第三章-污水的物理处理PPT课件.ppt

1 水污染控制工程 第三章污水的物理处理 2 第三章污水的物理处理 第一节格栅及筛网第二节沉淀的基本理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节隔油和破乳第六节浮上法 3 第一节格栅和筛网 一 格栅的定义 作用格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成 安装在污水渠道 泵房 集水井的进口处或污水处理厂的前端 用以截留较大的悬浮物或漂浮物 如 纤维 碎皮 毛发 木屑 果皮 蔬菜 塑料制品等 以便减少后续处理构筑物的处理负荷 并使之正常运行 4 二 格栅分类 按形状 平面 曲面格栅按栅条间隙 粗 50 100mm 中 10 40mm 细 3 10mm 格栅 按清渣方式 人工清渣 机械清渣 用链条 钢丝绳等带动齿耙清渣 如果格栅放在泵房的前面 栅条的间距选取可根据不同型号的污水泵要求来选取 5 三 格栅的设计计算 格栅的设计内容包括尺寸计算 水力计算 栅渣量计算以及清渣机械的选用 6 1 格栅设计计算例题 例1 1已知某城市污水处理厂最大设计污水量qvmax 0 2m3 s KZ 1 5 计算格栅各部尺寸 解 设栅前水深h 0 4m 过栅流速v 0 9m s 取用中格栅 栅条间隙d 20mm 格栅安装倾角 60 1 栅条的间隙数n 2 格栅的建筑宽度b 栅条宽度s 10mm 7 3 进水渠渐宽部分长度L1若进水去渠宽b1 0 65m 进水渠内流速0 77m s 渐宽部分展开角 1 20 4 栅槽与出水渠道连接处渐宽部分长度L2 5 过栅水头损失h2 8 6 栅后槽总高度h总取栅前水深h 0 4m 栅前渠道超高h1 0 3m 7 栅槽总长度L 8 每日栅渣量WW1取0 07m 103m3采用机械清渣 9 2 格栅设计参数 过栅流速v 0 6 1 0m s格栅安装倾角 45 75 栅前水深 栅前渠道超高进水渠道水流速度 0 4 0 9m s栅渣量W1取0 07m 103m3污水 10 四 筛网 水处理中当污水量非常小或根据截流的悬浮物的形状有时选择筛网做为筛滤装置 常用的筛网有水力筛网和旋转筛网 水力筛网一般栅距较细0 25 5mm 常用回收或去除细小纤维和固体颗粒 11 第二节沉淀的基础理论 一 概述沉淀是利用水中悬浮颗粒的可沉降性 在重力的作用下产生下沉 以达到固液分离的一种过程 在各种类型的污水理系统中 沉淀几乎是不可缺少的环节 而且在同一处理系统中可能多次采用 如城市污水处理中的沉砂池 初沉池 二沉池 12 二 沉淀类型 根据污水中可沉物质的性质 凝聚性能及其浓度的高低 沉淀分为四种类型 每一种沉淀类型有其特定的颗粒沉降速度公式 13 1 自由沉淀 污水中的悬浮固体浓度不高 而且不具有凝聚的性能 在沉淀过程中 固体颗粒不改变形状 尺寸 也不互相粘合 各自独立的完成沉淀过程 典型例子如砂粒在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程和二沉池的顶部 自由沉降颗粒沉降速度公式 斯托克斯 14 2 絮凝沉降 污水中的悬浮固体浓度不高 但具有凝聚的性能 在沉淀的过程中 互相粘合 结为较大的絮凝体 活性污泥二沉池的上部就属于此类型 由于絮凝沉淀过程中 颗粒不断增大 因此 相应的沉速在不断的增大 目前尚无描述絮凝颗粒沉淀的关系表达式 在解决实际问题时 通常将絮凝沉淀池分割为若干层 在每一层中认为颗粒的沉降可应用自由沉降速度公式 显而易见 采用自由沉降颗粒近似絮凝颗粒时 分层越多 则误差越小 15 3 区域沉淀 干扰 成层 拥挤 污水中悬浮固体的浓度增到一定的数值后 由于颗粒之间的相互干扰和影响 所有颗粒 不论粒径大小 