區(qū)域沉淀

沉降過程如圖2所示 ：

（1）污泥開始沉淀時，沉淀柱內(nèi)的污泥濃度是均勻一致的，濃度為C₀，如圖2中(a)所示。

（2）沉淀一段時間后，沉淀柱內(nèi)出現(xiàn)4個區(qū)：清水區(qū)A、等濃度區(qū)B、變濃度區(qū)C和壓實區(qū)D，如圖2中(b)所示。清水區(qū)下面的各區(qū)可以總稱為懸浮物區(qū)或污泥區(qū)。等濃度區(qū)中的污泥濃度都是均勻的，這一區(qū)內(nèi)的顆粒大小雖然不同，但由于相互干擾的結(jié)果，大的顆粒沉速變慢，小的顆粒沉速變快，因而形成等速下沉的現(xiàn)象，整個區(qū)似乎都是由大小完全相等的顆粒組成。當最大粒度與最小粒度之比約為6：1以下時，就會出現(xiàn)這種沉速均一化的現(xiàn)象。等濃度區(qū)又稱為受阻沉降區(qū)。隨著等濃度區(qū)的下沉，清水區(qū)和污泥區(qū)之間存在明顯的分界面(界面1-1)。顆粒間的絮凝過程越好，交界面就越清晰，清水區(qū)的懸浮物就越少。該界面沉降速度v，等于等濃度區(qū)顆粒的平均沉降速度。與此同時，在沉淀柱底部由于懸浮固體的累積，出現(xiàn)壓實區(qū)D。壓實區(qū)的懸浮物有兩個特點：一是從壓實區(qū)的上表面起至沉淀柱底止，顆粒沉降速度逐漸減小為零；另一個是，由于柱底的存在，壓實區(qū)內(nèi)懸浮物緩慢下沉的過程也就是這一區(qū)內(nèi)懸浮物緩慢壓實的過程。

（3）在壓實區(qū)與等濃度區(qū)之間存在一個過渡區(qū)，即從等濃度區(qū)的濃度逐漸變?yōu)閴簩崊^(qū)頂部濃度的變濃度區(qū)。變濃度區(qū)和壓實區(qū)之間的分界面(界面2-2)，以一恒定的速度v上升。當沉淀時間繼續(xù)增長，界面1—1以勻速下降，界面2-2以勻速上升，等濃度區(qū)的高度逐漸減小，而開始時變濃度區(qū)的高度基本不變。當?shù)葷舛葏^(qū)消失后，如圖2中(c)，變濃度區(qū)也逐漸減小至消失時，如圖2中(d)，只剩下A區(qū)和D區(qū)，此時稱為臨界沉降點。此后，壓實區(qū)內(nèi)的污泥迸一步壓實，高度逐漸減小，但很緩慢，因為被頂換出來的水必須通過不斷減少的顆粒間空隙流出，最后直到完全壓實為止，如圖2中(e)所示。

區(qū)域沉淀實驗目的

(1) 加深對擁擠沉淀的基本概念、特點以及沉淀規(guī)律的理解。

(2) 掌握活性污泥沉淀特性曲線的測定方法。

(3) 掌握固體通量曲線的繪制方法、分析方法。

區(qū)域沉淀實驗步驟

實驗裝置圖如圖4所示 ：

(1) 將取自某處理廠活性污泥法曝氣池內(nèi)正常運行的混合液，放人攪拌桶中，攪拌均勻，同時取樣測定其濃度MLSS值。

(2) 用2000 mL的燒杯從水桶中取水樣(約2/3燒杯)并快速倒入1000 mL刻度。

(3) 用玻璃棒將量筒中水樣攪拌均勻后，靜沉實驗開始。

(4) 觀察靜沉過程中出現(xiàn)的渾液面。

(5) 每隔一定時間記錄渾液面的高度，整個靜沉過程約60 min即可完成。10 min內(nèi)每10 s記錄一次渾液面的高度；10～20 min內(nèi)30 s記錄一次渾液面的高度；20～40 min內(nèi)1 min記錄一次渾液面的高度；40～60 min內(nèi)3 min記錄一次渾液面的高度。

區(qū)域沉淀注意事項

(1) 混合液要保持新鮮，污水處理廠取回后，稍加曝氣，即應開始實驗，至實驗完畢，時間不超過24 h，以保證污泥沉降性能不變。

(2) 第一次壓縮沉淀實驗，污泥濃度要與設計曝氣池混合液污泥濃度一致，且沉淀時間要盡可能長一些，最好在1.5 h以上。

(3) 向沉淀柱進水時，速度要適中，既要較快完成進水，以防進水過程柱內(nèi)形成渾液面，又要防止速度過快造成柱內(nèi)水體紊動，影響靜沉實驗結(jié)果 。

當水中的懸浮物濃度較高時，在沉降過程中，會產(chǎn)生顆粒彼此干擾的壓縮沉淀現(xiàn)象、沉淀的顆?？梢允悄垡院蟮牡\花，或是曝氣池流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙，當?shù)\花含量達2～3克/升以上，或活性污泥含量達1克/升以上，或泥沙含量達5克/升以上時，將產(chǎn)生壓縮沉淀現(xiàn)象 。壓縮沉淀的特點是：在水的沉淀過程中，會出現(xiàn)一個清水和渾水的交界面，沉淀過程也就是交界面的下沉過程，因此又稱為分層沉淀。典型區(qū)域沉淀的例子包括：二次沉淀池的下部沉淀過程以及濃縮池開始階段的沉淀過程。圖1為活性污泥在二次沉淀池中的沉淀過程。

