出　　自： 《中國給水排水》 在1995年第4期
發表時間： ： 1995-4

張玉先

( 同濟大學)

1 概述

在水處理過程中常利用沉淀池固液分離，盡管沉淀池型式各種各樣，而去除水中懸浮顆粒的基本原理相同。在沉淀池設計時，常常采用經驗方法，如選用較長的沉淀時間或較低的表面負荷率等。顯然，這些設計方法有可能使沉淀池相差很大。
眾所周知，衡量沉淀池沉淀效果的好壞，表面負荷率是一個主要指標、是沉淀池設計的重要依據，利用簡便的方法確定其值可以使設計更趨合理。按照水中懸浮物性質、含量多少分類，常分為凝聚沉淀和非凝聚沉淀，分別采用等效沉淀曲線和累計分布曲線計算沉淀去除率。筆者發現這兩種沉淀去除率計算方法可以統一為一種方法，大大簡化了凝聚沉淀繁瑣的計算過程。

2 凝聚、非凝聚沉淀去除率計算的統一

1946年，甘布(Camp)針對非凝聚沉淀過程提出了單點取樣積分計算去除率方法。即從沉淀實驗柱下部的取樣口每隔一定時間取樣一次，測定水中剩余懸浮物含量，繪出顆粒累計分布曲線(如圖1所示)。當沉淀時間為t o 時，所對應的顆粒沉速為u o ，沉淀總去除率E按下式計算:

式中 p o ——沉速<u o 的顆粒占所有顆粒的重量比
u o ——沉淀顆粒的臨界沉速
u i ——沉速<u o 的某一顆粒沉速
dp i ——具有沉速為u i 的顆粒占所有顆粒重量比

在已知沉淀池截留速度u o 時，可用圖1求出總去除率。由于沉速≥u o 的顆粒去除比u i /u o =1，所以沉速≥u o 的顆粒去除率等于陰影①的面積除以u o ，其值等于1-p o 。由圖1還可以
}
式中 p i ——沉速<u i 的顆粒占所有顆粒重量比
1958年埃肯非爾德(Eckenfelder)根據凝聚沉淀過程提出了多點取樣圖解配線積分計算法。即在沉淀柱上設置多個取樣口，每隔一定時間取樣一次，測定各水樣懸浮物含量，繪出若干條等效沉淀曲線。為便于說明問題，現僅繪出兩條等效沉淀曲線(見圖2)，于是可求出沉淀時間為t 0 時的沉淀總去除率E′，

式中 p n 、p n+1 ——懸浮物去除百分數
h 1 、h 2 ——曲線間的中點高度
我國大多數教科書普遍采用了該計算方法。

上述凝聚沉淀和非凝聚沉淀去除率計算方法實際上是一種方法的兩種形式，均可采用式
(1)進行計算，證明如下:
現設兩條等效曲線間距為△h，兩條相鄰等效曲線平均值為p I ，則有
p I1 =1/2(p n +p n+1 )
p I2 =1/2(p n+1 +1)
變化式(3)得



由此證明E=E′。故說明凝聚沉淀和非凝聚沉淀均可按照非凝聚沉淀計算去除率，即均可采用單點取樣試驗方法分析計算。在圖2中，如果把等效沉降曲線首尾連成直線，完全變成了非凝聚顆粒的等效直線，總去除率計算結果不變。于是，可使凝聚沉淀試驗步驟簡化，計算方便，誤差減小。

3 沉淀池表面負荷率的確定

沉淀池面積的大小決定于沉淀顆粒的臨界沉速，也即是所選用的表面負荷率的大小。眾多的研究提出了去除率與沉速、沉淀時間的關系式。Eckenfelder提出p 1 =f(h/t m )，p 2 =f(u/t n )；蘇聯學者Ю·M費爾采提出t 1 /t 2 =(h 1 /h 2 ) k 等。很明顯，這些計算方法必須求出不同沉速的去除率及m、n、k值，實際上是按多點取樣試驗后計算回歸成p=f(h/t)的關系式，計算繁瑣。如果按照沉降顆粒累計分布曲線確定臨界沉速，則計算更為簡便。現引入沉降顆粒經沉淀后未被去除部分占所有顆粒重量比概念——沉淀剩余率p s 進行分析。
在設計沉淀池時，已知懸浮物含量為c o ，設計要求出水懸浮物含量為c i ，則沉淀池對這種


如圖4所示，p o u o 等于曲線上下兩塊面積之和，即

因p s 為已知，只要在累計曲線圖上作圖使S 2 =S 1 ，便可確定u o 和p o 值，也就確定了沉淀池的面積。
但是，這種等面積作圖法并非能直觀簡單

在絕大多數情況下，累積分布曲線p=f(u)光滑，單調增值，且f(u)的一階導數、二階導數都不為零。經對多種水樣沉淀試驗分析，當p<50%時，其累積分布曲線都可近似回歸為如下方程式:
p=Au n (9)
式中A為系數>0，n為指數，于是得:

因為p s =c i /c o 為已知數，在累計分布曲線圖上很容易求出u s 。這樣只要在圖4中求出Op s Mu s 曲線上下任一小塊面積S 1 或C，勿需求出累積分布曲線方程就可確定p o 值，也就確定了u o 值。

4 沉淀池計算實例分析

沉淀池設計計算方法大致有以下幾種:
① 按照沉淀時間或水平流速設計計算；
② 按照臨界沉速計算式進行設計計算；
③ 按原水水質不同選定沉淀池表面負荷率設計計算；
④ 按多點取樣試驗求出E~u曲線確定臨界沉速計算。
這四種方法中①、③方法計算多憑經驗選定設計參數，②、④兩種方法計算復雜。
[例]現有原水分析資料:


進水平均懸浮物濃度C o =430mg/L，流量4500m 3 /d，經沉淀后出水懸浮物含量C i =150mg/L，沉淀池有效水深取1.8m，試計算沉淀池面積。
① 按選定沉淀時間計算，取沉淀時間1h，則沉淀池面積為A=Q/24×1/1.8=4500/24×1/1.8=104.2m 2 ，
② 按選定臨界沉速計算，臨界沉速計算式為

式中 B 1 ——沉速為1.2mm/s時的去除率
B 2 ——沉速為0.2mm/s時的去除率
E——設計去除率，E= =65%
經計算，B 1 =0.49，B 2 =0.85，得u o =0.64mm/s；沉淀池面積為A= 81.4m 2 。
③ 按選定表面負荷率計算，原水懸浮物含量>250mg/L時，取表面負荷率u o =0.5mm/s，于是得沉淀池面積為A= =104.2m 2 。
④ 按等效沉淀曲線計算，當E=65%時求得u o =0.6mm/s，則沉淀池面積A=K =108.5m 2 ，其中K取1.25(通常K取1.25~1.75)。
結果表明，各計算方法求出的沉淀池面積不同，有的留有較大余地，有的達不到出水要求。
如果按照沉淀顆粒累積分布曲線計算，則E= =0.65沉淀剩余率p s =0.35得顆粒臨界沉速u o =0.55mm/s，沉淀面積A=94m 2 。鑒于實際沉淀池受紊動作用影響，將發生進一步絮凝作用，沉淀效果一般均高于計算結果，故該沉淀池面積設計成94m 2 足以滿足沉淀要求。