2-水污染控制工程物理处理

课程内容概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计常用的物理方法隔滤（筛滤、过滤）法

格栅、筛网、过滤沉淀与澄清法

沉淀池、沉砂池、隔油和破乳、浮上法第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法XG型旋转式格栅除污机格栅: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0.03~0.01m3/103m3污水；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。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：45º~60º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：60º~70º格栅的清渣方法人工清除污物的格栅 履带式机械格栅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α＝20°沉底大于水头损失格栅的设计与计算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：三、过滤1、定义是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。（细小悬浮颗粒、胶体颗粒）2、分类根据所采用的过滤介质不同，可分为四类：

格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、深层过滤第一节格栅、筛网、过滤过滤的分类采用成型滤材，(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去除物：粒径细微的颗粒定型的商品设备很多过滤介质：栅条或滤网去除物质：粗大的悬浮物设备：格栅、筛网和微滤机微孔过滤

深层过滤

膜过滤格筛过滤

第一节格栅、筛网、过滤过滤介质：半透膜推动力(如压力、电场力等)去除物：水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。主要设备：反渗透、超过滤和电渗析等。过滤介质：颗粒状滤料如石英砂、无烟煤等。去除物：水中的悬浮物。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。（浊度降低，为滤后消毒创造良好的条件）在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。常用过滤设备：快滤池。3、过滤在水处理中的作用：普通快速滤池构造进水管，待过滤的水由此进入集水渠，进水及收集反洗水过滤介质，水通过介质得到过滤底部配水系统，收集过滤后的水或均匀分配反洗水垫层，支撑滤料和均匀分配反洗水清水管，过滤后的水由此排出反洗水收集槽，反洗水由此排出滤池反洗水管，反洗水由此进入反洗水收集槽，收集所有滤池的反洗水4.工作过程由过滤与反冲洗两部分组成。5.滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2·h）或m/h。6.工作周期是指从过滤开始到冲洗结束的一段时间。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为12~24h。第一节格栅、筛网、过滤7、过滤机理过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种

1）迁移（阻力截留）悬浮颗粒脱离流线与滤料颗粒接触。悬浮物颗粒（大）→表层滤料的空隙中→滤膜（滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高）属于阻力截留或筛滤作用。主要的过滤作用7、过滤机理过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种

2）附着（接触絮凝）悬浮颗粒与滤料颗粒进行吸附，不再脱落。滤料表面形成较大的比表面积，具有较强的吸附能力。属于接触凝聚作用。7、过滤机理过滤的机理可分为迁移、附着、脱落三种

3）脱落反冲洗时滤层膨胀一定高度，处于流化状态，进行悬浮颗粒物的去除。高速反冲洗水流的水力冲刷作用水里旋转过程中碰撞、摩擦按滤层结构分单层滤料滤池：以石英砂做为滤料。双层滤料滤池：在石英砂滤料上面再放一层粒度比较粗的白煤或无烟煤。三层滤料滤池：在双层滤池基础上再在石英砂滤料下面放一层粒度更细、比重更大的滤料，一般用磁铁矿。8、滤料

8、滤料8、滤料滤料布置原则:反粒度、顺比重

一般滤料选择应满足以下要求：（1）有足够的机械强度.（2）有较好的化学稳定性、耐腐蚀性；（3）有适宜的级配和足够的空隙率。

级配--滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例（4）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角（5）滤料应价廉，货源充足。滤料第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法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。活性污泥在二沉池中的沉淀过程上清水自由沉淀絮凝沉淀区域沉淀压缩沉淀ABCDEF水深时间一、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、重量等物理性质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(无干扰性的自由沉淀运动)。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。式中：As——运动方向的面积

Cd——牛顿无因次阻力系数：Cd=f(Re)

us——颗粒沉降速度，当受力平衡时，沉速变为

us（最终沉降速度）一、自由沉淀及其理论基础

自由沉淀颗粒受力情况球状颗粒自由沉淀的沉速公式当颗粒所受外力平衡时，即因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：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，Cd=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式动力粘滞度颗粒沉速us的决定因素是ρs-ρL，当ρs＞ρL时，颗粒下沉，反之则上浮。颗粒沉速us与d2成正比，所以增大d，大大提高沉降（上浮）效果。us与μL(动力粘滞度）成反比，μ决定于水质、水温，在水质相同时，T↑→μL↓→us↑。由于污水中颗粒非球形，故stokes

