第二章污水物理處理

1、第第二二章章 污水的物理處理污水的物理處理物理處理方法與設(shè)備物理處理對象主要是：漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，采用的處理方法與設(shè)備有：篩濾截流法格柵、篩網(wǎng)等重力分離法沉砂池、沉淀池、隔油池，氣浮池離心分離法離心機與旋流分離器3.1格柵 一 格柵定義及作用 由一組平行金屬柵條柵條或篩網(wǎng)篩網(wǎng)制成，傾斜安裝在污水渠道、泵房集水井進口處或污水處理廠端部。用于攔截較粗大的懸浮物或漂浮物。 被攔截的物質(zhì)稱為柵渣。含水率約為70%80%，密度約為960kg/m3。 二 格柵與柵條類型n按形狀：平面格柵和曲面格柵 平面格柵由框架和柵條組成，基本尺寸包括：寬度、長度、柵條間距、柵條至外框距離。曲面格柵

2、分為固定曲面格柵和旋轉(zhuǎn)鼓筒式格柵兩種。 n按格柵柵條的凈間距分為：粗格柵50100mm中格柵1040mm細格柵310mm柵渣截流量與柵條的間距有關(guān)柵渣截流量與柵條的間距有關(guān)n柵條斷面形狀：圓形、矩形和方形，常用矩形 三 柵渣的清除n人工清渣 適用于小型的污水處理廠站。格柵安裝角度宜為4560。n機械清渣，角度宜為6070鏈條式機械格柵移動式伸縮臂格柵圓周回轉(zhuǎn)式機械格柵鋼絲繩牽引式機械格柵 鋼絲繩牽引式機械格柵回轉(zhuǎn)式固液分離機四 格柵的設(shè)計與計算 格柵設(shè)計的主要參數(shù)是確定柵條間隙寬度柵條間隙寬度。 設(shè)置在污水處理廠處理系統(tǒng)前的格柵，應(yīng)考慮到使整個污水處理系統(tǒng)能正常運行，對處理設(shè)施或管道等均不應(yīng)產(chǎn)

3、生堵塞作用。因此，可設(shè)置粗細兩道格柵可設(shè)置粗細兩道格柵。第一道格柵間隙較粗，通常設(shè)置在提升泵前，一般16-40mm；第二道格柵間隙較細，一般設(shè)置在污水處理構(gòu)筑物前，1.5-10mm。 設(shè)置格柵的渠道，寬度要適當(dāng)，應(yīng)使水流保持適當(dāng)?shù)牧魉伲环矫婺嗌安恢劣诔练e在溝渠底部，另一方面截留的污染物又不至于沖過格柵。通常采用0.40.9m/s。 為了防止格柵前渠道出現(xiàn)阻流回水現(xiàn)象，一般在設(shè)置格柵的渠道與柵前渠道的聯(lián)結(jié)部，應(yīng)有一展開角1=20漸擴部位(見課本圖10-12)。 為避免造成柵前涌水,故將柵后槽底下降h2作為補償。在實際采用時，城市污水一般取0.10.4m。對工業(yè)污水，根據(jù)使用的格柵柵條間距以及清

4、理時間間隔等因素，應(yīng)留有因部分堵塞而必需的安全量。 n格柵的設(shè)計內(nèi)容包括尺寸計算尺寸計算、水力計算水力計算、柵渣量計算柵渣量計算和清渣機械的選用清渣機械的選用等。n計算前應(yīng)根據(jù)污水量和工程經(jīng)驗選定設(shè)計流量，柵前水深，過柵流速，柵條間隙，格柵安裝角，柵渣量等參數(shù)n具體計算包括：n水頭損失水頭損失：水流在運動過程中克服水流阻力而消耗的能量稱為水頭損失。n格柵的間隙數(shù)量格柵的間隙數(shù)量n格柵的建筑寬度格柵的建筑寬度n柵后槽的總高度柵后槽的總高度n格柵的總建筑長度格柵的總建筑長度n每日柵渣量每日柵渣量四 格柵的設(shè)計與計算3.2 篩網(wǎng)篩網(wǎng)的去除效果可相當(dāng)于初次沉淀池的作用。作用：分離懸浮物主要是纖維類分為

