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废水物理处理方法-重力分离重力分离1.原理与特点 废水中含有各类污染物质，这些物质的粒径相差很大，从不到的溶解性物质，大至几百微米的悬浮物。利用废水中悬浮物颗粒比水重或轻的原理而进行固液或液液分离的方法叫做重力分离法。重力分离法是依靠废水中悬浮物密度与废水不同的特点，去除废水中悬浮物的。重力分离法又分沉淀和气浮 （浮选）两种。当悬浮物的密度大于废水时，从悬浮液中依靠重力沉降作用把固体颗粒去除掉的现象就叫沉淀，有时也叫澄清或浓缩。根据污水中悬浮物的含量和颗粒的特性，沉降现象可以分为自由沉降、凝聚沉降、区域沉降和压缩沉降四种类型。 （）自由沉淀 自由沉淀发生在水中悬浮物浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自进行沉淀，颗粒沉淀呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的形状、大小及密度等物理性质不发生变化。在沉砂池中的沉淀是自由沉淀。（）絮凝沉淀絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中悬浮颗粒之间有絮凝作用，颗粒因互相聚集增大而加快沉降，沉淀呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速是变化的。化学混凝沉淀属絮凝沉淀。（）区域沉淀 （或成层沉淀）区域沉淀的悬浮颗粒浓度较高（以上），颗粒的沉降受到周围其他颗粒影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间在清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中均有区域沉淀发生。（）压缩沉淀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，互相接触，互相支承，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在浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。重力沉淀方法可以去除废水中的砂粒、焦油、化学沉淀物、化学混凝处理所形成的化学絮凝体和生物处理形成的生物污泥，也可用于污泥浓缩。重力上浮法主要用于去除废水中的油分 （如石油）及相对密度小于的成分 （如苯等）。当悬浮物的相对密度小于废水时，悬浮物将上升到水面。通过收集沉淀物和上浮物，废水获得净化。 2.主要设备类型 沉淀池沉淀池是去除废水中相对密度大于的悬浮物质的设备。沉淀池有矩形、方形、正多边形或圆形。沉淀池的运转都是采用连续水流式，少数是间歇水流式。沉淀池的形式按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式、辐流式和斜流式四种。（）平流式沉淀池平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可以是单格的或多格串联的。平流式沉淀池水通过进水槽或孔口流入池内，在挡板作用下，在池子澄清区的半高处均匀地分布在整个宽度上。水在澄清区内缓缓流动，水中悬浮物逐渐沉向池底。沉淀池末端设有溢流堰和出水槽，澄清区出水溢过堰口，通过出水槽排出池外。如水中有浮渣，堰口前需设挡板及浮渣收集设备。池的进口端底部，或沿池的长度方向，设一 个 或 多 个 贮 泥 斗，贮 存 沉 积 下 来 的 污 泥，如 图所示。