區域沉澱

當水中的懸浮物濃度較高時，在沉降過程中，會產生顆粒彼此干擾的壓縮沉澱現象、沉澱的顆粒可以是凝聚以後的礬花，或是曝氣池流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙，當礬花含量達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，將產生壓縮沉澱現象 ^[3]  。壓縮沉澱的特點是：在水的沉澱過程中，會出現一個清水和渾水的交界面，沉澱過程也就是交界面的下沉過程，因此又稱為分層沉澱。典型區域沉澱的例子包括：二次沉澱池的下部沉澱過程以及濃縮池開始階段的沉澱過程。圖1為活性污泥在二次沉澱池中的沉澱過程。

沉降過程如圖2所示 ^[4]  ：

（1）污泥開始沉澱時，沉澱柱內的污泥濃度是均勻一致的，濃度為C₀，如圖2中(a)所示。

（2）沉澱一段時間後，沉澱柱內出現4個區：清水區A、等濃度區B、變濃度區C和壓實區D，如圖2中(b)所示。清水區下面的各區可以總稱為懸浮物區或污泥區。等濃度區中的污泥濃度都是均勻的，這一區內的顆粒大小雖然不同，但由於相互干擾的結果，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象，整個區似乎都是由大小完全相等的顆粒組成。當最大粒度與最小粒度之比約為6：1以下時，就會出現這種沉速均一化的現象。等濃度區又稱為受阻沉降區。隨着等濃度區的下沉，清水區和污泥區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，清水區的懸浮物就越少。該界面沉降速度v，等於等濃度區顆粒的平均沉降速度。與此同時，在沉澱柱底部由於懸浮固體的累積，出現壓實區D。壓實區的懸浮物有兩個特點：一是從壓實區的上表面起至沉澱柱底止，顆粒沉降速度逐漸減小為零；另一個是，由於柱底的存在，壓實區內懸浮物緩慢下沉的過程也就是這一區內懸浮物緩慢壓實的過程。

（3）在壓實區與等濃度區之間存在一個過渡區，即從等濃度區的濃度逐漸變為壓實區頂部濃度的變濃度區。變濃度區和壓實區之間的分界面(界面2-2)，以一恆定的速度v上升。當沉澱時間繼續增長，界面1—1以勻速下降，界面2-2以勻速上升，等濃度區的高度逐漸減小，而開始時變濃度區的高度基本不變。當等濃度區消失後，如圖2中(c)，變濃度區也逐漸減小至消失時，如圖2中(d)，只剩下A區和D區，此時稱為臨界沉降點。此後，壓實區內的污泥迸一步壓實，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，最後直到完全壓實為止，如圖2中(e)所示。

若以上述沉降過程產生的交界面1-1的高度為縱座標，沉澱時間為橫座標，可得交界面沉降過程曲線，如圖3中(f)所示。各區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澱初期由於顆粒間的絮凝導致顆粒凝聚變大，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區和C區消失的C點即為臨界沉降點。

（4） c-d段表示臨界沉降點之後壓實區沉澱物的壓實過程，壓實區最終高度為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）作切線與縱座標交於a′點，所得高度即為H_t，m。

H— b-d段在t點的高度，m。

(1) 加深對擁擠沉澱的基本概念、特點以及沉澱規律的理解。

(2) 掌握活性污泥沉澱特性曲線的測定方法。

(3) 掌握固體通量曲線的繪製方法、分析方法。

實驗裝置圖如圖4所示 ^[5]  ：

(1) 將取自某處理廠活性污泥法曝氣池內正常運行的混合液，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)並快速倒入1000 mL刻度。

(3) 用玻璃棒將量筒中水樣攪拌均勻後，靜沉實驗開始。

(4) 觀察靜沉過程中出現的渾液麪。

(5) 每隔一定時間記錄渾液麪的高度，整個靜沉過程約60 min即可完成。10 min內每10 s記錄一次渾液麪的高度；10～20 min內30 s記錄一次渾液麪的高度；20～40 min內1 min記錄一次渾液麪的高度；40～60 min內3 min記錄一次渾液麪的高度。

(1) 混合液要保持新鮮，污水處理廠取回後，稍加曝氣，即應開始實驗，至實驗完畢，時間不超過24 h，以保證污泥沉降性能不變。

(2) 第一次壓縮沉澱實驗，污泥濃度要與設計曝氣池混合液污泥濃度一致，且沉澱時間要儘可能長一些，最好在1.5 h以上。

(3) 向沉澱柱進水時，速度要適中，既要較快完成進水，以防進水過程柱內形成渾液麪，又要防止速度過快造成柱內水體紊動，影響靜沉實驗結果 ^[6]  。