第10章 污水的物理处理 untitledpdf

2 第十章污水的物理处理 第一节格栅和筛网 3 格栅由一组 或多组 相 平行的金属栅条与框架组 成 倾斜安装在进水的渠 道 或进水泵站集水井的 进口处 以拦截污水中粗 大的悬浮物及杂质 作用 去除可能堵塞水泵 机组及管道阀门的较粗大 悬浮物 并保证后续处理 设施能正常运行 选用栅条间距的原则 不堵塞水泵和水处理厂 站的处理设备 格栅的 作用 格栅所截留的污染物数量与地区的情况 污水沟道 系统的类型 污水流量以及栅条的间距等因素有关 可参考的一些数据 当栅条间距为16 25mm时 栅渣截留量为 0 10 0 05m3 103m3污水 当栅条间距为40mm左右时 栅渣截留量为 0 03 0 01 m3 103m3污水 栅渣的含水率约为80 密度约为960kg m3 4 人工清除 设计面积应采用较大的安 全系数 一般不小于进水 渠道面积的2倍 以免清 渣过于频繁 与水平面倾角 45 60 机械清除 过水面积一般应不小于 进水管渠的有效面积的 1 2倍 与水平面倾角 60 70 格栅的清渣方法 5 XG型旋转式格栅除污机 上海松江东部污水处理厂 6 上海松江东部污水处理厂 上海松江东部污水处理厂 7 上海天山水质净化厂 上海曲阳水质净化厂 8 GL型格栅除污机 9 上海石洞口污水处理厂 10 上海嘉定水质净化厂 曝气沉砂池前细格栅 格栅运行的控制 11 格栅栅条 断面形状 过格栅渠道 的水流流速 污水过栅条 间距的流速 矩形 圆形 方形 圆形的水利条件较方 形好 但刚度较差 目前多采用断面形 式为矩形的栅条 格栅栅条 断面形状 过格栅渠道 的水流流速 污水过栅条 间距的流速 一方面泥沙不至于 沉积在沟渠底部 另一方面截留的污染 物又不至于冲过格栅 通常采用0 4 0 9m s 格栅渠道的宽度要设置得当 应使水流保持适当流速 12 格栅栅条 断面形状 过格栅渠道 的水流流速 污水过栅条 间距的流速 为防止栅条间隙堵塞 一般采用0 6 1 0m s 最大流量时可高 于1 2 1 4m s 渐扩 20 沉底大于水头损失 格栅的设计与计算 13 通过格栅的水头损失h2的计算 khh 02 k g v h sin 2 2 0 h0 计算水头损失 m v 污水流经格栅的速度 m s 阻力系数 其值与格栅栅条的断面几何形状有关 见表10 4 格栅的放置倾角 g 重力加速度 m s2 k 考虑到由于格栅受污染物堵塞后 格栅阻力增大的系数 可用式 k 3 36v 1 32求定 一般采用k 3 城市污水一般取0 1 0 4m 格栅的设计与计算 格栅的建筑尺寸 1 格栅的间隙数量n可由下 式决定 式中 qvmax 最大设计流 量 m3 s d 栅条间距 m h 栅前水深 m v 污水流经格栅的速 度 m s 2 格栅的建筑宽度b由下式决定 式中 b 格栅的建筑宽度 m s 栅条宽度 m 3 栅后槽的总高度h总由下式决定 式中 h 栅前水深 m h2 格栅的水头损失 m h1 格栅前渠道超高 一般 h1 0 3m sin max 个vhdqvn 1 mndnsb 21 hhhh 总 14 格栅的建筑尺寸 4 格栅的总建筑长度L由下 式决定 式中 L1 进水渠道渐宽部位 的长度 m 其中 b1 进水渠道宽度m 1 进水渠道渐宽部位的展开 角度 一般 1 20 L2 格栅槽与出水渠道连接 处的渐窄部位的长度 一般 L2 0 5L1 H1 格栅前的渠道深度 m 5 每日栅渣量W由下式 决定 式中 W1 栅渣量 m3 103m3污 水 KZ 生活污水流量总变化 系数 5 00 1 121 mtgHLLL 1 1 1 2 tg bb L 1000 86400 3 1max dm K Wqv W Z 作用 用于废水处理或 短小纤维的回收 型式 振动筛网 水力筛网 筛网 15 填埋 焚烧 820 以上 堆肥 将栅渣粉碎后再返回废水中 作为 可沉固体进入初沉池 格栅 筛网截留的污染物的处置方法 第二节沉淀的理论基础 16 沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能 在重力作 用下产生下沉作用 以达到固液分离的一种过程 沉淀处理工艺的四种用法 沉砂池 用以去除污水中的无机性易沉物 初次沉淀池 较经济的去除悬浮有机物 减轻后续生物处 理构筑物的有机负荷 二次沉淀池 用来分离生物处理工艺中产生的生物膜 