区域沉淀颗粒沉降过程

沉降过程如图2所示 ：

（1）污泥开始沉淀时，沉淀柱内的污泥浓度是均匀一致的，浓度为C₀，如图2中(a)所示。

（2）沉淀一段时间后，沉淀柱内出现4个区：清水区A、等浓度区B、变浓度区C和压实区D，如图2中(b)所示。清水区下面的各区可以总称为悬浮物区或污泥区。等浓度区中的污泥浓度都是均匀的，这一区内的颗粒大小虽然不同，但由于相互干扰的结果，大的颗粒沉速变慢，小的颗粒沉速变快，因而形成等速下沉的现象，整个区似乎都是由大小完全相等的颗粒组成。当最大粒度与最小粒度之比约为6：1以下时，就会出现这种沉速均一化的现象。等浓度区又称为受阻沉降区。随着等浓度区的下沉，清水区和污泥区之间存在明显的分界面(界面1-1)。颗粒间的絮凝过程越好，交界面就越清晰，清水区的悬浮物就越少。该界面沉降速度v，等于等浓度区颗粒的平均沉降速度。与此同时，在沉淀柱底部由于悬浮固体的累积，出现压实区D。压实区的悬浮物有两个特点：一是从压实区的上表面起至沉淀柱底止，颗粒沉降速度逐渐减小为零；另一个是，由于柱底的存在，压实区内悬浮物缓慢下沉的过程也就是这一区内悬浮物缓慢压实的过程。

（3）在压实区与等浓度区之间存在一个过渡区，即从等浓度区的浓度逐渐变为压实区顶部浓度的变浓度区。变浓度区和压实区之间的分界面(界面2-2)，以一恒定的速度v上升。当沉淀时间继续增长，界面1—1以匀速下降，界面2-2以匀速上升，等浓度区的高度逐渐减小，而开始时变浓度区的高度基本不变。当等浓度区消失后，如图2中(c)，变浓度区也逐渐减小至消失时，如图2中(d)，只剩下A区和D区，此时称为临界沉降点。此后，压实区内的污泥迸一步压实，高度逐渐减小，但很缓慢，因为被顶换出来的水必须通过不断减少的颗粒间空隙流出，最后直到完全压实为止，如图2中(e)所示。

当水中的悬浮物浓度较高时，在沉降过程中，会产生颗粒彼此干扰的压缩沉淀现象、沉淀的颗粒可以是凝聚以后的矾花，或是曝气池流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙，当矾花含量达2～3克/升以上，或活性污泥含量达1克/升以上，或泥沙含量达5克/升以上时，将产生压缩沉淀现象 。压缩沉淀的特点是：在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程，因此又称为分层沉淀。典型区域沉淀的例子包括：二次沉淀池的下部沉淀过程以及浓缩池开始阶段的沉淀过程。图1为活性污泥在二次沉淀池中的沉淀过程。

