（一）基本原理
利用原水中加入混凝剂并和池中积聚的活性泥渣相互碰撞、接触、吸附，将固体颗粒从水中分离出来，而使原水得到净化的过程，称为澄清。
澄清过程是给水处理或废水处理中的预处理过程，也通常是混凝过程之后和过滤技术之前的一个中间过程。澄清在过滤之前，可以为过滤过程创造一个快速过滤的有利条件。对于澄清技术，我们可做如下分析，澄清过程示意图如图2-6所示。
图2-6 澄清过程示意图
澄清所需时间和沉降速度之间的关系为：
式中 T——澄清所需时间，s
h——澄清池高度，m
V——沉降速度，m/s
A——澄清池表面积，m2
Q——进水流量，m3/s
由式2-7可知，沉降速度快，澄清时间短；反之，沉降速度慢，澄清时间长。同时水中颗粒的沉降速度也与所选混凝剂有关，如选择铝盐作混凝剂时，因生成的矾花较轻，故沉降速度低；而选择其他类型混凝剂，如铁盐或石灰等，则颗粒的沉降速度就相对高。此外，在设计澄清池时，为保证澄清效果，在澄清池中除去最小颗粒的沉降速度和水平流速之比，一般不大于20∶1～40∶1，如果两者之比大于这一比例，则颗粒往往来不及沉降而影响澄清效果。
根据物理学中斯托克斯定律：
式中 V——沉降速度，m/s
σ——颗粒相对密度，kg/m3
ρ——流体相对密度，kg/m3
μ——流体黏度，Pa·s
D——颗粒直径，μm
由此可见，颗粒直径D越大，沉降速度越高，而且两者呈平方关系。颗粒相对密度σ越大或颗粒与流体两者的相对密度差越大，则沉降速度也越大。此外流体的黏度μ越小，沉降速度越大，因为两者成反比关系。由此可分析出，在澄清前投加混凝剂后，一方面可使水中颗粒凝聚成较大的颗粒，使颗粒直径D增大，另一方面加入高分子絮凝剂后，常可使水的黏度变小，因而使沉降速度增大。
总之，澄清效果与很多因素有关，在此我们还要再强调两个方面。
第一，停留时间：停留时间是指单位体积水流经澄清池所需的时间。停留时间取决于澄清池的目的和处理对象。如主要是去除水中的沙砾、黏土等大颗粒的杂质，则停留时间可短一些；如果主要是去除水中浊度等小颗粒的杂质，则停留时间宜长一些。
第二，污泥的排放和利用：无论是给水处理或废水处理中，通过混凝沉降处理都会产生一定量的污泥。因此污泥的合理排放和利用也是水处理工厂必须考虑和解决的一个突出问题。例如，对澄清池的设计中为了便于污泥的排出，一般均设计成锥形底或尖底；又如，通常需考虑污泥的脱水问题，经过板框压滤或离心分离等措施进一步降低污泥中的含水量。此外，污泥的综合利用也是必须要考虑的问题。
（二）机械搅拌澄清池实验
1.实验目的
（1）了解机械搅拌澄清池的构造及其净水工艺过程；测定运行参数。(www.xing528.com)
（2）观察脉冲澄清池的工作原理及了解进水、布水、澄清、出水、排泥及脉冲发生器等各部分的构造和工作情况，从而对全池的运行建立完整的认识。
2.基本原理及工作过程
（1）机械搅拌澄清池（水力循环澄清池，图2-7）
图2-7 机械搅拌澄清池
①工作原理：该装置是将混凝、反应和澄清的过程建在同一个构筑物内，利用悬浮状态的泥渣层作为接触介质，来增加颗粒的碰撞机会，并提高了混凝效果。
