典型污水处理技术与设备

长沙环境保护职业技术学院,6.1格栅,属筛滤，属于一级处理设置位置与作用：格栅是后续处理构筑物或水泵机组的保护性处理设备，用以拦截较粗大的悬浮物或漂浮杂质，如木屑、碎皮、纤维、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理设施的处理负荷，并使之正常运行。被拦截的物质叫栅渣。栅渣的含水率约为7080，密度约为750kgm3 960kgm3 。经过压榨，可将含水率降至40以下，便于运输和处置。,6.1.1结构与分类,（一)结构：是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置(与水平夹角一般为4575)或直立在水渠、泵站集水井的进口处或水处理厂的端部。为了防止格栅前渠道出现阻流回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部，应有一展开角为20的渐宽部位。结构图如下：,格栅结构图,长沙一污格栅,螺旋格栅机,钢丝绳牵引格栅,弧形格栅除污机,（二）分类一,（1)按栅渣清除方式可分为人工清渣格栅、机械清渣格栅和水力清除格栅三大类。栅渣的清除方法，视截留栅渣量多少而定。在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅，栅渣量大于0.2m3/d，为了减轻工人劳动强度一般采用机械清渣。,机械式格栅的具体类型,高链式机械格栅简介 由驱动装置、机架、除污耙、撇除机构、同步链条、栅条等组成。适用范围 该格栅适用于深池，如污水收集深井池等。对污水中的长纤维、带状物等杂物去除效果尤好。优缺点 该格栅占地面积小。由于传动部件均在水面以上结构较为简单，因此制造、维护较为方便。缺点是杂物进人链条和链轮之间时容易被卡住，套筒滚子链造价高耐腐蚀性较差。,回转式格栅,简介 内驱动装置、撇渣机构、除污耙板、链条、机架及格栅条等组成，驱动装置通过链条带清除栅条截留的杂物。再通过撇渣机构将其去除。适用范围 该格栅适用于各种池深与水深的大颗粒物质的拦污。 优缺点 该格栅结构紧凑、体积小、重量轻、运行平稳、维护方便；可实行手动间断运行、自动连续运行。其缺点是需配置圆弧的格栅，制造较为困难，且设备占地面积较大，对小颗粒杂质的去除效果差。,XGS型旋转式格栅,简介 由驱动装置、撇渣机构、除污耙齿、链条、帆架及栅条等组成。该格栅具有不锈钢及非金属齿两种装置。可自动分离固液和去除污水中各种形状的杂物。适用范围 该格栅一般用于深池，亦可用于浅池。适合于去除污水中各种形状的杂物。优缺点 该格栅可适用于不同深度的格栅井，去污效果好，固液自动分离程度高，设备占地面积小。缺点是制造、安装较为困难。,JTGS型阶梯形机械格栅,简介 该格栅由机架、驱动装置、连杆机构、固定栅条、可动栅条等组成。可动栅条经连杆机构在驱动电机的带动下做圆周运动，每次圆周运动均把上次截留在固定栅条上的物质，提升到上一级固定栅条上；周而复始地运动，则把下部截留的杂质提升到上部，直到分离出机外。适用范围该格栅一般适用于大型的城市污水处理厂。优缺点该格栅去污效果好、运转稳定，维护方便：但设备占地面积较大,HGSY型弧形格栅,简介 该格栅由电动液压操作系统、耙臂、格栅、除污装置、机架等组成。适用范围 该格栅适用于浅池的进水渠道中。优缺点 该格栅设备占地面积较小，运行稳定且维护方便。缺点是对小颗粒的杂物去除效果不佳。,NGS型弧形机械格栅,简介 该格栅由驱动装置、栅条组、传功齿耙、耙板、旋转耙臂及撇渣装置等组成。适用范围 该格栅适用于中小型污水处理厂或泵站中水位较浅的水槽。优缺点 该格栅结构简单，安装使用方便，且运转效率较高。缺点是圆弧形格栅制造较为困难。,XGS型箱式旋转格栅,简介 该格栅由驱动装置、旋转耙、格栅条、除渣装置、机体等组成。在旋转耙齿上配有两刮刀及毛刷，在除渣装置中带有配重、它将旋转耙截留的杂质铲到个可移动的篮子中。适用范围 该格栅适用于中、小水量的污水处理工程中粗大颗粒物及悬浮物的去除。常放置于处理工艺系统的管道中。优缺点 该格栅无需建造专门配套的格栅井，设备移动方便。缺点是制造较为困难，对小颗粒的杂物去除效果不理想。,XGQ型渠式旋转格栅,简介 该格栅直接安放水渠中，由固定架展托，在旋转耙上配有两把刮刀及毛刷。在除渣臂上有合理的配重，它将旋转耙截留的废物铲至可移动的篮子中。多用于中、小水量的污水处理过程。适用范围 该格栅适用于中、小水量的污水处理工程， 般安置于集水池进水渠上优缺点 该格栅安装方便，远行效果稳定。缺点是制造、维护较为困难。,分类二,（2)按形状，可分为平面格栅与曲面格栅两种。平面格栅由框架与栅条组成，如下页图所示。图中A型为栅条布置框架的外侧，适用于机械或人工清渣；B型为栅条布置在框架的内侧，在栅条的顶部设有起吊架，可将格栅吊起，进行人工清渣。,平面格栅图,曲面格栅可分为固定曲面格栅、旋转鼓筒式格栅，如下图所示。固定曲面格栅，利用渠道水流速度推动除渣桨板。旋转鼓筒式格栅，污水从鼓筒内向鼓筒外流动，被清除的栅渣，由冲洗水管2冲入渣槽(带网眼)内排出。,曲面格栅图,分类三,（3)按栅条的净间距，格栅可分为粗格栅(50100mm)、中格栅(1050mm)、细格栅(310mm)3种。,6.1.2格栅的设计与计算,（一）格栅的选择,格栅的选择包括栅条断面的选择、栅条间距的确定、栅渣清除方法的选择等。格栅栅条的断面形状有正方形、圆形、矩形和带半圆的矩形等，圆形断面栅条的水力条件好，水流阻力小，但刚度差，一般多采用矩形的栅条。格栅栅条的断面形状，可参照下表选用。,栅条的各种断面形状和尺寸(mm),栅条间距的确定,（1)水泵前格栅的间隙按水泵要求确定。