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水污染控制工程内蒙古科技大学环境工程教研室第一章污水的物理处理第一章污水的物理处理第一节格栅及筛网第二节沉淀的基本理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节隔油和破乳第六节浮上法第一节格栅和筛网一、格栅的定义、作用格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在污水渠道、泵房、集水井的进口处或污水处理厂的前端,用以截留较大的悬浮物或漂浮物,如:纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等,以便减少后续处理构筑物的处理负荷,并使之正常运行。二、格栅分类按形状:平面、曲面格栅按栅条间隙:粗(50-100mm)、中(10-40mm)、细(3-10mm)格栅。按清渣方式:人工清渣、机械清渣(用链条、钢丝绳等带动齿耙清渣)如果格栅放在泵房的前面,栅条的间距选取可根据不同型号的污水泵要求来选取。三、格栅的设计计算格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算以及清渣机械的选用。计算公式见书P15-17(10-1)→(10-6)图10-5格栅水力计算示意图1.格栅设计计算例题例1-1已知某城市污水处理厂最大设计污水量qvmax=0.2m3/s,KZ=1.5,计算格栅各部尺寸。解:设栅前水深h=0.4m,过栅流速v=0.9m/s,取用中格栅,栅条间隙d=20mm,格栅安装倾角α=60°。(1)栅条的间隙数n:(2)格栅的建筑宽度b:栅条宽度s=10mm个26)9.0*4.0*02.0/(60sin*2.0hd/sinqnmaxv(3)进水渠渐宽部分长度L1若进水去渠宽b1=0.65m,进水渠内流速0.77m/s,渐宽部分展开角α1=20°(4)栅槽与出水渠道连接处渐宽部分长度L2(5)过栅水头损失h2m8.026*02.012601.0nd1nsb)()(m22.020tg2/65.08.0tg2/bbL111)()(m11.02/LL12k**sing2k*hh20234)ds(m097.03*60sin81.9*29.0)02.001.0(42.2h2342(6)栅后槽总高度h总取栅前水深h=0.4m,栅前渠道超高h1=0.3m(7)栅槽总长度L(8)每日栅渣量WW1取0.07m/103m3采用机械清渣m8.0097.03.04.0hhhh21总m24.260tgH15.0LLL121d/m8.0)1000K/(86400WqW3Z1maxv2.格栅设计参数过栅流速v:0.6-1.0m/s格栅安装倾角α:45°-75°栅前水深、栅前渠道超高进水渠道水流速度:0.4-0.9m/s栅渣量W1取0.07m/103m3污水四、筛网水处理中当污水量非常小或根据截流的悬浮物的形状有时选择筛网做为筛滤装置,常用的筛网有水力筛网和旋转筛网,水力筛网一般栅距较细0.25~5mm,常用回收或去除细小纤维和固体颗粒。第二节沉淀的基础理论一、概述沉淀是利用水中悬浮颗粒的可沉降性,在重力的作用下产生下沉,以达到固液分离的一种过程。在各种类型的污水理系统中,沉淀几乎是不可缺少的环节,而且在同一处理系统中可能多次采用,如城市污水处理中的沉砂池、初沉池、二沉池。二、沉淀类型根据污水中可沉物质的性质、凝聚性能及其浓度的高低,沉淀分为四种类型,每一种沉淀类型有其特定的颗粒沉降速度公式。1.自由沉淀污水中的悬浮固体浓度不高,而且不具有凝聚的性能,在沉淀过程中,固体颗粒不改变形状、尺寸,也不互相粘合,各自独立的完成沉淀过程。典型例子如砂粒在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程和二沉池的顶部。自由沉降颗粒沉降速度公式(斯托克斯)2LSdg)(181su2.絮凝沉降污水中的悬浮固体浓度不高,但具有凝聚的性能,在沉淀的过程中,互相粘合,结为较大的絮凝体,活性污泥二沉池的上部就属于此类型。由于絮凝沉淀过程中,颗粒不断增大,因此,相应的沉速在不断的增大,目前尚无描述絮凝颗粒沉淀的关系表达式。在解决实际问题时,通常将絮凝沉淀池分割为若干层,在每一层中认为颗粒的沉降可应用自由沉降速度公式,显而易见,采用自由沉降颗粒近似絮凝颗粒时,分层越多,则误差越小。3.区域沉淀(干扰、成层、拥挤)污水中悬浮固体的浓度增到一定的数值后,由于颗粒之间的相互干扰和影响,所有颗粒(不论粒径大小)以团状整体沉淀,泥水之间形成清晰可见的泥水界面,此时,所有颗粒的沉速相同,且以同一速度沉淀,活性污泥二沉池的下部属于此类型。区域沉淀的界面沉降公式:Χ—沉泥浓度α—与污泥性质有关的系数u0—最大沉降(临界沉降速度)eusu04.压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中,由于悬浮颗粒浓度很高,颗粒相互之间已挤集成团块结构,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。二沉池污泥斗中的浓缩过程以及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。有关压缩沉淀的颗粒沉速与相应沉淀参数之间的关系报道很少,一般用区沉降速度公式,不过α需修正。四种沉淀类型在二沉池中的应用:图2-1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三、自由沉淀及其理论基础图2-2自由沉淀颗粒受力情况式中:As——运动方向的面积Cd——牛顿无因次阻力系数:Cd=f(Re)μs——颗粒沉降速度,当受力平衡时,沉速变为μs(最终沉降速度)gVmgFsggVFlf22slsdduACF2/1ldslssC3d)(g4对于球形颗粒:①层流区(stokes区):2slssd18)(g③紊流区(牛顿区)②过渡流区(艾伦区)sssdAV32Re24dClssdRe分析自由颗粒在静水中运动公式得: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μ成反比,μ决定于水质、水温,在水质相同时,T↑、μ↓、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。