第四章污水的物理处理精选文档.ppt

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1、第四章污水的物理处理本讲稿第一页，共三十六页按格栅栅条的净间隙，可分为：按格栅栅条的净间隙，可分为：粗格栅：粗格栅：5050100mm100mm；中格栅：中格栅：101040mm40mm；细格栅：细格栅：3 310mm10mm。本讲稿第二页，共三十六页人工清除人工清除设计面积应采用较大的设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于安全系数，一般不小于进水渠道面积的进水渠道面积的2倍，倍，以免清渣过于频繁。以免清渣过于频繁。与水平面倾角：与水平面倾角：3045机械清除机械清除栅渣量大于栅渣量大于0.2m3/d，过水面积一般应不小于过水面积一般应不小于进水管渠有效面积的进水管渠有效面积的1.2倍。倍。

2、与水平面倾角：与水平面倾角：6070格栅的清渣方法格栅的清渣方法本讲稿第三页，共三十六页过格栅渠道过格栅渠道的水流流速的水流流速一方面泥沙不至于一方面泥沙不至于沉积在沟渠底部沉积在沟渠底部另一方面截留的污染另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅物又不至于冲过格栅通常采用通常采用0.40.9m/s格栅渠道的宽度要设置得当，格栅渠道的宽度要设置得当，应使水流保持适当流速应使水流保持适当流速污水过栅条污水过栅条间距的流速间距的流速本讲稿第四页，共三十六页污水过栅条污水过栅条间距的流速间距的流速为防止栅条间隙堵塞为防止栅条间隙堵塞一般采用一般采用0.61.0m/s最大流量时可取最大流量时可取0.81.0

3、m/s，平均设计流量时为平均设计流量时为0.3m/s渐扩渐扩120本讲稿第五页，共三十六页格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算计算内容：包括计算内容：包括尺寸计算尺寸计算、水力计算水力计算、栅渣量计算栅渣量计算、清渣机械选用清渣机械选用。本讲稿第六页，共三十六页格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算 1.格栅的间隙数量格栅的间隙数量n可由下可由下 式决定：式决定：式中：式中：Qmax-最大设计流最大设计流 量，量，m3/s；e-栅条间距，栅条间距，m；h-栅前水深，栅前水深，m；最高；最高0.5m v-污水流经格栅的速度，污水流经格栅的速度，m/s -格栅倾角格栅倾角2.格栅

4、的建筑宽度格栅的建筑宽度B由下式决定由下式决定 式中：式中：B-格栅的建筑宽度，格栅的建筑宽度，m s-格条宽度，格条宽度，m3.栅后槽的总高度栅后槽的总高度H由下式决定由下式决定 式中：式中：h-栅前水深，栅前水深，m；h1-格栅的水头损失，格栅的水头损失，m；h2-格栅前渠道超高，一般格栅前渠道超高，一般 取取0.3m。本讲稿第七页，共三十六页通过格栅的水头损失通过格栅的水头损失h1的计算：的计算：h0-计算水头损失，计算水头损失，m；v-污水流经格栅的速度，污水流经格栅的速度，m/s；-阻力系数，阻力系数，当为矩形断面时，当为矩形断面时，=2.42=2.42；-格栅的放置倾角；格栅的放置

5、倾角；g-重力加速度，重力加速度，m/s2；k-考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用式：可用式：k=3.361.32求定，一般采用求定，一般采用k=3。格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算本讲稿第八页，共三十六页格格 栅栅 的的 建建 筑筑 尺尺 寸寸 4.格栅的总建筑长度格栅的总建筑长度L由下由下式决定式决定 式中：式中：l1-进水渠道渐宽部位进水渠道渐宽部位的长度，的长度，m；其中：其中：B1-进水渠道宽度进水渠道宽度m；1-进水渠道渐宽部位的展开进水渠道渐宽部位的展开角度，一般角度，一般1=20；H1-格栅前的