5、：振動篩網(wǎng)水力篩網(wǎng) 填埋 焚燒（820以上） 堆肥 將柵渣粉碎后再返回廢水中，作為 可沉固體進入初沉池。格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：3.3 沉淀的基礎(chǔ)理論（sedimentation theory） 沉淀沉淀（sedimentation）：水中的懸浮物依靠重力作用從水中分離(gravity separation)出來的過程?？蓡为殤?yīng)用，也可作為整個處理流程中的一個工序。典型污水廠四種用法：l 用于污水預(yù)處理，如沉砂池（grit chamber）l 用于污水進入生物處理構(gòu)筑物前的初步預(yù)處理，如初沉池（primary settling tank）; ;l 用于生物處理后的固液分離，如二沉池（

6、secondary settling tank）l 用于污泥處理階段的污泥濃縮，如污泥濃縮池（sludge thickener ）3.3 沉淀的基礎(chǔ)理論（sedimentation theory） 沉淀的四種基本類型：自由沉淀自由沉淀( (discrete particle settling) ，懸浮固體濃度不高，沉淀過程懸浮固體之間互不干擾，顆粒粒徑、密度不變，單獨進行沉淀，如沉砂池的沉淀過程。絮凝沉淀絮凝沉淀(flocculent settling)，當(dāng)懸浮物濃度約為50500mg/L時，在沉淀過程中，顆粒與顆粒之間可能發(fā)生碰撞產(chǎn)生絮凝作用，顆粒粒徑和質(zhì)量增大沉淀速度加快，如二沉池中間段的

7、沉淀過程。區(qū)域沉淀區(qū)域沉淀（zone settling , ,成層沉淀成層沉淀，擁擠沉淀）擁擠沉淀）懸浮物濃度高于5000mg/L，顆粒的沉降受到周圍其他顆粒的影響，顆粒間相對位置不變，但整個顆粒形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面，如二沉池下部的沉淀過程。壓縮沉淀壓縮沉淀(compression settling)，高濃度懸浮顆粒的沉降，顆粒間已擠集成團塊結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間水在上層顆粒重力作用下被擠出，如二沉池污泥濃縮過程和污泥重力濃縮池。二次沉淀池中污泥的沉淀過程球狀顆粒自由沉淀速率公式（斯托克斯公式斯托克斯公式）水中的懸浮顆粒，都因二種力的作用而發(fā)生運動：

8、懸浮顆粒水中的懸浮顆粒，都因二種力的作用而發(fā)生運動：懸浮顆粒受到的重力，水對懸浮顆粒的浮力。重力大于浮力時，下沉；受到的重力，水對懸浮顆粒的浮力。重力大于浮力時，下沉；兩力相等時，相對靜止；重力小于浮力時，上浮。兩力相等時，相對靜止；重力小于浮力時，上浮。為分析簡便起見，假定：為分析簡便起見，假定：顆粒為球形；顆粒為球形；沉淀過程中顆粒的大小、形狀、重量等不變；沉淀過程中顆粒的大小、形狀、重量等不變；顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它顆粒影響。顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它顆粒影響。 靜水中懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用產(chǎn)生加速運動，靜水中懸浮顆粒開始沉淀時，因受重力作用產(chǎn)生加速

9、運動，經(jīng)過很短的時間后，顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力平衡時經(jīng)過很短的時間后，顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力平衡時(即顆粒在靜水中所受到的力即顆粒在靜水中所受到的力Fg與水對顆粒產(chǎn)生的阻力與水對顆粒產(chǎn)生的阻力FD相平相平衡衡)，顆粒即呈等速下沉。，顆粒即呈等速下沉。 當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的繞流速度亦小時，顆粒主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計，顆粒運動是處于層流狀態(tài)。 在層流狀態(tài)下，24/Re，代上式整理后得 是水的動力粘滯度 2181dguLSS球狀顆粒自由沉淀速率公式（斯托克斯公式,Stokes law）2181dguLSS意義：意義：當(dāng)當(dāng)sL時，時， us為正

10、值，顆粒下降，為正值，顆粒下降，us為下沉速度。為下沉速度。當(dāng)當(dāng)sL時，時， us為負值，顆粒上浮，為負值，顆粒上浮，us為上浮速度。因此為上浮速度。因此,沉降理論也適用于上浮過程沉降理論也適用于上浮過程當(dāng)當(dāng)s=L時，時，us=0，顆粒既不下沉，也不上浮，此時不能，顆粒既不下沉，也不上浮，此時不能用重力沉降和自然上浮法去除。用重力沉降和自然上浮法去除。 顆粒速度與顆粒速度與顆粒直徑平方成正比顆粒直徑平方成正比，與，與液體粘度液體粘度成反比成反比。因此，增大顆粒粒徑和密度，適當(dāng)提高水溫，都有助于增大因此，增大顆粒粒徑和密度，適當(dāng)提高水溫，都有助于增大顆粒沉速。顆粒沉速。沉淀池的工作原理-理想沉淀