四、沉淀池的工作原理1.理想沉淀池Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是:(1)污水在池内沿水平方向作等速流动,水平流速v,从入口到出口的流动时间为t。(2)在流入区,颗粒沿截面AB均匀分布并处于自由沉淀状态,颗粒的水平分速等于水平流速v。(3)悬浮颗粒在沉淀区等速下沉,下沉速度为u。(4)颗粒一经沉到水底再不重新浮起(即认为沉到底部即视为被去除)。图2-3理想沉淀池示意图入流区出流区污泥区u0usu0usu0usu0LHhABDC沉淀区vvvvqv理想沉淀池分流入区、沉淀区、流出区、污泥区四个区。从点A进入的颗粒,它们的运动轨迹是水平流速和颗粒沉速的矢量和,这些颗粒中,必存在着某一粒径的颗粒,其沉速为,恰巧能沉至池底D点,故可得关系式:LHuLHu00从图2-3可得:沉速us≥u0的颗粒,无论以AB断面任何高度处进入沉淀区,都可以在D点前沉降,如绿线所示。沉速us<u0的颗粒,其是否能沉降由其进入沉淀区时在AB断面上的位置所定,例如从靠近水面A进入的us<u0的颗粒,则不能沉降随水流进入流出区,如红线1所示。同样的颗粒若处在靠近池底的位置及h高度以下进入,则能被去除,如红线2所示。这说明对于沉速us<u0的颗粒,有一部分会沉到池底被去除。设沉速为us的颗粒占全部颗粒的dp%,其中的h/H·dp%的颗粒将会沉淀到池底而去除。在同一沉淀时间t,下式成立:h=us·tH=u0·t可见沉速小于u0的颗粒被沉淀去除的重量为理想沉淀池总去除量为用去除率表示:ρ0—沉速小于u0的颗粒在全部颗粒所占的百分数1-ρ0—us≥u0的颗粒占的百分数0suuHhdpuudpuudpuudpHhPsPss00000001,积分得.1000dpuuPs.1)1(0000dpuuPPs.1)1(0000dpuuPPs根据理想沉淀池的原理,可说明两点: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:的物理意义是:在单位时间内沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢流率(q),量纲m3/m2.s,而u0的量纲m/s,二者的物理意义不同,但对理想沉淀二者相等,可见,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q0uHvLtAHtqvvAutAHtVq0vquAq0vAqv2、实际沉淀池∵在实际沉淀池,理想沉淀池的假设是不存在的,颗粒的运动是不规则运动。0)75.1125.11(uq0)0.25.1(tt第三节沉砂池一、一般说明1.一般位于泵站之前或初沉池之前,用以分离水中较大的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞;以减轻沉淀池的无机负荷;改善污泥的流动性,以便于排放、输运。2.分类:按池内水流方向的不同,可分为平流式、竖流式、离心式、曝气式等。3.由于曝气沉沙池和环流式(离心式)沉砂池对流量变化的适应性较强,除砂效果好且稳定,条件许可时,建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉砂池。集砂渠集油区沉砂区行车进水管出水管进水管出水管出水渠二、设计计算:曝气沉砂池、平流沉砂池为例。例1:曝气沉砂池1.主要设计参数旋流速度应保持0.25-0.3米/秒;水平流速为0.1米/秒;最大流量时的水力停留时间为1-3分钟;有效水深一般为2-3米,宽深比一般1-1.5长宽比一般应大于5曝气量一般为0.2m3/m3(废水)池内应考虑消泡与隔油装置(或设备)例1:曝气沉砂池解决沉砂池存在的问题:①砂中含有机物;②对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用是使有机物处于悬浮;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。例1:曝气沉砂池:工艺尺寸2.设计内容(1)工艺尺寸(2)结构尺寸(3)进出水区(4)工艺装备例1:曝气沉砂池:工艺尺寸2.设计内容(1)工艺尺寸主要确定沉砂池的池长L、池宽B、池深H等。TQMAXV水流断面A:vQAMAX池宽B:HAB池长L:AVH池容V(有效容积):例1:曝气沉砂池:工艺尺寸在设计计算过程中,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。(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。例1:曝气沉砂池:结构尺寸集砂斗倾角不小于50º。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1/2-2/3,底部以60º-75º倾角坡向沉沙区,以保证进入集油区的砂滑入沉沙区。(3)进出水区进水区、配水方式、出水区例1:曝气沉砂池:进出水区进水: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。例1:曝气沉砂池:工艺装备(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2-5mm。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。例2:平流式沉砂池1.设计参数①流量Q:按Qmax设计;自流时,按最大流量;泵输送时,按泵的最大组合流量②分格数n:n≥2③水平流速v:0.15~0.3m/s④停留时间:t≥30~60s例2:平流式沉砂池2.设计内容1.工艺尺寸2.结构尺
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