6、渠道深度，格栅前的渠道深度，m l2-格栅槽与出水渠道连接处的格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度渐窄部位的长度,一般一般l2=0.5l1。5.每日栅渣量每日栅渣量W由下式决定由下式决定 式中：式中：W1-栅渣量，栅渣量，m3/103m3污污水，取水，取0.10.01;K总总-生活污水流量总变化生活污水流量总变化系数系数(表表3-3)。本讲稿第九页，共三十六页格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一些数据：可参考的一些数据：当栅条间距为当栅条间

7、距为1625mm1625mm时，栅渣截留量为时，栅渣截留量为0.100.05m0.100.05m3 3/10/103 3mm3 3污水；污水；当栅条间距为当栅条间距为40mm40mm左右时，栅渣截留量为左右时，栅渣截留量为0.030.01 m0.030.01 m3 3/10/103 3mm3 3污水；污水；栅渣的含水率约为栅渣的含水率约为80%80%，密度约为，密度约为960kg/m960kg/m3 3。本讲稿第十页，共三十六页填埋填埋焚烧（焚烧（820820以上）以上）堆肥堆肥将栅渣粉碎后再返回废水中，作为将栅渣粉碎后再返回废水中，作为 可沉固体进入初沉池。可沉固体进入初沉池。格栅、筛网截留

8、的污染物的处置方法：格栅、筛网截留的污染物的处置方法：本讲稿第十一页，共三十六页沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，即在重力作沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，即在重力作用下沉淀去除，以达到固液分离的一种物理过程。用下沉淀去除，以达到固液分离的一种物理过程。沉淀处理工艺的四种用法沉淀处理工艺的四种用法 沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷，保证后续处理设备正常运转处理构筑物的有机负荷，保证后续处理设备正常运转二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中

9、产生的生物膜、二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。活性污泥等，使处理后的水得以澄清。污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。本讲稿第十二页，共三十六页时间时间固固液液分分界界面面高高度度本讲稿第十三页，共三十六页1.1.悬浮颗粒的重力悬浮颗粒的重力F F1 1 F F1 1-颗粒的重力，是促使沉淀颗粒的重力，是促使沉淀的作用力的作用力 式中：式中：V-V-颗粒的体积；颗粒的体积；g g-颗粒的密度；

10、颗粒的密度；g-g-重力加速度。重力加速度。2.2.水对自由颗粒的浮力为：水对自由颗粒的浮力为：y y-液体的密度液体的密度3.3.下沉过程受到的摩擦阻力：下沉过程受到的摩擦阻力：C-C-阻力系数；阻力系数；A-A-自由颗粒的投影面积；自由颗粒的投影面积；u-u-颗粒在水中的运动速度，颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。即颗粒沉速。悬悬 浮浮 颗颗 粒粒 在在 水水 中中 的的 受受 力力 分分 析析本讲稿第十四页，共三十六页球状颗粒自由沉淀的沉速公式球状颗粒自由沉淀的沉速公式 自由沉淀可由牛顿第二定律表达：自由沉淀可由牛顿第二定律表达：得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：得球状颗粒自由沉淀的沉速公式

11、：当受力达到平衡后：当受力达到平衡后：本讲稿第十五页，共三十六页当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。颗粒运动是处于层流状态。若在若在层流状态层流状态下，下，C=24/Re，,带入式中，整带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定斯托克斯定律律）：）：是水的动力粘度。是水的动力粘度。本讲稿第十六页，共三十六页由上式可知，颗粒沉降速度由上式可

12、知，颗粒沉降速度u与下述因素有关：与下述因素有关：斯托克斯定律斯托克斯定律当当g gy y时，颗粒以速度时，颗粒以速度u下沉；下沉；当当g g与与y y相等时，相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；颗粒不能用沉淀去除；g gy y时，颗粒以速度时，颗粒以速度u上浮。上浮。u与颗粒直径与颗粒直径d d2 2成正比，因此增加颗粒直径有助于提成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。u与与成反比，成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升

