第4章物理处理法

.,第四章物理处理法,.,物理法的作用,物理法具有设备简单、成本低、管理方便、效果稳定等优点。主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类等物质。一般被用做其他处理方法的预处理或深度处理。主要包括过滤、重力分离、离心分离等。,.,1过滤法,使用要求：不论何种废水，在送入水泵和主体构筑物之前，均需设置格栅以拦截较大杂物,设置筛网以截留较细悬浮物.防止水中的微粒物质和胶体物质破坏水泵，堵塞管道及阀门等。也常用在废水的最终处理，使滤出液可以循环使用。包括格栅过滤、筛网过滤、颗粒介质过滤、微粒机过滤等。,.,1.1格栅过滤,安装位置：格栅设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前。去除对象：用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及处理构筑物的管道。,按形状,平面格栅（flatbarscreen)：筛网呈平面,曲面格栅(curvebarscreen)：筛网呈弧状,.,按栅条的净间隙e分,粗格栅e=50-100mm,按清渣方式分,人工清理格栅,机械清理格栅,细格栅e=3-10mm,中格栅e=10-40mm,.,格栅的设置方案,A、一道粗格栅：用于水泵流道口径较大的泵站，其进水来自漂浮物很少的河道或城市雨水泵站。常采用人工清污。B、一道中格栅：用于用于水泵流道口径较小的泵站，或水泵流道口径大但漂浮物较多场所。采用机械清污。C、一道细格栅：拦截污水中的细小漂浮物，用于城市下游的污水处理厂。必须机械清污。,.,D、一道粗格栅和一道中格栅E、一道中格栅和一道细格栅如：1985年，天津市市政工程局在新建的东郊污水处理厂设计中，采用一中、一细两道格栅，有效地保护水泵，达到减轻格栅负荷、减少浮渣的目的。F、一道粗格栅和一道细格栅如：1996年建设的青岛团岛污水处理厂（2500万德国马克），采用一粗（3台机械除渣高链式粗格栅）、一细（3台机械除渣高链式细格栅）；2000年哈密市污水处理厂也采用一粗、一细两道格栅,.,格栅由一组平行的金属栅条和框架构成，框架采用型钢焊接.格栅按倾斜45-60设置，可增加格栅有效面积40-80%，而且便于清洗和防止因堵塞而造成过高的水投损失。人工清渣格栅适用于小型污水处理厂。,.,人工清渣格栅示意图,格栅,操作平台,滤水板,.,移动式伸缩臂机械格栅示意图,耙斗,格栅,行走轮,.,移动臂式格栅除污机,.,.,.,回转格栅,.,各种格栅,自动机械格栅,钢丝绳牵引格栅,WG型机械格栅,.,沉砂池前的细格栅,.,1.2筛网过滤（孔径小于10mm）,使用要求：某些悬浮物用格栅不能截留，也难通过重力沉降去除，常给后续处理构筑物或设备带来麻烦，可采用筛网过滤来分离和回收。去除对象：纺织、造纸、制革、洗毛等一些工业废水中含有细小纤维状的悬浮物质，如棉布毛、化学纤维、纸浆纤维、禽羽兽毛、藻类等稍细小的杂物和残渣。,.,装置类型：振动筛网(vibrationscreen)、水力筛网(hydraulicscreen)、转鼓式筛网(drumscreen)、转盘式筛网(discscreen)、微滤机(microfiltration)等。结构形式：筛网由金属丝织物或穿孔板构成。孔径小于10mm的筛网主要用于工业废水的预处理，它可将小于3mm的漂浮物截留在网上。孔径小于0.1mm的细筛网则用于处理后出水的最终处理或用于回用前。,.,转鼓式（转筒）筛网示意图,.,振动筛网示意图,.,水力筛网示意图（靠水力作用旋转）,筛余物,进水管,不透水部分,1-进水方向；2-导水叶片；3-筛网；4-转动轴；5-水沟,.,水力筛网,.,格栅、筛网截留的污染物（栅渣）的处置方法：,栅渣（含水率70-80%）应妥善处理：（1）如填埋、焚烧、堆肥或与其它污泥混合后进行消化处理，或城市垃圾一起处理；（2）有回收利用价值时，可直接回用（如纸浆纤维）或粉碎后再用；（3）对于大型系统，可采用焚烧（820以上）彻底处理。,.,.,1.3微滤机,.,2重力法,定义：重力分离是依靠废水中悬浮物密度与水密度不同来分离废水中固体悬浮物的方法.在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物(sludge)。