定律不能直接用于工艺计算，需对非球形颗粒修正。斯托克斯定律1、理想沉淀池

Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是：（1）水平等速流动。（2）进口区颗粒均匀分布。（3）等速下沉，下沉速度为us

。（4）颗粒一经沉到水底再不重新浮起。

指定颗粒沉速u0：指定颗粒最小的沉降速度。（给定时间内，位于进水口水面上的颗粒正好沉淀到池底的沉降速度。）二、沉淀池的工作原理理想沉淀池示意图入流区出流区污泥区u0us<u0us<u0us>u0LHhABDC沉淀区vvvvqvB设处理水量为qv(m3/s),沉淀池宽度为B，水面面积A=B·L，故颗粒在池内的沉淀时间为：沉淀池容积：根据理想沉淀池的原理，可说明两点：理想沉淀池的表面负荷q的物理意义:量纲m3/m2.s

在单位时间内沉淀池单位表面积的流量。表面负荷或溢（过）流率.u0的物理意义：量纲m/s

单位时间内制定颗粒沉降距离。只要确定颗粒的最小沉速u0

，就可以求得理想

沉淀池的表面负荷q。u0只与横断面有关，与沉淀池深度（体积）无关。

根据理想沉淀池的原理，可说明两点：

2、实际沉淀池

※理论值与实际值之间的关系二、沉淀池的工作原理第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法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。平流式沉砂池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。沉砂池存在的问题：①砂中含有机物；②对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用：

①使有机物处于悬浮；②砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。曝气沉砂池的特点：①沉砂中含有机物的量低于5%②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。曝气沉砂池剖面示意第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法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长春水质净化厂沉淀池特点与适用条件池型优点缺点适用条件平流式1.对冲击负荷和温度变化适应能力强2.施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀1。适用地下水位较高及地质较差的地区2。适用于大、中、小型污水处理厂竖流式1.排泥方便，管理简单2.占地面积小1.池子深度大，施工困难。2.对冲击负荷及温度变化的适应能力较差。3.造价较高。4.池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式1.采用机械排泥，运行较好,管理较简单2.排泥设备已有定型产品1.池水水流速度不稳定2.机械排水设备复杂，对施工质量要求较高1.适用于地下水位较高的地区2.适用于大、中型污水处理厂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、排水间歇式沉淀池由五部分组成缓冲区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与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60º角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80~100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.7~1.0m，底部缓冲层高度为1.0m。斜板式沉淀池的构造斜板（管）沉淀池斜板（管）沉淀池的理论基础—浅层理论从理想沉淀池的工作原理得：入流区出流区污泥区u0u’0=1/2u0LHABDC沉淀区vvqv斜板式沉淀池的构造污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。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。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。沉淀效率提高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100~400mg/L之间。稳定：层流：水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀。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优点：1.沉淀面积增大；

2.沉淀效率高，产水量大；

3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：1.由于停留时间短，其缓冲能力差；

2.对混凝要求高；

3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法澄清池

澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层，常用于给水处理。澄清池分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两种。第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法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：60μm以上平流分离：100－150μm；斜板：60μm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：10－60μm；乳化油：粒径<10μm油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：5－15mg/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。土壤沟道水体第二章水的物理处理第一节格栅、筛网、过滤第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节澄清池第六节隔油和破乳第七节浮上法

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。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浮上法

特别适用于脆弱絮状悬浮物主要用于工业废水处理方面，处理水量约在10~20m3/h。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

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)空气在纯水中的饱和溶解度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部分溶气加压气浮法部分回流加压溶气气浮法气固固δG.LδS.LδG·SδG.LδS.LδG·S液θ＞90°

θ＜90°总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附气固液三相体系气泡与悬浮颗粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹“颗粒-气泡”复合体的上浮速度化学药剂的投加对气浮效果的影响

一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂各种无机或有机高分子混凝剂，它不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。

浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学药剂的投加对气浮效果的影响

一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。主要是调节污水的pH值，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。压力溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气浮池

空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备

加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。压力溶气