当前课程知识点：水处理工程-物化技术 > 第2章 沉淀 > 2-4 拥挤沉淀 > 2-4 拥挤沉淀
同学们好，在这一讲我们介绍沉淀与澄清的第4节拥挤沉淀
前面我们已经介绍过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的现象
拥挤沉淀一个最显著的特征，就是会出现分层现象
形成一个清水与浑水的交界面，如这个照片所示
所以我们有时也把拥挤沉淀称为分层沉淀
但如果仔细观测这个沉淀柱不同高度的污泥浓度的特征
我们就会发现，拥挤沉淀实际上有四个区域存在
分别是最上部的清水区A、等浓度区B、变浓度区C以及压实区D
清水区下部的各区可以总称为污泥区
在清水区和等浓度区之间有一个浑液面，我们很容易看到
而在变浓度区与压实区也有一个泥面存在，但这个泥面通常靠我们肉眼难以区分
一般需要采用一些特殊的测定手段才能够判别
在等浓度区颗粒浓度是均匀的，为C0
在这个区域，虽然颗粒的大小不同
但由于颗粒之间发生相互干扰，大的颗粒沉速变慢，小的颗粒沉速变快
整体上颗粒沉速趋于均一，因此形成等速下降的现象
在等浓度区由于颗粒处于相互干扰的状态，又称为受阻沉降区
在变浓度区颗粒浓度由小变大，而在压实区
由于颗粒逐渐累积在沉淀柱底部，因此颗粒沉速由大变小，逐渐减少为0
在拥挤沉淀中，随着沉淀过程的进行
1－1浑液面以恒定速度vs逐渐下降
而2－2泥面以恒定的速度v2逐渐上升，等浓度区的高度逐渐减少
刚开始时，变浓度区高度基本不变
但当等浓度区消失后，变浓度区开始逐渐减少
最后消失，只剩下清水区A和压实区D
此时，称为临界沉淀点
而如果沉淀继续进行，压实区的污泥会进一步压实
高度逐渐减少，但很缓慢，最后一直到完全压实为止
拥挤沉淀通常在什么情况下会发生呢？
它通常发生在颗粒的絮凝性比较强，浓度比较高的情况
比如给水处理中混凝形成的矾花浓度达到2-3g/L以上
或生物处理工艺中活性污泥浓度达到1g/L以上
或泥沙含量达到5g/L以上，通常都会出现拥挤沉淀的现象
而当颗粒的最大粒径和最小粒径之比不超过6时，四个区通常才会出现
那么我们如何来表征拥挤沉淀呢？
如果以清水区和污泥区的交界面
即1－1浑液面的高度作为纵坐标，沉淀时间作为横坐标
我们就可以得到浑液面高度随沉淀时间的变化曲线
我们把这个曲线称为拥挤沉淀过程曲线
下面我们来仔细分析一下这个曲线都反映出了哪些特征
从a到b'段，略有一点上凸
这可以解释为在沉淀初期由于颗粒间的絮凝导致颗粒变大，因此沉速逐渐变大
但通常a到b'这一段很短，有些时候甚至不明显，可以忽略
从b'到b段为直线，表明浑液面，也就是清水区和污泥去的交界面是一个等速下降的过程
b点为等浓度区消失点，d点为污泥压实区终点
b到d段为下凹曲线，表明交界面的下降速度是逐渐减少的
而我们前面提到的变浓度区消失的c点，也就是临界沉淀点，这个点该如何确定呢？
普遍采用的一种近似方法是，过等浓度下降区和污泥压实区作切线，交为c'
再做这两条切线夹角的平分线，与沉淀过程曲线交为c点，就可以得到临界沉淀点
c点之后污泥开始进入压实区，最后的压实的高度为H无穷大
利用这个沉淀过程曲线，我们可以计算浑液面的界面下降速度
根据沉淀过程曲线，在b'－b直线段的任何一点，浑液面的颗粒浓度为C0
浑液面的界面下沉速度为该直线的斜率
等于浑液面的初始高度H0减去沉淀时间t时刻的浑液面高度,再除以沉淀时间t
在等浓度区消失之前，该直线的斜率不变，表面浑液面的界面是等速下降的
而在等浓度区消失之后的b-d段，浑液面的颗粒浓度均是大于C0的
如果我们想求b－d段任何一个时刻t点浑液面的颗粒浓度，可以采用下面的方法来进行计算
过Ct点作切线，与纵坐标相交于a'点，得到高度Ht
然后根据肯奇（Kynch）沉淀理论可以得到下面这个式子
利用这个式子，我们可以计算b－d段任何一个时间点浑液面的颗粒浓度Ct
这个式子有什么意义呢？
这个式子的含义是说：在高度为Ht，均匀浓度为Ct的沉淀柱中
所含悬浮物的量和原高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀柱中所含的悬浮物量相等
曲线a'-Ct-d为虚拟的高度为Ht、浓度为Ct的悬浮液拥挤沉淀过程曲线
过Ct点的切线斜率可表示浓度为Ct的悬浮液界面的下沉速度
此外，根据实验可知，当采用同样的水样时，无论采用什么水深的沉淀柱
得到的拥挤沉淀过程曲线都是相似的
也就是说，等浓度区浑液面下沉速度是完全相同的
根据这个相似性，我们可以由某一个沉淀水深H1得到的沉淀过程曲线