当悬浮物的密度小于水的密度时，悬浮物将上浮到水面形成浮渣（scum），通过收集沉淀物与浮渣，使废水得到净化的过程就是重力分离的方法。,.,重力分离法,沉降法(settlement),上浮法(floating),可去除的污染物,悬浮物(SS)：有机悬浮物无机悬浮物,油类物质(oilandgrease)：浮油和乳化油,.,2.1沉砂池,作用:是一种沉淀池,用以分离废水中相对密度较大的无机悬浮物，如砂、煤粒、矿渣等，使这些悬浮物在池内沉降，以免进入后面的沉淀池污泥中而给排除及处理污泥带来困难。类型：平流式和竖流式。,.,平流式(horizontal-flow),最传统的沉砂池，构造简单，工作稳定。废水从池一端流入，沿水平方向在池内流动，从另一端溢出，池的形状呈长方形，在进口处的底部设贮砂斗。,.,.,特别注意：普通沉砂池截留的沉砂中多夹杂一些有机物，对被少量有机物包覆的砂粒截留效果也不高。使用曝气沉砂池能够在一定程度上克服上述缺点。通过曝气，使废水中的有机颗粒常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，从而去除砂粒上附着的有机污染物，有利于获得较为纯净的砂粒。,.,.,曝气沉砂池,.,平流式沉砂池：最大流速0.3m/s,最小流速0.15m/s最大流量时的停留时间不少于30s,一般30-60s曝气沉砂池：旋流速度：0.25-0.3m/s最大流量时的T：1-3min,水平流速：0.1m/s,.,2.2沉淀池,分类：初级沉淀池（一次沉淀池）、二次沉淀池（生化处理之后）；结构型式：平流式、竖流式、辅流式和斜管式。,.,.,2.2.1平流式沉淀池,废水从池一端流入，沿水平方向在池内流动，从另一端溢出，池的形状呈长方形，在进口处的底部设贮泥斗。,.,平流式沉淀池结构,流入装置：作用是降低水流速，使废水均匀分布。A、进水槽B、进水挡板，高出水面0.150.2m，伸入水下的深度不小于0.2m。流出装置：A、出流堰（溢流堰）B、浮渣管（或浮渣槽）C、出水挡板,.,沉淀区（工作区）：沉降颗粒与废水分离的区域，池底为平底（机械排泥）或锥形（水压排泥）。污泥区和排泥装置：排除沉于池底的污泥，在池的前部设贮泥斗，其中的污泥通过排泥管借1.52.0m的静水压力排出池外，池底坡度一般为0.010.02。,.,沉淀区,2.2.1平流式沉淀池,.,.,在池底部，链带缓缓地沿与水流相反方向滑动，刮板嵌于链带上，在滑动中将池底沉泥推入贮泥斗中，而在其移到水面时，又将浮渣推到出口，从那里集中清除。这种设备的主要缺点是各种机件都在水下，易于腐蚀，难于维护。,附有链带式刮泥机的平流沉淀池,.,.,多斗排泥平流式沉淀池,.,浮渣槽,出流堰,挡板,锯齿形出水堰,浮渣槽,.,.,平流沉淀池上海杨树浦水厂6#沉淀池,净水能力为48万m3/d（1978年改造）,.,浙江余杭供水集团,.,2.2.2辅流式沉淀池,辐流式沉淀池常为直径较大(2030m)的圆池，最大直径100m（变幅660m），池中心深度2.55.0m，池周深度1.53.0m。由于直径比深度大得多，水流呈辐射状向四周周边流动，沉淀后废水往四周集水槽排出。废水流向:中心进水周边出水(多）;周边进水中心出水;周边进水周边出水.适合大水量，但比较占地。,.,.,中心进水周边出水的辅流式沉淀池,.,进水槽,刮泥装置,出水堰,出水槽,.,中心进水周边出水,.,注意:废水从中心进入在池四周出流，进口处流速很大，呈紊流状态，这时原废水中悬浮物质浓度亦高，紊流状态阻碍了它的下沉，影响沉淀池的分离效果。中心出水周边进水的辐流式沉淀池与此恰恰相反，原废水从池周流入，澄清水则从池中心流出,沉淀池的分离效果较好。,.,中心出水周边进水的辅流沉淀池,.,进水槽底部有孔,出水槽,出水堰,出水堰前挡板,进水挡板深入水下约3/4水深,.,最大的辐射沉淀池兰州西固水厂沉淀池,采用二级沉淀工艺处理黄河水系高浊度水,1955年开始建设。有100m的辐射沉淀池12座。单池处理水量为1m3/s。每一座池有周边转动的刮泥桁架。水清时自然沉淀，水浑时投加聚丙烯酰胺混凝剂（1960年投产）。,.,.,泰安市污水处理厂：2座直径28m辅流沉淀池兰州市七里河、安宁区污水处理厂：2座直径9m辅流沉淀池（中心出水）；广州番禺祁福新村生活污水处理厂：二沉池为2座直径18m辅流沉淀池。