沉淀的类型
- 沉淀的类型
- 1. 自 由 沉 淀
- 2. 絮 凝 沉 淀
- 3. 拥 挤 沉 淀
沉淀的类型
最近多个项目中涉及到污水厂与水厂的内容，并且在网上看到了一个不错的博主小白科普水处理的介绍，于是摘录了一下！
上次更新的沉淀概述中，提到了沉淀的四个分类，分别是自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀。
由于压缩沉淀也可以看作拥挤沉淀的后期状态，所以今天就简单的说一下前三种沉淀类型。其中会涉及到部分公式和计算，作为了解就可以了，感兴趣的朋友们可以自行研究。
1. 自 由 沉 淀
自由沉淀中讨论的是类似沙砾、铁屑等低浓度的离散颗粒。
假设沉淀颗粒为球形，粒径为dp颗粒的形状、大小和密度在沉淀过程中均不发生变化，水也处于静置状态，如果颗粒在水中开始沉淀，则会受到重力，水的浮力和流体阻力这三个力的作用。
图1 沉淀受力
在开始沉淀后，经过一个很短的时间，作用于颗粒的重力、浮力和阻力就会达到平衡，颗粒会开始匀速下沉。由此可以整理得出颗粒沉速的基本计算公式：
图2 颗粒沉速公式
由公式可知，颗粒的沉速与阻力系数CD有关。阻力系数与颗粒的雷诺数Re有关，对于球形颗粒，阻力系数与雷诺数的关系如下图所示：
图3 阻力系数与雷诺数关系曲线
层流区和湍流区的计算相对简单，如果位于过渡区，则阻力系数的计算相对复杂。
2. 絮 凝 沉 淀
当原水中含有的悬浮颗粒具有絮凝性时，可能就会发生絮凝沉淀，如投加混凝剂后形成的矾花的沉淀、二级生物处理中活性污泥的沉淀等。
由于在沉淀过程中，颗粒会相互碰撞絮凝，使颗粒尺寸变大，所以颗粒沉速随着沉淀柱深度的增加而增加，所以其沉淀轨迹为一条曲线：
图4 沉淀轨迹曲线
絮凝沉淀的颗粒尺寸和沉速都在变化，所以其沉速就不能像自由沉淀一样进行理论公式的计算，需要通过沉淀实验来进行。
絮凝沉淀实验采用沉淀柱进行实验，沉淀柱的高度应该与沉淀池的实际深度一致。
图5 沉淀柱实验
由沉淀柱实验可以得出不同时间，不同深度处的颗粒去除百分比p的曲线：
图6 沉淀实验曲线
通过改变沉淀时间t，可以分别计算出相应的颗粒沉速u和颗粒总去除率P，并得到颗粒总去除率和颗粒沉速、沉淀时间的关系曲线。通过该曲线可以查出，当要求达到一定的颗粒总去除率时，对应的沉淀时间和颗粒沉速。
3. 拥 挤 沉 淀
当原水中的悬浮物浓度比较高时，在沉淀过程中颗粒之间就会产生相互干扰而发生拥挤沉淀，形成明显的分层交界面，所以拥挤沉淀也称为分层沉淀。
图7 拥挤沉淀
拥挤沉淀实际上存在清水区、等浓度区、变浓度区和压实区四个区域，其中清水区下部的三个区可以统称为污泥区。其中，清水区与污泥区有一个明显的浑液面，变浓度区与压实区也存在一个肉眼难以分辨的泥面。
图8 拥挤沉淀分层
拥挤沉淀实际上存在清水区、等浓度区、变浓度区和压实区四个区域，其中清水区下部的三个区可以统称为污泥区。其中，清水区与污泥区有一个明显的浑液面，变浓度区与压实区也存在一个肉眼难以分辨的泥面。
图9 拥挤沉淀过程动画
拥挤沉淀通常发生在颗粒絮凝性比较强，浓度比较高的情况下，沉淀曲线如下：
图10 拥挤沉淀曲线
