水污染控制技术1污水的物理处理.ppt

水污染控制技术 主讲：李宏罡,教学要求： 1.掌握沉淀理论，理解各种沉淀类型的内在联系和区别，并学会分析沉淀池的影响因素。 2.了解各种沉淀池的适用范围，掌握其相关的工程设计，并结合流体力学理解其设计要求。,污水的物理处理,概述 生活污水和工业废水中都含有大量的漂浮物与悬浮物，其进入水处理构筑物会沉入水底或浮于水面，对设备的正常运行带来影响，使其难以发挥应有的功效，必须予以去除。 物理处理的去除对象：漂浮物、悬浮物。 物理处理方法：筛滤、重力分离、离心分离。 筛滤：筛网、格栅（去除漂浮物、纤维状物质和大块悬浮物） 滤池、微滤机（去除中细颗粒悬浮物）。 重力分离：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒径悬浮物）、隔油池与气浮池（去除密度小于1或接近1的悬浮物）。 离心分离：离心机、旋流分离器（去除比重大、刚性颗粒）。 本章主要就城市生活污水处理中使用的格栅、沉砂池、沉淀池进行讲授。,一、格栅,1.格栅:是一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。 安装地点：污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水口及沉砂池前。 设置目的：根据栅条间距，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷，保证设备的正常运行。 栅渣：被截留的污染物，其含水率7080，容重750kg/m 3 。 分类：平面格栅和曲面格栅（又称回转式格栅）。 2.平面格栅 1）格栅设计主要依靠水量大小、栅渣量多少来确定（机械清渣、人工清渣）。机械清渣采用回转式、或栅条置于外侧耙头抓渣适于水量大、渣多或机械程度、自动化程度较高时采用；人工清渣适于水量小、少栅渣，当栅渣多为纤维状物质而难于用耙清楚时，也多采用定时吊起栅渣人工清除。,2）设计参数 B、L、e和b的相关尺寸见p55表31。 长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L1000mm时，框架应加横向肋条。栅条材质为A 3钢制，栅条偏差1/1000，总偏差2mm。 栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）；50、60、70150mm（中或粗格栅）。 a.水泵前：人工清渣e 20mm；对大中型泵站，采用机械清渣，e 20150mm。 b.污水处理系统前：人工清渣e2540mm，机械清渣e1525mm。污水处理厂前可设粗细二道格栅，粗格栅e50150mm，细格栅e1540mm；当提升泵站前格栅e 25mm时，泵后可不住设格栅。 c.格栅数量：当每日渣量0.2 m 3时，一般采用机械清渣，格栅台组数不宜少于2台。若仅为1台时，应另设一条人工清渣格栅备用。,d.格栅安装角度：一般4575,对人工清渣，为省力一般角度60 ；对机械清渣，角度一般6075 ,特殊时为90 ；对回转式一般6090 。 e.流速：栅前渠道流速V0.40.9m/s，过栅流速0.61.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.080.15m。 f.高度：设水深h，格栅水头损失h1 ，栅前渠道超高h2（一般采用0.3m），则后槽总高度H h1h2h。 格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m 工作台宽度：人工清渣1.2m，机械清渣1.5m。 g.栅条断面形状、尺寸：正方形2020mm；圆形=20；长方形1050mm，迎水面半园矩形1050mm。,3）设计参数 栅槽宽度：已知B或Qmax 、水深h、流速V，则栅条间隙数：nAmax(sin) 0.5 /ehv，Ben(n-1)，栅条数n1，栅宽s。 格栅的水头损失： h1Rh。R为倍数，一般取3。 h0V sin /2g， (s/e) 4/3，为阻力系数；对圆形1.79，矩形2.42，迎面半园1.83，迎背面半园1.67。 栅槽总高度：H h1h2h， h2为超高。 栅槽总长度：L L1L21.00.5H1 /tg ， 式中：L1(BB1)/2tg1，L2 L1/2， H1 h2h L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度。 