,辅流沉淀池应用实例,.,2.2.3竖流式沉淀池,竖流式沉淀池圆形、方形和多角形。直径或边长一般8m以下，大多47m之间。沉淀池上部柱状部分为沉淀区，下部截头锥状部分为污泥区，在二区之间留有0.3m缓冲层。废水从中心管流入，由下部流出，通过反射板的阻拦向四周分布，并沿沉淀区的整个断面上升。流出区设于池周，采用自由堰或三角堰。如果池子的直径大于7m，一般要考虑设辐射式集水槽。,.,2.2.3竖流式沉淀池,圆形或方形,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。集水槽大多采用平顶堰或三角形锯齿堰，废水从池中央下部进入，由下向上流动。,反射板,.,废水含大量有机悬浮物且水量不大时采用,.,注意：中心管的流速不宜太大，30mm/s适用于小水深，池深大，但沉淀效果较差排泥方便，占地小。如浙江一市属医院的污水处理中二沉池为竖流式。,中心管,.,上海杨浦区自来水厂1923年建造的“竖流式”二次沉淀池，现在仍在发挥作用,.,2.2.3斜管式沉淀池,沉淀池加设斜板(管)后，处理能力比一般沉淀池大37倍，过流率可达36m3/m2h，停留时间大大缩短，节省占地面积。斜板(管)与水平面间的倾角一般5060.大多采用异向流形式，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。斜板(管)之间间距一般不小于50mm，废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为0.50.7mm/s。斜板多采用聚氯乙烯平板或波纹板，斜管多为粘合塑料蜂窝管，常以一种组装形式安装。斜板(管)长一般在1.01.2m左右。,.,按沉降污泥与水的运动方向的不同，斜板（管）沉淀池分异向流、同向流和横向流三种。,.,异向流,异向流基本参数：60度，L1-1.2m板间距50150mm清水区0.5-1.0m布水区0.5-1.0m,.,同向流,水流促进泥的下滑，斜角可减少到3040度沉淀效果提高，但构造比较复杂，使用少。,.,横向流,使用少，结构和平流式沉淀池较接近，易于改造，但水流条件差，难支撑。,.,斜板（管）沉淀池结构,沉淀池中斜板垂直净距80100mm，如为斜管，其孔径一般5080mm，斜板（管）的长度11.2m，倾角60。斜板（管）区上部水深为0.51.0m。斜板下部为废水分布区，其高度不小于0.5m，布水区下面为污泥区。进水方式一般采用穿孔墙整流布水。出水方式采用多槽出水。,.,迷宫式斜板,.,斜管式沉淀池,.,.,斜管式沉淀池,.,最早应用的斜管沉淀池武汉国棉水厂,.,斜管沉淀池应用实例,北京荷美尔食品有限公司（屠宰车间、熟肉制品车间等，年屠宰活猪20万头）：污水二沉池采用斜管沉淀池，沉淀池表面负荷2.1m3/(m2.h)河南江海啤酒业有限公司(郑州):采用斜管沉淀池，表面负荷4m3/(m2.h)，聚丙烯塑料斜管。,.,平流式斜板沉淀池,.,辐流式斜板沉淀池,.,2.2.4隔油池,石油开采与炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业生产过程排出大量含油废水。油品相对密度一般都小于1,只有重焦油相对密度大于1。如果油珠粒径较大，呈悬浮状态，则可利用重力进行分离，这类设备通称为隔油池。隔油池的种类很多，国内外普遍采用的是普通平流隔油池和斜板隔油池。,.,2.2.4隔油池,用以去除比重比水轻的物质，通常为油类物质。（自然上浮或气浮）A、废水中油类物质的来源石油开采及加工工业、固体燃料热加工、纺织工业中的洗毛废水、轻工业中的制革废水、铁路及交通运输业、屠宰及食品加工以及机械工业中车削工艺中的乳化液等。其中石油工业及固体燃料热加工工业排出的含油废水为主要来源。,.,B、废水中的油类存在状态:悬浮状态:油品在废水中分散的颗粒较大，粒径大于100m，称为浮油，占水中总含油量的6080，易于上浮分离；乳化状态:油品分散粒径很小，呈乳化状态，称乳化油，不易上浮分离,占水中总含油量的1015；溶解状态:称为溶解油，占水中总含油量0.20.5溶解度约为515mg/L。,.,C、危害油污染的危害主要表现在对生态系统、植物、土壤、水体的严重影响。我国在1985年颁布的“B50841985”农田灌溉水质标准”规定，在一、二类灌区对水质的要求，石油类含量均不得大于10mgL。