水污染控制工程

1 第四节沉淀池 沉淀池 按使用功能分 生物处理法中的预处 理，去除约30%的 BOD5，55%的悬浮物。 生物处理构筑物后， 是生物处理工艺的 组成部分。 初次沉淀池二次沉淀池 2 沉淀池 按水流方向分 平流式辐流式竖流式 池型：长方形 一端进水 另一端出水 贮泥斗在池进口 池内水流由下向上池内水流向四周辐流 池型：多为圆形，有方形或多角形 池中央进水，池四周出水 贮泥斗在池中央 沉淀池三种流态沉淀池三种流态 3 沉淀池特点与适用条件 沉淀池由五部分组成： 进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳， 以提高沉淀效率。 沉淀区 贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。 缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。 沉淀池由五部分组成 缓冲区缓冲区 4 沉淀池的运行方式 连续式 污水中可沉颗粒的沉淀在 流过水池时完成，这是可 沉颗粒受到重力所造成的 沉速与水流流动的速度两 方面的作用。 污水连续不断 地流入与排出 污水中可沉淀的悬浮物在 静止时完成沉淀过程，由 设置在沉淀池壁不同高度 的排水管排出。 工作过程：进水、 静止、排水 间歇式 1.设计流量 沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。 在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应 按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大 组合流量作为设计流量。在合流制系统中应按降雨时的设计流 量校核，但沉淀时间应不小于30min。 2.沉淀池的只数 对于城市污水厂，沉淀池的只数不应少于2只。 3.沉淀池的经验设计参数 对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参 照表10-8的经验参数选用。 4.沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关 系，见表10-9所示。 沉淀池的一般设计原则及参数 5 5.沉淀池的几何尺寸：沉淀池超高不少于0.3m；缓冲层高采 用0.30.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60，圆斗不 宜小于55；排泥管直径不小于200mm。 6.沉淀池出水部分：一般采用堰流，在堰口保持水平。出水 堰的负荷为：对初沉池，应不大于2.9L/sm； 对二次沉淀池，一般取1.52.9 L/sm。 亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。 7.贮泥斗的容积：一般按不大于2日的污泥量计算。对二次沉 淀池，按贮泥时间不超过2小时计。 8.排泥部分：沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值 如下：初次沉淀池不应小于14.71kPa（1.5mH2O）； 活性污泥法的二沉池应不小于8.83 kPa（0.9mH2O）； 生物膜法的二沉池应不小于11.77 kPa（1.2mH2O）。 沉淀池的一般设计原则及参数沉淀池的一般设计原则及参数 平流式沉淀池 6 进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。 出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水 流的均匀分布。 沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一 般为250m3/md，二沉池为130250 m3/md。 锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。 为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置 能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。 堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装 置。 多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排 泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。 平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点 平 流 沉 淀 池 的 构 造 及 工 作 特 点 平 流 沉 淀 池 的 构 造 及 工 作 特 点 7 平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）（进水） 平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）（出水） 8 平流式沉淀池的流态平流式沉淀池的流态 1.沉淀池的表面积A 式中：qvmax-最大设计流量， m3/s； q-表面水力负荷，m3/m2h， 初沉池一般取1.53 m3/m2h， 二沉池一般取12m3/m2h。 2.沉淀区有效水深h2 式中：t-沉淀时间，h， 初沉池一般取12h； 二沉池一般取1.52.5h。 沉淀区有效水深h2通常取23m。 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 q qv A 3600 max = tqh= 2 21 hAV= 3600 max1 =tqvV 6 . 3=tvL LAb/= 平流式沉淀池的设计 9 6.沉淀池的只数n 式中： b-每只沉淀池的宽度； 平流式沉淀池的长度一般 为3050m，为了保证污 水在池内分布均匀，池长 与池宽比不小于4，以45 为宜。 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 可参考表10-8； N-设计人口数，人； T-污泥贮存时间，d。 /bbn = 1000 SNT V = 平流式沉淀池的设计 平流式沉淀池的设计 8.