第二章污水的物理处理2

水污染控制工程四川师范大学刘咏范璐七、水体的自净作用及水质模型1.水体的自净作用水体的自净作用是指污染物排入水体后，经过物理、化学与生物化学的作用，使污染物的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分或完全地恢复原状的现象。水体所具备的这种能力称为水体自净能力或者自净容量。根据净化机制分为三类物理净化：稀释、混合、沉淀、挥发化学净化：氧化、还原、分解生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用1.水体的自净作用关于物理净化、化学净化和生物净化作用请详见教材P21-23水环境容量（自净容量）=差值容量+同化容量1.水体的自净作用物理净化污水排入河流之后的混合过程，可以将其划分为三个阶段：物理净化污水排入河流的混合过程竖向混合阶段：污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物的浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。持久污染物的稀释扩散当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：C——排放口下游河水的污染物浓度；Cw，Qw——污水的污染物浓度和流量；Ch，Qh——上游河水的污染物浓度和流量。hwhhwwQQQCQCC水质模型的分类方法（按水体运动的空间）：零维模型一维模型二维模型三维模型水质基本模型简介氧垂曲线：水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。河流的耗氧速率：菲尔普斯方程LKtL1ddtKLL1e0t河流的复氧速率：DKtD2dd某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：DKLKtD21dd求解得某点的亏氧量：Dt=D0×e-K2×t+K1×L0K1-K2(10-K1×t-10-K2×t)到达氧垂点时间dCD/dt=0：tk=lnK2K11-D0K2-K1()K1×L0éëêùûúìíïîïüýïþïK2-K1菲尔普斯方程菲尔普斯方程的工程意义1、用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大限量；2、推算确定氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施；3、可用于确定污水处理厂的处理程度。P40例【2-4】：注意：1.DO=4mg/L为河流允许最低DO值；2.k1、k2值可通过查表获得；3.用试算法解方程，L0取值15mg/L；4.Q混=Q总*混合系数（α）;5.环境容量=差值容量+同化容量菲尔普斯方程——例题学习八、污水出路污水的最终出路排放水体工农业利用地下水回灌污水综合排放标准GB8978—1996城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918—2002海洋水质量标准GB3097地表水环境质量标准GB3838—2002污水排放水体的限制对人体健康不应产生不良影响；对环境质量和生态系统不应产生不良影响；应符合应用对象对水质的要求或标准；应为使用者和公众所接受；回用系统在技术上可行，操作简便；价格应比自来水低廉；应有安全使用的保障。污水回用应满足的要求城市污水回用的几个方面城市生活用水和市政用水农业、林业、渔业和畜牧业地下水回灌其他方面工业城市绿地灌溉供水市政与建筑用水城市景观工艺生产用水冷却用水锅炉补充水其他杂用水九、污水处理基本方法与系统1.污水处理方法及分类按作用原理分：物理处理法：通过物理作用分离、回收不溶解呈悬浮状态的污染物；化学处理法：通过化学反应去除呈溶解、胶体状态的污染物；生物处理法：通过微生物的代谢作用，去除呈溶液、胶体及微细悬浮状态的有机物。1.污水处理方法及分类按对污染物实施的作用分：分离法：通过各种外力作用，把有害物从废水中分离出来；转化法：通过化学或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质，后者再经过分离予以除去；污染物存在形式分离法离子态离子交换法、电解法、电渗析法、离子吸附法、离子浮选法分子态萃取法、结晶法、精馏法、吸附法、浮选法、反渗透法、蒸发法胶体混凝法、气浮法、吸附法、过滤法悬浮物重力分离法、离心分离法、磁力分离法、筛滤法、气浮法表5-1分离法分类一览表表5-2转化法分类一览表方法原理转化方法化学转化中和法、氧化还原法、化学沉淀法、电化学法生物转化活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等一级处理（预处理）：去除呈悬浮状态的固体污染物，对废水进行调节以便其排入受纳水体或二级处理装置。二级处理：去除呈溶解、胶体状态的大量有机物或其它污染物。三级处理：去除二级处理未能去除的污染物。1.2污水处理的分级（按废水处理的程度）城市污水处理厂的典型流程污泥回流原废水粗细格栅进水泵房沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池出水泥饼外运集泥井污泥回流泵房污泥浓缩池一级消化池二级消化池污泥脱水机房空气Cl2或其它消毒剂絮凝剂上清液回流二级处理一级处理三级处理第二章污水的物理处理四川师范大学范璐城市污水处理厂典型流程去除对象是漂浮物、悬浮物质。处理方法与设备：筛滤截留法：筛网、格栅、滤池与微滤机等；重力分离法：沉砂池、隔油池与气浮池等；离心分离法：离心机与旋流分离器等。第二章污水的物理处理第一节格栅与筛网1.格[gé]栅[zhà]由一组平行的金属栅条和筛网制成，安装在污水渠道/泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。格栅的分类第一节格栅与筛网按形状平面格栅曲面格栅固定曲面格栅旋转鼓筒式格栅1.