活 性污泥等 使处理后的水得以澄清 污泥浓缩池 将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩 以减小体积 降低后续构筑物的尺寸及处理费用等 自由沉淀 悬浮颗粒浓度不高 沉淀过程中悬浮固体 之间互不干扰 颗粒各自单独进行沉淀 颗粒沉淀轨迹呈直线 沉淀过程中 颗粒 的物理性质不变 发生在沉砂池中 根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度 沉淀可分成四种类型 悬浮颗粒浓度不高 沉淀过程中悬浮 颗粒之间有互相絮凝作用 颗粒因相 互聚集增大而加快沉降 沉淀轨迹呈 曲线 沉淀过程中 颗粒的质量 形 状 沉速是变化的 化学絮凝沉淀属 于这种类型 絮凝沉淀 区域沉淀或 成层沉淀 压缩沉淀 悬浮颗粒浓度较高 5000mg L以 上 颗粒的沉将受到周围其它颗粒的 影响 颗粒间相对位置保持不变 形成 一个整体共同下沉 与澄清水之间有清 晰的泥水界面 二次沉淀池与污泥浓缩 池中发生 悬浮颗粒浓度很高 颗粒相互之间已挤 压成团状结构 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 泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在 压缩沉淀 17 自由沉淀及其理论基础 分 析 的 假 定 沉淀过程中颗粒的大小 形状 重量等 不变 颗粒为球形 颗粒只在重力作用下沉淀 不受器壁和 其他颗粒影响 静水中悬浮颗粒开始沉淀时 因受重力作用 产生加速运动 经过很短的时间后 颗粒的 重力与水对其产生的阻力平衡时 颗粒即成 等速下沉 悬浮颗粒在水中的受力 重力 浮力 重力大于浮力时 下沉 重力等于浮力时 相对静止 重力小于浮力时 上浮 配图说明 18 1 悬浮颗粒在水中受到的 力Fg Fg 是促使沉淀的作用力 是颗粒的重力与水的浮力 之差 式中 Fg 水中颗粒受到的作用力 V 颗粒的体积 S 颗粒的密度 L 水的密度 g 重力加速度 2 根据牛顿定律 水对自 由颗粒的阻力为 式中 FD 水对颗粒的阻力 阻力系数 A 自由颗粒的投影面积 uS 颗粒在水中的运动速度 即颗粒沉速 悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析 LSLSg gVgVgVF 2 2 SLD uAF 球状颗粒自由沉淀的沉速公式 当颗粒所受外力平衡时 Dg FF 即 2 2 SLLS uAgV 2 1 3 4 L dg u LS S 23 4 1 6 1 dAdV 因 得球状颗粒自由沉淀的沉速公式 19 当颗粒粒径较小 沉速小 颗粒沉降过程中其周 围的绕流速度亦小时 颗粒主要受水的粘滞阻力 作用 惯性力可以忽略不计 颗粒运动是处于层 流状态 在层流状态下 24 Re 带入式中 整理 得自由颗粒在静水中的运动公式 亦称斯托克斯 定律 2 18 1 dgu LS S 是水的动力粘度 由上式可知 颗粒沉降速度uS与下述因素有关 2 18 1 dgu LS S 斯托克斯定律 当 当 S大于 大于 L时 时 S L为正值 颗粒以u为正值 颗粒以uS下沉 下沉 当 当 S与 与 L相等时 u相等时 uS 0 颗粒在水中呈悬浮状 态 这种颗粒不能用沉淀去除 0 颗粒在水中呈悬浮状 态 这种颗粒不能用沉淀去除 S小于 小于 L时 时 S L为负值 颗粒以u为负值 颗粒以uS上浮 可用 浮上法去除 上浮 可用 浮上法去除 u uS与颗粒直径d的平方成正比 因此增加颗粒直径有 助于提高沉淀速度 或上浮速度 提高去除效果 与颗粒直径d的平方成正比 因此增加颗粒直径有 助于提高沉淀速度 或上浮速度 提高去除效果 u uS与 成反比 随水温上升而下降 即沉速受水 温影响 水温上升 沉速增大 与 成反比 随水温上升而下降 即沉速受水 温影响 水温上升 沉速增大 20 沉淀池的工作原理 理想沉淀池 进口区域 沉淀区域 出口区域 污泥区域 沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同 水平流速为v 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉 下沉速度为u 在沉淀池的进口区域 