第二章_物理化学处理(1)格栅 沉淀.pdf

第二章第二章第二章第二章 物理化学处理物理化学处理物理化学处理物理化学处理 方法方法方法方法 第一节第一节 粗大颗粒物质的去除粗大颗粒物质的去除 1 1 格栅格栅 格栅及其功能格栅及其功能 1 格栅 格栅 放置在水处理流程的渠道 或泵站集水池进口处 这样 的一组平行金属栅条或筛网 2 功能 截留较大的悬浮物或漂浮物 减轻后续处理构筑物的负荷 保护后续处理构筑物或水泵机组 作用 用于废水处理或 短小纤维的回收 筛网 沉砂池沉砂池 3 4 沉砂池 3 4 1 沉砂池作用作用 1 去除污水中比重较大的无机物颗粒物 2 减轻机械 管道的磨损 设于初沉池前 减轻沉淀池负荷 以及改善污泥 处理构筑物的处理条件 沉砂池基础知识 p69 平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池 它构造 简单 工作稳定 平流式沉砂池 结构特点 结构特点 平流式沉砂池的水流部分 实际上是一个平流式沉砂池的水流部分 实际上是一个加加 深加宽的明渠深加宽的明渠 两端设有闸板 以控制水流 两端设有闸板 以控制水流 在池底部设在池底部设1 2个贮砂斗 下设排砂管 开启个贮砂斗 下设排砂管 开启 贮砂斗的闸阀 即能将沉砂排出 还可利用射流贮砂斗的闸阀 即能将沉砂排出 还可利用射流 泵和螺旋泵排除泥砂 或利用高地或将沉砂池筑泵和螺旋泵排除泥砂 或利用高地或将沉砂池筑 于高地 也利于排砂 于高地 也利于排砂 污水在池内的最大流速为0 3m s 最小流速为 0 15m s 最大流量时 污水在池内的停留时间不少于30s 一般为30 60s 有效水深应不大于1 2m 一般采用0 25 1 0m 池宽不小于0 6m 池底坡度一般为0 01 0 02 当设置除砂设备时 可根据除砂设备的要求 考虑池底形状 平流式沉砂池的系统参数 平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式 2 曝气沉砂池 曝气沉砂池 一 工作特点一 工作特点 普通沉砂池的一大普通沉砂池的一大缺点缺点是其是其截流的沉砂中夹截流的沉砂中夹 杂一些有机物杂一些有机物 对被有机物包覆的砂砾的截流效 对被有机物包覆的砂砾的截流效 果不高 而果不高 而且且沉沉渣容易腐败发臭渣容易腐败发臭 难难以以处置处置 曝气沉砂池能曝气沉砂池能够克服够克服上上述述缺点 沉砂中有机缺点 沉砂中有机 物的物的含量低含量低于于5 一 一般长期存放般长期存放不不腐败腐败 曝气沉砂池的工作原理 污水在池中存在着两种运动形 式 其一为水平流动 一般流速 0 1m s 同时在池的横断面上产生 旋转流动 旋转流速0 3m s 整个 池内水流产生螺旋状前进的流动形 式 由于曝气以及水流的螺旋旋转作 用 污水中悬浮颗粒相互碰撞 摩 擦 并受到气泡上升时的冲刷作用 使粘附在砂粒上的有机污染物得以去 除 沉于池底的砂粒较为纯净 有机 物含量只有5 左右 长期搁置也不 至于腐化 沉砂中含有机物的量低于5 由于池中设有曝气设备 它还具有预曝气 脱 臭 防止污水厌氧分解 除泡以及加速污水中油 类的分离等作用 曝气沉砂池的特点 曝气沉砂池是一个长形渠道 沿渠道壁一侧的 整个长度上 距池底约60 90cm处设置曝气装 置 在池底设置沉砂斗 池底有i 0 1 0 5的 坡 度 以保证砂粒滑入砂槽 为了使曝气能起到池内回流作用 在必要时可 在设置曝气装置的一侧装设挡板 曝气沉砂池的构造 2 构造图 3 设计参数 停留时间 1 3min 有效水深2 3m 宽深比1 1 5 长宽比约为5 smv smv 12 008 0 30 025 0 max 水平 旋转 曝气沉砂池实景 曝气沉砂池 设计例题 