含油废水(特别是可浮油)排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂还会影响养殖和利用。,.,隔油池构型,平流式隔油池与平流式沉淀池在构造上基本相同。,.,平流式隔油池,进水,出水,1配水槽2布水隔墙3进水阀4挡油板5排渣阀6链带式刮油刮泥机7集油管,.,平流隔油池一般不少于两个，池深1.52.0m，超高9.4m，每单格的长宽比不小于4，工作水深与每格宽度之比不小于0.4m，池内流速一般为25mm/s，停留时间一般为1.52.Oh，可将废水中含油层从4001000mg/L降至150mg/L以下，去除效率达70以上，所去除油粒的最小直径为10O150m.,主要技术要求,.,注意事项,为了保证隔油池的正常工作，池表面应加盖，以防火、防雨、保温及防止油气散发，污染大气。在寒冷地区或季节，为了增大油的流动性，隔油池内应采取加温措施，在池内每隔一定距离，加设蒸气管，提高废水温度。,.,波纹斜板式隔油池,集油管一般直径为200300mm的钢管制成，沿管轴方向在管壁上开有60角的切口。集油管常设在池出口处及进水间，管轴线安装高度与水面相平或低于水面5cm。,.,斜板式隔油池结构,池内斜板大多数采用聚酯玻璃钢波纹板，板间距2050mm，倾角不小于45，斜板采用异向流形式，废水自上而下流入斜板组、油粒沿斜板上浮。斜板隔油池所需停留时间仅为平流隔油池的1/21/4，约30min。斜板隔油池去除油滴的最小直径为60m。,.,.,2.3气浮法,气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面实现固液或液液分离的过程。,.,作用：去除比重和水差不多的悬浮物质。方法：向水中加入空气，使空气以高度分散的微小气泡形式将水中悬浮颗粒载浮于水面,随气泡上浮，污染物也随之浮到水面上而形成由气泡、水和污染物形成的三相泡沫层，收集泡沫层即可把污染物与水分离。,.,实现气浮法分离的2个必要条件,1、必须向水中提供足够数量的微细气泡（气泡理想尺寸1530um）；2、必须时目的物呈悬浮状态或具有疏水性质，从而随气泡上浮。,.,气泡,疏水性,亲水性,.,在水处理中，气浮法广泛应用于：(l)分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体.(2)回收工业废水中的有用物质.(3)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥(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.,.,气浮池特点,(1)气浮池表面负荷可高达12m3/m2h，水在池中停留时间只需1020min，池深只需2m左右，节省基建投资；(2)气浮池具有预曝气作用，泥渣不易腐化;(3)气浮法处理效率高，甚至可去除原水中浮游生物，出水水质好；浮渣含水率低，一般96以下,对污泥的后续处理有利；,.,(4)气浮法所需药剂量比沉淀法节省。但是，气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.O20.04kWh；目前使用的溶气水减压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。,.,气浮过程,气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒附着及上浮分离等连续步骤。产生数量和尺寸合适的气泡（理想尺寸为1530m）是气浮过程实现的重要条件。废水处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为溶气法、布气法和电解法三类。,.,2.3.1溶气气浮法,定义：溶气法是使空气在一定压力作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。分类：根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，分为加压溶气浮选和溶气真空浮选两种类型。加压溶气法需要有空气压缩机、溶气罐、减压阀或溶气释放器、水泵。按空气与水混合的位置有分为泵前进气与泵后进气两种。