成层沉降

成层沉淀实验装置实验
一、实验目的
在污水生物处理的二沉池、污泥处理的重力浓缩池和污水混凝沉淀处理的沉淀池中，悬浮固体浓度较高，其沉淀过程，固体颗粒彼此互相干扰，沉速大的相对不变的位置，共同下沉，并出现一个清晰的泥---水界面，此界面逐渐向下移动，这个泥水界面的下沉速度就是颗粒的下沉速度，这种类型的沉淀，称为成层沉电（又称拥挤沉淀或区域沉淀）。

成层沉淀类型的沉淀池，除了要满足水力表面负荷率外，还要满足污泥固体表面负荷率（即污泥固体通量），才能取得理想的固---液分离和污泥浓缩效果。

因此，污泥固体表面负荷率是二沉池、污泥浓缩池设计和运行的重要参数。

由于成层沉淀过程受污水中悬浮固体性质、浓度和沉淀池水力条件等因素影响，因此，常需通过试验的方法以求得设计参数和指导生产运行。

本实验的目的是：
1、 加深对成层沉淀的基本概念、特点及沉淀规律的理解。

2、 掌握活性污泥沉淀特性曲线的测定方法。

3、 掌握固体通量曲线的绘制方法和了解固体通量的分析方法。

二、实验原理
本实验采用的是多次静态沉降实验法，又称污泥固体通量分析法（简称固体通量分析法），是迪克于1969年采用静态浓缩实验的方法，分析了连续式重力浓缩池的工况后，提出的考虑污泥浓缩功能时二沉池和污泥浓缩池表面积的一种计算方法。

所谓固体通量，即单位时间内通过单位面积的固体质量kg/(m 2•h)。

当二次沉淀池和连续流污泥重力浓缩池运行正常时，池中固体量处于动平衡状态。

单位时间内进入池的固体质量等于排出池的固体质量。

污泥固体颗粒的沉降是由两个因素引起的：一是污泥自身的重力引起沉降；二是由于污泥回流和排泥产生的底流引起的污泥颗粒沉降。

上述污泥沉降过程的固体通量可以用（式1）表示：i i i g u T u u G G G ρρ+=+= 式中：G T ——总的固体通量，kg/(m 2•h) G u ——底流产生的固体通量，kg/(m 2•h)
G g ——污泥本身的重力产生的固体沉降速率kg/(m 2•h) p i ——污泥浓度，g/L
u i ——污泥浓度为p i 时的污泥重力沉降速率m/h u ——相应于某一底流浓度时的底流速率m/h
（式1）中的第一项（up i ）于二次沉淀池或浓缩池的操作运行方式、污泥性质和要求的浓缩程度有关。

设计时，u 是采用经验值，对于活性污泥法，u 值约为7.1×10-5~1.4×10-4m/s 。

式1中的第二项（u i p i ）与污泥沉淀性能有关，可以通过沉降实验求得。

进行沉淀实验时，取同一种污泥的不同固体浓度的混合液，分别在沉淀柱内进行成层沉淀，每根柱子可得出一条泥-水界面沉淀过程线（见图1），从中可以求出泥-水界面的下沉速
率ui 与相应的污泥浓度pi 的关系曲线。

活性污泥混合液在沉淀柱里的沉淀过程可分为3个阶段，如图1所示。

沉淀时间/min
1、成层沉淀阶段（ab 段，等速沉淀阶段）
实验开始时，沉淀柱上端出现一清晰的泥--水界面并等速下沉。

这是由于悬浮颗粒的相互牵制和强烈干扰，均衡了它们各自的沉淀速度，使颗粒群体以共同干扰后的速度下沉。

此时，污泥浓度不变，污泥颗粒是等速沉降，它不因沉淀历时的不同而变化。

表现为沉淀过程线上的ab 段，是一斜率不变的直线段，故称为等速沉淀段。

界面的沉速与污泥的起始浓度有关。

污泥起始浓度越高，界面形成越快，沉降速度越慢。

采用实验方法求G L 时，首先要测定这一阶段的沉速，以便求得G g ，然后通过计算得到G L 。

2、过渡阶段（bc 段）
过渡段又称变浓区，此段为污泥等浓区向压缩区的过渡段，其中既有悬浮物的干扰沉淀，也有悬浮物的挤压脱水作用，在沉淀过程线上，是bc 间所表现出的弯曲段，即沉速逐渐减小，此时等浓区消失，故b 点又成为成层沉淀临界点。