11、池 理想沉淀池分進口區(qū)、出口區(qū)、沉淀區(qū)和污泥區(qū)。假設(shè)：在沉淀池內(nèi)各過流斷面的所有點上，水都以流速v作水平流動；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下降，下沉速度為U；顆粒一經(jīng)沉到池底即被除去而不再重新浮起；在沉淀池的進口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個過水?dāng)嗝嫔稀?設(shè)沉速為u1的顆粒占全部顆粒的dP%，其中的h/H *dP%顆粒將會從水中沉淀到池底而去除 同一沉淀時間：tuh1tuH001uuHhdPuudPHh01對于沉速為u1( u1 4, L/h2 = 8-12 水流速度（flow velocity）的控制也很重要： 適宜范圍：10-25 mm/s（給水） v（上升速度）時，則顆粒以u-v的差值向下

12、沉淀，顆粒得以去除當(dāng)u=v時，顆粒處于隨機狀態(tài)，不下沉也不上浮當(dāng)uv時，顆粒不能沉淀下來將隨水流走當(dāng)顆粒屬于自由沉淀時，其沉淀去除效果要比平流式沉淀池差當(dāng)顆粒屬于絮凝沉淀時，池中就會出現(xiàn)上升顆粒與下降顆粒、上升顆粒與上升顆粒之間、下降顆粒與下降顆粒之間相互接觸、碰撞，致使顆粒的直徑逐漸增大，有利于顆粒沉淀v0v1 v 1) 構(gòu)造構(gòu)造 圓形或正方形, 直徑或邊長 4-7m, 不大于 10 m沉淀池呈圓柱形, 污泥斗為倒錐體, =4560 等 污泥管直徑: 200mm 中心管內(nèi)流速v0=30mm/s 喇叭口直徑及高度為中心管直徑的1.35倍 反射板直徑為喇叭口直徑的1.30倍,與水平傾角為17，

13、底距泥面至少0.3米. 喇叭口與反射板之間的v1(對于初沉池=30mm/s, 對于二沉池=20mm/s)D/h2=3, 以保證水自下而上做垂直流動排泥排泥：豎流式沉淀池可用靜水壓力排泥, 不必用機械刮 泥設(shè)備, 但池深較大, 故一般適用于中小型污水處理廠 . 豎流式沉淀池可用作二沉池。2) 設(shè)計計算設(shè)計計算v0a. 中心管直徑與面積中心管直徑與面積面積f1=Qmax/v0 (m2) 直徑d0=(4f1/)1/2 (m) Qmax: 每個池的最大設(shè)計流量, m3/s v0: 中心管內(nèi)流速, m/sb. 沉淀池的有效沉淀高度沉淀池的有效沉淀高度, 即中心管高度即中心管高度h2h2=vt (m)Qm

14、ax: 每個池的最大設(shè)計流量, m3/s v: 污水在沉淀區(qū)的上升流速, m/s, 如有資料, v=u (擬去除的最小顆粒的沉速) 如無資料, v=0.5-1.0mm/s(實際為表面負荷)c. 中心管喇叭口到反射板之間的間隙高度中心管喇叭口到反射板之間的間隙高度h3h3=Qmax / (v1d1) (m) d1h3: 表面積 v1: 間隙流出速度,一般=30mm/s d1: 喇叭口直徑, md. 沉淀池總面積和池徑沉淀池總面積和池徑 沉淀區(qū)面積f2=Qmax/v (m2) 沉淀池面積 (含中心管) A=f1+f2 (m2) 沉淀池直徑 D= (4A/)1/2 (m) 校核: D/h2100um

15、），細分散油（dispersed oil）（10-100um），呈乳化狀態(tài)的乳化油(emulsified oil)（10um），呈溶解狀態(tài)的溶解油(soluble oil) 。n隔油池（oil separator）：利用油水比重差將可浮油從水中分離的裝置。n破乳（demulsification）：將乳化油表面乳化劑作用消除，將乳化油轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛∮偷倪^程。隔油池n型式：平流式和斜流式(inclined flow)n構(gòu)造：與平流式或斜流式沉淀池基本相同，多浮油收集裝置用以收集浮渣n去除效率：70%80%乳化油及破乳方法n乳化油的形成：乳化劑的作用在油滴表面上形成一層薄膜使油和水不會分層。n破乳原理：

