第十六章作业讲解

第十六章沉淀与澄清P314：思考题：1、4、5、6、7、9、10；习题：1、2、3思考题1、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？答：（1）自由沉淀：指颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用的沉淀；（2）拥挤沉淀：是指颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰的沉淀；（3）絮凝沉淀：是利用絮凝剂使水中悬浮杂质形成较粗大的絮凝体，再通过自由沉淀的沉淀称为絮凝沉淀。4、理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？答：理想沉淀池应符合以下三个条件：（1）颗粒处于自由沉淀状态。即在沉淀过程中，颗粒之间互不干扰，颗粒的大小、形状和密度不变。（2）水流沿着水平方向流动。在过水断面上，各点流速相等，并且在流动过程中流速始终不变。（3）颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。根据去除率公式：Q/AuEi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。与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。5、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素有哪些？答：影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有两方面：（一）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响，但是在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t0,而另一部分水流大于t0，这种现象称为短流。它产生的原因有以下一些：⑴沉淀池进出水的影响①进水的惯性作用；②出水堰产生的水流抽吸；⑵异重流的影响异重流：是进入较静而具有密度相异的水体的一股水流。①异重流之重于水体者，将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前进；异重流之轻于水体者，将沿水面径流至出水口。②浑水异重流：进水浑浊度与池水浊度不同，其比重不同而引起。当进池浑水的浓度高时异重流的现象就明显一些，浓度低时不如浓度高时明显。③温差异重流：进水温度与池水温度不同而引起。当进水温度较池内水温高时，进水有可能趋向池表流动，形成温度异重流；低时，将会加剧浑水异重流。⑶风浪引起的短流；⑷池内存在导流壁和刮泥设施。（二）凝聚作用的影响对混凝沉淀池而言杂质颗粒的絮凝过程在沉淀池内仍继续进行。⑴池内水流流速的分布实际上是不均匀的，水流存在的速度梯度将引起颗粒相互碰撞而促进絮凝。⑵水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们将具有不同的沉速而引起碰撞和絮凝。⑶水在池内时间愈长，由速度梯度引起的絮凝便进行的愈完善，说明沉淀时间对沉淀效果是有影响的；⑷池内的水深愈大，颗粒沉速不同引起的絮凝也进行的愈完善，所以沉淀池的水深对混凝效果也是有影响的。采用导流墙将沉淀池进行纵向分格可减小水力半径，改善水流条件。6、沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？答：⑴颗粒的截留沉速u0与沉淀池表面负荷Q/A在数值上是相等。⑵两者含义不同表面负荷的涵义：是单位沉淀池表面积的产水量；截留沉速u0：反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉降速度。7、设计平流沉淀池主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？答：设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷或停留时间，从理论上说，采用前者较为合理，但是以停留时间作为指标所积累的经验较多。在实际设计中应两者兼顾，或者以停留时间控制，以表面负荷率校核，或相反也可。还应根据原水水质、沉淀水质要求、水温等设计资料、运行经验确定。水平流速对设计平流沉淀池不是主要根据。8、平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔板？出水为什么往往采用出水支渠？答：（1）因为进水区的作用是使水流均匀分布在整个进水截面上，并尽量减小扰动。（2）因为沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出，同时缓和出水区附近的流线过于集中。9、斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？答：由沉淀池颗粒的去处率公式E=AQui/知：颗粒沉速ui一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。但沉淀池容积一定时，池深浅些则表面积大些，去除率可以提高些，即“浅池理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。为解决排泥问题，斜板和斜管沉淀池发展起来，浅池理论才得到实际应用。斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但对排泥不利，根据生产实践，倾角宜为600。10、澄清池的基本原理和主要特点是什么？答：（1）澄清池的基本原理：依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳定杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。（2）主要特点：①将絮凝和沉淀两个过程在一个构筑物内靠活性泥渣完成；②澄清池充分利用了活性泥渣的絮凝作用。③澄清池的排泥措施，能不断排除多余的陈旧泥渣，其排泥量相当于新形成的活性泥渣量。习题1、已知颗粒密度p=2.65g/cm3，粒径d=0.45mm（按球形颗粒考），求该颗粒在200C水中沉降速度为多小？解：已知20℃时，水的粘度系数𝛍=1.002×𝟏𝟎−𝟑𝐏𝐚∙𝐬，水的运动粘度𝐯=𝟏.𝟎𝟎𝟓×𝟏𝟎−𝟔𝐦𝟐,水的密度：𝛒𝟏=0.997g/𝐜𝐦𝟑,⑴假定水流处在层流区，用斯托克斯公式计算得：𝐮=𝟏𝟏𝟖∙𝝆−𝛒𝟏𝛍=𝟏𝟏𝟖×𝟐.