（见教材P178表6-3）（2)污水处理系统前格栅栅间距确定一般是：人工清渣：25-40mm；机械清渣：10-25mm。（3)栅渣量确定：对于生活污水，缺乏资料时可按教材表6-4确定。,（二）格栅设计参数的确定,（1)栅前污水流速0.4-0.9m/s；（2)过栅流速0.6-1.0m/s；（3)栅前后渠底高差h1（水头损失）一般取0.08-0.15m；（4)格栅倾角： 4575 。,（三）设计计算,（1)格栅的建筑宽度B：,（2)通过格栅的水头损失：,(3)栅后槽总高度：,（4)格栅总建筑长度：,（5)每日栅渣量：,生活污水流量总变化系数 K2,例题,已知某城市污水处理厂最大设计流量为0.2m3/s。设计格栅设备。,练习题,试设计一人工清除格栅，计算时取下列参数：最大设计流量8m3/h，栅前水深0.2m，过栅流速0.047m/s，进水渠宽0.24m，栅条间隙0.02m，格栅倾角60 ，栅条采用直径20mm圆钢，进水渠渐宽部分展开角20 。,上题为学院污水处理平台原格栅的设计计算。,练习题,已知某城市污水处理厂的最大设计流量Qmax1.03m3/s,日设计流量为70000m3/d，求格栅各部分尺寸。,格栅设计计算软件,6.1.3运行与维护,对于人工清渣格栅：及时清除，防堵塞。对于机械清渣格栅：保证正常运转。间歇式清除，应设超负荷自动保护装置。需要定期检查维修设备各部位，并做好检修纪录。,6.2 沉淀池,作用功能：沉淀池是污水处理系统的主要构筑物，使水中悬浮的可沉固体在重力作用下沉降至池底从而实现与水的分离。（可作初沉池和二沉池使用）作为依靠重力作用进行固液分离的装置，可以分为两类：一类是沉淀有机固体为主的装置，通称为沉淀池；另一类则以沉淀无机固体为主的装置，通称为沉砂池。,一污旋流沉砂池,一污二沉池,沉淀池的分类一,按沉淀池的水流方向不同，可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池和斜板（管）沉淀池。,异向流斜管沉淀池,沉淀池分类二,按工艺布置不同，可分为初次沉淀池、二次沉淀池。（1）初次沉淀池。设置在沉砂池之后，某些生物处理构筑物之前，主要去除有机固体颗粒，可降低生物处理构筑物的有机负荷。（2）二次沉淀池。设置在生物处理构筑物之后。用于沉淀生物处理构筑物出水中的微生物固体，与生物处理构筑物共同构成处理系统。,沉淀池分类三,按截流颗粒沉降距离不同，可分为一般沉淀池、浅层沉淀池。斜板或斜管沉淀池的沉降距离仅为30200mm左右，是典型的浅层沉淀池。斜板沉淀池中的水流方向可以布置成同向流（水流与污泥方向相同）、上向流（水流与污泥方向相反）、侧向流（水流与污泥方向垂直）。,各种沉淀池的特点及适用条件比较（教材表6-7）,6.2.1平流式沉淀池,（一）结构及结构设计,平流式沉淀池构造简单，为一长方形水池，由流人装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成。,平流式沉淀池,水是按水平方向流过沉降区并完成沉淀过程的。池型呈长方形，废水从池的一端流人，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其它部位池底有坡度，倾向贮泥斗。,平流沉淀池进水板,沉淀区,二、平流沉淀池的构造,进水区 （均匀布水）,布水挡板,沉淀区 （可沉颗粒与废水分离）,出水区,污泥区（贮存、浓缩污泥与排泥）,（1）流入装置,作用：是使水流均匀地分布在整个进水断面上，并尽量减少扰动。污水处理中，沉淀池入口一般设置配水槽和挡流板，目的是消能，使污水能均匀地分布到整个池子的宽度上，如下图。挡流板入水深小于0.25m，高出水面0.150.2m,距流入槽0.51.0m。,穿孔墙,平流沉淀池入口的整流措施,(a)-穿孔板式；(b)-底孔入流与挡板组合式；(c)-淹没孔入流与挡板组合式；(d)-淹没孔与穿孔墙组合式；1-进水槽；2-溢流堰；3-有孔整流墙壁；4-底孔；5-挡流板；6-潜孔,（2）流出装置,流出装置一般由流出槽与挡板组成。流出槽设自由溢流堰、锯齿形堰或孔口出流等，溢流堰要求严格水平，既可保证水流均匀，又可控制沉淀池水位。出流装置常采用自由堰形式，堰前设挡板，挡板入水深0.30.4m,距溢流堰0.250.5m。也可采用潜孔出流以阻止浮渣，或设浮渣收集排除装置。孔口出流流速为0.60.7m/s，孔径2030mm,孔口在水面下1215cm。,平流式沉淀池的出水堰形式,为了减少负荷，改善出水水质，可以增加出水堰长。目前采用较多的方法是在池宽方向均匀设置若干条出水槽，以增加出水堰长度和减小单位堰宽的出水负荷。常用增加堰长的办法见下图 。,增加出水堰长度的措施,（3) 沉淀区,平流式沉淀池的沉淀区在进水挡板和出水挡板之间，长度一般为3050m。深度从水面到缓冲层上缘，一般不大于3m。沉淀区宽度一般为35m。,（4）缓冲层,为避免已沉污泥被水流搅起以及缓冲冲击负荷，在沉淀区下面设有0.5m左右的缓冲层。平流式沉淀池的缓冲层高度与排泥形式有关。重力排泥时缓冲层的高度为0.5m，机械排泥时缓冲层的上缘高出刮泥板0.3m。,（5)污泥区,污泥区的作用是贮存、浓缩和排除污泥。排泥方法一般有静水压力排泥和机械排泥。沉淀池内的可沉固体多沉于池的前部，故污泥斗一般设在池的前部。池底的坡度必须保证污泥顺底坡流入污泥斗中，坡度的大小与排泥形式有关。污泥斗的上底可为正方形，边长同池宽。下底通常为400mm400mm的正方形，泥斗斜面与底面夹角不小于60。污泥斗中的污泥可采用静力排泥方法。,静力排泥,静力排泥是依靠池内静水压力（初沉池为1.52.0m,二沉池为0.91.2m），将污泥通过污泥管排出池外。