13、，沉速增大。响，水温上升，沉速增大。本讲稿第十七页，共三十六页水流状态：水流状态：层流状态：层流状态：Re1时，时，Stokes 式式 过渡状态：过渡状态：1Re103 时，时，Fair式式 紊流状态：紊流状态：103Re105时，时，=0.44 Newton式式本讲稿第十八页，共三十六页例题例题:油油珠珠的的直直径径为为8080微微米米，密密度度为为0.80.8克克/厘厘米米3 3，水水温温2020，计计算算油油珠珠在水中的浮升速度。在水中的浮升速度。解：解：油油珠珠直直径径d=0.008d=0.008厘厘米米，2020时时水水的的粘粘滞滞系系数数=O.0101=O.0101克克/厘厘米米秒

14、。代入斯托克斯方程秒。代入斯托克斯方程（stocksstocks方程）方程）：则：则：（厘米（厘米/秒）秒）由由 计算雷诺数计算雷诺数R Re e 上述计算符合上述计算符合斯托克斯定律斯托克斯定律。本讲稿第十九页，共三十六页注注 意：意：应应用用斯斯托托克克斯斯公公式式要要求求围围绕绕颗颗粒粒的的水水流流呈呈层层流流状状态态，颗颗粒粒呈呈圆圆球球形形等等，因因此此有有很很大大局局限限性性，通通常常并并不不以以它它来来计计算算颗颗粒粒的的沉沉速速，可可是是它它有有助助于于理理解解影影响响沉沉速速或或上上浮浮速速度度的的诸因素。诸因素。在在实实际际工工作作中中，一一般般通通过过观观测测颗颗粒粒的的

15、沉沉速速，用用斯斯托托克克斯斯公公式式反反求求它它的的粒粒径径(一一般般用用于于探探求求d0.1d0.1毫毫米米的的颗颗粒粒)。当当然然，所求得的粒径只是名义上的尺寸，因为颗粒往往不是球形。所求得的粒径只是名义上的尺寸，因为颗粒往往不是球形。本讲稿第二十页，共三十六页地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的有机地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的有机性悬浮物，或者活性污泥等，性悬浮物，或者活性污泥等，在沉降过程中，絮状体互相碰撞凝聚，使在沉降过程中，絮状体互相碰撞凝聚，使颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，如下图中如下图中2 2曲线所

16、示。曲线所示。自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹 l l一离散颗粒，一离散颗粒，2 2一絮凝颗粒一絮凝颗粒因因此此，悬悬浮浮物物的的去去除除率率不不仅仅取取决决于于沉沉淀淀速速度度，而而且且与与深深度度有有关关。所所以以试试验验用用的的沉沉淀淀柱柱的的高高度度应应当当与与拟拟采采用用的的实实际际沉沉淀淀池池的的高高度度相相同同，而而且且要要尽尽量量避避免免矾矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。絮凝沉淀理论絮凝沉淀理论1本讲稿第二十一页，共三十六页当当水水中中的的悬悬浮浮物物浓浓度度较较高高时时，在在沉沉降降过过程程中中，会产生颗粒彼此干扰的拥

17、挤沉淀现象。会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉淀现象。u沉沉淀淀的的颗颗粒粒可可以以是是凝凝聚聚以以后后的的矾矾花花，或或是是曝曝气气池池出流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙。出流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙。拥拥挤挤沉沉淀淀的的特特点点：在在沉沉淀淀过过程程中中，会会出出现现一一个个清清水水和和浑浑水水的的交交界界面面，沉沉淀淀过过程程也也就就是是交交界面的下沉过程，因此也称界面的下沉过程，因此也称成层沉淀成层沉淀。拥挤沉淀理论拥挤沉淀理论 本讲稿第二十二页，共三十六页污泥开始沉淀时，污泥开始沉淀时，沉淀柱中污泥浓度是沉淀柱中污泥浓度是均匀一致的均匀一致的。沉沉淀淀一一段段时时间间后后，

18、在在下下沉沉的的污污泥泥与与上上层层澄澄清清液液之之间间出出现现明明显显的的分分界界面面(界界面面1-11-1)，位位于于澄澄清清液液层层A A下下面面的的称称为为受阻沉降层受阻沉降层B B。在在此此层层中中若若取取样样分分析析，将将发发现现污污泥泥浓浓度度是是均均匀匀一一致致的的，并并且且具具有一定的有一定的均匀沉降速度均匀沉降速度，即等于界面，即等于界面1-11-1的沉降速度。的沉降速度。本讲稿第二十三页，共三十六页在在形形成成界界面面1-11-1及及受受阻阻沉沉降降层层的的同同时时，在在沉沉淀淀柱柱底底部部悬悬浮固体开始压缩，出现浮固体开始压缩，出现压缩层压缩层D D。在在此此层层中中悬