3、压缩阶段（cd 段）
当污泥浓度进一步增大后，颗粒间相互直接接触，下层污泥支撑着上层污泥，同时，在上层污泥颗粒的挤压下，水从污泥间隙中被基础。

在这一阶段，泥水界面以极缓慢的速率下降，是等速沉淀的过程，但沉速很小。

多次静态沉降实验法是采用同一种污泥不同浓度单独进行实验的，并未考虑到实际沉淀池或浓缩池中污泥浓度是连续分布的，下层沉速较小的污泥层必将影响上层污泥的沉速，因此，由多次静态沉降实验法求得得GL 偏高，与实际值有一定的出入。

三、实验装置与设备
（一）实验装置
为模拟沉淀柱内的流动状态和减少沉淀柱壁对污泥沉淀的影响，沉淀柱内部有沉淀柱搅拌器，转速约为1r/min（线速度25cm/min）。

1、PVC提升配水箱1个
2、不锈钢潜水泵1台
3、水箱搅拌混合器1套
4、配水管阀门1套
5、水泵循环阀门套
6、各沉淀柱进水阀门1套
7、各沉淀柱放空阀门1套8、排水管1套9、取样口
10、搅拌装置4套11、搅拌电机4个12、固定支架1个
13、连接的管道、阀门、电源线、插头、开关等若干。

整体外形尺寸约：1200mm×600mm×2000mm
（二）实验仪器仪表（用户自备）
(1)烘箱：电热鼓风干燥箱，1台
(2)分析天平：1台
(3)秒表：1块
(4)称量瓶：8个
(5)两筒：100mL，8个
(6)烧杯：300mL，8个
(7)旋塞：3个
(8)漏斗与漏斗架：各8个
四、实验步骤
本实验采用多次静态沉淀实验方法，操作步骤如下：
1、从曝气池出口取出混合液，经过重力浓缩后用二次沉淀池出水配成MLSS为1.5g/L左右
的混合液，并取200mL混合液测定该混合液的浓度（每个样本100mL）
2、关闭旋塞6、7、8。

3、将配制好的混合液倒入，并加以搅拌使混合液保持均匀（可以用人工或搅拌器搅拌）。

4、先开启旋塞6，然后开启旋塞7，使混合液注入沉淀柱。

5、等混合液上升至1m高度时，关闭旋塞
6、7，启动沉淀柱的搅拌器。

6、出现泥—水分界面时定期独处界面沉降高度，开始时0.5~1min读数一次，以后改为
1~2min读数一次，当界面高度与时间关系曲线由直线转为曲线时停止读数。

7、大开轩赛8，将污泥排去，用自来水清洗沉淀柱。

8、按MLSS约为2、2.5、3、3.5、4、5、6g/L配制混合液，并重复上述步骤（2）~（7）
进行实验。

注意事项：1、混合液取回后应尽快进行实验，以防污泥沉淀性能改变或上浮。

1、污泥诸如沉淀柱的速度不宜太快，以免实验开始时严重紊动。

但也不能太慢，以免
实验开始前发生沉降。

2、污泥注入沉淀柱时，应避免空气泡进入沉淀柱影响实验结果。

3、实验可分6~8组进行，每组完成一个浓度的沉淀实验，然后各组交换实验数据，整
理实验报告。

五、实验结果整理
1、记录实验设备和操作的基本参数：
实验日期年月日
沉淀柱高度H= m 直径D= cm
搅拌器转速r/min
污泥来源
污泥的MLSS SVI
2、实验数据记录可参考表1进行。

表1 成层沉淀实验记录表1
3、一时间为横坐标、界面高度为纵坐标作图
4、用界面高度与时间关系曲线部分计算界面沉速u i和p g，并参考表2进行纪录。

表2 成层沉淀实验记录表2
5、以污泥浓度p为横坐标、Gg为纵坐标，做重力沉降固体通量曲线。

六、实验结果讨论
1、本实验的污泥浓度是否可以取500mg/L？为什么？
2、根据实验结果，用固体通量分析法讨论污水厂二次沉淀池设计、运行中的一两个问题。