第1章物理法污水处理设备

第1章物理法污水处理设备,主要内容,预处理设备(重点)沉淀池(重点)气浮装置(重点、难点)过滤装置离心分离设备磁分离设备,第一节预处理设备,格栅(掌握)沉砂池(掌握)调节池(掌握),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。,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1625mm时，栅渣截留量为0.100.05m3/（103m3污水）；当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.030.01m3/（103m3污水）；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。,格栅的清渣方法,XG型旋转式格栅除污机,回转式固液分离机,螺旋压榨细格栅,螺旋压榨细格栅,回转式格栅除砂机及栅渣皮带输送机,GL型格栅除污机,齿耙式格栅除污机,阶梯式细格栅,曝气沉砂池前细格栅,格栅的液位差自动控制,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,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,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,格栅的设计与计算,通过格栅的水头损失h2的计算：,式中：h0计算水头损失，m；v污水流经格栅的速度，m/s；阻力系数，其值与栅条断面的几何形状有关；格栅的放置倾角；g重力加速度，m/s2；k考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。城市污水一般取0.10.4m。,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。,格栅的建筑尺寸,4.格栅的总建筑长度L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。,作用用于废水处理或短小纤维的回收,形式振动筛网水力筛网,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：,沉砂池的作用,沉砂池的工作原理,沉砂池的几种形式,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，并且沉砂池的个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(自流进入时)、最大组合流量(水泵抽送时)、合流制流量(雨污合流时)沉砂池去除的砂粒相对密度为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2d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,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。,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3060s；有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.0m，池宽不小于0.6m；池底坡度一般为0.010.02，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,3.池总宽度b式中：h2设计有效水深。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生活污水流量的变化系数。,平流式沉砂池的计算公式,7.池总高度h式中:h1超高，m；h2有效水深,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,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形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约6090cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有i=0.10.5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：,曝气沉砂池的工作原理,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。,曝气沉砂池实景,水平流速一般取0.080.12m/s。污水在池内的停留时间为46min；雨天最大流量时为13min。如作为预曝气，停留时间为1030min。池的有效水深为23m，池宽与池深比为11.5，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2.56.0mm，距池底约为0.60.9m，并应有调节阀门。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,曝气沉砂池设计内容:,（1）工艺尺寸,（2）结构尺寸,（3）进出水区,（4）工艺装备,（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）：,每小时所需的空气量：,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。