排泥装置由排泥管和泥斗组成，见下图。排泥管管径一般为200mm,池底坡度为0.010.02。为减少池深，可采用多斗排泥,每个斗都有独立的排泥管，如后图所示。也可采用穿孔管排泥。,沉淀池静水压力排泥,多斗式平流沉淀池,用于较小的平流沉淀池，不设刮泥设备，在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。,机械排泥,目前平流沉淀池一般采用机械排泥。机械排泥是利用机械装置，通过排泥泵或虹吸将池底积泥排至池外。机械排泥装置有链带式刮泥机、行车式刮泥机、泵吸式排泥和虹吸式排泥装置等。,设有行车式刮泥机的平流式沉淀池,1-进水槽；2-挡流扳；3-排泥管；4-泥斗；5-刮泥行车；6-刮渣板； 7-刮泥板；8-浮渣槽；9-出水槽；10-出水管,桥式行车刮泥机,轨道设在池壁上，行车在轨道上移动，刮泥板伸入水中，将污泥刮入污泥斗中，由排泥管排出。这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。,设有链带式刮泥机的平流式沉淀池,1-集渣器驱动；2-浮渣槽；3-挡板；4-可调节的出水槽；5-排泥管；6-刮板,链带式刮泥机：缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。,平流沉淀池形式,（二）设计计算,平流式沉淀池的设计内容包括流入装置、流出装置、沉淀区、污泥区、排泥和排浮渣设备选择等。,1.设计参数的确定,（1)设计流量：取最大流量为设计流量；（2)沉淀池的数目：不少于2座。（3）几何尺寸：超高0.3m；缓冲层0.3-0.5m；贮泥斗倾角：方斗不小于60 ，圆斗不小于55 ；排泥管直径不小于200mm。（4)贮泥斗容积：按不大于2d的污泥量计算；二沉池按不超过2h计算。,2.设计计算,（1)沉淀区的设计计算未进行沉淀实验，根据经验初沉池选定表面负荷1.53.0m3/(m2h) ，二次沉淀池可采用12m3/(m2h) 。a.沉淀池面积：,b.沉淀区长度L： 污水处理流速取57mm/s;初沉池t取1.02.0h，二沉池取1.52.5h。L为3050m。,C.沉淀区有效水深： h2一般为23m,d.沉淀区有效容积：,e.沉淀池总宽度：,f.沉淀池座数或分格数：设计完成应校核长宽比大于等于4，长深比为812。, 已做沉淀实验，取得了与水处理效率相对应的沉降速度u0和沉降时间t0，设计时设计表面负荷q应取u0 /（1.251.75） ，设计沉降时间t应取（1.52.0）t0。其余计算同,（2）污泥区设计计算,污泥区容积应根据每日沉下的污泥量和污泥储存周期决定,每日沉淀下来的污泥与污水中悬浮固体含量、沉淀时间及污泥的含水率等参数有关。,污泥区所需容积：a.当有原污水和出水悬浮固体含量（或沉淀率）资料时，初沉池的污泥量计算公式为：,b.当计算对象为生活污水，可以按每个设计人口产生的污泥量进行计算。计算公式为：,污泥斗容积采用方形污泥斗时计算如下：式中f2一般取0.16m2,（3)沉淀池总高度,例题,某城市污水处理厂最大设计流量0.15m3/s,悬浮物浓度为200mg/L，沉淀处理后要求悬浮物去除率为70，污泥含水率为97%。实验沉淀曲线见教材图6-9。试设计平流式沉淀池。,6.2.2辐流式沉淀池,（一）类型与特点辐流式沉淀池适用于大水量的沉淀处理，池型为圆形，直径在20m以上，一般在3050m，最大可达100m，周边水深2.53.5m。池径与水深比宜采用612，底坡0.050.10 ，在进水口周围应设置整流板，其开孔面积为过水断面积的620%。排泥方法有静水压力排泥和机械排泥。一般用周边传动的刮泥机，其驱动装置设在桁架的外缘。刮泥机桁架的一侧装有刮渣板，可将浮渣刮入设于池边的浮渣箱。池径或边长小于20m时，可采用多斗静水压力排泥。池径大于20m时采用机械排泥，一般用中心传动的刮泥机，其驱动装置设在池子中心走道板上。,分类,按进、出水的布置方式，辐流式沉淀池可分为中心进水周边出水、周边进水中心出水、周边进水周边出水三种方式 。其中周进周出的向心辐流式沉淀池的五个功能区为：配水槽、导流絮凝区、沉淀区、出水区和污泥区。,中心进水的辐流式沉淀池,1-进水管；2-中心管；3-穿孔挡板；4-刮泥机；5-出槽；6-出水管；7-排泥管,周边进水中心出水的辐流式沉淀池,1-进水槽；2-进水管；3-挡板；4-出水槽；5-出水管；6-排泥管,周边进水周边出水的辐流式沉淀池,1-过桥；2-栏杆；3-传动装置；4-转盘；5-进水下降管；6-中心支架；7-传动器罩；8-桁架式耙架；9-出水管；10-排泥管；11-刮泥板；12-可调节的橡皮刮板,辅流式沉淀池实例,长沙第一污水处理厂（金霞污水处理厂） II期处理能力为12万吨/天，直径45m的周进周出辅流式沉淀池4座；上海化学工业区污水处理厂II期，III期项目，处理能力为3.75万吨/天，共有三个直径为36m的中心进水周边出水的辅流式二沉池。广西石化污水处理厂项目，处理能力为2.4万吨/天，两个直径为36m的中心进水周边出水的辅流式二沉池。 如下页图所示。,长沙一污二沉池1,长沙一污二沉池2,上海化学工业区污水处理厂二沉池施工1,上海化学工业区污水处理厂二沉池施工2,广西石化污水处理厂试运行,辐流式沉淀池,辐射式沉淀池的原理由于过水断面不断增大，使水平流速逐渐变小，颗粒沉降至池底，澄清的水通过设在四周区的溢流堰溢出。,（二）向心辐流式沉淀池的设计,（1)配水槽和导流絮凝区配水槽的布水短管管内平均流速：,上式中：短管内的平均流速一般取0.30.8/s；导流絮凝区平均停留时间一般为360720s；污水的运动黏度与水温有关，水温20 C时运动黏度为1.0610-6m2/s;平均速度梯度一般为1030s1。