图设刮泥车的平流式沉淀池沉淀池的沉积物应及时排走，如在池进口端设置泥斗时，应设置刮泥车或刮泥机，将全池底的污泥集中到泥斗处，开启排泥管上的闸阀，在静水压力（水头）的作用下，斗中污泥由排泥管排出池外，排泥管管径采用，以防堵塞。如沉渣密度大、含水率低、流动性差，不能靠静水压力排泥，则可利用电动单轨抓斗来清除沉渣。如沿池长设置多个排泥斗时，则无需设置刮泥装置，但每一污泥斗应设独立的排泥管或排泥阀。 （）竖流式沉淀池竖流式沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度与水流上升速度相等。竖流式沉淀池有圆形、方形和多角形，常用的为圆形。图为圆形竖流式沉淀池。圆形竖流式沉淀池直径一般在以下，常介于之间，沉淀池上部为圆桶 形 的 沉 淀 区，下部为 圆 锥 状 的 污 泥 区，两 者 之间为 缓 冲层。 图圆形竖流式沉淀池废水从进水管进入竖流式沉淀池的中心管，并从中心管的下部流出，经反射板的阻挡向四周均匀分布，沿沉淀区的整个断面上升，沉速超过上升流速的颗粒向下沉降到污泥斗中，澄清后的废水由四周集水槽收集。竖流式沉淀池中心管内流速对悬浮物的去除有很大影响。无反射板时，中心管流速应不大于，有反射板时，可提高到。 （）辐流式沉淀池 图为向心辐流式沉淀池。辐流式沉淀池是直径较大 （）的圆池，最大直径达，中心深度，周边深度。废水从中心进入，由于直径比深度大得多，在穿孔挡板作用下，均匀地沿池子半径向池子四周呈辐射状流动，沉淀后废水从四周集水槽排出。由于是辐射状流动，过水断面逐渐增大，水流速度逐步减少。应控制出水堰的出水量小于（）。 图向心辐流式沉淀池辐流式沉淀池大多采用机械刮泥 （尤其直径大于，几乎都用机械刮泥），刮泥机每小时旋转周，将全池的沉积污泥收集到中心泥斗，再借静压力或污泥泵排除。 （）斜 板 （管）沉 淀 池 斜板 （管）沉淀池是根据浅层理论，在沉淀池中设置斜板或蜂窝斜管以提高沉淀效率的一种较新型沉淀池，图为斜板（管）沉淀池。它由斜板 （管）沉淀 区、进 水 配 水 区、清 水 出水 区、缓 冲 区 和 污 泥 区 组 成。 图斜板斜 板（管）沉淀池在平流式沉淀池中安装一系列的平行斜板或斜管，水流从平行板或管道的一端流至另一端。每两块斜板间既相当于很浅的小沉淀池，每一根方管亦然。它具有如下特点：使单位池体积中的沉淀面积大大增加；由于水流在板间或管内具有较大的沉淀面积，较小的水力半径，故雷诺数小，固体和液体在层流条件下分离，使沉淀效率大为提高。因颗粒沉淀的距离小，沉淀的时间也大大缩短。根据国内实践证明，斜板沉淀池能使处理 能 力 提 高 倍，斜管沉淀池的表面负荷率可高达（），比一般沉淀池的处理水量提高倍以上。斜板 （管）沉淀池大多采用异向流形式，水流方向与颗粒沉降方向相反，也有同向流或侧向流的形式。斜板 （管）沉淀池斜板间间距一般不小于，斜板倾角。斜板大多采用聚氯乙烯平板或波纹板，斜管多为黏合塑料蜂窝管，常以一种组装形式安装。斜板 （管）的上层应有以上的清水区，斜板 （管）下为废水分布区，下层应有 以上的缓冲层，缓冲层下部为污泥区。斜板 （管）沉淀池可采用多斗排泥，也可采用钢丝绳牵引的刮泥车，刮泥车在斜板 （管）组下来回运动，将池底的污泥汇集至污泥斗。污泥斗及池底构造与一般平流沉淀池相同。要使沉淀池发挥正常的功效，还必须重视排泥畅通的问题。要针对沉渣的特性正确选择泥方法和设备，否则将使沉淀池的运行恶化。例如有机性污泥由于排泥不畅，在池底产生厌气发酵后漂浮起来，或者大量沉渣堵塞排泥管道，迫使沉淀池停产。另外，要尽可能使污泥浓稠，以减少污泥脱水、干化工作的负担。沉砂池 沉砂池的作用是通过重力沉降的方法去除废水中所挟带的泥砂。一些工业废水 （如皮革厂、屠宰场等）常含有无机性泥砂，化工废水中一般不含泥砂，但由于清洗地面或废水输送过程中泥砂跌落，也会形成废水挟带泥砂现象。