第三章教案

第三章污水的物理处理学时分配：16本章教学要点：重点掌握格栅、调节池、平流式沉砂池、沉淀池、平流式隔油池和压力溶气浮上法、的工作原理和设计计算，熟悉沉淀的类型和沉淀池的形式。本章难点：沉淀池的工作原理及设计计算。教学内容：第一节格栅和筛网一、格栅的作用1、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。2、安装：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。3、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。多数情况下，污水处理厂设置两道格栅，第一道在提升泵前面，栅条间距16~40mm(根据泵的型号有所要求)，甚至100mm，第二道在污水处理构筑物前细格栅，1.5~10mm。4、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：（1）当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为0.10~0.05m3/（103m3污水）；（2）当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.03~0.01m3/（103m3污水）；（3）栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。二、格栅的种类：1、按栅条的净间隙：粗（50~100）、中（10~40）、细（1.5~10）2、按格栅的形状：平面格栅、曲面格栅（固定曲面和旋转鼓式）3、按清渣方法：（1）人工清除：处理量小，污物少的废水，与水平面倾角：30º~60º，设计过水面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水渠道有效面积的2倍，以免清渣过于频繁。（2）机械清除：每天的栅渣量0.2m3时，与水平面倾角：60º~90º，过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。机械清渣的方式：往复式移动耙机械格栅、回转式机械格栅、钢丝绳牵引机械格栅、阶梯式机械格栅、转鼓式机械格栅等（图10-5至10-9）。4、输送：带式、螺旋（图10-10），压榨脱水：螺旋压榨机（图10-11）5、格栅栅条断面形状：圆形；矩形；方形、其他流线型。圆形的水力条件较方形好，但刚度较差，目前多采用断面形状为矩形的栅条。6、过格栅渠道的水流流速：格栅渠道的宽度要设置得当，应使水流保持适当流速，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。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°。三、格栅的设计与计算1.格栅的间隙数量nmaxsinQnbhv式中：Qmax——最大设计流量，m3/s；b——栅条间距，m；h——栅前水深，m；v——污水流经格栅的速度，m/s；（一般取0.6~1.0）α——格栅的放置倾角；sin——经验修正系数格栅间隙数量n确定以后，则框架内的栅条数量为n-1。2.格栅的建筑宽度B1BSnbn式中：B——格栅的建筑宽度；S——栅条宽度，m。3.通过格栅的水头损失h2的计算：khh02kgvhsin220式中：h0——计算水头损失，m；ξ——阻力系数，其值与栅条断面的几何形状有关；（表10-2）g——重力加速度，m/s2；（9.81）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0.1~0.4m。通常格栅的水头损失为0.08~0.15m，为避免格栅前涌水，故将栅后槽底下降h2作为补偿。4.栅后槽的总高度H总12Hhhh式中:h——栅前水深，m；h1——格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。h2——格栅的水头损失,m；5.格栅的总建筑长度Ltg/5.00.1121HLLL式中：L1——进水渠道渐宽部位的长度，m；1112BBLtg其中:B1——进水渠道宽度m；α1——进水渠道渐宽部位的展开角度，一般α1=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。H1=h1+h5.每日栅渣量Wmax1864001000ZQWWK式中：W1——栅渣量，m3/(103m3污水)；一般：细格栅取0.1，粗格栅取0.01KZ——生活污水流量总变化系数。四、筛网作用：用于小型污水处理系统或短小纤维的回收形式：振动筛网；水力筛网格栅、筛网截留的污染物的处置方法：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。五、破碎机作用：将大的悬浮固体破碎成小的、均匀的碎块，进去后续处理构筑物安装：格栅后污水泵前，或者沉砂池后第二节调节池调节池的作用和目的：作用:调节水量、均和水质、贮存事故水目的:防止冲击负荷：生物处理设备控制pH：有利于中和处理减小波动：物化处理系统药剂投加与废水进入同步连续处理：工厂间断排水，废水连续处理保护城市管网：处理符合均匀减小毒物冲击：生物处理设备一、水量调节池变容水量调节池：Qout=constant；Qin变化1、调节池容积的求法（一）——流量曲线图解法（1）.以时间t为横坐标，流量Q为纵坐标作图；（2）.曲线围成的面积为废水总量WT；（3）.计算平均流量（4）.计算出调节池容积V。2、调节池容积的求法（二）——废水流量累积曲线图解法（1）.以时间t为横坐标，累积流量∑Q为纵坐标作图；（2）.曲线的终点A为废水总量WT；（3）.连接OA，其斜率为平均流量；（4）.对曲线作平行于OA的切线ab和cd，切点为B和C；（5）.由B和C两点作出y轴平行线CE和BD，量出其水量大小；（6）.调节池容积为V=VBD+VCE（7）.调节池停留时间为QVt/二、水质调节池1、普通水质调节池水质调节，Qin=Qout，定容水质调节池V=constant物料平衡方程:C1QT+C0V=C2QT+C2V调节池出水浓度C2为：C2=(C1T+C0V/Q)/(T+V/Q)2、水质调节池——穿孔导流槽式水质调节池tQVTtqTWQtqWTiiiTTiiiT00TiiiTtqW0穿孔导流槽式调节池20TiiiTtqW三、分流贮水池：适用于偶然泄漏或周期性冲击负荷四、调节池的搅拌目的：混合均匀、防止沉淀、降解有机物方式：a)水力搅拌b)水泵强制循环c)鼓风曝气(diffusedairaeration)d)机械曝气(mechanicalaeration)e)浸没式搅拌器(submergedmixers)：叶片式、涡流式第三节沉淀的基础理论一、概述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:1、沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。2、初次沉淀池：去除悬浮固体，一部分悬浮态有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。3、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。4、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。二、沉淀的类型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：1、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。2、絮凝沉淀：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。化学混凝沉淀、活性污泥二沉池中段属于这种类型。3、区域沉淀或成层沉淀：悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，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。二次沉淀池下部与污泥浓缩池开始中发生。4、压缩沉淀：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，互相支撑，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。图例：二沉池中活性污泥的沉降特征三、自由沉淀及其理论基础分析的假定：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变；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。悬浮颗粒在水中的受力分析：1.悬浮颗粒在水中受到的力FgFg是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：)(LSLSggVgVgVF式中：Fg——水中颗粒受到的作用力；V——颗粒的体积；ρS——颗粒的密度；ρL——水的密度；g——重力加速度。2.水对自由颗粒的阻力)2/('2SLDuAλF式中：FD——水对颗粒的阻力；λ′——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。球状颗粒自由沉淀的沉速公式：当颗粒所受外力平衡时，DgFF即：)2/(')(2SLLSuAgV因：23π41π61dAdV，得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：2/1LSSL'3)(4dgu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，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，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，λ′=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）：2LSS181dgu式中:μ——水的动力黏度。斯托克斯定律:2LSS181dgu由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：1、当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉；2、当ρs与ρL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；3、ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。4、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。5、us与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。四、沉淀池的工作原理理想沉淀池：分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分。理想沉淀池的几个假定：1、沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；2、悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；3、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；4、颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。当某一颗粒进入沉淀池后，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；)/('/bHqAqvvv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。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。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i=u/v。设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。1、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，即左上图中的迹线xy与x′y′。2、当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如左下图中轨迹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u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP，其中的颗粒将会从水中沉到池底而去除。在同一沉淀时间t，下式成立：tuHtuh01；故：b01//uuHhPuuPHhdd01对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：00010001d1d/uuPuuPuu而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及u1