重力沉降规律及其设备
摘要：介绍了重力沉降的规律以及重力沉降的四种类型，对一些常用的重力沉降设备进行了总结。
关键词：重力沉降规律；设备
1.重力沉降
利用分散介质与分散物密度的差异，在重力作用下，使之得到分离的过程。
重力沉降原理：固体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。
密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。
沉降类型有自由沉降、絮凝沉降、成层沉降和压缩沉降。
1.1自由沉降
废水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性时发生自由沉降。
固体颗粒不改变形状和尺寸，不互相粘和，各自独立地完成沉降过程。
发生自由沉降的颗粒的沉降速度在经过一定的沉降时间后保持不变，现象是水从上到下逐步变清。
在沉砂池和初沉池的初期沉降类型是自由沉降。
1.2絮凝沉降
固体浓度也不高（ss为50-100mg/L），但具有凝聚性时发生絮凝沉降。
在发生絮凝沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。
水是逐步变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。
在初沉池的后期和二沉池的初期沉降类型为絮凝沉降。
1.3成层沉降
废水中的悬浮颗粒物的浓度提高到一定程度时（ss大于500mg/L）发生成层沉降。
沉降过程中每个颗粒的沉降将受到其周围颗粒存在的干扰，沉降有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。
可观察到水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。
在二沉池的后期和浓缩池的初期发生成层沉降。
1.4压缩沉降
废水中悬浮物的浓度很高时发生压缩沉降。
沉降时固体颗粒互相接触，互相支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。
颗粒群与水之间有明显的界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界
面的沉降速度很慢。
在浓缩池的后期发生压缩沉降。
四种沉降类型与固体浓度和凝聚性的关系如下图所示：
2.沉降设备
2.1沉砂池
位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大的无机颗粒。
以使水泵、管道免受磨损和阻塞的无机颗粒。
以使水泵、管道免受磨损和阻塞以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性，以便于排放、输运。
分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、旋流式、曝气式等。
平流式沉砂池截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单，排砂方便；缺点是表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，需进一步进行洗砂处理。
图1 平流式沉砂池
曝气式沉砂池中含有机物的量低于5%，且具有预曝气、脱预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡臭、防止污水厌氧分解、除泡作用及加速污水中作用及加速污水中油类的分离等作用。
为长形渠道，沿池壁一侧的整个长度上距池底60-90cm处设曝气装置，池底设集砂槽，池底坡度为坡度为0.1-0.5。
缺点是由于旋流速度在实际操作中很难测定，只能通过调节曝气量来控制，但气量调节却难以掌握，此外由于曝气可能导致的出水溶解氧含量较高对生物处理的厌氧及缺氧生物处理产生影响。
图2 曝气式沉砂池简图
2.2沉淀池
沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。
沉淀池在废水处理中广为使用。
它的型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。
平流式沉淀池由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。
平流式沉淀池多用混凝土筑造，也可用砖石圬工结构，或用砖石衬砌的土池。
平流式沉淀池构造简单，沉淀效果好，工作性能稳定，使用广泛，但占地面积较大。
若加设刮泥机或对比重较大沉渣采用机械排除，可提高沉淀池工作效率。
图3平流式沉淀池
竖流式沉淀池池体平面为圆形或方形。
废水由设在沉淀池中心的进水管自上而下排入池中，进水的出口下设伞形挡板，使废水在池中均匀分布，然后沿池的整个断面缓慢上升。
悬浮物在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中，澄清水从池上端周围的溢流堰中排出。
溢流堰前也可设浮渣槽和挡板，保证出水水质。
这种池占地面积小，但深度大，池底为锥形，施工较困难。
图4 竖流式沉淀池
辐流式沉淀池池体平面多为圆形，也有方形的。
直径较大而深度较小，直径为20～100米，池中心水深不大于4米，周边水深不小于1.5米。
废水自池中心进水管入池，沿半径方向向池周缓慢流动。
悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流入出水渠。
图5 辐流式沉淀池
近年设计成的新型的斜板或斜管沉淀池。
主要就是在池中加设斜板或斜管，可以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。
但有斜板、斜管易结垢，长生物膜，产生浮渣，维修工作量大，管材、板材寿命低等缺点。
正在研究试验的还有周边进水沉淀池、回转配水沉淀池以及中途排水沉淀池等。
2.3浓缩池
浓缩池按其运转方式可以分为连续式和间歇式两种。
连续式主要用于大，中型污水处理厂，间歇式主要用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂。
重力浓缩池一般采用水密性钢筋混凝土建设，设有进泥管，排泥管和上清液管，平面形式有圆形和矩形两种，一般多采用圆形。
连续式重力浓缩池的进泥与出水都是连续的，排泥可以是连续的，也可以是间歇的。
当池子较大时采用辐流式浓缩池，当池子较小时采用竖流式浓缩池。
竖流式浓缩池采用重力排泥，辐流式浓缩池多采用刮泥机排泥，有时也可以采用重力排泥，但池底应做成多斗。
图6辐流式浓缩池简图
参考文献
[1]李圭白,张杰主编. 水质工程学. 北京：中国建筑工业出版社,2005.
[2]张自杰主编. 排水工程（下册）（第四版）. 北京：中国建筑工业出版社,2000.。