来推测出另一个沉淀水深H2条件下的沉淀过程曲线
比如说，沉淀柱水深为H1时的沉淀过程曲线为这条
我们要画出沉淀柱水深为H2时的沉淀过程曲线
就可以按照OP1比OP2等于OQ1比OQ2，均等于H1/H2，来找出P2和Q2点
这样就得到沉淀柱水深为H2时的沉淀过程曲线
从这两条沉淀过程曲线我们可以看到
在等浓度区消失之前，两个沉淀柱水深条件下的浑液面的下沉速度是一样的
但这两条沉淀过程曲线实际上还是有所不同
这个不同出现在污泥压实区
污泥压实区的高度随水深会出现不同，水深越大时，压实区厚度也越大
拥挤沉淀过程曲线的相似性为我们的沉淀实验提供了方便
利用拥挤沉淀过程的相似性我们可以用比较短的沉淀柱做实验
来预测实际水深条件下的沉淀效果
今天关于拥挤沉淀的介绍就到这儿，谢谢
-0-1 课程定位
--讨论题
-0-2 给水处理工艺
--讨论题
-0-3 废水处理工艺
--讨论题
-第0章 绪论 测试题
-1-1 概述
--1-1 概述
--讨论题
-1-2 胶体的主要性质
-- 1-2 胶体的主要性质
--讨论题
-1-3 水的混凝机理与过程
--讨论题
-1-4 混凝剂与絮凝剂
-- 1-4 混凝剂与絮凝剂
--讨论题
-1-5 混凝动力学
--讨论题
-1-6 混凝效果的主要影响因素
--讨论题
-1-7 混凝设备
--1-7 混凝设备
--讨论题
-第1章 混凝 测试题
-2-1 概述
--2-1 概述
--讨论题
-2-2 自由沉淀
--2-2 自由沉淀
--讨论题
-2-3 絮凝沉淀
--2-3 絮凝沉淀
--讨论题
-2-4 拥挤沉淀
--2-4 拥挤沉淀
--讨论题
-2-5 平流沉淀池
--讨论题
-2-6 平流沉淀池工艺计算
--讨论题
-2-7 竖流式与幅流式沉淀池
--讨论题
-2-8 斜板沉淀池
--讨论题
-2-9 澄清池
--2-9 澄清池
--讨论题
-三维交互式演示区
--竖流沉淀池
--浏览器设置方法
--机械搅拌澄清池
--辐流沉淀池
-第2章 沉淀 测试题
-第2章 沉淀 测试题2
-3-1 概述
--3-1 概述
--讨论题
-3-2 气浮理论基础
--讨论题
-3-3 加压溶气气浮
--讨论题
-第3章 气浮 测试题
-4-1 概述
--4-1 概述
--讨论题
-4-2 普通快滤池构成与工作过程
--讨论题
-4-3 滤池的水头损失
--讨论题
-4-4 滤池的过滤方式
--讨论题
-4-5 滤料
--4-5 滤料
--讨论题
-4-6 配水系统
--4-6 配水系统
--讨论题
-4-7 滤池冲洗
--4-7 滤池冲洗
--讨论题
-4-8 虹吸滤池
--4-8 虹吸滤池
--讨论题
-4-9 重力无阀滤池
--讨论题
-4-10 移动罩滤池
--讨论题
-三维交互式演示区
--普通快滤池
--浏览器设置说明
--虹吸滤池
--浏览器设置说明
-第4章 过滤 测试题
-5-1 概述
--5-1 概述
--讨论题
-5-2 消毒的影响因素
--讨论题
-5-3 氯消毒
--5-3 氯消毒
--勘误
--讨论题
-5-4 二氧化氯消毒
--讨论题
-5-5 紫外线消毒
--讨论题
-第5章 消毒 测试题
-6-1 离子交换树脂
--讨论题
-6-2 离子交换反应特性
--讨论题
-6-3 阳离子交换树脂特性
--讨论题
-6-4 阴离子交换树脂特性
--讨论题
-6-5 离子交换软化系统
--讨论题
-6-6 离子交换除盐系统
--讨论题
-6-7 离子交换设备
--讨论题
-6-8 离子交换法处理工业废水
--讨论题
-第6章 离子交换 测试题
-第1节 概述
--第1节 概述
--讨论题
-第2节 电渗析原理与过程
--讨论题
-第3节 电渗析器构造与组装
--讨论题
-第4节 电渗析工艺计算
--讨论题
-第5节 反渗透工艺原理与工作特征
--讨论题
-第6节 反渗透工艺计算
--讨论题
-第7节 超滤和微滤分离原理与过程
--讨论题
-第8节 超滤和微滤工艺计算
--讨论题
-第7章 膜分离 测试题
-8-1 氧化还原基础与分类
--讨论题
-8-2 臭氧氧化
--8-2 臭氧氧化
--讨论题
-8-3 光催化氧化
--讨论题
-8-4 超临界水氧化
--讨论题
-8-5 电解
--8-5 电解
--讨论题
-第8章 氧化还原 测试题
-9-1 概述
--9-1 概述
--讨论题
-9-2 吸附平衡与吸附等温线
--讨论题
-9-3 吸附穿透曲线
--讨论题
-第9章 吸附 测试题