水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个 过水断面上 颗粒一经沉到池底 即认为已被去除 理想沉淀池的几个假定 理想沉淀池的几个假定 由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线 由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线 21 式中 v 颗粒的水平分速 qv 进水流量 A 沉淀区过水断面面积 H b H 沉淀区的水深 b 沉淀区宽度 当某一颗粒进入沉淀池后 另一方面 颗粒在重力 作用下沿垂直方向下 沉 其沉速即是颗粒的 自由沉降速度u 一方面随着水流在水平 方向流动 其水平流速 v等于水流速度 颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和 在 沉淀过程中 是一组倾斜的直线 其坡度为i u v bHqvAqvv 设u0为某一指定颗粒的最小沉 降速度 I 当颗粒沉速u u0时 无论 这种颗粒处于进口端的什 么位置 它都可以沉到池 底被去除 即图10 12a中 的迹线xy与x y II 当颗粒沉速u1 u0时 位于 水面的颗粒不能沉到池 底 会随水流出 如图10 12b中轨迹xy 所示 而当 其位于水面下的某一位置 时 它可以沉到池底而被 去除 如图中轨迹x y所 示 说明对于沉速u1小于指定颗粒 沉速u0的颗粒 有一部分 会沉到池底被去除 22 在同一沉淀时间t 下式成立 故 对于沉速为u1 u1 u0 的全部悬浮颗粒 可被沉淀于池底的 总量为 而沉淀池能去除的颗粒包括u u0以及 u1 u0的两部分 故沉 淀池对悬浮物的去除率为 tuHtuh 01 00 0 1 0 0 01 1 uu dPu u dPuu 0 0 0 0 1 1 u udP u P dP H h 设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP 其中的的颗 粒将会从水中沉到池底而去除 01 uuHh dP u u dP H h 0 1 式中 P0 沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数 1 P0 沉速 u0的颗粒去除百分数 图10 12的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系 将上式带入式 qv A 反映沉淀池效力的参数 一般称为沉淀池的表面负荷率 或称沉淀池的过流率 用符号q表示 理想沉淀池中 u0与q在数值上相同 但它们的物理概念不同 u0的单位是m h q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流 量 单位是m3 m2 h 故只要确定颗粒的最小沉速u0 就可以求得理 想沉淀池的过流率或表面负荷率 理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关 与池深H无关 即与池的体积V无关 Aqvq bHqvAqvv HLuv 0 0 HLuv Aqvu 0 AubHHLuqv 00 中并简化后得出 23 第三节沉砂池 沉砂池 的作用 沉砂池的 工作原理 沉砂池的 几种型式 从污水中去除砂子 煤渣等比重较 大的无机颗粒 以免这些杂质影响 后续处理构筑物的正常运行 平流式 竖流式 曝气沉砂池 旋流式沉砂池 Doer沉砂池等 以重力或离心力分离为基础 即将 进入沉砂池的污水流速控制在只能 使比重大的无机颗粒下沉 而有机 悬浮颗粒则随水流带走 24 沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数 城市污水厂一般均设置沉砂池 并且沉砂池的只数或分格数应不 小于2 工业污水是否要设置沉砂池 应根据水质情况而定 设计流量应按分期建设考虑 最大时流量 最大组合流量 合流制流量 沉砂池去除的砂粒比重为2 65 粒径为0 2mm以上 城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算 其含水率约 为60 容重约1500kg m3 贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算 贮砂斗壁的倾角不应小于 