,.,泵前进气：这是由水泵压水管中引出一支管，在支管上按装水力喷射器，由于水喷射时产生负压，将空气吸入，与废水混合后，经吸水管、水泵送入溶气罐。,溶气水去浮选,水射器,水泵吸水管,溶气罐,水泵压水管,空气,特点：比较简便，水气混合均匀，但水泵必须采用自吸式进水，而且要保持1m以上的水头。最大吸气量不能大于水泵吸水量的10，否则，水泵工作不稳定，会产生气蚀现象。,.,泵后进气：一般是在压水管上通入压缩空气。这种方法使水泵工作稳定，而且不必要求在正压下工作。但需要由空气压缩机供给空气，为了保证良好的溶气效果，溶气罐的容积也比较大，一般需采用较复杂的填充式溶气罐。,溶气水去浮选,空气压缩机,水泵吸水管,溶气罐,水泵压水管,.,泵前、泵后进水,.,溶气罐,溶气罐的作用是在一定的压力(一般0.20.6MPa)下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合。混合时间一般为13min，混合时间与进气方式有关，即泵前进气混合时间可短些，泵后进气混合时间要长些。,.,.,溶气罐形式（a）纵隔板式；(b)花板式；(c)横隔板式；(d)填充式；(e)涡轮式,.,减压阀,减压阀的作用是保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。也可用低压溶气释放器来代替减压阀，溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡。,.,优点是溶气压力比加压溶气法低，能耗较小产生的气泡直径较小，约为20100m，并且可人为地控制气泡与废水的接触时间，因而净化效果比分散空气法好。最大缺点是气浮池构造复杂，运行维护都有困难，因此在生产中应用不多。,溶气气浮的特点:,.,.,.,2.3.2布气气浮法,布气浮选是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为水泵水管吸气浮选、射流浮选、扩散曝气浮选以及叶轮气浮等四种。,.,(1)水泵吸水管吸入空气气浮,最原始的也是最简单的一种气浮方法。优点是设备简单，其缺点主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的10，否则将破坏水泵吸水管的负压工作。此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此，气浮效果不好。这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在5065.,.,（2）射流气浮这是采用以水带气射流器向废水中混入空气进行气浮的方法。漳州健力宝饮料有限公司的有机废水在二沉池前设计射流暴气塔。,溶气水去浮选,水射器,水泵吸水管,水泵压水管,空气,.,射流器构造示意图,由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段(扩散段)，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。,.,射流式水力冲击空气扩散装置,.,(3)扩散板曝气气浮,压缩空气通过具有细孔隙的扩散板或微孔管，使空气以细小气泡的形式进入水中，进行气浮过程。优点是简单易行，但缺点较多，其中主要的是空气扩散装置的微孔易于堵塞，气泡较大，浮选效率不高等，因此这种方法近年已少用。,.,（4）叶轮浮选,气浮池底部设旋转叶轮（200600mm）叶轮上部装带有导向叶片的固定盖板，盖板上有孔洞（1218个）。电动带动叶轮高速旋转（9001500r/min），盖板下形成负压，从空气管吸入空气，在叶轮搅动下，空气被粉碎成细小气泡（1mm），并与水充分混合成为水气混合体，甩出导向叶片之外，在池体内平稳地垂直上升，形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外,进行浮选。,.,叶轮气浮池一般采用正方形，边长不超过叶轮直径的6倍。当处理规模较大时，可在一个气浮池中设多个叶轮。气浮池的工作水深一般为2.5-4m，气浮时间15-20min。,.,布气浮选的特点:,优点:设备简单，易于实现。,缺点:空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒径较大，