第二節

沉淀的理論基礎沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產生下沉作用，以達到固液分離的一種過程。沉淀處理工藝的四種用法

沉砂池：用以去除污水中的無機性易沉物初次沉淀池：較經濟的去除懸浮有機物，減輕后續生物處理構筑物的有機負荷二次沉淀池：用來分離生物處理工藝中產生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。污泥濃縮池：將來自初沉池及二沉池的污泥進一步濃縮，以減小體積，降低后續構筑物的尺寸及處理費用等。自由沉淀懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進行沉淀，顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中，顆粒的物理性質不變。發生在沉砂池中。根據水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類型懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質量、形狀、沉速是變化的。化學絮凝沉淀屬于這種類型。絮凝沉淀區域沉淀或成層沉淀壓縮沉淀懸浮顆粒濃度較高（5000mg/L以上）；顆粒的沉將受到周圍其它顆粒的影響，顆粒間相對位置保持不變，形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發生。懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團狀結構，互相接觸，互相支承，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。自由沉淀及其理論基礎分析的假定沉淀過程中顆粒的大小、形狀、重量等不變顆粒為球形顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響。靜水中懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用產生加速運動，經過很短的時間后，顆粒的重力與水對其產生的阻力平衡時，顆粒即成等速下沉。懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力時，下沉；重力等于浮力時，相對靜止；重力小于浮力時，上浮。配圖說明

1.懸浮顆粒在水中受到的力Fg

Fg-是促使沉淀的作用力，是顆粒的重力與水的浮力之差：式中：

Fg-水中顆粒受到的作用力；V-顆粒的體積；

ρS-顆粒的密度；

ρL-水的密度；g-重力加速度。2.根據牛頓定律，水對自由顆粒的阻力為：式中：FD-水對顆粒的阻力；

λ′-阻力系數；A-自由顆粒的投影面積；

uS-顆粒在水中的運動速度，即顆粒沉速。懸浮顆粒在水中的受力分析球狀顆粒自由沉淀的沉速公式當顆粒所受外力平衡時，即因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的繞流速度亦小時，顆粒主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計，顆粒運動是處于層流狀態。在層流狀態下，λ′=24/Re，帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運動公式（亦稱斯托克斯定律）：μ是水的動力粘度。由上式可知，顆粒沉降速度uS與下述因素有關：斯托克斯定律當ρS大于ρL時，ρS-ρL為正值，顆粒以uS下沉；當ρS與ρL相等時，uS=0，顆粒在水中呈懸浮狀態，這種顆粒不能用沉淀去除；ρS小于ρL時，ρS-ρL為負值，顆粒以uS上浮，可用浮上法去除。uS與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。uS與μ成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。沉淀池的工作原理理想沉淀池進口區域、沉淀區域、出口區域、污泥區域沉淀區過水斷面上各點的水流速度均相同，水平流速為v；懸浮顆粒在沉淀區等速下沉，下沉速度為u；在沉淀池的進口區域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個過水斷面上；顆粒一經沉到池底，即認為已被去除。理想沉淀池的幾個假定：由上述假定得到的懸浮顆粒自由沉降跡線：式中：v-顆粒的水平分速；qv-進水流量；A′-沉淀區過水斷面面積，H×b；H-沉淀區的水深；b-沉淀區寬度。當某一顆粒進入沉淀池后另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度u。一方面隨著水流在水平方向流動，其水平流速v等于水流速度；顆粒運動的軌跡為其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀過程中，是一組傾斜的直線，其坡度為i=u/v。設u0為某一指定顆粒的最小沉降速度。當顆粒沉速u≥u0時，無論這種顆粒處于進口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即圖10-12a中的跡線xy與x′y′。當顆粒沉速u1<u0時，位于水面的顆粒不能沉到池底，會隨水流出，如圖10-12b中軌跡xy″所示；而當其位于水面下的某一位置時，它可以沉到池底而被去除，如圖中軌跡x′y所示。說明對于沉速u1小于指定顆粒沉速u0的顆粒，有一部分會沉到池底被去除。

在同一沉淀時間t，下式成立：故對于沉速為u1（u1<u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：而沉淀池能去除的顆粒包括u≥u0以及u1<u0的兩部分，故沉淀池對懸浮物的去除率為：設沉速為u1的顆粒占全部顆粒的dP%，其中的的顆粒將會從水中沉到池底而去除。式中：P0-沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分數；（1-P0）-沉速≥u0的顆粒去除百分數。圖10-12的運動跡線中的相似三角形存在著如下的關系：

將上式帶入式

qv/A-反映沉淀池效力的參數，一般稱為沉淀池的表面負荷率，或稱沉淀池的過流率，用符號q表示：理想沉淀池中，u0與q在數值上相同，但它們的物理概念不同：u0的單位是m/h；q