P73 第二节第二节 水中悬浮物质和胶体物质水中悬浮物质和胶体物质 的去除的去除 沉淀理论沉淀理论 沉淀法的处理对象 悬浮物质 根据悬浮 物质的性质 浓度和絮凝性能 沉淀可 以分为四类 自由沉淀 絮凝沉淀 成层沉淀 压 缩沉淀 1 自由沉淀自由沉淀 水中悬浮物颗粒水中悬浮物颗粒浓浓 度度低 呈低 呈离散离散状态 状态 互互 不干扰不干扰 各自完成沉淀 各自完成沉淀 过程 颗粒在下沉过程过程 颗粒在下沉过程 中 的中 的 形 状 尺寸 密形 状 尺寸 密 度 不发生变化 度 不发生变化 例如例如 沉砂池沉砂池 2 絮凝沉淀絮凝沉淀 水中悬浮物浓度不高 水中悬浮物浓度不高 但有但有絮凝絮凝性能 在沉淀过程性能 在沉淀过程 中互相碰撞发生中互相碰撞发生凝聚凝聚 其其粒粒 径和质量径和质量均随沉淀距离增加均随沉淀距离增加 而增大 沉淀速度加快而增大 沉淀速度加快 例如 例如 二沉池 二沉池 混凝沉淀 混凝沉淀 3 拥挤沉淀拥挤沉淀 分层沉淀分层沉淀 水中水中悬浮物浓度较高悬浮物浓度较高 颗 颗 粒下沉受到周围其它颗粒的粒下沉受到周围其它颗粒的干干 扰扰 沉速降低 颗粒碰撞互相 沉速降低 颗粒碰撞互相 凝聚凝聚 而共同下沉 形成一而共同下沉 形成一明明 显的泥 水界面 显的泥 水界面 沉淀过程实沉淀过程实 质是质是泥 水界面泥 水界面下降的下降的过程 过程 沉淀速度沉淀速度为为界面下降速度界面下降速度 如 如 二沉池的二沉池的上部上部 污污泥浓泥浓缩缩池池上部上部 4 压缩压缩沉淀沉淀 当当悬浮物浓度悬浮物浓度很很高 颗高 颗 粒互相粒互相接触接触 互相 互相支承支承 在 在 上上层颗粒的层颗粒的重力作用重力作用下下将将下下 层颗粒层颗粒间间的水挤的水挤出出 使使颗粒颗粒 群群浓浓缩缩 例如 例如 二沉池二沉池污污泥泥斗斗 浓浓缩缩池池底部底部 种类 悬浮物浓 度 固体颗粒沉淀过程特征应用 自由沉 淀 低 不碰撞 不具有絮 凝特征 不改变尺寸 形状 不互相粘合 沉砂池 初沉池前期 絮凝沉 淀 不高 50 500mg L 碰撞 有 凝聚特性 改变尺寸形状 互 相 互相干扰 沉速下降 颗粒分 层 二沉池后期 压缩沉 淀 很高 互相接 触 支撑 上压 下承 二沉池池 底 污泥浓 缩池 初沉池中后 期 成层沉 淀 高 500mg L 自由沉降自由沉降 P77 沉降试验沉降试验 1 实验目的实验目的 实际废水中悬浮物实际废水中悬浮物颗粒粒径不均颗粒粒径不均匀匀 形 形 状各状各异异 密度 密度也也有有差异差异 通过沉淀试验 通过沉淀试验 了解废水中悬浮物的沉淀特点 了解废水中悬浮物的沉淀特点 为工程设计提供参数 为工程设计提供参数 H 取样口 沉沉降柱降柱 2 实验方法实验方法 实实验编号验编号 1 2 3 n 原原水水浓度浓度 C0 C0 C0 C0 有效水深 有效水深 H H H H 取样时间取样时间 t1t2t3 tn 取样浓度取样浓度 C1C2C3 Cn Ci C0 Xi X1 X2 X3 Xn H ti uiu1 u2 u3 un 颗粒颗粒沉沉降到取样口降到取样口 被被认为去认为去除除 沉沉降速度降速度u 在在指定时间指定时间t 内内 能 能从液面恰好从液面恰好沉沉到到水深水深H处处 最小颗粒最小颗粒的沉的沉速速 u H t Xi表示表示沉沉速速u ui的的颗颗 粒浓度与原始浓度粒浓度与原始浓度的的比值比值 沉速u uu x dx x x x dx x 1 x 的颗 粒与全部颗粒 X 悬浮污沉淀累积 分布曲线 3 沉淀效率计算沉淀效率计算 u u0颗粒颗粒去除率去除率 t0时间内 沉淀时间内 沉淀 距离距离H 全部去除 全部去除 沉速uuu x dx x x x dx x 1 x 的颗 粒与全部颗粒 u u0颗粒颗粒去除去除 