环境0702，郭雪，07233034
第三章 思考题
(1) 自由沉淀的颗粒沉速如何计算？
答：水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉淀的因素很多。为了简化讨论，假定：①颗粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性，沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变；②水处于静止状态；③颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。
静水中的悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，但同时水的阻力也增大。经过一很短的时间后，颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡，此后作等速下沉运动。等速沉淀的速度常称为沉淀末速度，简称沉速。 如以F1、F2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为
111F1?F2??d3?ag??d3?g??d3(?s??)g666 (1)
式中 d——球体颗粒的直径；
ρS、ρ——分别表示颗粒及水的密度； g——重力加速度；
如以F3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则
(2)
式中 A——颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=1/4πd2 u——颗粒沉速；
λ——阻力系数，它是雷诺数(Re＝ρud／μ)和颗粒形状的函数。根据实验得知，对球形颗粒有如图4-2所示关系，分三段拟合该曲线得
Re＜1,λ＝24/Re (Stokes式)
式)
103＜Re<105，λ=0.44 (Newton式) 在等速沉淀情况下，F1-F2=F3,即
131?d(?s??)g???d3?u268
u?4gd(?s??)3??F3???Au221?Re?103,??243??0.34ReRe (Pair
(3)
将上述阻力系数公式代人式(4-3)得到相应流态下的沉速计算式。 对于层流，在Re＜1时，
(4)
这就是Stokes公式，式中μ为水的粘度。该式表明：①颗粒与水的密度差(ρs-ρ)愈大，沉速愈快，成正比关系。当ρs＞ρ时，u＞0，颗粒下沉；当ρs＜ρ时，u＜0，颗粒上浮；当ρs=ρ时,u=0，颗粒既不下沉又不上浮;②颗粒直径愈大，沉速愈快，成平方关系。一般地，沉淀只能去除d＞20μm的颗粒。通过混凝处理可以增大颗粒粒径；③水的粘度μ愈小，沉速愈快，成反比关系。因粘度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。
(2) 如何由沉淀实验求颗粒沉淀速度和去除率？答：沉淀试验是在沉淀管中进行的。将含悬浮物浓度为c0的原水混合均匀后，注入一组(通常5～7个)沉淀管，经t1时间沉淀后，从第一沉淀管深度为H处取样，测定悬浮物浓度c1；沉淀时间为t2时，从第二沉淀管深度同为H处取样，分析悬浮物浓度c2，……。在t1时刻，沉速大于u1(＝H/t1)的所有颗粒全部沉过
了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为c1，这样，cl/c0表示这部分颗粒与全部颗粒的重量之比，记作xl，余类同。将x1对u1作图，可得如图4-4所示的沉淀曲线。
对于指定的沉淀时间t0，可求得颗粒流速u0=H/t0，凡沉速大于等于u0的颗粒在t0时间内可全部去除，去除率为(1-x0)，这里x0表示沉速小于u0的颗粒与总颗粒之比。对于沉速为u(u＜u0)的颗粒，由于在t＝0时刻处于水面下的不同深度处，经t0时间沉淀，也有部分颗粒通过了取样面而被去除，其去除率为该颗粒的沉淀距离h与H之比即
所以经t0时间沉淀，各种颗粒沉淀的总去除率为
??(1?x0)?1u0uthu?0?Hu0t0u0
u?g(?s??)2d18?