1为渠道展开角，一般20 ； B1为进水渠宽度。 0.5与1.0为格栅前后的过渡段长度。 每日栅渣量：W Amax W186400/K总1000(m 3 /d)。 式中： W1为栅渣量(m 3 /10 3 m 3污水)，一般取0.010.1。粗格栅取小值，中格栅取中值，细格栅取大值。 K总为生活污水变化系数，见p59表33。 例题：见p59例31。,二、沉淀理论,1.沉淀类型： 沉淀是实现固液分离或泥水分离的重要环节，由于沉淀的对象和空间不同，其沉淀形式也各异自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。 自由沉淀：指SS浓度不高，沉淀过 程中颗粒间互不碰撞、呈单颗粒状 态，各自独立地完成沉淀过程。如 沉砂池和初沉池中的沉淀。 絮凝沉淀(干涉沉淀)：当SS浓度较 高(50500mg/L)时，沉淀过程中颗 粒间可能互相碰撞产生絮凝作用， 使颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速 加快。如活性污泥在二沉池中的沉 淀。,区域沉淀（成层、拥挤沉淀）：因SS过大，沉淀过程中相邻颗粒间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，颗粒群以整体向下速度沉降，并与上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。 压缩沉淀：颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙水，使污泥得到浓缩。如二沉池泥斗和浓缩池的过程。 2沉淀类型分析 1）自由沉淀： 假设颗粒为球形，由牛顿第二定律得： mdu/dtF1F2F3 。 式中 ； F1为重力，Vgg； F2为浮力，Vgy。 F3为下沉摩擦阻力，CA y u 2 /2。 带入整理得：u (g y )gd 2/18，即斯托 克斯公式。,可见沉速u与g y以及d 2成正比，与成反比。但由于污水中的颗粒为非球形，直接采用斯托克斯公式会油很大误差，需要修正。具体修正方法如下： 多个沉降柱试验法：见p63，沉降柱68个，d80100mm，h15002000mm，出水口位于1200mm处，出泥口在底部，进水SS浓度为C0，经沉淀t1 、t2、t3 ti tn时，分别在18号沉淀柱取水样100ml，得出水SS浓度C1 C8，并作出t的关系曲线以及ui的关系曲线（见图39）。沉速ui是指在沉淀时间ti内能从水面恰好下沉到水深H处的最小颗粒的沉淀速度。对于u ui的颗粒，可在时间ti内全部沉淀去除；而对u ui的颗粒，在时间ti内能否被沉淀去除取决于颗粒所在位置，因而此方法存在误差。,沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取H以上所有取样口的水样。设水样中的SS浓度为Ci ，则出水中的剩余SS的比例为PiCi/ C0 ，SS实际在ti时的去除率为1 Pi，作的P0 ut曲线，凡沉速ut u0H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1 P0 ；而沉速ut u0H/t的颗粒能被去除的比例为ut / u0 ，其在t时刻去除该颗粒的效率为ut / u0 dp；故总去除率为(1 P0 )+ ut / u0 dp 。 所以% (100 P0 )+ 100/ u0 ut dp 。 例题 （见p65例32）,2）絮凝沉淀 试验思路同前，柱略高略粗，取样口间距500mm，取样时间间隔5或10min，则SS在ti时的去除率为(1 Ci/ C0 ) 100% 。记算去除率，并记录与表中（见表36）。 具体计算见例33，首先计算临界沉速，后在图上作中间曲线，找出其与t时刻的交点，计算对应沉速，后计算去除率。 1 u1/ u0(1 2） u2/ u0 (2 3）. 3)区域沉淀和压缩沉淀安排在第八章讲解。,3.理想沉淀池原理 从上面分析可以看出，沉淀理论与实际沉淀池的运动规律有所差距，为合理表征实际沉淀状态，提出了“理想沉淀池”概念。 理论假设条件： a.污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。 b.在流入区颗粒沿AB断面均匀分布，并处于自由沉淀状态， 其水平分速等于v。 c.颗粒沉到池底即认为被去除。,1）平流式理想沉淀池 平流式理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和底部的污泥区。