在在t0时间内时间内其沉淀距离其沉淀距离为为h H 有有 部部分颗粒分颗粒通通过过取样取样面面被去除被去除 去除比去除比例例为为h H 即即 X 去除率为去除率为 1 X0 X0表示表示沉速沉速u u0的颗的颗 粒粒与全部与全部颗粒的颗粒的比比 u u0所所有颗粒的有颗粒的去除率去除率 某某一颗粒一颗粒与与 颗粒颗粒总总量的量的比比例例为为dx 被去除被去除的颗粒的颗粒为为 沉速沉速u u0所所有颗粒的有颗粒的去除率应为去除率应为 000 0 u u tu ut H h dx u u 0 0 0 0 x dx u u 在在t0时间内 各种颗粒沉淀的时间内 各种颗粒沉淀的总去除率总去除率为 为 dx u u xE x 0 0 0 0 1 沉 速 u uu x dx x x x dx x 1 x 的 颗 粒 与 全 部 颗 粒 X 沉降沉降曲线与曲线与沉淀实沉淀实验验的水的水深深有有无关无关 0 20 40 60 80 100 306090120 150 E t min 0 20 0 05 60 40 80 E 100 0 10 20 15 图 自由沉淀型沉降曲线 u0 mm s 根据计算结果根据计算结果 可绘制可绘制E t和和E u0关系曲关系曲 线线 称为称为 沉降沉降特特性性曲线曲线 例题 P80 u 如如何理解何理解沉速沉速u u0的颗粒的颗粒部部分分被去被去 除除 去除比去除比例例为为u u0 H 取样口 沉沉降柱降柱 Xi表示表示沉沉速速u ui的的颗粒颗粒 浓度与原始浓度浓度与原始浓度的的比值比值 在在t0时间内 各种颗粒沉淀的时间内 各种颗粒沉淀的总去除率总去除率为 为 dx u u xE x 0 0 0 0 1 沉 速 u uu x dx x x x dx x 1 x 的 颗 粒 与 全 部 颗 粒 X 絮凝沉降絮凝沉降 絮凝沉淀絮凝沉淀 p82 由由于原于原水中水中含含絮凝性悬浮物絮凝性悬浮物 如如投投加混凝加混凝剂后剂后 形成的形成的矾花矾花 生 生活污活污水中的有水中的有机机悬浮物 悬浮物 活活性性污污泥泥 等等 在沉淀过程中大颗粒在沉淀过程中大颗粒将将会赶会赶上上小小颗粒 互颗粒 互 相碰撞凝聚 形成相碰撞凝聚 形成更更大的絮凝大的絮凝体体 因此因此沉速沉速将将随随 深深度而增加 度而增加 悬浮物浓度悬浮物浓度越越高 碰撞高 碰撞机率机率越越大 絮凝的大 絮凝的可可 能性能性就越就越大 大 可可见见 悬浮物的 悬浮物的去除率去除率不不仅仅取取决决于于沉淀速沉淀速 度度 而 而且且与深与深度有度有关关 絮凝沉淀的絮凝沉淀的效效率通率通常常由由试验试验确定确定 鉴鉴于于以以上上 原原因因 试验用试验用的的沉淀沉淀柱柱的高度的高度应当与应当与拟采拟采用用的实的实 际际沉淀池的沉淀池的深深度相同 度相同 而而且要尽且要尽量量避免避免矾花矾花因剧因剧 烈搅动造烈搅动造成成破碎破碎 影响影响沉淀沉淀效效果果 絮凝沉淀絮凝沉淀试验原理试验原理 采采用用多多点取样点取样法法 在 在直直径径约约0 1 0 2m 高 高约约1 5 2 0m 且沿且沿高度高度方向方向设设有有约约5个个取样取样口口的沉淀的沉淀筒筒中中倒入倒入浓度浓度 均均匀匀的的原原水水静置静置沉淀沉淀 尽尽量量避免避免絮凝絮凝体因剧烈搅拌体因剧烈搅拌而而破破 碎碎 影响影响沉淀沉淀效效果 果 每隔每隔一一定定时间时间 分 分别从别从各各个个取样取样口口 采采样样 测定测定水水样样的悬浮物浓度 的悬浮物浓度 计算计算表表观观去除率去除率 以以取样取样 口口高度高度h为为纵坐标纵坐标 沉淀 沉淀时间时间t为为横坐标横坐标 将将各各深深度度处处的颗的颗 粒粒去除去除百百分分数数的的数据点绘制数据点绘制在在坐标纸坐标纸上上 如 如图图示示 