?x00udx
(3) 在沉淀实验中，变化取样点的高度对计算颗粒去除率有何影响？
答：无影响，相同的时间内，通过不同高度的h的颗粒数是相同的，所以去除率是相同的。
(4) 沉淀池表面负荷的物理意义是什么？ 与沉淀池水深有何关系？
表面负荷即：，即单位时间内通过沉淀池单位面积的流量。物理意义：又称表面负荷或溢流率，它的数值等于颗粒沉速μ0，若需要去除的颗粒沉速μ0确定后，则表面负荷q也就确定，又因为平流理想沉淀池去除率仅决定于表面负荷q及沉速μt，所以表面负荷与沉淀池深度无关。 (5) 如何计算絮凝沉淀的颗粒去除率？
由于原水中含絮凝性悬浮物(如投加混凝剂后形成的矾花，活性污泥等)，
在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。
絮凝沉淀的效率通常由试验确定。在直径约0.10m，高约l.5～2.0m，且沿高度方向设有约5个取样品的沉淀管中倒入浓度均匀的原水静置沉淀，每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率；作出每一沉淀时间t的表观去除率E与取样口水深h的关系曲线或每一取样口的E-t关系曲线(如图4-7)；选取一组表观去除率，如10％、20％、30％……等，对每一去除率值，从图读出对应的tl、t2、t3…；据此在水深-时间坐标图中点绘出等去除率曲线，如图4-8。
QA 对指定的沉淀时间和沉淀高度，这沉淀效率η可用下式计算
?h1E1?E2?h2E2?E3?h3E3?E4?h4E4?E5???????h52h52h52h52
hhhh??1(E1?E2)?2(E2?E3)?3(E3?E4)?4(E4?E5)?E5h5h5h5或 h5
??
式中h5是所选定的沉淀高度。
(7) 絮凝沉淀的颗粒去除率－颗粒沉速之间的曲线与水深有关吗？ 答：
(8) 拥挤沉淀的特点是什么？
答：拥挤沉淀(成层沉淀) 当悬浮物浓度较高时，颗粒互相干扰，小颗粒的沉速加快，大颗粒的沉速减慢，然后以一种集合体形式下沉，颗粒间的距离保持一定，上层清液与下沉污泥间形成明显的泥水界面，界面以一定的速度下沉。此类沉淀即为拥挤沉淀，界面的下沉速度即为沉淀速度(如图“拥挤沉淀”所示)。由图可知，在测定初期，沿沉淀深度从上到下依次存在清水层A、受阻沉淀层B、过渡层C和压缩层D。随时间延长，泥水界面下移，压缩层增厚，至某个时刻，沉淀层和过渡层消失，只剩下清水层和压缩层。界面高度随沉淀时间的变化如图“分层沉淀现象”所示。图中AB为等速沉淀段，CD为等速压缩段，从B至C为沉速逐渐减小的过渡段。
(9) 界面下沉速率如何计算？ 物理意思是什么？
答：如上图，以浑液面的高度H为纵轴，以时间t 为横轴，可以绘出浑液面的沉降线。沉淀开始时，t=0，浑液面从水面开始沉降，浑液面起始高度为H0，于时间t时刻浑液面沉降到高度为H的位置，则浑液面的沉速为u=（H0-H）/t (10) 沉淀池主要由哪几部分构成？
答：沉淀池由五个部分组成即：进水区、出水区、沉淀区、贮泥区及缓冲区。进水区和出水区的功能是使水流的进入与流出保持均匀平稳，以提高沉淀效率。沉淀区是池子的主要部位。贮泥区是存放污泥的地方，它起到贮存、浓缩与排放的作用。缓冲区介于沉淀区和贮泥区之间，缓冲区的作用是避免水流带走沉在池底的污泥。
(12) 进水和出水区均匀布水的目的是什么？ 通过什么样的措施可以达到均匀布水？
答：进水和出水均匀布水的原因是为了避免短流。在进水和出水区布水不均匀时会引起短流。短流是指进入沉淀池的水流在沉淀池中停留时间不同，一部分水的停留时间小于设计停留时间，很快流出池外；另一部分则停留时间大于设计停留时间，这种停留时间不相同的现象叫短流。短流使一部分水的停留时间缩短，因而不到充分沉淀，降低了沉淀效率；另一部分水的停留时间可能很长，甚至出现水流基本停滞不动的死水区，减少了沉淀池的有效容积。因此，短流是影响沉淀池出水水质的主要原因之一。
一是在设计中可采取的措施如：可采用配水孔或者缝，以消除进口射流使水流均匀分布在沉淀池的过水断面上，降低紊流并防止污泥区附近的流速过大；出水区使用堰口出流布置或者淹没式出口；采用指形出水槽以延长出流堰的长度；沉淀池加盖或设置隔墙，以降低池水受风力和光照升温的影响；高浓度水经过预沉，以减少进水悬浮固体浓度高产生的异重流等。其中，对于平流式沉淀池可以在进水时采用进水槽、溢流堰、穿孔整流墙、低孔、挡流板、潜孔等措施。
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