这些泥砂 （以及大块漂浮物）必将在废水处理装置内沉积或形成磨损，造成设备运行故障，或者是无机泥砂同化学沉淀物、生物沉淀物共同沉淀，混杂在一起，影响污泥的处理和利用，为了保证系统正常工作，应在废水处理前预先去除泥砂。根据沉砂池内水流方向，沉砂池可分为平流式和竖流式两类，其中平流式沉砂池的效率较高，得到广泛的应用。为了保证沉砂池能很好地沉淀砂粒，又使密度较小的有机悬浮物颗粒不被截留，应严格控制水流速度，一般沉砂池的水平流速在之间为宜。停留时间不少于。一般平流式沉砂池的最大缺点，就是尽管控制了水流速度和停留时间，废水中的一部分有机悬浮物仍然会在沉砂池内沉积下来，或者由于有机物附着在砂粒表面，随砂粒沉淀而沉积下来。为了克服这个缺点，目前有的采用曝气沉砂池，即在沉砂池的侧壁下部鼓入压缩空气，使池内水流呈螺旋状态。由于有机物的密度较小，故能在曝气的作用下长期处于悬浮状态，同时，在旋流过程中，砂粒之间相互摩擦、碰撞，附着在砂粒表面的有机物也能被洗脱下来。 隔油池 天然石油的开采和炼制工业、人造石油工业和石油化学工业的生产过程中，排除大量的含石油产品的废水。如年产万吨的天然石油炼油厂，每年排出的油量可达。毛纺工业和屠宰场等排出的废水中也含有大量的油脂。上述废水如果不加以回收处理，不仅是很大的浪费，而且大量的油品排入河流湖泊和海湾，会对水体产生严重的污染。如果把含油废水用于农业灌溉，会使土壤发生堵塞，不利于农作物的生长，甚至使农作物枯死。为了保持水体卫生和回收有用物质，必须对废水中的油品进行回收利用和处理。隔油池是用重力上浮方法去除废水中相对密度小于和直径大于的悬浮和乳化状态的油类物质的处理设备，悬浮和乳化状态的油类物质占总含油量的以上，不能去除溶解状态油。隔油池的种类很多，国内外普遍采用的是普通的平流式隔油池和斜板隔油池。（）平流式隔油池普通的平流式隔油池如图所示，废水从池的一端进入，从另一端流出，由于池内水平流速很小，进水中的油滴在浮力作用下上浮，并积聚在池的表面，通过设在池面的集油管和刮油机收集浮油。所收集的浮油一般可以利用。隔油池的进水端一般采用穿孔强进水，在出口端采用溢流堰。为了保证隔油池的正常工作，池表面应该加以覆盖，覆盖的作用包括防火、防雨、保温及防止油气散发，污染大气。在寒冷地区或寒冷季节，为了增大油的流动性，隔油池应采取加温措施，在池内每隔一定距离，加设蒸汽管，提高废水温度。 图平流式隔油池平流式隔油池构造简单，工作稳定性好，但池容积较大，占地面积也大。 （）斜板隔油池为了提高单位池容积的处理能力，采用斜板式隔油池。图为斜板隔油池。斜板式隔油池的斜板大多采用聚酯玻璃钢波纹板，采用异向流形式，废水自上而下流向斜板组，油粒沿斜板上浮。斜板隔油池所需停留时间仅为水平隔油池的，停留 时 间 在左 右。斜板隔油池去除油滴的最小直径。 图斜板式隔油池澄清池是利用接触凝聚的原理去除水中悬浮物的一类设备。在澄清设备中，为了强化混凝过程，把已生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层 （接触凝聚区），当后面投加凝聚剂的水穿过它时，废水中的胶体颗粒被迅速吸附在悬浮泥渣上，从而发生良好的絮凝效果。澄 清 池 中，凝 聚、絮 凝 脱 稳 作 用，吸附、黏 附作 用 同 时进行。澄清池的关键部分是接触凝聚区。该区中矾花悬浮物的浓度随着矾花的性质、池型和工作条件而变化，这些矾花处在一种悬浮的紊动状态。但矾花必须保持悬浮、均匀分布及处于工作稳定状态。一切澄清池的构造特点都体现在保证这些工作条件上面。目前生产中借控制接触凝聚区的沉降比来控制矾花浓度在一定范围内。由于矾花浓度得到了控制，矾花总容积也就控制在一定范围内了，去悬浮物的效果就可以稳定不变。 