阅读教材54-55页，思考平面格栅的组成、基本形式、基本参数与尺寸、安装方式和尺寸有哪些？2.阅读教材55-56页，思考曲面格栅的分类、构造、和工作原理分别是什么？第一节格栅与筛网平面格栅曲面格栅格栅的分类第一节格栅与筛网按格栅栅条的净间隙细格栅：3~10mm中格栅：10~40mm粗格栅：50~100mm格栅的设置一道中格栅一道粗格栅和一道中格栅一道中格栅和一道细格栅一道粗格栅和一道细格栅第一节格栅与筛网按清渣方式人工清渣格栅机械清渣格栅（栅渣量0.2m3/d）固定式清渣机活动清渣机回转耙式清渣机第一节格栅与筛网粗格栅第一节格栅与筛网细格栅第一节格栅与筛网弧形格栅除污机第一节格栅与筛网第一节格栅与筛网第一节格栅与筛网格栅的设计参数1.污水处理系统或水泵前，必须设置格栅。2.格栅栅条间隙宽度，应符合下列要求：(1)污水处理系统前，采用机械清除时为16～100mm，采用人工清除时为25～100mm；(2)水泵前，应根据水泵要求确定；3.污水过栅流速宜采用0.6～1.0m/s。除转鼓式格栅外，机械清除格栅倾角宜采用60°～90°；人工清除宜采用30°～60°。4.格栅上部必须设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作平台上应有安全和冲洗设施。5.格栅工作平台两侧边道宽度宜采用0.7～1.0m。工作平台正面过道宽度，采用机械清除时不应小于1.5m，采用人工清除时不应小于1.2m。6.栅渣通过机械破碎输送，压榨脱水后外运。栅渣输送宜采用螺旋输送机，输送距离大于8.0m宜采用带式输送机。格栅的设计参数第一节格栅与筛网7.格栅除污机、输送机与压榨脱水机的进出料口宜采用密封形式，根据周围环境情况，可设置除臭处理装置。8.格栅间应设置通风设施及有毒有害气体的检测与报警装置。9.栅渣量10.过栅水头损失格栅的设计参数第一节格栅与筛网第一节格栅与筛网格栅的计算通过格栅的水头损失h1的计算：h1=h0×kh0=xv22g×sinah0-计算水头损失，m；v-污水流经格栅的速度，m/s；ξ-阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关，ξ=β（S/e）4/3；α-格栅的放置倾角；g-重力加速度，m/s2；k-考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数。第一节格栅与筛网1.格栅的间隙数量n可由下式决定：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/s2.格栅的建筑宽度B由下式决定式中：B-格栅的建筑宽度，ms-栅条宽度，m3.栅后槽的总高度H由下式决定式中：h-栅前水深，m；h2-格栅的水头损失，m；h1-格栅前渠道超高。)(/sinmax个vhdqvnB=s(n-1)+d×n(m)H=h+h1+h2第一节格栅与筛网4.格栅的总建筑长度L由下式决定式中：l1-进水渠道渐宽部位的长度，m；其中：B-进水渠道宽度m；α1-进水渠道渐宽部位的展开角度；l2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度；H1-格栅前的渠道深度，m。5.每日栅渣量W由下式决定式中：W1-栅渣量，m3/103m3污水；KZ-生活污水流量总变化系数。L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tga(m)l1=B-B12tga1W=Qvmax×W1´86400KZ´1000(m3/d)第一节格栅与筛网第一节格栅与筛网格栅的设计——例题学习重要参数的取值依据：安装倾角(α)一般取60º~70º栅前水深(h)一般取0.3~0.5m栅条间距宽(e)：粗：50~100mm;中：10～40mm;细：3～10mm水流过栅流速(v)一般取0.6～1.0m/s格栅受污染物阻塞时水头增大的倍数(k)一般采用3栅前渠道超高(h2)一般采用0.3m进水渠道渐宽部分的展开角度(α1)一般为20º阻力系数计算公式中，当为矩形断面时，=2.42，栅条厚度(S)=10mm栅渣量(W1)：0.1-0.01m3/103m3污水第一节格栅与筛网2.筛网作用：主要去除废水中的细小纤维、藻类等。种类：振动筛网、水力筛网、转盘式筛网等。第一节格栅与筛网振动筛网第一节格栅与筛网水力筛网第一节格栅与筛网转筒筛网第一节格栅与筛网3.栅（筛）渣的处置方法填埋焚烧堆肥粉碎后返回污水处理系统，作为可沉固定进入初沉池第一节格栅与筛网3.调节池第一节格栅与筛网调节池的作用提供对有机物负荷的缓冲能力，防止生物处理系统负荷的急剧变化；控制pH值，以减小中和作用的化学品的用量；减小对物理化学处理系统的流量波动，使化学品添加速率适合加料设备的定额；当工厂停产时，仍能对生物处理系统继续输入废水；防止高浓度有毒物质进入生物处理系统。调节池的分类调节池根据功能分：水量调节池水质调节池综合调节池事故调节池第一节格栅与筛网水量调节——均量池线内调节水量调节——均量池线内调节第一节格栅与筛网水量调节——均量池线外调节水量调节——均量池两种调节方式的优缺点：水质调节的任务：对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出水质比较均匀。水质调节的基本方法：（1）利用外加动力强制调节（如叶轮搅拌、空气搅拌、水泵循环）（2）利用差流方式进行自身水力混合水质调节——均质池水质调节——均质池水质调节——均质池第二节沉淀的基础理论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。沉淀的作用：废水的预处理污水进入生物处理构筑物前的初步处理生物处理后的固液分离污泥浓缩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。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