导流絮凝区宽度设计大于0.4m。,（2)沉淀池的表面积和池径每池表面积：向心辐流式沉淀池处理生活污水表面负荷一般取3.04.0m3/(m2h),每池直径：一般直径应大于16m。,（3)有效水深：一般需校核直径与水深之比为612。,（4)沉淀池的总高度：,例题讲解,某城市废水处理厂最大设计流量为75000m3/d，水温20 C ，试设计计算周进周出的向心辐流式沉淀池的配水槽和导流絮凝区。,作业,教材P238 3 作业请学习委员或课代表于下周一中午前收齐交到我办公室。,6.2.3竖流式沉淀池,原理：竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等。当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比在平流沉淀他中低得多。当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。另一方面，沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉淀效率将比平流沉淀池更高。,（一）结构与特点、相关设计参数,竖流沉淀池可为圆形、方形或多角形，但大多数为圆形，直径(或边长)一般在8m以下，常介于47m之间。沉淀池的上部为圆筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，二层之间为缓冲层，约0.3m。废水从进水槽进入池中心管，并从中心管的下部流出，经过反射板的阻拦向四周均匀分布，沿沉淀区的整个断面上升，处理后的废水由四周集水槽收集。集水槽大多采用平顶堰或三角形锯齿堰。,竖流式沉淀池,圆形竖流式沉淀池,沉淀池贮泥斗倾角为5060泥可借静水压力由排泥管排出，排泥管直径应不小于200mm，静水压力为1.52.0m。排泥管下端距离池底不大于2.0m，管上端超出水面不少于0.4m。为了防止漂浮物外溢，在水面距池壁0.405m处可设挡板，挡板伸入水面以下0.250.3m，伸出水面以上0.10.2m。为了保证水能均匀地自下而上垂直流动，要求池直径(D)与沉淀区深度(h2)的比值不超过3:1。在这种尺寸比例范围内，悬浮物颗粒能在下沉过程中相互碰撞、絮凝，提高表面负荷。由于采用中心管布水，难以使水流分布均匀，所以竖流沉淀池一般应限制池直径。,竖流沉淀池中心管内流速对悬浮物的去除有很大影响，在无反射板时，中心管流速应不大于30mm/s，有反射板时，可提高到100mm/s，废水从反射板到喇叭口之间流出的速度不应大于20mm/s。中心管及喇叭口、反射板的构造与尺寸如下页图所示。反射板底距污泥表面(缓冲区)为0.3m，池的超高为0.30.5m。,中心管及喇叭口、反射板的构造与尺寸,（二）设计计算,（1)沉淀区工作部分有效断面积：中心管面积：, 总面积： A=A1+A2 池径：,(2)有效水深：,（3)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度 ：,（4)截圆锥部分容积 :,(5)总高度：,例题讲解,某废水处理厂最大设计流量为0.1m3/s，设计人口50000人，每人每天产生污泥量为0.5L/(人d），试设计竖流式沉淀池各部分尺寸。,6.2.4 斜板沉淀池,（一) 斜板沉淀池沉淀原理斜板沉淀池又称浅层沉淀池，其工作原理是建立在哈真浅层沉降理论基础上的。即在沉淀池有效容积一定的条件下，池身越浅，沉淀面积越大，去除效率也越高。,浅池提高沉降效果的原因,（1)缩短了颗粒的沉降距离；（2)增加了沉降面积；（3) 改善了水力条件。在同一个过水断面上进行分层或分格，使断面的湿周增大，水力半径R(=面积/湿周)减小，从而降低雷诺数Re(=vR/)，增大弗罗德数Fr(v2/gR)，降低水的紊乱程度，提高水流稳定性，增大池的容积利用系数。,在工程实际应用上，采用分层沉淀池，排泥十分困难，所以，一般将分层的隔板倾斜一个角度，以便能自行排泥，这种形式即为斜板沉淀池。如各斜隔板之间还进行分格，即成为斜管沉淀池。,斜板沉淀池是在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管构成。斜板材料要求轻质、壁薄、坚固、无毒而价廉。斜板沉淀池由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成，如图所示。,（二）斜板沉淀池的构造和特点,斜板(管)倾角一般为60，长度11.2m，板间垂直间距80120mm，斜管内切圆直径为5080mm。板(管)材要求轻质、坚固、无毒、价廉。目前较多采用聚丙烯塑料（pp)或聚氯乙烯（pvc）塑料。 斜板(管)沉淀池大多采用异向流（上向流）形式，即水流在斜板(管)内的流动方向与颗粒沉淀和滑行方向相反，也有采用同向流及横向流（侧向流）形式 。,（三）斜板沉淀池的设计,异向流斜管沉淀池的设计计算,（1）清水区面积A ：表面负荷，规范规定斜管沉淀池的表面负荷为911m3/(m2h),（2）斜管的净出口面积A： A 斜管内水流上升流速v，一般采用3.04.0mm/s；斜管水平倾角，一般为60,（3）沉淀池高度H： h1积泥高度，m；h2配水区高度，不小于1.01.5m，机械排泥时，应大于1.6m；h3清水区高度，为1.01.5；h4超高，一般取0.3m。,6.2.5沉淀池的运行管理,（一）刮泥、排泥操作间歇刮（排）泥、连续刮（排）泥（二）运行管理注意事项（1)避免短流（2)用于混凝后处理时，正确投加混凝剂（3)及时排泥（4)用于给水处理时，防藻类滋生,6.3 气浮设备,气浮设备是一种设法在水中通入或产生大量的微小气泡，使悬浮颗粒附着其上，利用浮力原理上浮到水面，从而达到固液分离或液液分离目的的设备。