第二章 污水的物理處理

1、v物理處理法去除的對象是污水中的漂浮物和懸浮物，主要是通過重力或機械力作用，例如：篩濾截留法篩網(wǎng)、格柵、過濾重力分離法-沉砂池、沉淀池、隔油池、氣浮池等離心分離法-旋流分離器、離心機等第二章第二章 污水的物理處理污水的物理處理 一、格柵的作用與種類格柵：是由一組(或多組)相互平行的金屬柵條與框架組成,傾斜安裝在進水的渠道。 作用：去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保護后續(xù)處理設(shè)施能正常運行。 主要參數(shù)：是確定柵條間隙寬度，一般以不阻塞水泵和污水處理廠（站）的設(shè)備，保證整個污水處理系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)維原則。 一般可設(shè)置粗細兩道格柵，第一道格柵間隙大一些，柵條間距采用16-40mm；第二道

2、格柵間隙較小，柵條間距采用1.5-10mm。 按清渣方式，可分為人工清理格柵和機械格柵。 第一節(jié) 格柵與篩網(wǎng)二、格柵的種類按柵條凈間隙，可分為：粗格柵（50-100mm）；中格柵（10-40mm）；細格柵（1.5-10mm）。按格柵形狀，可分為：平面格柵、曲面格柵。按清渣方式，可分為人工清理格柵和機械格柵。 旋轉(zhuǎn)格柵平面格柵平面格柵移動式伸縮臂機械格柵 中等深度的寬大格柵，現(xiàn)有類型耙斗適用于污水除污。1.不清污時，檢修方便。2.可不停水檢修。3.鋼絲繩在水面以上運行，壽命長。1.需三套電機、減速器、構(gòu)造較復(fù)雜。2.移動時，耙齒與柵條間隙的對位較困難。圓周回轉(zhuǎn)式機械格柵 深度較淺的中小型格柵1.

3、結(jié)構(gòu)簡單，制造方便2.動作可靠，容易檢修1.配置圓弧型格柵，制造較困難。2.占地面積較大。鋼絲繩牽引式機械格柵 固定是適用于中小型格柵，深度范圍較大。移動式適用于寬大格柵。1適用范圍廣泛。2.無水下固定部件的設(shè)備，檢修維護方便。1.鋼絲繩干濕交替，易腐蝕。2.有水下固定部件的設(shè)備，檢修維護需停水 。類型適用范圍優(yōu)點缺點鏈條式機械格柵 深度不大的中小型格柵。清除長纖維、帶狀物。1.結(jié)構(gòu)簡單，制造方便2.占地面積小1.雜物進入鏈條和鏈條之間是一卡住。2.套筒滾子造價高，耐腐蝕差。曲面格柵圖2-6 曲面格柵格柵平面圖h h1 1h hH H1 1h h2 2 h h2 21 12 2b b1 1b

4、b2 2b bL L2 210001000H H1 1/tg/tgL L1 1500500二、格柵的設(shè)計與計算 通過格柵的水頭損失h2按下式計： h2 = h0*k h2 = *(v2/2g)*sin*k 式中： h0 計算水力損失，m。 v 污水流經(jīng)格柵的速度，m/s。 阻力系數(shù)。 格柵傾斜角度。 g 重力加速度，m/s2 k 格柵阻力增大系數(shù)，一般取k=3。 格柵的建筑尺寸分別由下式求得： 1.格柵間隙數(shù)量： 2.格柵建筑寬度：b = s ( n 1 ) + d * n (m) 3.柵后槽的總高度：h總 = h + h1 + h2 (m) 4.格柵的總建筑長度：L = L1 + L2 +