,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1/22/3，底部以6075倾角坡向沉沙区，以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。,（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。,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。,（3）进出水区,进水区、配水方式、出水区,（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25mm。,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。,原理:水从沉砂池一侧以平流方式进入池内，砂砾在重力作用下沉于池底，被刮砂机上的弧形刮板依次推移至池边的贮砂斗中，并落入集砂槽内，再经耙式步进输砂机逐渐刮至池外，刮出的砂无需再进行砂水分离就可运走。,多尔沉砂池的工作原理,除砂机主要由两部分组成：刮砂机与耙式步进输砂机。刮砂机由工作桥、主梁、传动轴、刮臂与刮板等组成；耙式步进输砂机由传动装置、连杆、刮板等组成。特点:结构简单，维护方便传动件在水上，便于维护操作简单，无需维护,原理旋流沉砂池主要利用机械叶轮的旋转，控制进入水流的流速与流态，使砂颗粒在离心力与重力的作用下，沿池壁呈螺旋线加速沉降，同时有机物在水流的作用下，随水流漂走，沉入池底的砂经空气提升或政治部提升后，与少量污水进入砂水分离器中进行分离后排出，清洗水回流至格栅井，从而达到除砂的目的。,钟式沉砂池的工作原理,工业废水水质、水量的不均衡性工业废水水质、水量调节的作用均衡水质、水量，降低处理设施投资规模保证后续处理设施的正常运行工业废水水质、水量调节的方法水量调节水质调节综合调节调节水量和水质的构筑物：调节池,进水为重力流，出水用泵抽升最高水位：不高于进水管的设计水位有效水深：23米最低水位：死水位,(1)水量调节池：,调节池的容积：图解法计算,曲线下在T小时内所围的面积，等于废水总量WT(m3),在周期T内废水平均流量Q，m3/h,废水流量累计曲线OA，A点纵标即周期T（24h）的累积流量OA的斜率即周期T（24h）平均水量虚线为调节池内水量变化曲线,(2)水质调节池：,普通水质调节池：物料衡算,假设在一个取样间隔时间内出水浓度不变,穿孔导流槽式调节池：同时进入调节池的废水，由于流程长短不同，使前后进人调节池的废水相混合，以此来均和水质。,（1）含油废水的来源含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业企业。肉类加工、牛奶加工、洗衣房、汽车修理车间等废水中都含有很高的油、油脂。在一般的生活污水中，油脂占总有机质的10%，每人每天产生的油脂可按0.015kg估算。,废水中的油类的分类浮油：油珠粒径较大，一般大于100m，易浮于水面，形成油膜或油层；分散油：油珠粒径一般为10100m，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静置一定时间后往往形成浮油；乳化油：油珠粒径小于10m；一般为0.12m，往往因水中含有表面活性剂使油珠成为稳定的乳化液；溶解油：油珠粒径比乳化油还小，有的可小到几nm，是溶于水的油微粒。,除油装置隔油池：是利用油类自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油。常用的有平流隔油池、平板式隔油池和斜板隔油池。各自的特性见表5。除油罐：可去除浮油和分散油。含油废水通过进水管配水室的配水支管和配水头流入除油罐内，在罐内废水自上而下缓慢流动，靠油水的密度差进行油水分离，分离出的废油浮至水面，然后流入集油槽，经过出油管流出。废水则经集水头、集水干管、中心柱管和出水总管流出罐外。气浮除油：废水或一部分沉淀池出水用压缩空气加压到0.344.8MPa，使溶气达到饱和。当此被压缩过的气液混合物被置于正常大气压下的气浮设备中时，微小的气泡即从溶液中释放出来。油珠即可在这些小气泡作用下上浮，结果使这些物质附着在或包裹在絮状物中。气固混合物上升到池表面，即被撇出。澄清的液体从气浮池的底部流出，其中一部分要循环流回至加压室。,隔油池的计算按油粒上浮速度计算法：值与速度比（v/u）的关系注：V为水流流速；设计上浮速度U可由废水静浮试验确定或按经验公式计算。,斯托克斯公式：,隔油池的过水断面面积：隔油池每个格间的有效水深和池宽比（h/b），宜取0.30.4。有效水深一般为1.52.0M。隔油池的长度L为：隔油池每个格间的长宽比L/b，不宜小于4.0。,按废水的停留时间计算法,采用波纹形斜板，废水沿板面向下流动，从出水堰排出，水中的油珠沿板的下表面向上流动，然后经集油管收集排出，水中的悬浮物沉降到板上表面，落到池底可经排泥管排出。目前我国一些含油废水处理站，多采用这种形式的隔油池。表面水力负荷（0.60.8m3/m2h）斜板的净距为40mm左右倾角不应小于45,斜板隔油池,第二节沉淀池,平流式(掌握)竖流式(掌握)辐流式(掌握),1.平流式沉淀池,平流式沉淀池的构造进水区：作用在于使进水均匀地分布到整个进水断面上，以降低池内水流速度，一般由布水板来完成这项任务。沉淀区：作用是使可沉颗粒与废水分离，进入池底。