二次供水理想沉淀池的特性分析

所谓理想沉淀池，应符合以下三个假定：

(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，因此，颗粒的沉速始终不变。

(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。

按照上述假定，理想沉淀池的工作情况如图6-19所示。原水进人沉淀池，在进水区均匀分配在A一B截面上，其水平流速为：

在理想沉淀池中，颗粒在垂直方向受重力的作用，以沉速uo下沉;而在水平方向颗粒随水流的水平流速v向前流动。因此颗粒在沉淀池中的运动方向将是沿着以uo和v构成的长方形的对角线方向，向斜下方运动，如图6-19所示。直线∣代表从池顶A点开始下沉而能够在池底最远处B\”点前沉到池底的颗粒的运动轨迹;直线Ⅱ代表从池顶A开始下沉不能沉到池底的颗粒的运动轨迹;直线Ⅲ代表一种颗粒从池顶A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，则得按直线Ⅲ运动的颗粒的相应沉速为uo。因此，凡是沉速大于uo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uo的颗粒，如从池顶A点开始下沉，肯定不能沉到池底而是沿着类似直线Ⅱ的方式被带出池外;可以看出，直线Ⅲ所代表的颗粒的沉速uo，具有特殊意义，一般称截留沉速。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塑，因为凡是沉速等于或大于沉速uo的颗粒能够全部被去除。

对于直线Ⅲ所代表的一类颗粒而言，流速v和uo都与沉淀时间t有关：

令式(6-6)与式〈6-7〉相等，并以式(6-5)代入，整理后得：

式(6-8)中LB是沉淀池水面的表面积F，因此式(6-8)的右边就是单位沉淀池表面积的产水量，可用式(6-9)表示：

式(6-9)表明，表面负荷率在数值上等于截留沉速，但含义却不同。

为了求得沉淀池总的沉淀效率，先讨论某一特定颗粒即具有沉淀ui的颗粒的去除百分比E。应该指出，这个特定颗粒的沉速必定小于截留沉速uo，大于uo的颗粒将全部下沉，不必讨论。去除率E的关系推导如下。

如前所述，沉速ui小于截留沉速uo的颗粒如从池顶A点下沉，将沿着直线Ⅱ前进而不能沉到池底。如果引一条平等于直线Ⅱ而交于B’，从图6-17可见，只有位于池底以上hi高度内，也即处于m点以下的这种颗粒(特定颗粒ui＜uo）才能全部沉到池底。设原水中这种颗粒的浓度为C，沿着进水区的高度为ho的截面进入的这种颗粒的数量为hiBvC，则沉速为ui的颗粒的去除率应为

另外从△ABB’和△Abb’的相似关系，可得：

同理得

将式(6-12)和式(6-13)代入式(6-10)得到去除率公式为

把式(6-9)代人式(6-14)，可得：

由式(6-15)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率有 关，而与其他因素，如池长、水深、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，对沉淀技术的发展起了很大的作用。当然，在实际沉淀池中，除了表面负荷率以外，其他许多因素对去除率也是有影响的，这将在后面讨论。

式(6-15)反映了两个问题：

(1)当去除率一定时，颗粒沉速ui越大则表面负荷率也越高，亦即产水量越大;或者当产水量和表面积不变时，u越大则去除率E越高。颗粒沉速ui的大小与凝聚效果有很大关系，因此，生产上一般比较重视絮凝工艺。

(2)颗粒沉速ui一定时，增加沉淀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，即所谓浅池理论，斜板斜管沉淀池的发展就基于此理论。

以上讨论的是某一种特定的“具有沉速ui的颗粒”(ui

设pi所有小于ui的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率，显然dpi为具有沉 速ui的一种颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。根据式(6-14)，能够在沉淀池中下沉的这种具有沉速ui的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率为Po，po=（ui/uo）dpi。

因此能够在沉淀池中下沉的、沉速小于uo的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率Po，其去除率应为：

另外，沉速大于和等于uo的颗粒已全部下沉，其去除率应为(1-Po)，因此，理想沉淀池总的去除率，即沉淀池的沉淀效率P为：