沉淀池的总高度h 式中：h1-沉淀池超高，m； 一般取0.3m； h2-沉淀区的有效深度，m； h3-缓冲层高度，m；一般取： 无机械刮泥设备时为0.5m； 有机械刮泥设备时，其上缘应 高出刮板0.3m； h4-污泥区高度，m； h4-泥斗高度，m； h4-梯形的高度，m。 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.污泥斗以上梯形部分污泥容 积V2 式中：L1-梯形上底边长，m; L2-梯形上底边长，m。 44321 4321 hhhhh hhhhh += += )( 3 1 3 212141 mSSSShV+= bh LL V 4 21 2 ) 2 ( + = 10 竖流式沉淀池 在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动， 废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态： 由上述分析可知，当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效 果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要 比平流式沉淀池低。 当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各 自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升 颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、 碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。 竖流式沉淀池的工作原理竖流式沉淀池的工作原理 当颗粒以沉速uv时，则颗粒将以u-v的差值向下沉 淀，颗粒得以去除； 当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉不上升； 当uv时，颗粒将不能沉淀下来，则会随上升水流带 走。 11 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图所示。 竖流式沉淀池的构造竖流式沉淀池的构造 中心导流筒 设计 中心导流筒 设计 中心流速： 无反射板： 中心流速： 无反射板：30mm/s 有反射板：有反射板：100mm/s 流出速度：流出速度： 20mm/s 12 辐流式沉淀池 辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m， 池周水深1.53.0m。 有中心进水、周边进水、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的构造及特点 13 辐流式沉淀池剖面辐流式沉淀池剖面 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： 14 旋 转 臂 配 水 沉 淀 池 旋 转 臂 配 水 沉 淀 池 上海嘉定水质净化厂 辐流式初沉池 15 上海嘉定水质净化厂 辐流式二沉池 长春水质净化厂 16 斜流式沉淀池 斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加 斜板或斜管而构成。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。 按斜板或斜管间水流域污泥的相对运动方向来区分， 斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。污水处理中常 采用升流式异向流斜流沉淀池。 异向斜流式沉淀池中，斜板（管）于水平面呈60 角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径） 一般为80100mm。斜板（管）区上部清水区水深为 0.71.0m，底部缓冲层高度为1.0m。 斜板式沉淀池的构造斜板式沉淀池的构造 17 斜板式沉淀池的构造斜板式沉淀池的构造 斜流沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、 占地少等优点，在给水处理中得到比较广泛的 应用，在废水处理中应用不普遍。在选矿水尾 矿浆的浓缩、炼油厂的含油废水的隔油等已有 较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处 理中也有应用。 斜板式沉淀池在废水处理中的应用斜板式沉淀池在废水处理中的应用 18 斜板式沉淀池污水处理中应用实例斜板式沉淀池污水处理中应用实例 19 提高沉淀池沉淀效果的有效途径 沉淀池均存在去除率不高的问题， 且占地面积较大，体积庞大。 提高沉淀池的分离效果和去除能力的方法 斜流式沉淀池 对污水进行 曝气搅动 回流部分 活性污泥 曝气搅动是利用气泡的搅动促使废水中的悬浮颗粒 相互作用，产生自然絮凝。采用此法，可是沉淀效 率提高5%8%，1m3废水的曝气量约0.5m3左右。 常在预曝气池或生物絮凝池内进行。 将剩余活性污泥投加到入流污水中去，利用污泥的活性，产生吸附 与絮凝作用，这一过程称为生物絮凝。这一方法可以使沉淀效率比 原来的沉淀池提高10%15，BOD5的去除率也能增加15%以上， 活性污泥的投加量一般在100400mg/L之间。 20 第五节隔油和破乳 含 油 废 水 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 铁路及交通运输工业 屠宰及食品加工 机械工业中车削工艺中的乳化液 石油开采 石油炼制 石油化工 带水原油的分 离水 钻井提钻时的 设备冲洗水 井场及油罐区 的地面降水 生产装置的油 水分离过程,油 品、设备的洗 涤、冲洗过程 焦化含油废水 焦炉气的冷凝水 洗煤气水 各种储罐的排水 21 油 的 状 态 呈悬浮 状态的 可浮油 呈乳化 状态的 乳化油 呈溶解 状态的 溶解油 油滴的粒径较大，可以依靠油水比重差而从 水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这 种状态的油一般占废水中含油量的 60%80%左右。粒径：60m以上 平流分离：100150m；斜板： 60m以上 非常细小的油滴，由于其表面上有一层由乳化 剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用 静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的 作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳， 乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。 