常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。,气浮的原理,水中悬浮颗粒的疏水性是气浮的最基本条件。微小气泡与在水中悬浮的疏水性颗粒粘附，形成水气颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，其平均密度小于水而上浮至水面，形成浮渣层。,气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒(固体或液滴)附着以及上浮分离等连续步骤。实现气浮法分离的必要条件有:第一，必须向水中提供足够数量的微细气泡，气泡理想尺寸为1530m；第二，必须使目的物呈悬浮状态或具有疏水性质，从而附着于气泡上浮升。 第三，气泡与悬浮的物质产生粘附作用。,气浮效果的影响因素：水中空气的溶解量、饱和度、气泡的分散程度及稳定性。它们均与溶气压力有关。分离亲水性颗粒时需采用浮选剂：松节油、煤油、脂肪酸、硬脂酸盐等。对不同性质的废水应通过试验，选择合适的品种和投加量。,若要用气浮法分离亲水性颗粒(如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等)，就必须投加合适的药剂，以改变颗粒的表面性质，这种药剂通常称为浮选剂。浮选剂大多数由极性-非极性分子所组成，其极性端含有 -OH，-COOH，-SO3H，-NH2，N等亲水基团，而非极性端主要是烃链。例如肥皂中的有用成分硬脂酸C17H35COOH，它的-C17H35是非极性端，疏水的，而-COOH是极性端，亲水的。在气浮过程中，浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质所吸附，非极性端则朝向水，从而使亲水颗粒表面变为疏水表面。,气浮的应用,在水处理中，气浮法广泛应用于：(l)给水处理中，分离原水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；(2)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；(3)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；(4)分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；(5)分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性物质和金属离子。,气浮法优缺点,与沉淀法相比较，气浮法具有以下优点：(1)由于气浮池的表面负荷有可能高达 12m3/（m2h），水在池中停留时间只需1020min，而且池深只需2m左右，故占地较少，节省基建投资；(2)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣不易腐化；,(3)对那些很难用沉淀法去除的低浊含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；(4)浮渣含水率低，一般在96以下,比沉淀池污泥体积少210倍，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便；(5)可以回收利用有用物质；(6)气浮法所需药剂量比混凝沉淀法节省。,缺点：气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.020.04kwh；使用的溶气水减压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。,6.3.1类型与应用,按气泡产生的方式不同分为：布气气浮设备溶气气浮设备电解气浮设备,（一）布气气浮设备,是利用机械剪力的作用，将空气破碎为微小气泡分散于水中，以进行气浮过程的方法。 布气气浮又根据气泡粉碎方法的不同有水泵吸水管吸气气浮、射流气浮、叶轮气浮、扩散板曝气气浮等。,叶轮气浮,此法靠叶轮高速旋转时在叶轮中心部分形成负压，从空气管中吸入空气。进入废水中的空气与循环水流充分搅混，成为细小的气泡甩出，经过稳流板消能，气泡垂直上升，进行气浮。形成的浮渣不断被缓慢旋转的刮板刮出槽外。此法适用于悬浮物浓度高的废水，效率一般为80%左右。,射流气浮设备,扩散板曝气气浮设备,（二）溶气气浮设备,溶气气浮可分为加压溶气气浮和溶气真空气浮。加压溶气气浮法，是使空气在加压的条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以细微气泡形式释放出来。溶气真空气浮是使空气在常压或加压条件下溶于水中，而在负压条件下析出的气浮方法。,加压溶气气浮,加压溶气气浮法是目前常用的气浮法。加压溶气气浮又分为全部加压溶气气浮、部分加压溶气气浮、回流加压溶气气浮。,加压溶气气浮法的主要设备为水泵、溶气罐、气浮池；空气注入溶气罐可用空气压缩机或射流器。,加压溶气气浮法有三种基本流程：全部加压溶气气浮流程。该法是将全部人流废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离的一种流程。部分加压溶气气浮流程。该法是将部分入流废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池。该法比全溶气式流程节省电能和设备。但欲提供同样的空气量，部分溶气流程就必须在较高的压力下运行。