从图中可以看出，必存在一种从A点进入、以流速为u0 的颗粒，最后刚好在出水口D点沉入池底污泥区。根据几何相似原理，则u0 /v=H/L，即u0 vH/L。 所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I轨迹的颗粒）；凡沉速小于u0者、且在对角线AD以上者，均不能被去除（代表轨迹的颗粒）；凡沉速小于u0者、且在对角线AD以下者，仍可以被去除（代表虚线轨迹的颗粒）。 设沉速ut ut的颗粒质量为dP，则可被沉淀去除的量为ut / ut dP，故总去除率 (1 P0 )+ 1/ u0 ut dp ，用百分数表示为% (100 P0 )+ 100/ u0 ut dp ，与前者分析推导结果相同，说明理论上是可行的。,将实际数据 Q、L、B、H带入，则颗粒在池内最长沉淀时间为：tL/v=H/ u0。沉淀池容积VQtHLB，因QHBL/tHA/t=A u0 。 故Q/A= u0 q。 Q/A的物理意义：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，即表面负荷率或溢流率，用q表示( m3/m2s 或m3/m2h)。表面负荷的数值等于颗粒沉速u0 。 由L/v=h/ ut，h utL/v,则沉速ut为的颗粒去除率为： h/H= utL/vH= ut/vH/L= ut/vHB/LB= ut/Q/A= ut/q= ut/ u0 。 所以，平流式理想沉淀池的去除率取决于表面负荷及颗粒沉速ut ，而与t无关。,竖流式理想沉淀池（自学。分析方法同前，但结果有差距，p100p0 ）。 实际沉淀池与理想沉淀池之间的差距（自学） a.深度方向水流速度分布不均匀对去除率没有影响。 b.宽度方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主要原因。 c.紊流对去除率的影响：减慢沉速，降低去除率；扰动底部沉淀物，降低去除率。,三、沉砂池,功能和任务：去除比重比较大的无机颗粒（2.65，d 0.21mm，或65目的砂），以减轻对设备的磨损，降低或减轻构筑物（沉淀池）的负荷。 设置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。 常见类型：平流式沉砂池、曝气沉砂池和多尔沉砂池等。 设计规范要求：组数不少于2组，一备一用；设计流量：自流按最大设计流量设计，提升泵站按工作水泵最大组合流量设计，合流制系统按降雨时的设计流量设计；沉砂量1530 m3/106m3污水 ，含水率60；砂斗容积2日沉砂量，斗壁与水平面倾角55。,1.平流式沉砂池。 构造：由入流渠、出流渠、闸板、砂斗组成。 设计参数： A.Vmax 0.3ms，Vmin 0.15ms。（为什么？） B.水力停留时间：Qmax不少于30s，一般3060s。 C.有效水深h 1.2m，一般采用0.251.0m；池宽0.6m。 D.进水头部应采取消能和整流措施。 E.池底底坡一般为0.010.02。 F.沉砂池超高不宜小于0.3m。 排砂方式：重力排砂，排砂管d 200mm。对大中型污水处理厂，一般采用机械排砂。 优缺点：构造简单、处理效果好，但重力排砂时构筑物需高架。,计算公式：见p73 池长：Lvt， V为最大设计流量时的停留时间； 水流断面面积：AQmax/v； 池总宽：BA/h2； h2为设计有效水深； 沉砂斗容积：V86400 Qmaxtx1/105K总，x1为城市污水沉砂量，取3 m3/105m3污水 ； 沉砂池总高度：Hh1h2 h3 ；h1为超高，取0.3m。 h3为砂斗高度； 检验：按最小流速0.15m/s进行验算，保证沉掉0.21mm的砂，而不去除有机物。VminQmin/n。 为单池过水断面面积。,2.曝气沉砂池（可去除11的有机物） 构造：横断面呈矩形，底坡i0.10.5， 坡向砂槽；砂槽上方设曝气器，器安装 高度距池底0.60.9m。 目的：a.使粘在砂粒上的污泥及有机物 更好分离（通过摩擦作用实现），避免 泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。 b.送入空气，使无机颗粒甩向外侧而沉淀。 c.预曝气，改善污水水质，减轻散发气味。 设计参数： a.旋流速度：0.250.3m/s； b.水平流速：0.060.12 3m/s； c.水力停留时间：13min； d.池深：23m；宽深比11.5；长宽比5；池长1420m。 