细分散油粒： 1060m； 乳化油：粒径 10m 油品在水中的溶解度非常 低，只有几个毫克每升。 溶解油：515mg/L 油 污 染 对 环 境 的 危害 含油废水侵入土 壤孔隙间形成油 膜，产生堵塞作 用，致使空气、 水分及肥料均不 能渗入土中，破 坏土层结构，不 利于农作物的生 长，甚至是农作 物枯死。 含油废水排入水 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。 在滩涂上还会影 响养殖和利用。 含油废水排入城 市沟道，对沟 道、附属设备及 城市污水处理厂 都会造成不良 影响。 土壤沟道水体 22 废水从池子的一端流入池子，以较低的水平流速流经池子， 流动过程中，密度小于水的有利上升到水面，密度大于水的颗 粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。隔油池的出水端设 置集油管。 大型隔油池应设置刮油刮泥机，以及时排油及排除底泥。隔 油池的池底构造与沉淀池相同。 表面一般设置盖板，冬季保持浮渣的温度，从而保持它的流 动性，同时可以防火与防雨。 特点：构造简单、便于运行管理、油水分离效果稳定。 平流式隔油池可去除的最小油滴直径为100150m，相应 的上升速度不高于0.9mm/s。 平流式隔油池的设计与平流式沉淀池基本相似，按表面负荷 设计时，一般采用1.2m3/m2h；按停留时间设计时，一般采用 2h。 平流式隔油池 23 斜板式隔油池 斜板式隔油池可去除的最小油滴直 径为60m，相应的上升速度约为 0.2mm/s。 铁路运输、化工等行业使用的小型 隔油池，其撇油装置是依靠水与油 的密度差形成液位差而达到自动撇 油的目的。 小型隔油池 斜板隔油池与小型自动撇油隔油池 24 当油和水相混，又有乳化剂存在，乳化剂会在油 滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水 就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。 当分散相是油滴时，称水包油乳状液； 当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。 乳化油及破乳方法 乳化油的主要来源乳化油的主要来源 含油（可浮油） 废水在沟与含 乳化剂的废水 相混合，受水 流搅动而形成 的。 以洗涤剂清洗 受油污染的机 械零件、油槽 车等而产生乳 化油废水 由于生产工 艺的需要而 制成的 25 破乳方法简介 破乳的基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以 分离。 投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或油包 水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着 一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，油水可能形成分层。 投加盐类、酸类：可使乳化剂失去乳化作用。 投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：例如异戊醇，从 两相界面上挤掉乳化剂使其失去乳化作用。 搅拌、振荡、转动：通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的 液滴猛烈相碰撞而合并。 过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体 粉末包围的油滴。 改变温度：改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定。 某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类 或无机酸，碱，混凝剂等。 第六节 浮上法 26 水和废水的浮上法处理是将空气以微小气泡形式 通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形 成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密 度小于水即上浮水面，从水中分离出去，形成浮渣 层。 由此可知，浮上法处理工艺必须满足下述基本条 件： 必须向水中提供足够量的细微气泡； 必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态； 必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。 污水处理技术中，浮上法固-液或液-液分离技术 应用的几方面： 石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离 工业废水处理 污水中有用物质的回收 取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨 胀的情况 剩于活性污泥的浓缩 27 按生产细微气泡的方法分 微气泡曝 气浮上法 剪切气泡 浮上法 加压溶气 浮上法 真空 浮上法 电解浮上法分散空气浮上法溶解空气浮上法 浮上法的类型 电解废水可同时产生三种作用： 电解氧化还原 电解混凝 电气浮 电 解 浮 上 法 28 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 行管理复杂及含有大量表面活性剂的污水。 电 解 浮 上 法 电 解 浮 上 法 29 微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法 压缩空气引入到靠近池底 处的微孔板，并被微孔板 的微孔分散成细小气泡。 将空气引入到一个高速旋 转混合器或叶轮机的附近， 通过高速旋转混合器的高 速剪切，将引入的空气切割 成细小气泡。 分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛 等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水。 