区域沉淀

清浑水的交界面下沉

区域沉淀（hindered sedimentation）又称拥挤沉淀，成层沉淀，或干扰沉淀，它属于沉淀类型中的一种，除此之外，还包括絮凝沉淀、自由沉淀和压缩沉淀。当悬浮物浓度大于500 mg/L时，上清液与污泥层之间形成液-固界面，污泥层内的颗粒之间相对位置稳定，沉淀表现为界面下沉的沉淀过程。

释义

当水中的悬浮物浓度较高时，在沉降过程中，会产生颗粒彼此干扰的压缩沉淀现象、沉淀的颗粒可以是凝聚以后的矾花，或是曝气池流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙，当矾花含量达2～3克/升以上，或活性污泥含量达1克/升以上，或泥沙含量达5克/升以上时，将产生压缩沉淀现象。压缩沉淀的特点是：在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程，因此又称为分层沉淀。典型区域沉淀的例子包括：二次沉淀池的下部沉淀过程以及浓缩池开始阶段的沉淀过程。图1为活性污泥在二次沉淀池中的沉淀过程。

颗粒沉降过程

沉降过程如图2所示：

（1）污泥开始沉淀时，沉淀柱内的污泥浓度是均匀一致的，浓度为C0，如图2中(a)所示。

（2）沉淀一段时间后，沉淀柱内出现4个区：清水区A、等浓度区B、变浓度区C和压实区D，如图2中(b)所示。清水区下面的各区可以总称为悬浮物区或污泥区。等浓度区中的污泥浓度都是均匀的，这一区内的颗粒大小虽然不同，但由于相互干扰的结果，大的颗粒沉速变慢，小的颗粒沉速变快，因而形成等速下沉的现象，整个区似乎都是由大小完全相等的颗粒组成。当最大粒度与最小粒度之比约为6：1以下时，就会出现这种沉速均一化的现象。等浓度区又称为受阻沉降区。随着等浓度区的下沉，清水区和污泥区之间存在明显的分界面(界面1-1)。颗粒间的絮凝过程越好，交界面就越清晰，清水区的悬浮物就越少。该界面沉降速度v，等于等浓度区颗粒的平均沉降速度。与此同时，在沉淀柱底部由于悬浮固体的累积，出现压实区D。压实区的悬浮物有两个特点：一是从压实区的上表面起至沉淀柱底止，颗粒沉降速度逐渐减小为零；另一个是，由于柱底的存在，压实区内悬浮物缓慢下沉的过程也就是这一区内悬浮物缓慢压实的过程。

（3）在压实区与等浓度区之间存在一个过渡区，即从等浓度区的浓度逐渐变为压实区顶部浓度的变浓度区。变浓度区和压实区之间的分界面(界面2-2)，以一恒定的速度v上升。当沉淀时间继续增长，界面1—1以匀速下降，界面2-2以匀速上升，等浓度区的高度逐渐减小，而开始时变浓度区的高度基本不变。当等浓度区消失后，如图2中(c)，变浓度区也逐渐减小至消失时，如图2中(d)，只剩下A区和D区，此时称为临界沉降点。此后，压实区内的污泥迸一步压实，高度逐渐减小，但很缓慢，因为被顶换出来的水必须通过不断减少的颗粒间空隙流出，最后直到完全压实为止，如图2中(e)所示。

颗粒沉降速度

若以上述沉降过程产生的交界面1-1的高度为纵坐标，沉淀时间为横坐标，可得交界面沉降过程曲线，如图3中(f)所示。各区的沉降速度可由沉降曲线上各点的切线斜率绘出。

（1）曲线a-b′段的上凸曲线可解释为沉淀初期由于颗粒间的絮凝导致颗粒凝聚变大，沉降速度逐渐变大。

（2） b'-b段为直线，表明交界面等速下降。a-b′段一般较短，有时不甚明显，可以作为b'-b直线段的延伸。

（3）曲线b-c段为下凹的曲线，表明交界面的下降速度逐渐减小。B区和C区消失的C点即为临界沉降点。

（4） c-d段表示临界沉降点之后压实区沉淀物的压实过程，压实区最终高度为H∞。

浓度为Ct的悬浮液交界面下沉速度Vt可按如下公式计算：

Vt=

式中：Vt— 浓度为Ct的悬浮液交界面下沉速度，m/s；

Ht— 在b-d段任何一点t（Ct>C0）作切线与纵坐标交于a′点，所得高度即为Ht，m。

H— b-d段在t点的高度，m。

区域沉淀实验