5、1.0 + 0.5 + H1/tg(m) 5.每日柵渣量：W = qVmax * W1 * 86400/(KZ * 1000) (m3/d) hvqnVbsinmaxv三、篩網(wǎng)v 篩網(wǎng)的去處效果相當于初次沉淀池的效果，目前應(yīng)用于廢水處理或短小纖維回收的篩網(wǎng)主要有兩種形式：振動篩網(wǎng)和水力篩網(wǎng)。圖2-8 振動篩網(wǎng)示意圖進水出水渣槽旋轉(zhuǎn)筒蒸汽或高壓空氣管篩網(wǎng)v 轉(zhuǎn)筒式篩網(wǎng)轉(zhuǎn)筒式篩網(wǎng) 圖2-9 水力篩網(wǎng)構(gòu)造示意圖v 水力篩網(wǎng)水力篩網(wǎng) 第二節(jié) 沉淀的理論基礎(chǔ)一、概述 沉淀是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達到固液分離的一種過程。 一般有以下幾種用法： 用于廢水的預(yù)處理，如沉砂池

6、； 用于污水進入生物處理前的初步處理，如初沉池； 用于生物處理后的固液分離， 如二沉池； 用于污泥處理階段的污泥濃縮。 二、沉淀類型 根據(jù)水中顆粒的凝聚性能和濃度，沉定通?？梢苑殖伤姆N不同的類型： 1.自由沉淀 自由沉淀發(fā)生在水中懸浮固體濃度不高，沉淀過程懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進行沉淀，顆粒的沉淀軌跡呈直線。 2.絮凝沉淀 絮凝沉淀發(fā)生在水中懸浮固體濃度不高，但沉淀過程中懸浮固體之間有相互絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉淀，顆粒的沉降軌跡呈曲線。 絮凝沉淀示意圖 0 0 3.區(qū)域沉淀（或成層沉淀） 懸浮顆粒濃度較高，顆粒的沉降受到周圍其它顆粒的影響，顆粒間相對位置保持不變，形成

7、一個整體共同下沉，育成清水之間有清晰的界面。 4.壓縮沉淀 發(fā)生在高濃度的沉降過程中，顆粒間已擠集成團塊結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間的水分在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。三、自由沉淀及其理論基礎(chǔ) 為分析簡便起見，假定：1.顆粒為圓球形；2.沉降過程中顆粒的大小、形狀、重量等不變；3.顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響。 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，經(jīng)很短時間后，顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力相平衡時，顆粒即呈等速下沉。受力分析見下圖： L L S S FgFg F FD D 懸浮顆粒在水中受到的力，即顆粒的重力和在水中受的浮力之差： Fg

8、=V*s*g - V*L*g = V *g (s - L) 式中： V 顆粒的體積； s、L 顆粒與水的密度； g 重力加速度。 同時，根據(jù)牛頓定律，水對自由顆粒的阻力為： FD= *A*(L*us2/2) 式中: 阻力系數(shù)；A 自由顆粒的投影面積； us 顆粒在水中的運動速度。當顆粒所受外力平衡時： Fg = FD在層流狀態(tài)下： =24/Re 上式表明：1、當（1）s L 下沉；（2） s= L懸浮狀態(tài); （3）s L 上浮2、下降速度與粒徑平方成正比；3、下降速度與水的動力粘度成反比，水溫上升，沉降速度增大。2181gduLss得出球狀顆粒自由沉降公式：213)(4LLssdgu四、沉淀池

9、的工作原理 理想沉淀池的四點假設(shè)：（1）沉淀區(qū)過水斷面水速相同，水平速度為：v；（2）懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為：u；（3）在進口區(qū)域，懸浮物顆粒均勻分布在整個過水斷面；（4）顆粒一經(jīng)沉降到池底，即認為被去除； 當某一顆粒進入沉淀池后，一方面是隨水在水平方向的流動（v），另一方面又在重力的作用下下沉(u)。 在沉降過程中是一組傾斜的直線，其坡度： i=u/v 其水平流速V=Q/H*B緩沖區(qū)緩沖區(qū) 設(shè)u0 為某一指定顆粒的最小沉降速度。可以看出：當uu0時，無論這種顆粒處于進口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。當u u0時，只有位于水面下某一位值的顆粒才會被去除。設(shè)沉速為u1 的顆