澄清池的形式很多，从基本原理上可以分为两大类：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池、脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。 （）机械加速澄清池机械加速澄清池简称加速澄清池，是一种常见的泥渣循环式澄清池。在澄清池中，泥渣循环流动，悬浮层中泥渣浓度较高，颗粒之间相互接触的概率很大。因此，这种池子投药少、效率高，运行比较稳定。机械加速澄清池，多为圆形钢筋混凝土结构，小型的池子有时也采用钢板结构。主要组成部分为第一次混合及反应区、第二次混合及反应区、导流室、泥渣浓缩室等，如图所示。影响机械加速澄清池处理效果的因素主要有以下几个。第一次混合及反应区的搅拌速度。搅拌速度根据污泥的浓度决定，污泥浓度可以通过沉降比的测定知道，浓度低，搅拌速度小，浓度高要增加搅拌速度。回流泥渣浓度及回流量。在不影响分离室工作的情况下，泥渣浓度尽可能高些，通常用排泥来控制泥渣浓度。一般回流量大，反应效果好，但回流量太大从第二反应室流出的泥水流速也大，会影响分离室工作的稳定，一般控制回流量为水量的倍。 适宜的加药点地选择。适宜的加药点能使药剂和水在短时间内迅速得到混合。机械加速澄清池的运行要求如下。活性泥渣的形成。加速澄清池运行时，需要形成一定浓度的泥渣，在活性泥渣形成期间应使进水量小于设计水量，把叶轮开度减小，加入其他池子的多余泥渣 （初次运行可加胶泥），并适当投加药剂，加快搅拌速度用以增加绒体碰撞机会，加快活性泥渣形成。当活性泥渣形成且稳定后，逐步增加进水量至设计水量，适当提高叶轮的开启度和降低搅拌速度，同时降低加药量，直到出水水质满足要求为止。调整回流量和搅拌速度。在一定的进水量和投药量范围内，可调整回流量和搅拌速度，使出水水质良好。常观察，勤分析。如第二次混合及反应区泥渣浓度高、清水区高度减小，会使分离室泥渣层层面上升，泥渣可能被带入清水区使出水水质变坏，这时要利用排泥管排泥，或缩短排泥周期。如第二次混合及反应区泥渣浓度低，绒体细小，细小绒体也会带到清水层里，使出水浑浊，此时应增加投药量，或降低搅拌速度。 当澄清池停止进水时，搅拌机不能长期停顿，否则泥渣被压实，活性消失。此时可采用继续搅拌方法，并在恢复进水前半小时先投药以增加泥渣活性。夏天温度比较高，池子表面可能会有大量的矾花上浮这时可以增加助凝剂用量，以加大矾花自身的质量使其沉淀下来，并增加排泥次数。 （）水力循环澄清池图为水力循环澄清池的断面图。原水加入混凝剂混合后，由池子底部中心进入池内，经喷嘴喷出来。喷嘴上面为混合室、喉管和第一反应室。喷嘴和混合室组成一个射流器，借助喷嘴池子锥形底部含有大量矾花的水吸进混合室内和进水掺合后，经第一反应室喇叭口溢流出来，进入第二反应室中。吸进去的流量称为回流，一般为进口流量的倍，因此从混合室到第二反应室的实际流量为进口流量的倍。混凝药剂可以直接加在混合室内，但效果不如加在池子外面好。第一反应室图水力循环澄清池和第二反应室构成了一个悬浮层区，其中矾花发挥了接触凝聚的作用，去除了进水中的细小悬浮物。第二反应室出水进入分离室，相当于进水量的清水向上流向出口，剩余流量则向下流动，经喷嘴吸入与进水混合，再重复上述水流过程。运转时第一和第二反应室的沉降比，一般控制在的范围内。喷嘴流速宜控制在，回流比可按考虑。喉管流速。第一反应室出口流速，第一反应室停留时间。第二反应室下降流速为，出口流速，第二反应室停留时间。分 离 室 上 升 流 速，分离室停留时间。水力循环澄清池的优点是无需机械搅拌设备，运行管理方便；锥底角度大，排泥效果好。缺点是反应时间较短，造成运行上不够稳定；不能适用于大水量等。 （）悬浮澄清池悬浮澄清池主要是靠一层悬浮状态的泥渣达到净化的作用。这些悬浮状态的泥渣是不流动的，借助于上升水流保持悬浮状态。这是最早出现的一种澄清池，在运转中受外界影响较多，工作