
（2）颗粒沉速ui一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以高些，此即“浅池理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
以上讨论的是某一种特定的“具有沉速ui的颗粒”（ui 8 生产员工培训资料 理想沉淀池总的去除率P的计算为： P?(1?p0)??p00uidpi （2-11） u0式中 p0——所有沉速小于截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率； p——能够在沉淀池内去除的，沉速小于u0的所有颗粒重量占全部颗粒重量的百分率； u0——理想沉淀池的截留速度； ui——小于截留沉速的颗粒沉速； pi——所有沉速小于的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率； dpi——具有沉速为的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。 2.2.2 影响平流式沉淀池沉淀效果的因素 实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要原因有： （1） 沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。 实际沉淀池会因为：进水的惯性作用；出水堰产生的水流抽吸；较冷或较重的进水产生的异重流；风浪引起的短流；池内存在的导流壁和刮泥设施等原因而产生的短流而偏离理想沉淀池条件。 短流：一部分水通过沉淀区的时间小于理想沉淀池理论时间，另一部分水流则大于理想沉淀池理论时间的现象。 （2） 凝聚作用的影响 原水通过絮凝池后，悬浮杂质的絮凝过程在平流式沉淀池内仍继续进行，这导致实际沉淀池偏离理想沉淀池的假定条件。 9 生产员工培训资料 第3章 过滤 3.1 过滤概述 在常规水处理过程中，过滤一般指一石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。滤池进水浊度一般在10度以下，滤后水浊度必须达到饮用水标准。当原水浊度较低（一般在100度以下），且水质较好时，也可用原水直接过滤。过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度的降低而被部分去除。至于残留在滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被消灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。 滤池工作过程：过滤—冲洗。从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为滤池工作周期；从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。 滤池有多种形式。常用滤池的特点及适用条件见表3-1。 常用滤池特点及适用条件 表3-1 使用条件 名称 性能特点 进水浊度 优点：1.运行管理可靠，有成熟的运行经验 单层 普通块滤池 双层 滤料 滤料 2.池身较浅 缺点：1.阀门较多 2.一般为大阻力冲洗，需设冲洗设备 优点：1.滤速较其他滤池高 2.含污能力较大（约为单层滤料的1.5-2.0倍），工作周期较长； 3.无烟煤作滤料易取得 缺点：1.滤料粒径选择较严格 2.冲洗时操作要求较高，常因煤粒不符合规格，发生跑煤现象； 3.煤砂之间易积泥 优点：1.可一次性净化原水，处理构筑物少，占地少； 2.基建投资低 缺点1.加药管理复杂 2.工作周期较短 3.其他缺点同双层滤料普通快滤池 10 规格 1.大、中、小型水厂均可适用 2.单池面积一般不大于100㎡ 一般不超过20度 一般不超过20度。 个别时间不超过50度 1.大、中、小型水厂均可适用 2.单池面积一般不大于100㎡ 3.用于改建旧厂普通快滤池（单层滤料）以提高出水量 据目前运行经验，用于5000m/d以下小水厂较合适 3 接触双层滤料滤池 一般不超过150度