區(qū)域沉淀顆粒沉降過程

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(dāng)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(dāng)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(dāng)?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。

當(dāng)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、沉淀的顆粒可以是凝聚以后的礬花，或是曝氣池流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙，當(dāng)?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(biāo)，沉淀時間為橫坐標(biāo)，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(dǎo)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(biāo)交于a′點，所得高度即為H_t，m。

H— b-d段在t點的高度，m。

區(qū)域沉淀實驗?zāi)康?/h3>

(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(yīng)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(shè)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 。

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(dāng)Q_c>K_sp時是過飽和溶液，反應(yīng)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(dāng)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(dāng)Q_c sp時是不飽和溶液，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)沉淀物的性質(zhì)控制適當(dāng)?shù)某恋項l件。

一、晶形沉淀的沉淀條件：

1）沉淀應(yīng)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(yīng)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。