𝟔𝟓×𝟏𝟎×𝟏𝟎𝟑−𝟎.𝟗𝟗𝟕×𝟏𝟎𝟑𝟏.𝟎𝟎𝟐×𝟏𝟎−𝟑×𝟗.𝟖×(𝟎.𝟒𝟓×𝟏𝟎−𝟑)𝟐=0.182m/s校核Re值：Re=𝝊∙𝒅𝒗=𝟎.𝟏𝟖𝟐×𝟎.𝟒𝟓×𝟏𝟎−𝟑𝟏.𝟎𝟎𝟓×𝟏𝟎−𝟔=81.51水流不是层流状态，不符合假设。⑵假定它属于过渡区则利用阿兰公式计算：U=[(𝟒𝟐𝟐𝟓)∙(𝝆−𝛒𝟏)𝟐𝒈𝟐𝛍𝛒𝟏]𝟏𝟑𝒅==[(𝟒𝟐𝟐𝟓)∙(𝟐.𝟔𝟓×𝟏𝟎×𝟏𝟎𝟑−𝟎.𝟗𝟗𝟕×𝟏𝟎𝟑)𝟐𝒈𝟐𝟏.𝟎𝟎𝟐×𝟏𝟎−𝟑×𝟎.𝟗𝟗𝟕×𝟏𝟎𝟑]𝟏𝟑×𝟎.𝟒𝟓×𝟏𝟎−𝟑=0.075m/s校核Re值：Re=𝝊∙𝒅𝒗=𝟎.𝟎𝟕𝟓×𝟎.𝟒𝟓×𝟏𝟎−𝟑𝟏.𝟎𝟎𝟓×𝟏𝟎−𝟔=33.6∈（1，1000）因此，假设成立，颗粒沉降速度为0.075m/s2、平流沉淀池设计流量为720m3/h,要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按理论沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多小？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？解：设计流量：Q=720𝐦𝟑/h=0.2𝐦𝟑/s沉淀池表面负荷=𝑸𝑨=𝐮𝟎=0.4mm/s=0.4×𝟏𝟎−𝟑m/s因此，所需沉淀池面积为：A=Q/𝐮𝟎=0.2/(0.4×𝟏𝟎−𝟑)=500(𝐦𝟑)沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为:E=𝐮𝒊𝐮𝟎×𝟏𝟎𝟎%=𝟎.𝟏𝟎.𝟒×𝟏𝟎𝟎%=25%3、原水泥沙沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900m3/h，表面积为500m2。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥沙颗粒约百分之几？（C0表示泥沙初始浓度，C表示取样浓度）。沉降试验数据取样时间(min)015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.08解：各取样时间沉速计算见下表：取样时间(min)015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.08U=h/t（cm/min）-129631.51绘制沉速分布图，如下图示：截留沉速在数值上等于表面负荷率，则𝐮𝟎=𝑸𝑨=𝟗𝟎𝟎÷𝟔𝟎𝟓𝟎𝟎=0.03m/min=3cm/min从图上查得u0=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于0.3。从图上，相当于积分式∫𝒖𝒊𝒑𝟎𝟎d𝐩𝒊的阴影部分面积为0.48（0.48附近都可以）。因此得到总去除百分数为P=(1-𝒑𝟎)+𝟏𝐮𝟎∫𝒖𝒊𝒑𝟎𝟎d𝐩𝒊=（1-0.3）+𝟏𝟑×（0.48）=86%第六章沉淀和澄清习题1、已知颗粒密度ρ=2.65g/cm³，粒径d=0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在20℃水中沉降速度为多少？答：查水力学数据：μ=1.009×103（Pa·s），ν=1.011×106（m²/s）。因为不知道雷诺数Re为多少，所以只能用3个公式分别代入然后反过来验算雷诺数Re。假设（1）符合斯笃克斯公式，则由斯笃克斯公式得：u=μρρ1811pgd²=101.0091.002.651813×9.8×（0.45×103）²×1000=0.18m/sRe=υud=101.011100.450.1863=801不符合。假设（2）符合牛顿公式，则由牛顿公式得：u=1.8311sρρρgd=1.83×101.001.002.653×9.8×0.45×103=0.32m/sRe=υud=610^1.011100.450.323=1421000不符合。假设（3）符合阿兰公式，则由阿兰公式得：u=121s231μρgρρ2254d=1000.110009.18.91000.165.222543326231×0.45×103=0.075m/sRe=υud=610^1.011100.450.0753=331Re=331000符合。综上可知：符合阿兰公式。在20℃水中沉降速度为0.075m/s。2、平流沉淀池设计流量为720m³/h。要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多少m²？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？答：沉淀池平面积A=ouQ=3600104.07203=500m²，由出去率公式可知：E=Q/Aui=oiuu=0.40.1=25%。3、原水泥砂沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900m³/h，表面积为500m²。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥砂颗粒约百分之几？（Co表示泥砂初始浓度，C表示取样浓度）。沉降试验数据取样时间（min）015203060120180C/Co10.980.880.700.300.120.08答：根据上述试验数据，可得出悬浮颗粒的沉速分布。分析表明，C/Co对h/t作图可以给出沉速小于h/t的颗粒组成部分的分布。相应于各取样时间的沉速计算如下：沉降试验数据取样时间（min）015203060120180C/Co10.980.880.700.300.120.08沉速计算表取样时间（min）015203060120180u=h/t值（cm/min）-129631.51沉速分布见表。截留沉速在数值上等于表明负荷率：3cm/min60100500900u0从表格中可以知道当0u=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于0p=0.3。对于已知点画图拟合相应曲线：拟合曲线1拟合曲线2拟合曲线3由3条拟合曲线可知：拟合曲线3的拟合程度最好，而且拟合曲线3所得的R2=1了，所以没有必要用高次幂多项式再去拟合。所以选择用拟合曲线3所得的公式y=0.0003x^4-0.0072x^3+0.0568x^2-0.0348x+0.0657。0p0udp=A-x0ydx=0.3×3-30dx0.06570.0348xx0.0568x0.072x0.0003234=0.9-0.5517=0.3483因此得到总去除百分数为：P=（1-0.3）+31（0.3483）=81.61%。