以团状整体沉淀 泥水之间形成清晰可见的泥水界面 此时 所有颗粒的沉速相同 且以同一速度沉淀 活性污泥二沉池的下部属于此类型 区域沉淀的界面沉降公式 沉泥浓度 与污泥性质有关的系数u0 最大沉降 临界沉降速度 16 4 压缩沉淀 发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中 由于悬浮颗粒浓度很高 颗粒相互之间已挤集成团块结构 互相支撑 下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出 使污泥得到浓缩 二沉池污泥斗中的浓缩过程以及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀 有关压缩沉淀的颗粒沉速与相应沉淀参数之间的关系报道很少 一般用区沉降速度公式 但 需修正 17 四种沉淀类型在二沉池中的应用 图2 1活性污泥在二沉池中的沉淀过程 18 三 自由沉淀及其理论基础 图2 2自由沉淀颗粒受力情况式中 As 运动方向的面积Cd 牛顿无因次阻力系数 Cd f Re s 颗粒沉降速度 当受力平衡时 沉速变为 s 最终沉降速度 19 对于球形颗粒 层流区 stokes区 紊流区 牛顿区 过渡流区 艾伦区 20 分析自由颗粒在静水中运动公式得 颗粒沉速us的决定因素是 s L 当 s L时 颗粒下沉 反之则上浮 颗粒沉速us与d2成正比 所以增大d 大大提高沉降 上浮 效果 us与 成反比 决定于水质 水温 在水质相同时 T us 由于污水中颗粒非球形 故stokes定律不能直接用于工艺计算 需对非球形颗粒修正 21 四 沉淀池的工作原理 1 理想沉淀池Hazen和Camp提出这一概念 其假设条件是 1 污水在池内沿水平方向作等速流动 水平流速v 从入口到出口的流动时间为t 2 在流入区 颗粒沿截面AB均匀分布并处于自由沉淀状态 颗粒的水平分速等于水平流速v 3 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉 下沉速度为u 4 颗粒一经沉到水底再不重新浮起 即认为沉到底部即视为被去除 22 图2 3理想沉淀池示意图 23 理想沉淀池分流入区 沉淀区 流出区 污泥区四个区 从点A进入的颗粒 它们的运动轨迹是水平流速和颗粒沉速的矢量和 这些颗粒中 必存在着某一粒径的颗粒 其沉速为 恰巧能沉至池底D点 故可得关系式 24 从图2 3可得 沉速us u0的颗粒 无论以AB断面任何高度处进入沉淀区 都可以在D点前沉降 如绿线所示 沉速us u0的颗粒 其是否能沉降由其进入沉淀区时在AB断面上的位置所定 例如从靠近水面A进入的us u0的颗粒 则不能沉降随水流进入流出区 如红线1所示 同样的颗粒若处在靠近池底的位置及h高度以下进入 则能被去除 如红线2所示 这说明对于沉速us u0的颗粒 有一部分会沉到池底被去除 设沉速为us的颗粒占全部颗粒的dp 其中的h H dp 的颗粒将会沉淀到池底而去除 25 在同一沉淀时间t 下式成立 h us tH u0 t可见沉速小于u0的颗粒被沉淀去除的重量为理想沉淀池总去除量为用去除率表示 0 沉速小于u0的颗粒在全部颗粒所占的百分数1 0 us u0的颗粒占的百分数 26 根据理想沉淀池的原理 可说明两点 设处理水量为qv m3 s 沉淀池宽度为B 水面面积A B L 故颗粒在池内的沉淀时间为 沉淀池容积 的物理意义是 在单位时间内沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢流率 q 量纲m3 m2 s 而u0的量纲m s 二者的物理意义不同 但对理想沉淀二者相等 可见 只要确定颗粒的最小沉速u0 就可以求得理想沉淀池的表面负荷q 