,回流加压溶气气浮流程。 在这个流程中，将部分澄清液进行回流加压，入流废水则直接进入气浮池。,（三）电解气浮设备,电解气浮法是在直流电的作用下，用不溶性阳极和阴极直接电解废水，正负两极产生的氢和氧的微气泡，将水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离的一种技术，与前两种方法相比，产生的气泡尺寸最小。其优点是去除污染物范围广、泥渣量少、工艺简单、设备小等；缺点是耗能大。,6.3.2加压溶气气浮系统的设计,（一）系统主要设备空气饱和系统：（加压泵、压力溶气罐、空气供给设备、液位自动控制设备）；溶气水减压释放装置：（溶气释放器）；气浮池。,压力溶气罐,TS溶气释放器,TJ溶气释放器,TV溶气释放器,（二）平流式气浮池的设计,（1)构造与设计参数确定（平流式气浮池见教材图6-29）池深：1.52.5m；长宽比：（12）：1；单格池宽10m，单格池长15m；停留时间：2030min；表面负荷：510m3/（m2h）,接触区下端水流上升速度：1020mm/s，上端水流上升速度：510mm/s；接触室停留时间：2min；排渣的刮渣机行车速度：5m/min。,（2)设计计算气浮所需气体量的计算：式中 的单位应为L/h 。,加压溶气水量计算：,气浮池接触区面积的计算：,气浮池分离区的面积：,气浮池有效水深：气浮池的容积：,例题讲解,详见教材P202例6-3。,6.3.3调试与运行,（一）调试内容见教材。（二）运行操作内容见教材。,下周调课通知,因学院安排本人下周去西安参加全国清洁生产审核师的培训，下周的课程调动如下：下周（第八周）周三（10.22）78节、周四（10.23）5678节由李欢老师代上，时间地点不变。下周（第八周）周三（10.22） 56节停课一次，具体补课时间待定；下周（第八周）周五（10.24） 1234节因自考全校停课。,6.4 快滤池,过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的一种技术。该法能有效去除废水中细小的悬浮物，出水清澈。根据所采用的过滤介质不同，过滤可分为：格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、深层过滤。深层过滤又可分为：慢滤池、快滤池、高速滤池。,（1）格筛过滤过滤介质为栅条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等，其典型设备有格栅、筛网和微滤机。（2）微孔过滤采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂（如硅藻土）形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。,（3）膜过滤采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力（如压力、电场力等）下进行过滤，由于滤膜空隙极小且具选择性，可以除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。其主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。（4）深层过滤 采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。由于滤料颗粒之间存在孔隙，原水穿过一定深度的滤层，水中的悬浮物即被截留。,滤池的类型,人类早期使用的滤池称为慢滤池。其主要是依靠滤层表面因藻类、原生动物和细菌等微生物生长而生成的滤膜去除水中的杂质。慢滤池能较为有效地去除水中的色度、嗅和味，但由于滤速太慢（滤速仅为0.10.3m/h）、占地面积太大而被淘汰。快滤池就是针对这一缺点而发展起来的，其中以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久。在此基础上，为了增加滤层的含污能力以提高滤速和延长工作周期、减少滤池阀门以方便操作和实现自动化，人们从不同的工艺角度进行了改进和革新，出现了其它形式的快滤池 。,分类,1按滤料层的组成可分为：单层石英砂滤料、双层滤料、三层滤料、均质滤料、新型轻质滤料滤池等；2按阀门的设置可分为：普通快滤池、双阀滤池、单阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池等；3按过滤的水流方向可分为：下向流、上向流、双向流滤池等；4按工作的方式可分为：重力式滤池，压力式滤池。5按滤池的冲洗方式可分为：高速水流反冲洗滤池、气、水反冲洗滤池、表面助冲加高速水流反冲洗滤池。,快滤池应用,主要用在给水处理上，也可用于污水的预处理和最终处理。当前给水处理技术还是以常规水处理即混凝-沉淀-过滤处理为主，滤池是给水处理最后的一个程序（不包括消毒），尤其是处理饮用水更是最重要的一个关键环节，因此滤池处理始终是放在一个核心位置上。自应用快滤池以来，到现在已经100多年。例如广州铁路局江村水厂以流溪河为水源，水处理流程依次为：网格式反应池、斜管沉淀池、快滤池、清水池。,原理,滤池的净水原理： （1）阻力截留（筛滤作用）当污水自上而下流过颗粒滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，随着此层滤料间的空隙越来越小，截污能力也变得越来越大，逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒形成的滤膜，并由它起重要的过滤作用。