把把去除去除百百分分数数p相同的各相同的各点点连连成成光滑光滑曲线曲线 称称 为为等效等效率去除曲线率去除曲线 如下如下图图示示 拥挤沉淀和压缩沉淀拥挤沉淀和压缩沉淀 P84 4 理想沉淀池的沉淀原理理想沉淀池的沉淀原理 1 定义 为分析易浮颗粒在沉淀池运动的规律及其效果而 提出的一种概念 2 假设条件 污水在池内没水平方向作等速流动水平流速为v 从入口 到出口的流边时间标 在流入区 颗粒沿截面AB均匀分布 并处于自由沉淀状 态 颗粒的水平分速度等于水平流速 颗粒沉到池底即认为被去除 在沉淀区的每个颗粒一面下沉 一面随水流水平运在沉淀区的每个颗粒一面下沉 一面随水流水平运 动 其轨迹是向下倾斜的直线 动 其轨迹是向下倾斜的直线 沉速大于沉速大于u0的颗粒可全部除去 沉速的颗粒可全部除去 沉速 u0的颗粒因处的颗粒因处 于水面以下 也可以除去一部分 于水面以下 也可以除去一部分 例如 例如 沉速为沉速为u的颗粒的颗粒 被除去率为被除去率为h H或或u u0 理理想平流式想平流式沉淀池沉淀池式意图式意图宽度宽度 B 高H 长度 L 设 处理设 处理水水量量Q m3 s 水平流水平流速度速度v m s 沉淀池沉淀池高高度度H m 水水面面积面面积A m2 沉沉淀淀池池容积容积V m3 V AH 故 颗粒在沉淀池内的故 颗粒在沉淀池内的沉沉淀时间淀时间t为 为 t L v H u0 V Qt AL Q V t AH t Au0 有 有 u0 Q A q0 u0 Q A q0 Q A的物的物理意义理意义是 在单位时间内通过沉淀池是 在单位时间内通过沉淀池 单位面积的流量 称为单位面积的流量 称为表面负荷表面负荷或或溢溢流流率率 用用q0 表示 表面负荷的量纲表示 表面负荷的量纲m3 m2 s 或或m3 m2 h 表 表 面负荷面负荷q0的数值等于颗粒沉速的数值等于颗粒沉速u0 m s 沉淀池沉淀池 沉淀池 按使用功能分 生物处理法中的预处 理 去除约30 的 BOD5 55 的悬浮物 生物处理构筑物后 是生物处理工艺的 组成部分 初次沉淀池二次沉淀池 沉淀池 按水流方向分 平流式辐流式竖流式 池型 长方形 一端进水 另一 端出水 贮泥斗在池进口 池内水流由下向上池内水流向四周辐流 池型 多为圆形 有方形或多角形 池中央进水 池四周出水 贮泥斗在池中央 沉淀池三种流态沉淀池三种流态 平流式平流式 竖流式竖流式 辐流式辐流式 沉淀池沉淀池 分类 1 平流式沉淀池 2 辐流式沉淀池 3 竖流式沉淀池 一一 平流式沉平流式沉淀淀池池 平流式沉淀池是废水从池的一端进入 从另一平流式沉淀池是废水从池的一端进入 从另一 端流处 水流在池内作水平运动 池平面形状呈长端流处 水流在池内作水平运动 池平面形状呈长 方形 可以是单个或多个串联 方形 可以是单个或多个串联 平流式沉淀池有平流式沉淀池有进进水水区区 沉沉淀淀区区 出水出水 区区和和污污泥泥区四区四部分部分组成组成 进进水水区区 进进水水区区的作用的作用是使水流均匀分布在整是使水流均匀分布在整 个断面上 尽可能减少扰动 个断面上 尽可能减少扰动 为了保证不冲刷已有的底部沉积物 为了保证不冲刷已有的底部沉积物 水的流入点应高出污泥层面水的流入点应高出污泥层面0 5m以上 以上 水流入沉淀池后应尽快消能 防止在水流入沉淀池后应尽快消能 防止在 池内形成短流或股流 池内形成短流或股流 设设置置整整流流装装置置 沉沉淀淀池池进口进口整整流流多采用穿孔槽外加挡板 或穿多采用穿孔槽外加挡板 或穿 孔墙 的方法 沉淀池进水口布置形式如图示 孔墙 的方法 沉淀池进水口布置形式如图示 出水出水区区 沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出 