19、悬浮浮固固体体的的浓浓度度也也是是均均匀匀的的，该该层层与与其其邻邻层层的的分界面分界面(界面界面2-2)2-2)以一以一恒定的速度恒定的速度v v上升上升。在在受受阻阻沉沉降降层层与与压压缩缩层层之之间间有有一一过过渡渡层层C C，在在此此层层中由于泥层逐渐变浓，中由于泥层逐渐变浓，界面的沉降速度逐渐减小界面的沉降速度逐渐减小。本讲稿第二十四页，共三十六页当当沉沉淀淀时时间间继继续续延延长长，界界面面1-11-1以以匀匀速速下下沉沉，界界面面2-2-2 2以匀速上升。以匀速上升。到到t=tt=t2 2时时，界界面面1-l1-l与与2-22-2相相遇遇，B B、C C两两层层消消失失了了，只只

20、剩剩下下A A和和D D层，此时污泥具有一均匀浓度层，此时污泥具有一均匀浓度C C2 2,称之为称之为临界浓度临界浓度。接接着着压压缩缩开开始始，D D层层高高度度逐逐渐渐减减小小，但但很很缓缓慢慢，因因为为被被压压缩缩出出来来的的水水必必须须从从不不断断减减小小的的颗颗粒粒间间空空隙隙流流出出，最最后后直直到到完完全压实为止，全压实为止，污泥浓度为污泥浓度为C Cu u。本讲稿第二十五页，共三十六页下下图图表表明明界界面面位位置置随随时时间间变变化化的的情情况况。各各层层的的沉沉降降速速度度均均可可由由沉沉降降曲曲线线上各点的切线斜率上各点的切线斜率绘出，例如达到临界浓度绘出，例如达到临界浓

21、度C C2 2时的界面沉速为时的界面沉速为v v2 2。ABAB及及CDCD都都为为直直线线，B B至至C C为为过过渡渡区区，沉沉速速逐逐渐渐减减小小。C C至至D D所所需需的的压压缩缩时时间间很很长长。缓缓慢慢的的搅搅拌拌有有利利于于压压缩缩，使使挤挤压压出出来来的的水水较较易易从从污污泥泥空空隙隙中中流流出出来。来。在在连连续续流流的的沉沉淀淀池池中中，因因为为不不断断有有新新的的污污泥泥进进入入，不不断断由由上上部部溢溢流流澄澄清清水水及底部排出浓缩污泥，及底部排出浓缩污泥，因此因此A A、B B、C C、D D各层均将保留着各层均将保留着。本讲稿第二十六页，共三十六页污水在池内沿水

22、平方向等速流动，水平流速为污水在池内沿水平方向等速流动，水平流速为v v，从，从入口到出口时间为入口到出口时间为t t；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于水的水悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于水的水平流速平流速v v；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上，处于自由沉淀状态；整个过水断面上，处于自由沉淀状态；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池原理理想沉淀池原理本讲稿第二十七页，共三十六页当某一颗粒进入沉淀池后当某一颗粒

23、进入沉淀池后另一方面，颗粒在重另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度粒的自由沉降速度u。一方面随着水流在一方面随着水流在水平方向流动，其水平方向流动，其水平流速水平流速v等于水流等于水流速度；速度；颗粒运动的轨迹为其水平分速颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速和沉速u的矢量的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为度为i=u/v。必然存在某一粒径沉速为必然存在某一粒径沉速为u0的颗粒，刚好能沉至池底的颗粒，刚好能沉至池底本讲稿第二十八页，共三十六页1.1.当颗粒沉速当颗粒沉速uuu