27 2 实际沉淀池 在实际沉淀池 理想沉淀池的假设是不存在的 颗粒的运动是不规则运动 28 第三节沉砂池 一 一般说明1 一般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 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 2 分类 按池内水流方向的不同 可分为平流式 竖流式 离心式 曝气式等 3 由于曝气沉沙池和环流式 离心式 沉砂池对流量变化的适应性较强 除砂效果好且稳定 条件许可时 建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池 29 30 二 设计计算 曝气沉砂池 平流沉砂池为例 例1 曝气沉砂池 1 主要设计参数旋流速度应保持0 25 0 3米 秒 水平流速为0 1米 秒 最大流量时的水力停留时间为1 3分钟 有效水深一般为2 3米 宽深比一般1 1 5 长宽比一般应大于5 曝气量一般为0 2m3 m3 废水 池内应考虑消泡与隔油装置 或设备 31 例1 曝气沉砂池 解决沉砂池存在的问题 砂中含有机物 对被有机物包覆的砂粒截留效率不高 曝气的作用是使有机物处于悬浮 砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下 去除其附着的有机污染物 32 例1 曝气沉砂池 工艺尺寸 2 设计内容 1 工艺尺寸 2 结构尺寸 3 进出水区 4 工艺装备 33 例1 曝气沉砂池 工艺尺寸 2 设计内容 1 工艺尺寸主要确定沉砂池的池长 池宽 池深 等 水流断面A 池宽B 池长L 池容V 有效容积 34 例1 曝气沉砂池 工艺尺寸 在设计计算过程中 沉砂池的长 宽 深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比 以保证沉砂池内的流态为推流式 如不满足需重新调整有关尺寸 重新选择设计参数 从新进行设计计算 2 结构尺寸 沉砂池的结构尺寸包括集砂斗 集砂槽 集油区等 35 例1 曝气沉砂池 结构尺寸 集砂斗倾角不小于50 集砂槽设计与明渠设计相同 但设计流速应不小于0 8m s 集油区长度与沉砂区相同 宽度一般为沉砂区宽度的1 2 2 3 底部以60 75 倾角坡向沉沙区 以保证进入集油区的砂滑入沉沙区 3 进出水区 进水区 配水方式 出水区 36 例1 曝气沉砂池 进出水区 进水 沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区 配水 由于曝气沉沙池内水流的旋流特性 一般认为对曝气沉砂池的配水要求不十分严格 通常采用配水渠淹没配水 出水 沉砂池出水一般采用出水堰出水 出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同 依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头 37 例1 曝气沉砂池 工艺装备 4 工艺装备 供气方式 鼓风曝气 曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行 曝气设备 一般采用穿孔管 孔径一般为2 5mm 排砂设备 集油设备 曝气沉砂池的排沙一般采用排沙泵抽吸 浮油的收集通常采用撇油的方式 吸砂泵和撇油设备通常置于行车上 砂水和油水分离设备 从沉沙池排出的砂水和油水混合物含水率仍很高 通常设置砂水分离器和油水分离器对其分别进行处置 38 例2 平流式沉砂池 1 设计参数 流量Q 按Qmax设计 自流时 按最大流量 泵输送时 按泵的最大组合流量 分格数n n 2 水平流速v 0 15 