沉淀沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出 沉淀 池常见出水口布置形式 池常见出水口布置形式 出流出流堰堰是沉是沉淀淀效果效果好好坏坏的的重要条件重要条件 它它不不仅仅 控制池控制池内内水水面面的高的高程程 而 而且且对池对池内内水流的水流的均匀均匀分分 布影响极布影响极大 大 应防止池内水流产生应防止池内水流产生偏偏流流现象现象 尽可能减 尽可能减 少单位堰长的过流量 因此堰的施工必须精少单位堰长的过流量 因此堰的施工必须精 心 尽量做的水平 心 尽量做的水平 污污泥泥区区 积积泥泥区区和排泥和排泥区区 及及时时排出沉于池底的排出沉于池底的污污泥是泥是使使沉沉淀淀池工作池工作 正常正常 保证保证出水水出水水质质的一的一项重要措施项重要措施 沉淀池排泥方式有斗形底排泥 穿孔管排沉淀池排泥方式有斗形底排泥 穿孔管排 泥及机械排泥 目前基本都采用机械排泥 不泥及机械排泥 目前基本都采用机械排泥 不 需留存泥区 池底水平 略带坡度以便放空 需留存泥区 池底水平 略带坡度以便放空 排泥排泥方方式 式 1 刮泥 设置刮泥机 车 池底设计 刮泥 设置刮泥机 车 池底设计 坡度坡度0 01 0 02 2 污污泥泵泥泵排泥 排泥 3 静水压力排泥 静水压力 静水压力排泥 静水压力1 5 2 0m水水 头 排泥管径不小于头 排泥管径不小于200mm 4 如设有多个泥斗时 则无需刮泥装 如设有多个泥斗时 则无需刮泥装 置 每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀 置 每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀 缓缓冲区冲区 污泥区和清水区之间应有一个缓冲区 污泥区和清水区之间应有一个缓冲区 其深度可取其深度可取0 3 0 5m 以减轻水流对存泥的 以减轻水流对存泥的 搅动 也为存泥留有余地 搅动 也为存泥留有余地 平流式沉淀池的设计 P 88 竖流竖流沉淀池沉淀池 竖流竖流沉淀池水沉淀池水流方向流方向与与颗粒沉淀颗粒沉淀方向方向 相相反反 其 其截流截流速度速度与与水水流流上上升升速度相速度相等等 竖流竖流沉淀池沉淀池特点特点 竖流竖流沉淀池水沉淀池水流方向流方向与与颗粒沉淀颗粒沉淀方向方向相相反反 其 其截流截流速度速度 与与水水流流上上升升速度相速度相等等 1 当当颗粒发生自由沉淀颗粒发生自由沉淀时时 其沉淀 其沉淀效效果比果比平流式平流式沉淀沉淀 池中低池中低得多得多 2 当当颗粒颗粒具具有絮凝性有絮凝性时时 则则上上升升的的小小颗粒和下沉的大颗粒和下沉的大 颗粒颗粒之之间间相互相互接触接触 碰撞而絮凝 碰撞而絮凝 使使粒径增大 沉速加快 粒径增大 沉速加快 沉速沉速等等于于水水流流上上升升速度的颗粒速度的颗粒将将在池中形成一在池中形成一悬浮层悬浮层 对对上上升升的的小小颗粒颗粒起拦截起拦截和过和过滤滤作用作用 因因而而沉降沉降效效率比率比平流平流沉沉 淀池高 淀池高 结结构构 竖流式竖流式沉淀池沉淀池多多为为圆圆 形 形 直直径径介介于于4 7m之之间间 沉 沉 淀池的淀池的上部为上部为圆筒圆筒形的沉淀形的沉淀 区区 下 下部为部为截截头头圆圆锥锥状的状的污污 泥泥区区 中 中间为间为缓冲缓冲层 层 3 辐 辐流式流式沉淀池沉淀池 辐流式沉淀池是直径较大 辐流式沉淀池是直径较大 20 30m 的圆 的圆 池 最大直径可达池 最大直径可达100m 中心深度为 中心深度为2 5 5 0m 周边深度为 周边深度为1 5 3 0m 辐辐流式流式沉淀池沉淀池结结构构 中心进水 周边进水 进进水水方方式式 排排泥泥方式方式 辐流式沉淀池大