若以上述沉降過程產(chǎn)生的交界面1-1的高度為縱坐標，沉淀時間為橫坐標，可得交界面沉降過程曲線，如圖3中(f)所示。各區(qū)的沉降速度可由沉降曲線上各點的切線斜率繪出。

（1） 曲線a-b′段的上凸曲線可解釋為沉淀初期由于顆粒間的絮凝導致顆粒凝聚變大，沉降速度逐漸變大。

（2） b'-b段為直線，表明交界面等速下降。a-b′段一般較短，有時不甚明顯，可以作為b'-b直線段的延伸。

（3） 曲線b-c段為下凹的曲線，表明交界面的下降速度逐漸減小。B區(qū)和C區(qū)消失的C點即為臨界沉降點。

（4） c-d段表示臨界沉降點之后壓實區(qū)沉淀物的壓實過程，壓實區(qū)最終高度為H_∞。

濃度為C_t的懸浮液交界面下沉速度V_t可按如下公式計算：

V_t=

式中：V_t— 濃度為C_t的懸浮液交界面下沉速度，m/s；

H_t— 在b-d段任何一點t（C_t>C₀）作切線與縱坐標交于a′點，所得高度即為H_t，m。

H— b-d段在t點的高度，m。

沉淀平衡判斷沉淀的溶解與生成

利用溶度積K_sp可以判斷沉淀的生成、溶解情況以及沉淀溶解平衡移動方向。

（1）當Q_c>K_sp時是過飽和溶液，反應向生成沉淀方向進行，直至達到沉淀溶解平衡狀態(tài)（飽和為止）；

（2）當Q_c=K_sp時是過飽和溶液時是飽和溶液，達到沉淀溶解平衡狀態(tài)；

（3）當Q_c sp時是不飽和溶液，反應向沉淀溶解的方向進行，直至達到沉淀溶解平衡狀態(tài)（飽和為止）。

以上規(guī)則稱為溶度積規(guī)則。沉淀的生成和溶解這兩個相反的過程它們相互轉(zhuǎn)化的條件是離子濃度的大小，控制離子濃度的大小，可以使反應向所需要的方向轉(zhuǎn)化。

沉淀平衡判斷沉淀的轉(zhuǎn)化

所謂沉淀的轉(zhuǎn)化，是指在含有一種難溶物沉淀的溶液中，加入另一種沉淀劑，是原來的沉淀轉(zhuǎn)化成另一種沉淀。例如，在有AgCrO ₄（磚紅色）沉淀的溶液中，滴加NaCl溶液，AgCrO4沉淀迅速地轉(zhuǎn)化成AgCl（白色）沉淀。

根據(jù)平衡移動原理，利用難溶物質(zhì)的溶解度使沉淀進行轉(zhuǎn)化。即由一種難溶的物質(zhì)（溶解濃度大）轉(zhuǎn)化成更難溶的物質(zhì)（溶解濃度?。┎拍馨l(fā)生，反之，就難以使沉淀轉(zhuǎn)化，這就是沉淀轉(zhuǎn)化的條件。

因此，沉淀轉(zhuǎn)化的過程，實際上也是平衡移動原理的體現(xiàn)，其中包含兩個過程：舊沉淀的溶解和新沉淀的生成。舊沉淀的溶解度越大，新沉淀的溶解度越小，沉淀的轉(zhuǎn)化越容易進行，反之，就難于進行，甚至不可能。但是，在新沉淀和舊沉淀的溶解度相差不大的時候，兩個方向的轉(zhuǎn)化都有可能，這是轉(zhuǎn)化過程的方向取決于兩種沉淀例子濃度的大小。

為了得到純凈、較大的晶粒，以及結(jié)構(gòu)緊密、易于洗滌的沉淀物，在沉淀時應根據(jù)沉淀物的性質(zhì)控制適當?shù)某恋項l件。

一、晶形沉淀的沉淀條件：

1）沉淀應在稀溶液中進行。

2）在不斷攪拌下將沉淀劑緩慢地加入熱溶液中。

3）選擇合適的沉淀劑。

4）進行陳化。

二、非晶形沉淀物的沉淀條件：

1）在較濃的溶液中進行沉淀，沉淀劑加入的速度要快一些。

2）在熱溶液中及電解質(zhì)存在的條件下進行沉淀。

3）趁熱過濾、洗滌沉淀物，不必陳化。

4）必要時應進行再沉淀。

沉淀平衡具有以下特征，“逆”、“等”、“動”、“定”、“變”：

（1）“逆”：其過程為可逆過程；

（2）“等”：沉淀平衡過程的沉積和溶解速率相等；

（3）“動”：平衡為動態(tài)平衡；

（4）“定”：離子濃度一定；

（5）“變”：改變溫度、濃度等條件，沉淀溶解平衡會發(fā)生移動直到建立一個新的沉淀溶解平衡。