16、破壞液滴界面上的穩(wěn)定薄膜，使油水得以分離，方法包括：投加換型乳化劑，如氯化鈣投加使乳化劑失去作用的鹽類（鈣鎂鐵鋁）、酸堿類鹽類（鈣鎂鐵鋁）、酸堿類投加本身不能成為乳化劑的表面活性劑攪拌、震蕩、轉(zhuǎn)動等物理方法使油滴合并過濾，主要針對以粉末為乳化劑的乳狀液改變溫度破壞乳狀液的穩(wěn)定投加混凝劑混凝劑3.7氣浮法 (Flotation)n性質(zhì)性質(zhì)：固液或液液分離方法，常用于顆粒密度接近或小于水的細小顆粒的分離。n原理原理：將空氣以微小氣泡形式通入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的顆粒粘附，形成水-氣-顆粒三相混合體系，顆粒粘附上氣泡后，密度小于水即上浮水面，從水中分離出去。n氣浮法需要的基本條件基本條件：必

17、須向水中提供足量的氣泡污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài)氣泡和懸浮物質(zhì)能粘合氣浮法的應(yīng)用范圍 在污水處理領(lǐng)域，浮選廣泛應(yīng)用于： 分離地面水中的細小懸浮物、藻類及微絮體； 代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥； 濃縮化學(xué)混凝處理產(chǎn)生的絮狀化學(xué)污泥；回收含油污水中的懸浮油及乳化油； 回收工業(yè)廢水中的有用物質(zhì)，如造紙廠污水中的紙漿纖維等。氣浮法的類型n電解氣浮法（Electrolytic air floatation）：利用電解作用產(chǎn)生氫氣和氧氣將微小顆粒上浮，適用于脆弱絮狀懸浮物。電耗高，操作運行復(fù)雜。n分散空氣氣浮法（Dispersed-air floatation）：包括微孔曝氣氣浮法和剪切氣泡氣浮法。

18、n溶解空氣氣浮法（Dissolved-Air Floatation ，DAF）：在一定壓力下讓空氣溶解于水中，然后在減壓條件下析出溶解空氣，形成微氣泡。 溶解空氣氣浮法分真空氣浮法和加壓溶氣氣浮法。 （1）真空氣浮法（ vacuum flotation ） 缺點是其空氣的溶解在常壓下進行，溶解度很低，氣泡釋放量很有限。 （2）加壓溶氣氣浮法 (pressure DAF) 加壓溶氣氣浮法是目前常用的氣浮法。加壓溶氣氣浮法，是使空氣在加壓的條件下溶解于水，然后通過將壓力降至常壓而使過飽和的空氣以細微氣泡形式釋放出來。 加壓溶氣氣浮法的主要設(shè)備為水泵、溶氣罐、氣浮池等 ?？諝庾⑷肴軞夤蘅捎每諝鈮嚎s機

19、或射流器。 加壓溶氣氣浮法加壓溶氣氣浮法有三種基本流程：全溶氣全溶氣流程如圖所示。該法是將全部入流廢水進行加壓溶氣，再經(jīng)過減壓釋放裝置進入氣浮池進行固液分離的一種流程。 部分溶氣部分溶氣流程如圖所示。該法是將部分入流廢水進行加壓溶氣，其余部分直接進入氣浮池。該法比全溶氣式流程節(jié)省電能，同時因加壓水泵所需加壓的溶氣水量與溶氣罐的容積比全溶氣方式小，故可節(jié)省一些設(shè)備。但是由于部分溶氣系統(tǒng)提供的空氣量亦較少，因此，如欲提供同樣的空氣量，部分溶氣流程就必須在較高的壓力下運行。 回流溶氣回流溶氣流程如圖所示。在這個流程中，將部分澄清液進行回流加壓，入流廢水則直接進入氣浮池。 1 氣泡與懸浮顆粒黏附的條件（見課本P68） 微細氣泡魚與懸浮顆粒的黏附形式有：氣-顆粒吸附，氣泡頂托和氣泡裹挾 2“顆粒-氣泡”復(fù)合體（帶氣絮體）的上升速度 當(dāng)流態(tài)為層流時，帶氣絮體的上升速度可按斯托克斯公式計算。水中的懸浮顆粒與微小氣泡相黏附的原理 疏水性很強的物質(zhì)，固液分離效果較好。一般的疏水性或親水性的懸浮物，需投加化學(xué)藥劑改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。 投加化學(xué)藥劑的分類： 1混凝劑：如聚鋁、聚鐵 2浮選劑（主要由極性-非極性物質(zhì)組成）：如松香油、表面活性劑 3助凝劑：如PAM 4抑制劑：如石灰、硫化鈉