污水處理中沉淀的原理與分類

天然水體和廢水中含有各種各樣的雜質(zhì)，如天然水體中含有大量細小的黏土顆粒，廢水中含有的藻類、細菌、細小的顆粒物等。這些雜質(zhì)按其尺寸可分為三類：懸浮物（>0.1μ m )、膠體（1nm~0.1μ m ）以及分子和離子（<1nm)。大部分懸浮顆?？赏ㄟ^顆粒與水的密度差，在外力（如重力、離心力、磁力等）的作用下進行分離。依靠重力對水中的懸浮物顆粒進行分離是廢水處理中一種重要的處理技術，在各類型的廢水處理系統(tǒng)中，重力分離幾乎是不可缺少的，并且是在同一系統(tǒng)中可能多次采用的單元操作，其分離原理是利用廢水中的懸浮物與廢水的相對密度不同，使懸浮物在重力的作用下沉降，從而達到與水分離的目的。

當懸浮物的相對密度大于廢水的相對密度時，在重力作用下，懸浮物下沉形成沉淀物，稱之為沉降或沉淀。這種方法簡單易行，一般適用于去除20~100μ m 以上的顆粒。當懸浮物的相對密度小于廢水的相對密度時，懸浮物上浮到水面，稱之為自然上浮（或重力浮選）。若懸浮物的相對密度與廢水的相對密度接近時，必須通入空氣或藥劑進行機械攪拌，形成大量氣泡，將懸浮物帶至水面，這種強制上浮又稱氣浮或浮選。膠體不能直接用沉淀法去除，需要經(jīng)混凝處理后，使顆粒尺寸變大，才能通過沉淀法去除。

沉淀的原理與分類：

重力沉降法是利用沉淀作用分離廢水中懸浮固體的既簡單又經(jīng)濟的方法，可去除廢水中的砂粒、化學沉降物、化學混凝處理所形成的化學絮凝體和生物處理所形成的生物污泥，既可作為化學處理和生物處理的預處理，也可以用于化學處理或生物處理后分離化學沉淀物、活性污泥或生物膜，還可以用于污泥的濃縮脫水和灌溉農(nóng)田前作灌前處理。

根據(jù)廢水中懸浮顆粒的濃度高低和絮凝性能的強弱，沉淀可分為四種基本類。

(1）自由沉淀

也稱離散沉淀。顆粒在沉淀過程中呈離散狀態(tài)，互不干擾，其形狀、尺寸、密度等均在沉淀過程中不發(fā)生改變，下沉速度恒定。自由沉淀是一種無絮凝傾向或弱絮凝傾向的固體顆粒在稀溶液中沉淀。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在廢水處理工藝中的沉砂池和初沉池的前期。

（2）絮凝沉淀

當水中懸浮顆粒濃度不高，但具有絮凝性時，在沉淀過程中，顆粒相互干擾，其尺寸、質(zhì)量均會隨沉淀深度的增加而增大，沉速亦隨深度而增加。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在廢水處理工藝中的初沉池后期、二沉池前期以及給水處理工藝中的混凝沉淀單元。

（3）擁擠沉淀

也稱分層沉淀、成層沉淀、集團沉淀。當懸浮顆粒濃度較大時，每個顆粒在下沉過程中都要受到周圍其他顆粒的干擾，在清水與渾水之間形成明顯的交界面，但相對位置不變而成為一個整體覆蓋層并逐漸向下移動。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在高濁水的沉淀單元、活性污泥的二沉池等。

(4）壓縮沉淀

當懸浮顆粒濃度很高時，顆粒相互接觸，相互支撐，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間的水被擠出界面，顆粒群被壓縮。這種現(xiàn)象發(fā)生在沉淀池底部。

以上四種沉淀類型中，自由沉淀是沉淀法的基礎，沉淀池的理論分析與設計都是基于自由沉淀的。

水處理中遇到的大多數(shù)顆粒，如給水處理中的礬花、污水中的許多懸浮物質(zhì)、活性污泥等，都屬于絮凝性顆粒。由于絮凝沉淀的顆粒沉速在沉淀過程中逐漸加快，其顆粒的去除率略高于自由沉淀。對于絮凝沉淀，一般仍按自由沉淀理論對沉淀池進行分析與設計。

擁擠沉淀理論在給水處理中主要用于高濁度水源水（如黃河水）的預沉淀。壓縮沉淀主要用于污泥濃縮池的設計。在有關的實際設計中，需要增加固體通量設計參數(shù)來體現(xiàn)擁擠沉淀和壓縮沉淀對沉淀池的設計要求。

此外，近年來在國外的水處理中還發(fā)展了一種壓重沉淀法（ ballasted flocculent settling )。該工藝是在混凝過程中向水中加入一定量的沉淀核心，一般用0.1mm左右的細砂，以形成很重的礬花絮體，在后續(xù)的沉淀池可以高速沉淀分離。沉泥中所含細砂經(jīng)過水力旋流分離器分離后再重復使用。

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