0 3m s 停留时间 t 30 60s 39 例2 平流式沉砂池 2 设计内容 1 工艺尺寸 2 结构尺寸 3 进出水区 4 工艺装备 40 例2 平流式沉砂池 工艺尺寸 长度L m L V t 过水面积F m2 F Q V 池宽B m B F h2单格宽 b B nh2为有效水深校核最小流速Vmin 0 15m s 41 例2 平流式沉砂池 结构尺寸 进 出水区结构及尺寸 贮砂斗所需容积 结构 42 例2 平流式沉砂池 工艺装备 输砂泵 机械排泥 砂水分离器 刮渣设备 行车等 43 沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物 第四节沉淀池 44 45 一 分类 1 按位置分 初沉池 用于生物处理前做一级处理的称为初沉池 二沉池 用于生物处理后沉淀活性污泥或生物膜脱落污泥的称二沉池 二沉池是生物处理不可缺少的一个组沉部分 对于一般城市污水 初沉池可去除约30 的BOD5和55 的悬浮物 46 2 按水流方向分 平流式 竖流式 辐流式平流式沉淀池 池型呈长方形 废水从池一端流入 水平方向流过池子 从另一端流出 在池的进口处底部设贮泥斗 其它部位底有坡度 倾向贮泥斗 用机械利泥装置将泥利入贮泥斗 如图2 4 1 图2 4 1平流式沉淀池示意图 47 竖流式沉淀池 竖流式沉淀池 池型多呈圆形 废水从设在池中央的中心管进入 从中心管的下端经过反射板后均匀缓慢地分布在池的面上 由于出口设置在水面上墙壁四周 故水的流向基本由下向上 污泥贮积在底部的污泥斗内 如图2 4 2 48 图2 4 2竖流式沉淀池示意图 49 辐流式沉淀池 辐流式沉淀池 池型多呈圆形 进口位置与竖流式相似 出口位置与竖流式相同 水从中心管进入向四周辐射水平流动 由于辐流式池径与池深比远远大于竖流式 所以水平立冬速度随着穿透表面积的增大 速度越来越小 最后从水面四周流出 悬浮物沉淀到池底的贮泥斗 见图2 4 3 50 图2 4 3中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图 51 3 三种类型沉淀池优缺点分析 52 二 沉淀池的一般设计原则及参数 1 流量当自流进入时 应按最大流量设计 厂内设置提升泵房时 应按工作水泵的最大组合流量设计 2 沉淀池个数 不少于2个3 沉淀池经验设计参数当无沉淀资料时 t q 污泥量参见表2 4 1 53 表2 4 1沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系 54 4 沉淀池的有效水深 沉淀时间 表面水力负荷的相互关系 55 5 沉淀池的几何尺寸沉淀池超高不少于0 3m 缓冲层高0 3 0 5m 贮泥斗的斜壁倾角不宜小于60 圆斗不宜小于55 排泥管径不小于200mm6 沉淀池出水部分一般采用溢流堰 出水负荷 初沉池应不大于2 9L s m 二沉池取1 5 2 9L s m 7 贮泥斗的容积一般不大于2d 对于二沉池 贮泥时间不超过2小时 辐流式沉淀池泥斗一般为圆台形 上部直径为2m 下部直径为0 5 1m 泥斗倾角大于45 56 平流式沉淀池泥斗一般为 正 棱台形 上部边长与池宽相同 若池宽较大时可设多个泥斗 下部边长一般为0 5 1 0m 泥斗倾角大于45 竖流式沉淀池泥斗 圆台形或 正 棱台形 8 排泥部分采用静水压力排泥 泵吸式法 57 三 平流式沉淀池结构及设计计算 1 结构设计入流装置 平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等 通常有 带溢流堰的进水槽 整流墙 带侧孔的进水槽 整流墙 带侧孔的进水槽 挡板 带底孔的进水槽 挡板 出流装置 一般采用挡板 溢流堰 集水槽 排泥装置和方法 