e.曝气量：0.10.2 m3 空气/m3污水或35 m3 空气/m2 h 。,计算 a.池总有效容积：v60 Qmaxt，t为最大设计流量时的水力停留时间。 b.水平断面面积 A Qmax/v，v为最大设计流量时的水平流速. c.池总宽：BA/H，H为有效水深。 d.池长LV/A。 e.曝气量：q=3600DQmax，q为每小时的曝气量，D为单位污水量所需气量。 检验 水的流态：旋流。其旋流速度V（V12V22）1/2 。 污水每旋转一周推进的距离：Lr2rtg，式中r0.5倍池宽， 即旋流半径； 为旋转角，tgV1/V2。 根据试验必须旋转3周（V 0.35m/s时），能取得较好的效果。故要求V1 tL 3Lr。 3.多尔沉砂池 自学。 4.钟式沉砂池 自学。,四、沉淀池,1.概述 分类： 按工艺布置分：初沉池和二沉池。 初沉池是一级污水处理的主体构筑物，或作为二级处理的预处理，可去除4055的SS、2030的BOD，降低后续构筑物负荷。 二沉池位于生物处理装置后，用于泥水分离，它是生物处理的重要组成部分。经生物处理二沉池沉淀后，一般可去除7090的SS和6595的BOD。 按池内水流流态分：平流式、辐流式和竖流式。 结构：各种沉淀池均含有五个区：进水、沉淀、缓冲、污泥与出水区。,优缺点和适用条件 平流式：沉淀效果好，耐冲击负荷与温度变化，施工简单，造价较低。但配水不易均匀，采用多个泥斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管，操作量大；采用链式刮泥设备，因长期浸泡水中而生锈。适用条件：大中型污水处理厂和地下水位高、地质条件差的地区。 竖流式：排泥方便，管理简单，占地面积少。但池深大，施工困难，对冲击负荷与温度变化适应能力差，造价高，池径不宜过大，否则布水不均。适于小型污水处理厂 辐流式：机械排泥，运行效果较好，管理较方便，排泥设备已定型。但排泥设备复杂，对施工质量要求高。适于地下水位较高地区和大中型污水处理厂。 一般规定： a.沉淀池数目不应少于2座，宜按并联运行设计。 b.沉淀池的超高h 0.3m，其缓冲层高度一般采用0.30.5m。c.初沉池应设撇渣设施。,d.有效水深H、沉淀时间t与表面负荷率的关系如下： 表面负荷率q 沉淀时间t（h） （ m3 /m2 h ） H2.m 2.5m 3.0m 3.5m 4.0m 3.0 1.0 1.17 1.33 2.5 1.0 1.20 1.40 1.60 2.0 1.0 1.25 1.50 1.75 2.0 1.5 1.33 1.67 2.00 2.33 2.67 1.0 2.0 2.5 3.0 3.50 4.0 e. 污泥区容积按 2d污泥量计算。采用机械排泥时，可按4h泥量计算；人工排泥应按每天排泥量计算。 初沉池排泥静水头1.5m；二沉 池排泥静水头为：活性污泥法 0.9m，膜法0.9m。,f.污泥斗斜壁与水平面倾角：方斗60，圆斗55 。 g.排泥管d 200mm，采用多泥斗时应设单独闸阀和排泥管。h.沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口设调节闸门，以调节流量；出口堰也如此。 i.重力排泥时，污泥斗的排泥管一般采用铸铁管，其下端伸入斗内，顶端敞口，伸出水面，以便与大气连通；在水下0.91.5m处接水平排泥管，污泥借静水压力排出。,2.平流式沉淀池 构造:由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。 流入有侧向配水槽、挡流板组成，起均匀布水的作用。挡板入水深度0.25m，高处水面0.150.2m，距流入槽0.51.0m。 流出由出水槽和挡板组成。流出槽为自由溢流堰，其要求水平，以保证出流均匀，控制沉淀池水位。堰口采用锯齿形，最大负荷2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。为改善出水水质，可设多出水槽，以降低出水负荷。,缓冲层：避免已沉淀污泥被水流搅起。污泥区： 贮存、浓缩和排泥作用。 排泥装置与方法：利用进水压力。底坡I0.010.02；机械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮体含水率为99，密度接近1，不宜挂起，而只能采用泵抽吸（p80图330），目前少用。 设计参数 a.长宽比以35为宜，对大型沉淀池宜设导流墙；L/H=812，L一般3050m。 b.