10、粒占全部顆粒的dP%,其中 (h/H)* dP% 的顆粒將沉到池底被除去。在同一沉淀時間，由下式成立：h=u1*t,H=u0*th/H= u1 / u0 即：（ h/H）dP = （u1 / u0 ） dP對于沉速為u1 （u1 u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：故，沉淀池對懸浮物的去除率包括uu0、 u u0兩部分，為：式中：P0 沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分數(shù)；P0 沉速 u0的顆粒去除百分數(shù)。 從軌跡相似三角形知 v/ u0=L/H ，與V=Q/H*B 可得： u0 =q=Q/A Q/A 反映沉淀效率的參數(shù)，一般稱為沉淀池的表面負荷率，用q表示，表示單位面積的

11、沉淀池在單位時間內(nèi)通過的流量，單位是m3/m2*h 。000010011/uudPuudPuu00001)1 (uudPuP第三節(jié)第三節(jié) 沉砂池沉砂池沉砂池的工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)的，從污水中去除砂子、煤渣等比重較大的顆粒。設(shè)計原則和主要參數(shù)城市污水廠一般均應(yīng)設(shè)置沉砂池，工業(yè)污水應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況而定。城市污水廠的沉砂池的個數(shù)或分格數(shù)應(yīng)不小于，并聯(lián)運行。設(shè)計流量應(yīng)按分期建設(shè)考慮。當污水自流進入時，應(yīng)按每期的最大設(shè)計流量計算；當污水為提升進入時，應(yīng)按每期工作水泵的最大組合流量計算；在合流制處理系統(tǒng)中，應(yīng)按降雨時得設(shè)計流量計算。沉砂池去除的沙粒比重為2.65、粒徑為0.2mm以上。城市污水沉沙量：

12、按每106 m3 沉砂30 m3計算，含水率：60%，容重：1500kg/m3。儲砂斗容積按日沉沙量計算，斗壁傾角不應(yīng)小于55，排沙管直徑不應(yīng)小于200mm。沉砂池超高不以小于0.3m。 一、平流式沉砂池設(shè)計參數(shù) 污水最大流速0.3m/s ，最小流速0.15m/s 。 在大流量時,停留時間不小于30s,一般為30-60s。 水深不大于1.2m，一般0.25-1.0m，寬度不小于0.6m。 池底坡度0.01-0.02，當設(shè)置除砂設(shè)備時，應(yīng)按其要求考慮池底形狀。計算公式 長度L L = vt 式中：v、t最大設(shè)計流量下的速度和停留時間 水流斷面積A A = qVmax/v 式中： qVmax 最大

13、設(shè)計流量，m3/s 池總寬度b b = A/h2 式中： h2 設(shè)計有效水深，m 儲砂斗容積V V= qVmax*X*T*86400/(kZ*106) 儲砂斗容積V V= Qmax*X*T*86400/(kZ*1000)式中：X城市污水的沉砂量，一般取0.03 L/ m3（污水） T排砂時間間隔， kZ 生活污水流量總變化系數(shù)儲砂斗尺寸及儲砂室高度 應(yīng)結(jié)合實際情況設(shè)計,但斗壁與水平面角度不宜小于60 池總高度h h = h1 + h2 + h3 式中： h1 超高， h3 儲砂斗高度 核算最小流速 vmin vmin= qVmin/n1*Amin 式中： qVmin設(shè)計最小流量 n1最小流量時

14、工作的沉砂池數(shù)目 Amin 最小流量時沉砂池中的水流斷面面積 污水在池中存在兩種運動形式,其一為水平流動(流速一般取0.1m/s )。同時，由于在池的一側(cè)有曝氣作用，因而在池的斷面出產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，整個池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋狀前進的流動形式。 擋板擋板i=0.1-0.5i=0.1-0.5曝氣沉砂池示意圖曝氣沉砂池示意圖空氣管空氣管特點：一是沉砂中含有有機物的量低于5%；二是由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分解等作用。 二、曝氣沉砂池1.構(gòu)造及工作原理2.設(shè)計參數(shù)設(shè)計參數(shù) 水平流速0.08-0.12m/s ，一般取0.1m/s; 停留時間：2-4min；

