重力沉降规律

重力沉降规律及设备

摘要：重力沉降不仅应用于水处理中，也用于大气中来分离尘粒。本文介绍了重力沉降的规律，以及一些常用的重力沉降设备。

关键词：重力沉降；规律；设备

1.重力沉降

在重力场中，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作过程，称为重力沉降。

沉降原理：体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。

单颗粒（或充分分散、互不干扰的颗粒群）在流体中借助于重力而产生沉降，称为自由沉降。自由沉降条件：颗粒为球形；颗粒彼此相距甚远，互不干扰；忽略容器壁面对颗粒的滞阻作用；颗粒直径不易太小。不满足上述条件的沉降称为干扰沉降，干扰沉降速度较自由沉降时小。

2.重力沉降设备

2.1降尘室

利用重力沉降分离气-固非均相混合物时，称为降尘室，是分离气体中尘粒的重力沉降设备。

分离原理主要是在气体从降尘室入口流向出口的过程中，气体中的颗粒随气体向出口流动，同时向下沉降。如颗粒在到达降尘室出口前已沉到室底的集尘斗内，则颗粒从气体中分离出来，否则将气体带出。

图1 降尘室

理论上降尘室的生产能力只与降尘室的长度、宽度及沉降速度有关，与降尘室高度无关，因此不必将设备做的太高。所以降尘室一般采用扁平的几何形状，也可以在室内加多层隔板，形成多层降尘室，常用的隔板间距为40-100mm。2.2沉降槽

利用重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽。沉降槽通常只能用于分理处不很细的颗粒得到的是清液与含50%左右固体颗粒的增稠液，所以这种设备也称为增稠器。增稠器有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能，清液产率取决于增稠器的直径，颗粒的停留时间取决于进口管以下增稠器的深度。

图2 沉降槽

沉降槽可以连续操作，也可以间歇操作。连续式沉降槽是一个大直径的浅槽，料桨由位于中央且伸入液面下的圆筒进料口送至液面以下，经一水平挡板折流后沿径向扩散，使之速度减慢。随着颗粒的沉降，液体缓慢向上流动，经溢流堰流出得到清液。颗粒则向下沉降至底部形成沉淀层，由缓慢转动耙将其排除。沉降槽一般均制造成大截面、低高度，一般用于大流量、低浓度悬浮液的处理，处理后沉渣中还含有越50%的液体，必要时再用过滤机等作进一步处理。

沉降槽中颗粒的沉降可分为两个阶段：第一阶段在沉降槽的上部，在此区域内，颗粒浓度较低，可近似按自由沉降处理；第二阶段处于沉降槽的下部，随着颗粒浓度的增大，颗粒浓度的影响及颗粒对流体性质的影响明显加大，属于干扰沉降。

为加速分离，常常需加入絮凝剂或聚凝剂，使小颗粒相互结合成大颗粒。聚凝是通过加入电解质，改变颗粒表面的电性，使颗粒相互吸引而结合；絮凝则是

加入高分子聚合物或高聚电解质，使颗粒相互聚成絮状。常见的聚凝剂和絮凝剂包括氯化铁、氯化铝等无机电解质，聚丙烯酰胺、聚乙胺和淀粉等高分子聚合物。

2.3沉淀池

沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。

平流式沉淀池（图3）由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。平流式沉淀平流式沉淀池构造简单，沉淀效果好，工作性能稳定，使用广泛，但占地面积较大。若加设刮泥机或对比重较大沉渣采用机械排除，可提高沉淀池工作效率。

竖流式沉淀池（图4）池体平面为圆形或方形。废水由设在沉淀池中心的进水管自上而下排入池中，进水的出口下设伞形挡板，使废水在池中均匀分布，然后沿池的整个断面缓慢上升。悬浮物在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中，澄清水从池上端周围的溢流堰中排出。溢流堰前也可设浮渣槽和挡板，保证出水水质。这种池占地面积小，但深度大，池底为锥形，施工较困难。

而辐流式沉淀池（图5）运行方便，排泥设备成型化，但造价高，维修困难，适合大中型污水厂。

图3 平流式沉淀池

图4 竖流式沉淀池

图5 辐流式沉淀池

参考文献

[1]张自杰主编. 排水工程（第四版）下册. 北京：中国建筑工业出版社,2000.

[2]李圭白,张杰主编. 水质工程学. 北京：中国建筑工业出版社,2005.