重力沉降法

第三章重力沉降法
第一节概述
在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而与水分离的水处理方法，称为重力沉降法。

重力沉降法的去除对象，主要是悬浮液中粒径在１０um以上的可沉固体，即在２h 左右的自然沉降时间内能从水中分离出去的悬浮固体。

按照处理目的不同，重力沉降法可分为以获得澄清水位目的的沉淀（当悬浮物为絮凝产物时习称为澄清）和以获得高浓度污泥为目的的浓缩。

它既可以作为唯一的处理工序，用于只含悬浮固体的废水处理，也可以作为处理系统中的某一工序，于其它处理单元配合使用。

根据水中悬浮固体浓度的高低、固体颗粒絮凝性能（即彼此粘结、团聚的能力）的强弱，沉降可分为以下四种类型。

1.自由沉降自由沉降也称为离散沉降。

这是一种非絮凝性或弱絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉降。

由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速沉降过程。

固体颗粒在沉沙池及初次沉淀池内的初期沉降就属于这种类型。

2.絮凝沉降这是一种絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉降。

虽然悬浮固体浓度也不高，但颗粒在沉降过程中接触碰撞时能互相聚集为较大的絮体，因而颗粒粒径和沉降速度随沉降时间的延续而增大。

颗粒在初次沉降池内的后期沉降及生化处理中污泥在二次沉淀池内的初期沉降，就属于这种类型。

3.成层沉降成层沉降也称集团沉降、区域沉降或拥挤沉降。

这是一种固体颗粒（特别是强絮凝性颗粒）在较高浓度悬浮液中的沉降。

由于悬浮固体浓度较高，颗粒彼此靠的很近，吸附力将促使所有颗粒聚集为一个整体，但各自保持不变的相对位置共同下沉。

此时，水于颗粒群体之间形成一个清晰的泥水界面，沉降过程就是这个界面随沉降历时下移的过程。

生化处理中污泥在二次沉淀池内的后期沉降和在浓缩池内的初期沉降就属于这种类型。

4.压缩（沉降）当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便互相接触，彼此上下支承。

在上下颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。

生化污泥在二次沉淀池和浓缩池内的浓缩过程就属于这种类型。

图3-1时沉降类型示意图。

图中表示出在不同悬浮固体浓度和颗粒不同絮凝性能条件下，上述4类沉降的发生区域。

第二节沉降过程的基本理论
一、斯托克斯公式
在Re≤2的层流区
（3-1）
式中μ、v--分别为液体的动力粘度和运动粘度；
S s--固体颗粒比重。

二、沉降试验
水中的悬浮固体并非单一均匀的球形颗粒，而是大小、形状和密度各不相同的颗粒群，其浓度和絮凝性能也依水质类型和不同来源而异。

因此，在实际应用中通常需要通过沉降试验来判定其沉降性能，并按试验数据绘制沉降曲线。

自由沉降适用于悬浮固体浓度较低，且为非絮凝性或弱絮凝性的水质状况。

试验是在设有一个取样口的透明沉降柱中进行的。

柱的内径为100mm，有效高度为1.5～2.0m。

取样口可设在工作水深为H的低部（图3-2（a）），也可设在H/2的中部（图3-2（b）），二者分别称为底部取样和中部取样。

目前趋向于采用中点取样法，这是因为：随着沉降时间的延长，沉降柱内的悬浮固体浓度势必形成上稀下浓的线形不均匀分布态势，而我们要测定得失沉降柱内整个水层的残留SS浓度，用H/2处的SS浓度代表柱内的SS平均浓度，能减小采用底部取样带来的沉降效率的负偏差。

图3－2 单点取样沉降柱
沉降试验及沉降曲线绘制的方法如下：
（1）将水样在试验装置内循环搅拌均匀后，从取样口取两份100mL水样，用重量法测定初始SS 浓度C0；
（2）将柱内水位迅速调整至溢流口处，开始记时；
（3）当累计沉降历时为t1、t2、t3…t n(常取5、10、30、60、90和120min) 时，各取100mL水样两份，用来测定对应沉降时间的残留SS浓度C1、C2、C3…C n，同时记录各次取样后的水面累计下降高度Δh1、Δh2、Δh3…Δh n-1；
（4）列表计算与各沉降时间对应的沉降效率E；
（5）在标准计算纸上绘制E-t和E-u沉降曲线。

目前常用的沉降试验数据处理方法有两种：一种是常规计算法，另一种是Camp图解积分法。

前者计算简单，但误差较大，得到的E-t和E-u曲线；后者比较复杂，但结果精确，得到的是E T-t 和E T-u曲线。

三、絮凝沉降试验
在絮凝沉降中，固体颗粒的形状、大小和密度都不断变化。

沉降柱内SS浓度上稀下浓的不均匀分布，不仅由颗粒从上向下的浓度造成，而且由颗粒直径不断增大二产生的加速下沉运动造成，从而时SS浓度随水深的变化呈非线形分布。

因此絮凝沉降试验要采用多点取样，沉降曲线的绘制也不同与自由沉降。

多点取样沉降柱为透明筒体，内径为140～150mm有效高度为2.0～2.5m，柱体一侧设有4～5个取样口，两相邻取样口的间距为500mm。

絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中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(图3-3)。

沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速是变化的，实际沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定。

化学混凝沉淀属絮凝沉淀。

图3－3絮凝沉淀示意图。