②工作过程：经过加药的原水进入三角形分配槽，并从底边的调节缝流入第一反应室。水中的空气从三角槽顶部伸出水面的放空管排走。进入第一反应室的水，经过搅拌、提升至第二反应室，在此进一步进行混凝反应，以便聚结成更大的颗粒，然后从四周进入导流室而流向分离室。由于进入分离室时，断面积突然扩大，因此流速骤降，泥渣下沉，清水以每秒1.0～1.4mm的上升速度向上经集水槽流出。沉下的泥渣从回流缝进入第一反应室，再与从三角槽出来的原水相互混合。在分离室里，部分泥渣进入泥渣浓缩斗，定期予以排除。池底也有排泥阀，以调整泥渣的含量。提升循环回流的水量是处理水量的3～5倍。经一定循环后，泥渣量会不断增加，需要进行排放，以控制一定的沉降比。在第二反应室和导流室内部装有导流板，目的是为了改善水力条件，既利于混合反应，又利于泥渣与水的分离。在处理高浊度的水和池子直径较大时，有的在池底还设有刮泥机装置，以便把池底的沉泥刮至池子中央，从排泥管排放，因此排泥很方便。
③运行操作步骤：开启进水阀1，启动水泵，水自底部进入向上，在混合区与回流泥渣经搅拌器搅拌后充分混合，然后向上流入导流区后进入澄清区，穿过悬浮泥渣层后，水得到净化。泥渣经回流缝重入混合区。
运行完毕，停泵关阀1，开启排水阀2，排水、排泥及放空。
机械搅拌澄清池的优点是效率较高，且比较稳定，对进水水质和处理水量的变化适应性较强，操作运行比较方便；缺点是设备维修工作量较大，设备投资较大。
（2）脉冲澄清池（图2-8）脉冲澄清池是一种悬浮泥渣层澄清池，是间歇性进水的。当进水时上升流速增大，悬浮泥渣层就上升，在不进水或少进水时，悬浮泥渣层就下降，因此使悬浮泥渣处于脉冲式的升降状态，而使水得到澄清。
图2-8 脉冲澄清池
脉冲澄清池的关键设备是脉冲发生器，脉冲发生器的形式很多，有虹吸式、真空式、钟罩式、皮膜切门式以及浮筒切门式等。以钟罩式脉冲发生器的结构简单而广为使用。
脉冲澄清池主要由两部分组成：上部为进水室和脉冲发生器；下部为澄清池池体，包括配水区、澄清区、集水系统和排泥系统等。
工作过程如下。
①脉冲发生：启动水泵，水进入进水室，室内水位逐渐上升，当水位超过中央管顶时，开始溢入中央管，同时将聚集在钟罩顶部的空气带走，形成真空，发生虹吸，进水室内的水通过钟罩和中央管迅速进入池底配水系统，向上流入澄清室。随着配水过程的继续，进水室的水位迅速下降，到水位低于虹吸管口时，虹吸被破坏，进水室水位又重新逐渐上升，开始第二次脉冲。
②悬浮泥渣层形成：开始运转时，在原水中投加过量的混凝剂，适当降低负荷，调整水在澄清室的上升流速，使颗粒所受阻力与其在水中的重力相等，处于悬浮状态，逐渐积累形成泥渣层。
③配水稳流及澄清：原水经中央管迅速进入池底配水系统，从配水支管孔口高速喷出，在稳流板以下很短时间内混合和初步反应，经稳流板调整，缓速垂直上升，并在脉冲水流作用下，悬浮泥渣层有规律地上下运动，时而膨胀，时而静沉，原水中的颗粒通过悬浮泥渣层的碰撞、吸附，使水得以澄清，由池顶的集水穿孔管引出。
④排泥：在原水不断地被澄清过程中，因颗粒被泥渣层截留，泥渣逐渐过剩，为使泥渣层保持其新陈代谢，保持其接触絮凝活性，过剩泥渣经浓缩室由穿孔排泥管排出。
脉冲澄清池优点是混合充分、布水均匀、虹吸式机械设备比较简单；缺点是真空式设备比较复杂、操作运行管理要求高。
3.思考题
（1）影响混凝效果的因素有哪些？
（2）脉冲发生器虹吸发生时间如何调整？
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