有效高度为34m，长宽比为4:1，水深23m。出水区：作用是使沉淀后的出水尽量在出水区均匀流出。一般采用自由堰开布置。污泥区：用于贮存、浓缩污泥与排泥。,平流式沉淀池的种类,污泥清理方式不同：带刮（吸）泥机与多斗式。出水口布置方式不同：集水槽式、锯齿溢流堰与穿乱管形式。,沉淀池的主要设计参数,表面负荷q沉淀时间t有效水深H出水堰流负荷q,3.沉淀区有效容积V1或4.沉淀池长度L式中：v最大设计流量时的水平流速,mm/s;一般不大于5mm/s。5.沉淀池总宽度b,平流式沉淀池的设计,7.污泥区容积对于生活污水，污泥区的总容积V：式中：S每人每日的污泥量，L/(d人),可参考教材表1-13；N设计人口数，人；T污泥贮存时间，d。,平流式沉淀池的设计,平流式沉淀池的设计,9.污泥斗的容积V1式中:S1污泥斗的上口面积,m2；S2污泥斗的下口面积，m2。10.污泥斗以上池底区域污泥容积V2式中：L1梯形上底边长,m；L2梯形上底边长，m。,竖流式沉淀池的工作原理,竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。竖流式沉淀池的中心管如下图所示。,竖流式沉淀池的构造,中心流速：无反射板：30mm/s有反射板：100mm/s,流出速度：20mm/s,中心导流筒设计,中心管尺寸,1.中心管面积:2.中心管直径:3.沉淀部分有效面积:,竖流式沉淀池的计算,4.沉淀池的有效水深，即中心管的高度:,5.中心管喇叭口到反射板之间的间隔高度:,6.沉淀池总面积和池径:,7.截头圆锥部分容积：,8.沉淀池总高度：,辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池中水深1.53.0m。有中心进水周边出水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。,辐流式沉淀池的构造及特点,辐流式沉淀池剖面,中心进水,周边进水,进水槽断面较大，而槽底的孔口较小，布水时的水头损失集中在孔口上，故布水比较均匀。进水挡板的下沿深入水面下约2/3深度处，距进水孔口有一段较长的距离，这有助于进一步把水流均匀地分布在整个入流渠的过水断面上，而且废水进入沉淀区的流速要小得多，有利于悬浮颗粒的沉淀。,周边进水辐流式沉淀池的入流区在构造上的特点,辐流式沉淀池刮泥机中心移动系统,沉淀区面积:池子直径:,沉淀区有效水深:沉淀池总高度,辐流式沉淀池的计算,A=nA1,工程上常采用异向流斜板沉淀池，长度为1m，斜板净距80100mm，倾角60度。斜板区上部水深为0.71.0m，底部缓冲层为1.0m。斜板可用塑料板、玻璃钢板、木板等。,斜板沉淀池的构造,第三节气浮装置,气浮技术基础(了解)电解气浮(了解)布气气浮(了解)溶气气浮(掌握),气浮技术基础,气浮是利用废水中的颗粒的疏水性，通过在气浮池中向废水中通入一定尺寸的气泡，使废水中的污染物吸附在气泡上，随气泡的上浮，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。,气浮的关键是：是要使颗粒物吸附于气泡上，形成“颗粒气泡”结合体，以增加浮力，从而上浮至液面，最终实现固液分离。浮选所分离的物质与其密度无关，主要取决于其表面的润湿性。物质可分为：亲水性物质和疏水性物质。亲水性物质容易被水润湿，难与气泡粘附，难浮；疏水性物质难于被水润湿，易与气泡粘附，易浮。,电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。,电解浮上法,电解浮上法,式中：B电解池的宽度，mml极板面与池壁的净距，取100mme极板净距，mm；e=1520mm极板厚度，mm；=610mm,平流式电解气浮池,平流式电解气浮装置的工艺设计,电流板块数,电极作用表面积,式中：Q废水设计流量，m3/hE比流量，Ah/m3i电极电流密度，A/m2,电极室长度L2=L+2l（m）,极板面积,极板高度b=h1（气浮分离室澄清层高度）极板长度L=A/b（m）,电极室总高度H=h1+h2+h3式中：h1澄清层高度m，取1.01.5mh2浮渣层高度m，取0.40.5mh3保护高度m，取0.30.5m,电极室容积V1=BHL2（m3）分离室容积V2=Qt，式中:t气浮分离时间，试验定，一般为0.30.75h电解气浮池容积V=V1+V2（m3）,叶轮气浮,叶轮气浮池的设计,总容积W=Qt（m3）式中：Q处理废水量，m3/mint气浮时间，为1620min系数一般1.11.4,总面积：,式中：H气浮池中的静水压力气水混合体的容重，0.67kg/L,式中：h气浮池工作水深1.52m，而3m,式中：压力系数，等于0.20.3U叶轮的圆周线速度1015m/s,每座气浮池的表面积f(m2)，采用正方形，边长L=6D(D叶轮直径200400mm)所以：f=36D2,气浮池数目,一个叶轮能吸入的水气混合体量q为：,式中：曝气系数，试验确定，可取0.35,叶轮转速：,叶轮所需功率：,式中：约等于0.20.3,其它布气气浮,压力溶气浮上法系统的组成,溶气气浮,压力溶气系统,压力溶气系统,压力溶气系统,压力溶气系统,加压水泵,压力溶气罐,空气供给设备,附属设备,空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。,空气释放系统,气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。,目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体