这种作用属阻力截留或筛滤作用。悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。,（2）重力沉降污水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。重力沉降强度主要与滤料直径及过滤速度有关。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，则水流越平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。,（3）接触絮凝由于滤料具有巨大的比表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。此外，砂粒在水中常带表面负电荷，能吸附带电胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的黏土和多种有机物等胶体，在沙粒上发生接触絮凝。,6.4.1 快滤池的构造及工艺过程典型快滤池如P204图6-31所示。要求弄清楚各部分的名称。过滤过程：121378910312反冲洗过程：11410987136514,快滤池,滤池过滤过程,滤池反冲洗过程,滤池的各主要部件及其作用如下：（1）滤料 滤池最重要的组成部分，常采用经筛分的天然砂为滤料。有效粒径为0.50.7mm，敷设厚度为500700mm。（2）承托层 防止滤料自下部集水装置漏出而设。承托层上部为细粒砾石，下部为粗粒砾石，一般将砾石筛分后分层敷设。 （3）下部集水装置 用于收集滤过水；也可使反冲洗水均匀分布在滤层内。,（4）流量调节阀 用于保持池内进水和出水量的平衡，以保持过滤流量恒定不变。（5）反冲洗水阀、排水阀和排水装置 当过滤阻力达到预定值，或因悬浮物穿透而使滤后水水质恶化时，需停止过滤，进行反冲洗。此时可开启相应阀门控制反冲洗、及排水。（6）表面冲洗装置 防止泥球产生。,过滤过程,过滤时，关闭冲洗水支管4上的阀门与排水阀5，开启进水支管2与清水支管3上的阀门，原水经进水总管1、进水支管2由浑水渠13流入冲洗排水槽6后从槽的两侧溢流进入滤池，经过滤料层7、承托层8后，由底部配水系统的配水支管9汇集，再经配水系统干管10、清水支管3、进入清水总管12流往清水池。原水流经滤料层时，水中杂质即被截留在滤料层中。随着过滤的进行，滤料层中截留的杂质越来越多，滤料颗粒间孔隙逐渐减少，滤料层中的水头损失也相应增加。当滤层中的水头损失增加到设计允许值（一般小于2.02.5m）以致滤池产水量减少，或水头损失不大但滤后水质不符合要求时，滤池须停止过滤进行反冲洗，从过滤开始到过滤结束所经历的时间称为过滤周期。,反冲洗过程,反冲洗时，关闭进水支管2与清水支管3上的阀门，开启排水阀5与冲洗水支管4上的阀门，冲洗水（即滤后水）由冲洗水总管11、冲洗水支管4、经底部配水系统的配水干管10、配水支管9及支管上均匀分布的孔眼中流出，均匀地分布在整个滤池平面上，自下而上穿过承托层7及滤料层8。滤层在均匀分布的上升水流中处于悬浮状态，滤层中截留的杂质在水流剪力和滤料颗粒间的碰撞摩擦作用下从滤料颗粒表面剥离下来，随反冲洗废水进入冲洗排水槽6，再汇集入浑水渠13，最后经排水管和废水渠14排入下水道或回收水池。冲洗一直进行到滤料基本洗干净为止。冲洗结束后，即可关闭冲洗水支管4上的阀门与排水阀5，开启进水支管2与清水支管3上的阀门，过滤重新开始。,6.4.2普通快滤池的设计,（一）滤池总面积 的计算：注意Q一般为处理水量与水厂自用水量之和 ，通常水厂自用水量约为处理水量的5%。V一般为1.43.0mm/s。,（二）滤池个数及尺寸的确定：池数通常至少取2个，按表格6-16选取。单池面积可根据滤池总面积与滤池个数确定：单池面积不超过30m2，按长宽比1：1设计，超过30m2，按（1.251.5）：1设计。,滤池总高度包括：（1）超高：0.200.30m；（2）滤层表面以上水深：1.52.0m；（3）滤层厚度：单层砂滤料一般为0.70m，双层及多层滤料一般为0.700.80m；（4）承托层及配水系统高度：0.45m滤池总深度一般为3.03.5m。,（三）滤层滤料选择原则：（1）具有足够的机械强度，以免在冲洗过程中滤料出现磨损和破碎现象；（2）具有足够的化学稳定性，以免滤料与水产生化学反应而恶化水质，尤其不能含有对人体健康和生产有害物质；（3）具有合适的粒径、良好的级配和适当的孔隙率；（4）货源充足，价格低廉，应尽量就地取材。,迄今为止，生产中使用最为广泛的滤料仍然是石英砂，其次是无烟煤。此外，随着双层和多层滤料的出现，常用的滤料还有磁铁矿、金钢砂、石榴石、钛铁矿、天然锰砂等。另外，还有聚苯乙烯及陶粒等轻质滤料。,滤床滤层的确定：（1)单层：给水和清洁污水的处理。（2)双层：常用无烟煤和石英砂组合。常用于污水过滤处理。（3)三层：常用无烟煤石英砂磁铁矿（石榴石）组合。用于要求较高的污水处理。,承托层,承托层的作用是过滤时防止滤料进入配水系统，冲洗时起均匀布水的作用。承托层要求不被反洗水冲动，形成的孔隙均匀，使布水均匀，化学稳定性好，机械强度高。通常，承托层采用天然卵石或碎石。,（四）滤池冲洗系统的设计（1)冲洗强度q、滤料最大膨胀率和冲洗时间的确定按表格6-17确定。,（2)配水系统的设计配水系统位于滤池底部，其作用：一是反冲洗时，使反冲洗水在整个滤池平面上均匀分布；二是过滤时，能均匀地收集滤后水。配水均匀性对反冲洗效果至关重要。若配水不均匀，水量小处，反冲洗强度低，滤层膨胀不足，滤料得不到足够的清洗；水量大处，因滤层膨胀过甚，造成滤料流失，反冲流速很大时，还会使局部承托层发生移动，过滤时造成漏砂现象。