15、雨天最大流量時1-3min；作為預(yù)曝氣時，10-30min; 有效水深2-3m，尺寬與池深比為1-1.5,長度比可達5； 曝氣沉砂池多采用穿孔管曝氣，孔徑2.5-6.0mm，距池底約0.6-0.9m，每組穿孔曝氣管應(yīng)有調(diào)節(jié)閥門； 曝氣量一般為0.1-0.2m3(空氣）/m3(污水）。 曝氣沉砂池的形狀應(yīng)盡可能的不產(chǎn)生偏流和死角，在砂槽上方宜安裝縱向擋板，防止產(chǎn)生短流。三、旋流沉砂池三、旋流沉砂池利用機械力控制水流流態(tài)與流速、加速砂粒的沉淀，并使有機物隨水流帶走得沉砂裝置。設(shè)計參數(shù)：（1）水力停留時間：不應(yīng)小于30s；（2）水力表面負荷：150-200m3/m2.h;（3）有效水深：1-2.0m

16、;（4）池經(jīng)與池深比：2.0-2.5m。第四節(jié)第四節(jié) 沉淀池沉淀池 沉淀池主要功能是分離懸浮物，分類如下: 從處理功能劃分:初次沉淀池用于生物處理之前，可去除部分有機物及懸浮物 二次沉淀池-用于生物處理之后，是生物處理工藝的組成部分 從結(jié)構(gòu)形式：平流式、豎流式、輻流式沉淀池三種流態(tài)沉淀池三種流態(tài)一、沉淀池的一般設(shè)計原則及參數(shù)1設(shè)計流量 沉淀池的設(shè)計流量與沉砂池的設(shè)計流量相同。在合流制的污水處理系統(tǒng)中，當廢水是自流進入沉淀池時，應(yīng)按最大流量作為設(shè)計流量；當用水泵提升時，應(yīng)按水泵的最大組合流量作為設(shè)計流量。在合流制系統(tǒng)中應(yīng)按降雨時的設(shè)計流量校核，但沉淀時間應(yīng)不小于30min。 2，沉淀池的只數(shù)：

17、對城市污水廠，沉淀池的只數(shù)應(yīng)不少于2只。 3沉淀池的經(jīng)驗設(shè)計參數(shù) 對于城市污水處理廠，如無污水沉淀性能的實測資料時，可參照(表2-5)經(jīng)驗參數(shù)選用。 4沉淀池的有效水深、沉淀時間與表面水力負荷的相互關(guān)系，見(表2-6)所示。 5沉淀池的幾何尺寸 沉淀池超高不少于0.3m；緩沖層高采用0.30.5m；貯泥斗斜壁的傾角，方斗不宜小于60，圓斗不宜小于55；排泥管直徑不小于200mm。6沉淀池出水部分 一般采用堰流，在堰口保持水平。出水堰的負荷為：對初沉池，應(yīng)不大于 29Usm；對二次沉淀池，一般取1.52.9L/sm。有時亦可采用多槽出水布置，以提高出水水質(zhì)。7貯泥斗的容積 一般按不大于2日的污泥

18、量計算。對二次沉淀池，按貯泥時間不超過2小時計。8排泥部分 沉淀池一般采用靜水壓力排泥，靜水壓力數(shù)值如下：初次沉淀池應(yīng)不小于 14.71kPa(1.5mH20)；活性污泥法的二沉池應(yīng)不小于8.83kPa(0.9mH20)；生物膜法的二沉池應(yīng)不小于11.77kPa(1.2mH20)一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池 平流式沉淀池由流入裝置、流出裝置、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)以及排泥裝置等組成。 入流裝置由設(shè)有側(cè)向或槽底潛孔的配水槽、擋流板組成，起均勻布水和消能作用。流出裝置由流出槽與擋板組成。流出槽設(shè)自由溢流堰，溢流堰嚴格水平，即保證流水均勻，又可控制沉淀池水位。如需阻擋浮渣隨水流走，出流堰可采用潛