采用机械排泥时，池宽应根据排泥设备确定，此时底坡一般0.010.02；刮泥机行进速度1.2m/min，一般0.60.9 m/min. c.表面负荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。,计算 当无沉淀试验资料时，按沉淀时间与表面负荷计算。 a.池子总面积： A3600.Qmax/q。 b.有效水深：h2qt。（初沉池t12h，二沉池1.52.5h）c.沉淀区有效容积：V1A h2或Qmax t。 d.沉淀区长度：L3.6vt，v为最大设计流量时的水平流速， 一般小于5mm/s。 e.沉淀区总宽度：BA/L。 f.沉淀池座数 ： nB/b，b为每座宽度，一般510m。 g.污泥区容积：按人算，WSNt/1000。S为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算，W Qmax.24(C0C1).100t/r(100p) Qmax. (C0C1).86400.100t/Kzr(100p)。 h.池子总高度：H h1h2 h3h4 ， h1为超高，取0.3m； h3为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。 h4泥斗区高度。 i.泥斗容积：V2h4 (f1+f2+f10.5f20.5)/3。 f1为斗上口面积， f2为斗下口面积。,而对有沉淀试验数据时 因u0q，A Qmax /q= Qmax / u0 h2qt= u0 t 其它计算同前。 例题：p82例34,3.辐流式沉淀池 构造：一般为圆形，可分为中心进水周边出水、周边进水周边出水二种。均由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。流入区设穿孔整流板，穿孔率为1020。流出区设出水堰，堰前设挡板，拦截浮渣。 设计参数 a.D/H一般取612，D 16m。 b.池底底坡0.050.1。采用机械刮泥时，若D 20m，一般采用单臂中心传动刮泥机；反之采用周边传动刮泥机。刮泥机转速13周/h，或外周线速度3.0m/min，一般1.5m/min 。 c.周边进水的沉淀效率高，起设计表面负荷可提高1倍左右，即34 m3 /m2 h 。 d.若为静水压力排泥，其设计参见p84图334，要求排泥槽泥面低于沉淀池水面0.3m。,计算 a.沉淀池表面积、座数及单池直径：A1 Qmax /n.q ， D(4 A1 /) 0.5 。 b.沉淀池有效水深： h2qt。 c.池子总高度：H h1h2 h3h4 h5 ， h1为超高，取0.3m； h3为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。 44为底坡落差，h5为泥斗高度。 d.污泥区容积：按人算，WSNt/1000n。S为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算，W Qmax.24(C0C1).100t/r(100p) Qmax. (C0C1).86400.100t/Kzr(100p)n。 e.泥斗容积： V1 h5 /3.(r1 2 +r1 r2+r2 2 ) , r1 、r2为泥斗上下半径。泥斗以上锥体部分容积：V2 h4/3.(R2+r1R+r1 2 )。 具体计算见p85例35和图335。,对周边进水（周边出和中间出）沉淀池，其效率提高。 原因：中间进水的进水筒流速V 100mm/s。流速大，污泥难絮凝，且易冲击或扰动池底。 构造：周边进水，中间出水。出水位置：R处（即周边）、1/2R处、1/3R、1/4R处。其中以周边最好。其在流入槽底均匀开设布水孔；导流絮凝区设挡流板，使布水均匀，污泥絮凝沉淀区流速小而改善沉淀效果。,设计计算 布水孔孔径50100mm，孔内流速0.30.8m/s（ Vn ）， 即Vn（2t) 0.5 Gm。式中Gm2(V12 V22 / 2t) 2 式中t为导流絮凝区平均停留时间，取360720s； 为运动粘滞系数； Gm为导流絮凝区平均速度梯度，取1030s1；V1为配水孔水流收缩断面流速，V1 Vn /= Vn ；V2为导流絮凝区平均下向流速， V2 Q1/f， Q1为单池最大设计流量。 为便于施工和安装，当导流絮凝区槽宽B 0.4m时，与配水槽等宽，此时要检验Gm，若Gm10 30s1 时满足，否则调整B。同时还要对堰口负荷机械校核，q1 Q1 /（23.6 D），要求q1 4.34L/s.m。,4.竖