,根据配水系统反冲洗时产生的阻力大小，配水系统可分为大阻力、中阻力和小阻力三种配水系统。常用的大阻力配水系统是“穿孔管大阻力配水系统” 。它是由居中的配水干管（或渠）和干管两侧接出的若干根间距相等且彼此平行的支管构成。在支管下部开有两排与管中心铅垂线成45 角且交错排列的配水孔。反冲洗时，水流从干管起端进入后流入各支管，由各支管孔口流出，再经承托层自下而上对滤料层进行冲洗，最后流入排水槽。,大阻力配水系统的优点是配水均匀性较好，但系统结构较复杂，检修困难，而且水头损失很大（通常在3.0m以上），冲洗时需要专用设备（如冲洗水泵），动力耗能多，故不能用于反冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池。此时，应采用中、小阻力配水系统。小阻力配水系统不再采用穿孔管系统而通常采用较大的底部配水空间，其上铺设钢筋混凝土穿孔滤板 。由于水流进口断面积大、流速较小，底部配水室内压力将趋于均匀，从而达到均匀配水的目的。,大阻力配水系统,（3)冲洗水供应系统的设计冲洗水量冲洗强度q滤池面积f普通快滤池反冲洗水供给方式有两种：冲洗水泵和冲洗水塔（箱）。, 冲洗水箱的设计a.为避免冲洗过程中冲洗水头相差太大，水塔（箱）内水深不宜超过3m。水塔（箱）容积按单格滤池所需冲洗水量的1.5倍计算：,b.水塔（箱）底高出滤池冲洗排水槽顶高度H0，可按下式计算： H0= h1+ h2+ h3+ h4+ h5 h3=0.022H1g, 冲洗水泵设计冲洗水泵要考虑备用，可单独设置冲洗泵房，也可设于二级泵站内。水泵流量按冲洗强度和单个滤池面积计算： Q = Kq f 水泵扬程为： H = H0+ h1+ h2+ h3+ h4+ h5,（4)冲洗排水设备的设计冲洗排水槽的设计冲洗排水槽口应力求水平一致，以保证单位槽长的溢入流量相等。故施工时其误差应限制在2mm以内。 单条排水槽排水量：,冲洗排水槽顶距未膨胀滤料表面的高度为：其中当槽底为三角形断面时：槽底为半圆形断面时：,集水渠冲洗排水槽底在集水渠始端水面以上的高度不小于0.050.2m。矩形截面集水槽始端水深：,排水槽平面图,（五） 管廊布置集中布置滤池主要管道、配件及闸阀的场所称为管廊。廊中管道可用金属管，也可用钢筋混凝土管。管廊布置力求紧凑、简捷，要留有设备及配件安装、维修的必要空间，要有良好的防水、排水及通风照明设备。池数不超过5个时，单排布置。池数大于5时，双行排列，管廊位于中间。,（六） 管渠设计流速快滤池管渠断面流速可参考下列数据：进水管(渠)：0.81.2ms；清水管(渠)：1.01.5ms； 冲洗水管；2.02.5ms； 排水管(渠)：1.0一1.5m/s。,例题讲解,试设计处理污水量60000m3/d的单层滤料的普通快滤池。分析设计思路：1.滤池个数及单池面积，单池长宽高的确定以及滤池布置方式；2.冲洗水供应系统的设计（类型、高度或位置）3.冲洗排水槽的设计（每池设计的排水槽条数、槽中心距、形状、高度或位置）4.集水渠的设计（宽度、始端水深、渠高）,6.4.3快滤池的操作与维护,（1)投产前的准备（2)操作运行过滤操作冲洗操作,作业布置,教材P238 7本次作业请学习委员或课代表于第九周周一中午前收齐交到我办公室。,6.5 混凝设备,混凝概念：在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，使废水中的胶体和细小的悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去的过程。 混凝包括凝聚和絮凝两个过程。 凝聚是指胶体颗粒电性被中和而脱稳结合聚集形成大颗粒的过程； 絮凝指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大颗粒絮体的过程。,废水按分散相粒度（杂质粒径）的不同，可分为：真溶液：0.11nm胶体溶液：1100nm悬浮液：100nm1nm100um的部分悬浮液及胶体溶液可用混凝法处理。100um的悬浮液可用沉淀或过滤方法处理。混凝法是工业废水经常采用的一种处理方法。主要处理对象是水中的微小悬浮物、乳状油和胶体杂质。,混凝原理胶体的稳定性：胶体微粒都带有电荷。水中胶体微粒大多带有负电荷。胶粒在水中的相互作用受以下三方面的影响：带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且电极电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；,受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”；胶粒之间还存在着相互引力范德华引力。当间距较大时，此引力略去不计。由于三种作用中第一种最强烈，同时，带电胶粒将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜，同样能阻止胶粒间相互接触，故胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。,混凝原理,化学混凝的机理可以认为主要是三方面的作用：（1）电性中和作用 混凝剂水解生成带正电荷的胶体，中和水中胶粒的负电荷，使颗粒呈电中性，并吸附水中其他杂质等形成大颗粒而沉降下来，达到净水目的。,（2）吸附架桥作用 高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构的高分子聚合物，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。,