55 排砂管直径不应小于200mm 沉砂池的超高不宜小于0 3m 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 25 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 1 长度L 式中 v 最大设计流量时的 速度 m s t 最大设计流量时的停留时 间 s 2 水流断面面积A 式中 qvmax 最大设计流量 m3 s 3 池总宽度b 式中 h2 设计有效水深 m 4 贮砂斗所需容积V 式中 X 城市污水的沉砂 量 一般采用30m3 106m3 污水 T 排砂时间的间隔 d kz 生活污水流量的总变化 系数 平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式 vtL vqvA max 2 hAb 6 max 10 86400 z k TXqv V 26 5 贮砂斗个部分尺寸计算 设贮砂斗底宽b1 0 5m 斗壁与水平面的倾角为60 则贮砂斗的上口宽b2为 贮砂斗的容积V1 式中 h 3 贮砂斗高度 m S1 S2 贮砂斗上口和下口的面积 6 贮砂室的高度h3 设采用重力排砂 池底坡度 i 6 坡向砂斗 则 7 池总高度h 式中 h1 超高 m h3 贮砂斗高度 m 8 核算最小流速vmin 式中 qvmin 设计最小流量 m3 s n1 最小流量时工作的沉砂池数目 Amin 最小流量时沉砂池中的水 流断面面积 m2 平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式 1 3 2 60 2 b tg h b 212133 1 1 SSSShV 321 hhhh min1minmin Anqvv 2 2 06 0 06 0 23233 bbLhlhh 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 除泡作用以及加速污水 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型渠道 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 27 曝气沉砂池剖面示意 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 4m 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 曝气沉砂池的工作原理 28 上海嘉定水质净化厂 29 上海曲阳水质净化厂 水平流速一般取0 08 0 12m s 污水在池内的停留时间为4 6min 当雨天最大流量时为 1 3min 如作为预曝气 停留时间为10 30min 池的有效水深为2 3m 池宽与池深比为1 1 5 池的长宽比可 达5 当池长宽比大于5时 应考虑设置横向挡板 曝气沉砂池多采用穿孔管曝气 孔径为2 5 6 0mm 距池底约 为0 6 0 9m 并应有调节阀门 供气量可参照表10 6 曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角 在砂槽上方宜 安装纵向挡板 进出口布置 应防止产生短流 曝气沉砂池的设计参数 30 平流式水力旋流沉砂池 上海石洞口污水处理厂 31 上海石洞口污水处理厂 工作流态 Pista360 旋流沉砂池不同于其它旋流沉砂池 进水渠道改进成为 一条封闭的充满流倾斜进水渠 进水直接进入沉砂池底部 由于射 流的作用 在池内形成旋流 同时在中心轴向桨板的定速旋转驱动 下于中部形成一个向上的推动力 使水流在垂直面亦形成环流 在 垂面环流和射流的共同作用下 水流在沉砂池中以螺旋状前进 砂 粒在离心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底 积于池底的砂粒由于 垂面环流的水平推动作用向池中心汇集跌入积砂斗 部分较轻的有 机物则在中部上升水流的作用下重新进入水中 水流在分选区内回 转一周 360 后 进入与进水渠同流向但位于分选区上部的出水 渠道 去除的沉砂跌入砂斗盖板中心的开孔并存于砂斗内 为防止 砂粒板结 桨板驱动轴下端的叶片砂粒流化器不停搅动 砂粒便定 时由砂泵抽出池外 PISTA沉砂池 32 PI