静水压力法 机械排泥 58 2 设计计算 沉淀池的表面积A沉淀区有效水深h2沉淀区有效容积V1沉淀池长度L沉淀池总宽度b 59 沉淀池只数n污泥区容积沉淀池的总高度污泥斗的容积污泥斗以上梯形部分容积 60 四 竖流式沉淀池的工作原理及设计 1 工作原理2 构造 池的直径 8米 一般4 7米 径深比 3 1 3 设计计算类似平流式沉淀池 61 五 辐流式沉淀池构造及设计 1 构造 直径D 6 60m 最大可达100m 池四周水深1 5 3 0m 中心深度2 5 5 0m进水有两种类型 中心进水周边出水 周边进水中心出水 一般设有刮泥机刮泥 62 2 设计计算 中心管 中心管管径按流速应大于0 4m s的最小沉速设计 导流筒 导流筒的深度一般为池深的一半 容积占沉淀容积的5 出水集水渠 现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的1 10R处 出水堰 单侧或双侧三角堰 超高 缓冲区 63 六 斜板 管 沉淀池 1 斜板 管 沉淀池的理论基础 浅层理论从理想沉淀池的工作原理得 64 当L和 不变时 池深越浅 则uo越小 可被沉淀去除的SS的粒径越小 去除率增大 当uo和 不变时 高度为H n时 长度变为L n 所以沉淀池的体积减少到V n 当L和uo不变时 高度为H n时 水平流速变为n 表面负荷率不变 进水流量增大为nqv 以上是20世纪初Hazen提出的浅层理论 实际应用中 考虑排泥的要求 将隔板以45 60 角度倾斜 按水流方向不同 可分为 异向流 同向流 横向流 侧向流 65 2 斜流式沉淀池的构造 斜板 管 沉淀区进水配水区清水出水区缓冲区污泥区 66 1 进水管 2 配水槽 3 斜板 4 集水槽 5 出水落水斗 6 污泥斗 7 排泥管 67 3 斜板 管 沉淀池设计举例 异向流斜板 管 沉淀池的设计表面水力负荷一般可按比普通沉淀池的设计表面水力负荷提高一倍考虑 异向流斜板 管 沉淀池的设计 应符合下列要求 斜板净距 或斜管孔径 为80 100mm 斜板 管 斜长为1m 斜板 管 倾角为60 斜板 管 区上部水深为0 7 1 0m 斜板 管 区底部缓冲层高度为1 0m 68 第五节隔油和破乳 1 油脂来源 状态与危害2 处理方法及设备 69 一 油脂来源 状态及危害 1 来源石油类 石油开采 石油化工 钢铁焦化 煤气发生站 机械加工 动植物油类 肉类牛奶加工 洗衣房 汽车修理车间 2 状态浮油 分散油 悬浮态 乳化油 胶体态 溶解油 溶解态 3 危害 70 二 处理方法及设备 1 处理方法2 设备隔油池 平流式 斜板式 小型 除油罐气浮隔油 71 第六节气浮法 一 概述二 分类三 加压溶气浮上法的基本原理四 加压溶气浮上法系统的组成及设计 72 一 概述 气浮法是固 液或液 液分离的一种方法 它是通过某种方式产生大量的微气泡 使其与废水中密度小于或接近水的细小固体或液体颗粒粘附 形成密度小于水的气浮体 在浮力的作用下 上浮至水面 形成浮渣 进行固 液或液 液分离 73 二 气浮法分类 1 电解气浮法2 分散空气浮上法扩散板曝气气浮法叶轮切割气泡气浮法3 溶气气浮法溶气真空气浮加压溶气气浮 74 加压溶气气浮法 是最常用的一种气浮法 它是使空气在加压的条件下溶解于水 然后通过压力将至常压而使过饱和的空以微气泡的形式释放出来 加压溶气气浮工艺由空气饱和设备 水泵 空压机或射流器 溶气罐 空气释放设备和气浮池组成 加压溶气气浮的三种基本流程 全溶气流程 部分溶气流程 回流溶气流程 加压溶气气浮法特点 75 三 加压溶气气浮的基本原理 1 空气在水中的溶解度与压力的关系图2 6 1空气在纯水中的饱和溶解度S0与温度T 压力P的关系 101203304405507608709811