分散空气浮上法 微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法 30 从溶解空气和 析出条件来看 加压溶气浮上法： 空气在加压条件下 溶解，常压下使过 饱和空气以微小气 泡形式释放出来。 需要溶气罐、空压 机或射流器、水泵 等设备 真空浮上法： 空气在常压下溶解， 真空条件下释放。 优点：无压力设备 缺点： 溶解度低、气泡释放 有限，需要真空设 备，运行维护困难。 溶解空气浮上法 真空浮上法 31 加压溶气气浮 加压溶气浮上法的基本原理 空气在水中的溶解度与压力的关系 空气在水中的 溶解度的表示 单位体积水 溶液中溶入 的空气重量: g(气)/m3(水) 单位体积水 溶液中溶入 的空气体积: mL(气)/L(水) 32 空气在纯水中的饱和溶解度 空气在水中的溶解度与温度、压力有关。 在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。 一定温度下，溶解度与压力成正比。 空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与 气泡的增长过程。 气泡核的形成过程是起着决定性作用，有了相当数量的气 泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。从溶气 气浮上的要求来看，应当在这个过程中形成数目众多的气泡 核，因为同样的溶解空气，如形成的气泡核的数量越多，则形 成的气泡的直径也就越小，就越有利于浮上工艺的要求。 33 加 压 溶 气 的 两 种 方 式 存在问题： 填料长膜； 压缩气含油； 调节不便； 时而需放气。 存在问题： 设备较复杂； 造价偏高。 全溶气加压气浮法 34 部分溶气加压气浮法 部分回流加压溶气气浮法 35 液体表面分子所受的分子引力 与液体内部分子所受的分子引力不 同，表面分子所受的作用力是不平 衡的，这不平衡的力有把表面分子 拉向液体内部、缩小液体表面积的 趋势，这种力称为流体的表面张 力。 要使表面分子不被拉向液体内 部，就需要克服液体内部分子的吸 引力而作功，可见液体表层分子具 有更多的能量，这种能量称表面 能。 在气浮过程中，存在着液、 气、颗粒三相介质，在各个不同介 质的表面也都因受力不平衡而产生 表面张力（称界面张力），即具有 表面能（称界面能）。 气泡与悬浮颗粒粘附的条件 界面能E与界面张力的关系如下： 式中： - 界面张力系数；S - 界面面积。 气泡未与悬浮颗粒粘附之前，颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为水-粒 1和水-气1，这时单位面积上的界面能之和E1为： 当气泡与悬浮颗粒粘附后，界面能缩小，粘附面的单位面积上的界面能E2及 其缩小值E分别为： 这部分能量差即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所作的功，此值越大，气泡与 颗粒粘附得越牢固。 水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关。当三 者相对稳定时，三相界面张力的关系如图10-40所示，其关系式为： 式中：-接触角（也称湿润角） 上式带入式（10-38）得： SE= 气水粒水-1 +=E 粒气-2 =E 气粒气水粒水-21 +=EEE 气粒气水粒水- )180cos(+= )cos - 气水粒水气水粒水 （+=E)cos1 - =（ 气水 E 36 )cos - 气水粒水气水粒水 （+=E )cos1 - =（ 气水 E 上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘 附，是否能粘附与该类物质的接触角有关。 当0时，cos1，E0，这类物质亲水性强（称亲 水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮 法去除。 当180时，cos -1，E2水-气，这类物质憎 水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去 除。 微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式有气颗粒吸附、气泡顶 托以及气泡裹夹等三种形式，见图10-41所示。 气泡与悬浮颗 粒的粘附形式 气粒吸附 气泡顶托 气泡裹夹 37 “颗粒-气泡”复合体的上浮速度，当流态为层流时，即 Re0.6MPa 空气供给设备 42 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 水泵压水管装 射流器挟气式 空压机供气式 溶气方式有三种 水泵吸气式在经济和安全方面都不理 想，已很少使用。 空压机供气是较早使用的一种供气方 式，使用较广泛，其优点是能耗相对 较低。 压力管装射流器进行溶气的优点是不 需另设空压机，没有空压机带来的油 污染和噪声。 水 泵 吸 气 式 图10-44图10-45图10-46 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 43 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与气泡的接触 时间，然后由接触室上部进入分离室进行 固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣 槽，清水由底部集水槽排出。 平流式气浮池的优点是池深浅、造价 低、构造简单、运行方便。 缺点是分离部分的容积利用率不高等。 气浮池的有效水深通常为2.02.5m，一般以单格宽度不超过10m，长度不超过15m为 宜。 废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为 515min。 为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触 室中的上升流速一般为1020mm/s，停留时间应大于60s。 竖流式气浮池的基本工艺参数与平流 式气浮池相同。 其优点是接触室在池中央，水流向四 周扩散，水力条件较好。 缺点是与反应池较难衔接，容积利用 率较低。 有经验表明，当处理水量大于 150200m3/h，废水中的可沉物质较多 时，宜采用竖流式气浮池。 气浮池 竖流式气浮池平流式气浮池 图图10-47图图10-48 1.当有试验资料时，可用下述公 式计算： 式中： q v-气浮池设计水量，m3/h； R-试验条件下的回流比，%； ac-试验条件下的释气量，L/m3； -水温校正系数，取1.11.3 （主要考虑水