24、u0 0时，无论这种颗粒处于进口端的什时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。么位置，它都可以沉到池底被去除。2.2.当颗粒沉速当颗粒沉速uuuu0 0时，位于水面的颗粒不能沉到池时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图中轨迹底，会随水流出，如图中轨迹IIII所示；而当其位于所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中如图中IIII虚线轨迹所示。虚线轨迹所示。说明对于沉速说明对于沉速u u小于指定颗粒沉速小于指定颗粒沉速u u0 0的颗粒，有一部的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。分会沉到池底被去除。

25、本讲稿第二十九页，共三十六页 在同一沉淀时间在同一沉淀时间t t，下式成立：，下式成立：故故 对于沉速为对于沉速为u u1 1（u u1 1uu0 0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为：总量为：设沉速为设沉速为uuuu0 0的颗粒占全部颗粒的的颗粒占全部颗粒的dP%dP%，其中，其中 的颗粒将会从水中沉到池底而去除。的颗粒将会从水中沉到池底而去除。P P0 0为沉速小于为沉速小于u u0 0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。本讲稿第三十页，共三十六页而沉淀池能去除的颗粒包括而沉淀池能去除的颗粒包括uuuu0 0以及以及 uuuu0

26、 0的的两部分，故两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率沉淀池对悬浮物的去除率为：为：式中：式中：P P0 0-沉速小于沉速小于u u0 0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；（1-P1-P0 0）沉速沉速u u0 0的颗粒去除百分数。的颗粒去除百分数。本讲稿第三十一页，共三十六页 图图3-133-13的运动迹线中存在着如下的关系：的运动迹线中存在着如下的关系：将上式带入式将上式带入式 A A为沉淀池过水断面面积，为沉淀池过水断面面积，A A为沉淀池表面积，单位为沉淀池表面积，单位mm2 2。Q/A的物理意义的物理意义-反映沉淀池效力的参数，一般称为反映沉淀池效力

27、的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号或称沉淀池的过流率，用符号q表示：表示：理想沉淀池中，理想沉淀池中，u u0 0与与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：在数值上相同，但它们的物理概念不同：u u0 0的单位是的单位是m/hm/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是量，单位是mm3 3/m/m2 2h h。故只要确定颗粒的最小沉速故只要确定颗粒的最小沉速u u0 0，就可以求得，就可以求得理想沉淀池的表面负荷率。理想沉淀池的表面负荷率。中并简化后得出：中并简化后得出：本讲稿第三十二页，共三

28、十六页 理想沉淀池的沉淀效率与理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积池的水面面积A A有关，有关，不决定于沉淀时间不决定于沉淀时间t t与池的体积与池的体积V V。沉淀池对悬浮物的去除率为：沉淀池对悬浮物的去除率为：本讲稿第三十三页，共三十六页辐流理想沉淀池辐流理想沉淀池辐流沉淀池的去除率也可采用下式计算：辐流沉淀池的去除率也可采用下式计算：经推导计算可得：经推导计算可得：本讲稿第三十四页，共三十六页竖流理想沉淀池竖流理想沉淀池P0为为ut v的颗粒占所有悬浮颗粒的比值。的颗粒占所有悬浮颗粒的比值。凡是沉速凡是沉速utv的那些颗粒，才能被沉淀去除；而的那些颗粒，才能被沉淀去除；而ut v的所有颗粒

29、，都不能被沉淀去除，因此竖流沉淀池的去除率：的所有颗粒，都不能被沉淀去除，因此竖流沉淀池的去除率：本讲稿第三十五页，共三十六页实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差在池深和池宽方向都存在水流分布不均匀的问题；在池深和池宽方向都存在水流分布不均匀的问题；由于风力、水流、池壁等造成紊流，使实际沉淀池的去除由于风力、水流、池壁等造成紊流，使实际沉淀池的去除率低于理想沉淀池。率低于理想沉淀池。1.池深方向水平池深方向水平流速分布不均对去除率没有影响流速分布不均对去除率没有影响2.池宽方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的池宽方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主要原因主要原因3.紊流的存在，使颗粒不能匀速下沉，使沉速减慢或加速，影紊流的存在，使颗粒不能匀速下沉，使沉速减慢或加速，影响去除率。目前还不能用理论精确分析。响去除率。目前还不能用理论精确分析。本讲稿第三十六页，共三十六页