若以上述沉降过程产生的交界面1-1的高度为纵坐标，沉淀时间为横坐标，可得交界面沉降过程曲线，如图3中(f)所示。各区的沉降速度可由沉降曲线上各点的切线斜率绘出。

（1） 曲线a-b′段的上凸曲线可解释为沉淀初期由于颗粒间的絮凝导致颗粒凝聚变大，沉降速度逐渐变大。

（2） b'-b段为直线，表明交界面等速下降。a-b′段一般较短，有时不甚明显，可以作为b'-b直线段的延伸。

（3） 曲线b-c段为下凹的曲线，表明交界面的下降速度逐渐减小。B区和C区消失的C点即为临界沉降点。

（4） c-d段表示临界沉降点之后压实区沉淀物的压实过程，压实区最终高度为H_∞。

浓度为C_t的悬浮液交界面下沉速度V_t可按如下公式计算：

V_t=

式中：V_t— 浓度为C_t的悬浮液交界面下沉速度，m/s；

H_t— 在b-d段任何一点t（C_t>C₀）作切线与纵坐标交于a′点，所得高度即为H_t，m。

H— b-d段在t点的高度，m。

区域沉淀实验目的

(1) 加深对拥挤沉淀的基本概念、特点以及沉淀规律的理解。

(2) 掌握活性污泥沉淀特性曲线的测定方法。

(3) 掌握固体通量曲线的绘制方法、分析方法。

区域沉淀实验步骤

实验装置图如图4所示 ：

(1) 将取自某处理厂活性污泥法曝气池内正常运行的混合液，放人搅拌桶中，搅拌均匀，同时取样测定其浓度MLSS值。

(2) 用2000 mL的烧杯从水桶中取水样(约2/3烧杯)并快速倒入1000 mL刻度。

(3) 用玻璃棒将量筒中水样搅拌均匀后，静沉实验开始。

(4) 观察静沉过程中出现的浑液面。

(5) 每隔一定时间记录浑液面的高度，整个静沉过程约60 min即可完成。10 min内每10 s记录一次浑液面的高度；10～20 min内30 s记录一次浑液面的高度；20～40 min内1 min记录一次浑液面的高度；40～60 min内3 min记录一次浑液面的高度。

区域沉淀注意事项

(1) 混合液要保持新鲜，污水处理厂取回后，稍加曝气，即应开始实验，至实验完毕，时间不超过24 h，以保证污泥沉降性能不变。

(2) 第一次压缩沉淀实验，污泥浓度要与设计曝气池混合液污泥浓度一致，且沉淀时间要尽可能长一些，最好在1.5 h以上。

(3) 向沉淀柱进水时，速度要适中，既要较快完成进水，以防进水过程柱内形成浑液面，又要防止速度过快造成柱内水体紊动，影响静沉实验结果 。

沉淀平衡判断沉淀的溶解与生成

利用溶度积K_sp可以判断沉淀的生成、溶解情况以及沉淀溶解平衡移动方向。

（1）当Q_c>K_sp时是过饱和溶液，反应向生成沉淀方向进行，直至达到沉淀溶解平衡状态（饱和为止）；

（2）当Q_c=K_sp时是过饱和溶液时是饱和溶液，达到沉淀溶解平衡状态；

（3）当Q_c sp时是不饱和溶液，反应向沉淀溶解的方向进行，直至达到沉淀溶解平衡状态（饱和为止）。

以上规则称为溶度积规则。沉淀的生成和溶解这两个相反的过程它们相互转化的条件是离子浓度的大小，控制离子浓度的大小，可以使反应向所需要的方向转化。

沉淀平衡判断沉淀的转化

所谓沉淀的转化，是指在含有一种难溶物沉淀的溶液中，加入另一种沉淀剂，是原来的沉淀转化成另一种沉淀。例如，在有AgCrO ₄（砖红色）沉淀的溶液中，滴加NaCl溶液，AgCrO4沉淀迅速地转化成AgCl（白色）沉淀。

根据平衡移动原理，利用难溶物质的溶解度使沉淀进行转化。即由一种难溶的物质（溶解浓度大）转化成更难溶的物质（溶解浓度小）才能发生，反之，就难以使沉淀转化，这就是沉淀转化的条件。

因此，沉淀转化的过程，实际上也是平衡移动原理的体现，其中包含两个过程：旧沉淀的溶解和新沉淀的生成。旧沉淀的溶解度越大，新沉淀的溶解度越小，沉淀的转化越容易进行，反之，就难于进行，甚至不可能。但是，在新沉淀和旧沉淀的溶解度相差不大的时候，两个方向的转化都有可能，这是转化过程的方向取决于两种沉淀例子浓度的大小。

为了得到纯净、较大的晶粒，以及结构紧密、易于洗涤的沉淀物，在沉淀时应根据沉淀物的性质控制适当的沉淀条件。

一、晶形沉淀的沉淀条件：

1）沉淀应在稀溶液中进行。

2）在不断搅拌下将沉淀剂缓慢地加入热溶液中。

3）选择合适的沉淀剂。

4）进行陈化。

二、非晶形沉淀物的沉淀条件：

1）在较浓的溶液中进行沉淀，沉淀剂加入的速度要快一些。

2）在热溶液中及电解质存在的条件下进行沉淀。

3）趁热过滤、洗涤沉淀物，不必陈化。

4）必要时应进行再沉淀。

沉淀平衡具有以下特征，“逆”、“等”、“动”、“定”、“变”：

（1）“逆”：其过程为可逆过程；

（2）“等”：沉淀平衡过程的沉积和溶解速率相等；

（3）“动”：平衡为动态平衡；

（4）“定”：离子浓度一定；

（5）“变”：改变温度、浓度等条件，沉淀溶解平衡会发生移动直到建立一个新的沉淀溶解平衡。