19、孔出流。 緩沖層的作用是避免已沉污泥被水流攪起以及緩解沖擊符合。 污泥區(qū)起儲存、濃縮、排泥的作用。 排泥裝置一般有靜水壓力法和機械排泥法。 平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特點平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特點（進水）（進水）平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特點平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特點（出水）（出水）2、平流式沉淀池的設(shè)計： 沉淀區(qū)面積：A = Qmax/ q 式中： Qmax 最大設(shè)計流量 q 表面水力負荷m3/(m2*h) 初沉1.5-3 m3/(m2*h) ;二沉1-2m3/(m2*h) 有效水深: h2 = q*t t 沉降時間。初沉1-2h ;二沉1.5-2.5h 沉淀區(qū)有效容積: V1=A*h2=

20、Qmax t *3600池長: L = v*t*3.6(一般L取3050m) v 水流速度池寬: B = A/L (一般長寬比不小于4:1)污泥區(qū)容積: V = SNt/1000 式中:S 每人每日產(chǎn)生的污泥量L/(p*d) N 設(shè)計人口 t 兩次排泥的時間間隔 總高度: H = h1+h2+h3+h4 式中: h1 超高 h3 緩沖層高 h4 污泥區(qū)高度二、豎流沉淀池 1.工作原理 當顆粒屬于絮凝沉淀時，顆粒在上升過程中會相互碰撞，促進絮凝，下沉速度增大，增加了去除效率。 2.構(gòu)造 池徑 D 氣泡與懸浮顆粒粘附的條件 液體表面分子與液體內(nèi)部分子所受的分子引力不平衡,這種不平衡的力有把表面分子

21、拉向液體內(nèi)部、縮小液體表面積的趨勢，這種力稱為流體的表面張力 ；表面分子具有的這種能量稱為表面能。 而在氣浮的過程中，液、氣、固三項介質(zhì)的表面也產(chǎn)生表面張力（稱界面張力），既具有表面能（稱界面能E）。其關(guān)系如下： E=*S 式中： 界面張力系數(shù)； S 界面面積 當液、氣、固相對穩(wěn)定后(如圖),氣泡與懸浮顆粒粘附前、后的界面能縮小值為: E=水-氣（1-COS） 接觸角(也稱潤濕角) 當E 值越大,表明擠開氣泡和顆粒之間的水膜所作的功越大,氣泡與顆粒粘附的越牢固。上式表明:并不是水中所有的污染物顆粒都可以與氣泡粘附,能否粘附于該類物質(zhì)的接觸角有關(guān)。 當0時，E0，這類物質(zhì)親水性強（稱親水性物質(zhì)）

22、 ，不易與氣泡粘附，不能用氣浮法去除； 當180時，E2水-氣 ，這類物質(zhì)憎水性強（稱憎水性物質(zhì)） ，易與氣泡粘附，宜用氣浮法去除； 細小氣泡與懸浮顆粒的粘附形式有：氣顆粒吸附、氣泡頂托、氣泡裹夾等。 2“顆粒-氣泡”復(fù)合體的上浮速度 當為層流時， “顆粒-氣泡”復(fù)合體的上浮速度可按斯托克斯公式計算： 上=g*(L-S)*d2/18 上式表明：“顆粒-氣泡”復(fù)合體的上浮速度取決于水與復(fù)合體的密度差以及復(fù)合體的有效直徑。 3化學(xué)藥劑的投加對氣浮效果的影響 混凝劑：改變污水中懸浮顆粒的親水性能，使細小顆粒絮凝成較大絮體。 浮選劑：大多是極性（親水）- 非極性（疏水）分子組成，使親水性物質(zhì) 轉(zhuǎn)化為疏水性物質(zhì)。種類有：松香油、石油、表面活性劑等。 助凝劑：提高顆粒表面的水密性，以提高顆粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。 抑制劑：有選擇性的抑制某些物質(zhì)的上浮，而不影響其他物質(zhì)上浮。 三、壓力溶氣浮上法系統(tǒng)的組成及設(shè)計 1.壓力溶氣浮上法系統(tǒng)的組成與設(shè)計 壓力溶氣