沉淀的基础理论

沉淀的基础理论——沉淀法是水处理中最基本的方法之一，利用水中悬浮颗粒物和水的密度差，在重力场作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。沉淀类型分为自由沉淀，絮凝沉淀，区域沉淀，压缩沉淀。

沉淀的基础理论

• 概述
  • 沉淀法
    • 沉淀法是水处理中最基本的方法之一。
    • 原理:利用水中悬浮颗粒物和水的密度差，在重力场作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
  • 在典型污水处理厂中，沉淀法用于
    • 1.污水处理系统的预处理
      • 如沉砂池，常作为一种预处理手段用于去除污水中易沉降的无机性颗粒。
    • 2.污水中的初级处理（初次沉淀池，即初沉池）
      • 初沉池可较经济有效地去除污水中悬浮固体，同时去除一部分呈悬浮状态的有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。
      • 初沉池可单独使用，对污水进行一级处理后排放。
    • 3.生物处理后的固液分离（二次沉淀池，即二沉池）
      • 二沉池主要用来分离浓缩悬浮生长生物处理工艺中的活性污泥、生物膜法工艺中脱落的生物膜等，使处理后的出水得以澄清。
    • 4.污泥处理阶段的污泥浓缩
      • 污泥浓缩是将来自二沉池的污泥，或二沉池及初沉池污泥一起进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸、处理负荷、运行成本。
• 沉淀类型
  • 根据水中悬浮颗粒的性质、凝聚性能、浓度，沉淀类型
    • 1.自由沉淀
      • 自由沉淀是发生在水中悬浮固体浓度不高时的一种沉淀类型
      • 沉淀过程
        • 悬浮颗粒之间互不干扰，颗粒各自独立完成沉淀过程
        • 颗粒的沉淀轨迹呈直线
        • 整个沉淀过程中，颗粒的物理性质不发生变化
      • 砂粒在沉砂池中的沉淀属于自由沉淀
    • 2.絮凝沉淀
      • 在絮凝沉淀中，悬浮颗粒浓度不高
      • 沉淀过程
        • 悬浮颗粒之间有互相絮凝作用
        • 颗粒因互相聚集增大而加快沉降
        • 沉淀的轨迹呈曲线
        • 沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的
        • 实际沉速很难用理论公式计算，需通过实验测定
      • 化学混凝沉淀、活性污泥在二沉池中间段的沉淀属于絮凝沉淀
    • 3.区域沉淀（成层沉淀、拥挤沉淀）
      • 悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L）
      • 沉淀过程
        • 颗粒的沉淀受到周围其他颗粒影响
        • 颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉。
        • 与澄清水之间有清晰的泥水界面，沉淀显示为界面下沉
      • 二沉池下部、污泥重力浓缩池开始阶段有区域沉淀发生
    • 4.压缩沉淀
      • 高浓度悬浮颗粒
      • 由于悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互之间互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。
      • 二沉池污泥斗中的污泥浓缩过程以及污泥重力浓缩池中均存在压缩沉淀
• 自由沉淀与絮凝沉淀分析
  • 1.自由沉淀理论基础
    • 水中的悬浮颗粒，都因两种力的作用而发生运动
      • 悬浮颗粒受到重力
      • 水对悬浮颗粒的浮力
      • 重力大于浮力时下沉，两力相等时相对静止，重力小于浮力时上浮
    • 可用牛顿第二定律表达颗粒的自由沉淀过程
    • 斯托克斯公式
      • 球状颗粒自由沉淀的沉速公式
      • 与颗粒沉速有关的因素
  • 2.絮凝沉淀分析
    • 絮凝沉淀过程中，沉淀颗粒会发生凝聚，与凝聚的程度有关的因
      • 悬浮固体浓度
      • 颗粒尺寸分布
      • 负荷
      • 沉淀池深
      • 沉淀池中的速度梯度
• 沉淀池的工作原理
  • 理想沉淀池
    • 产生:为了便于说明沉淀池的工作原理以及分析水中悬浮颗粒在沉淀池内的运动规律，Hazen和Camp提出了理想沉淀池这一概念。
    • 组成（五个区域）
      • 进口区
      • 沉淀区
      • 出口区
      • 缓冲区
      • 污泥区
    • 理想沉淀池的沉淀效率与池的表面积A有关，与池深H、沉淀时间t、池的体积V等无关
  • 实际沉淀池在池深和池宽方向都存在着水流速度分布不均匀问题，以及由于存在温差、密度差、风力影响、水流与池壁摩擦力等原因完成紊流，使实际沉淀池去除效率低于理想沉淀池
  • 增加池深有利于沉淀污泥的压缩、提高排泥浓度