第10章污水的物理处理gai

生活污水和工业废水都含有大量的漂浮物与悬浮物质。其中包括无机性和有机两类。由于污水来源广泛，所以悬浮物质含量变化幅度很大，从几个到几千mg／L，甚至达数万mg／L。污水物理处理法的去除对象是漂浮物、悬浮物质。采用的处理方法与设备主要有：筛滤截留法——筛网、格栅、滤池与微滤机等；重力分离法——沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池等；离心分离法——离心机与旋流分离器等。本章主要阐述城市污水处理使用的格栅、沉砂池与沉淀池。第十章污水的物理处理概述：第一节格栅和筛网平面格栅有链条式、移动式伸缩臂、圆周回转式和钢丝绳牵引式机械格栅。一、格栅的分类按形状，可分为平面格栅与曲面格栅两种。格栅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端部，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，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。被截留的物质称为栅渣，栅渣的含水率约为70％一80％，容重约为750kg／m3。简介回转式机械格栅基本参数与尺寸：B——宽度，mL——长度，me——间隙净空隙，mmb——栅条至外边框的距离，m回转耙式机械格栅转鼓格栅污水由下端面进入转鼓型格栅内，垃圾被转鼓格栅阻挡，回转式齿粑将垃圾沿转鼓方向往上推，到顶部时，由于受到重力及刮刷的作用，使垃圾落入正下方的集污槽内，由螺旋输送机将垃圾输送到卸污口处，装带或其它方式将垃圾运走。曲面格栅又可分为固定曲面格栅(栅条用不锈钢制)与旋转鼓筒式格栅两种。人工清渣格栅——适渣用于小型污水处理厂。为了使工人易于清渣作业，避免清渣过程中的栅渣掉回水中，格栅安装角度以30º～60º为宜。机械清渣格栅——当栅渣量大于0.2m3／d时，为改善劳动与卫生条件，都应采用机械清渣格栅。按清渣方式按格栅间隙粗格栅(50～100mm)中格栅(10～40mm)细格栅(1.5～10mm)格栅一般采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细3道格栅。二、格栅的设计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等。下面是格栅的计算草图：格栅计算图1—栅条；2一工作平台12H1Hh2hh1hαh1B1α1BB1500H11000tgαl1l11栅槽宽度：B=S(n-1)+enQmaxsinαbhvn=式中B——栅槽宽度，m;s——格条宽度，m；b——栅条净间隙，粗格栅b=50-100mm，中格栅b=10-40mm，细格栅b=1.5-10mm；n——格栅间隙数；Qmax——最大设计流量，m3/sα——格栅倾角，度h——栅前水深，mv——过栅流带，m/s，最大设计流量时为0.8-1.0m/s，平均设计流量时0.3m/s，——经验系数sinα2H1Hh2hh1hh1B1α1BB1H1l1l15001000式中h1——过栅水头损失，m;h0——计算水头损失，m；g——重力加速度，9.81m/s2；k——系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；ξ——阻力系数，与栅条断面形状有关，ξ=β(S/e)4/3,当为矩形断面时，β=2.42过栅的水头损失：h1=kh0=ξh02gv2sinα为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿。2H1Hh2hh1hh1B1α1BB1H1l1l15001000式中L——栅槽总长度，m;H1——栅前槽高，m；l1——进水渠道渐宽部分长度，m；B1——进水渠道宽度，m；α1——进水渠展开角，一般用20度；l2——栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，m。栅槽总长度：L=l1+l2+1.0+0.5+H1tgαl1=B1-B22tgα1l2=l1/2H1=h+h22H1Hh2hh1hh1B1α1BB1H1l1l15001000式中：W——每日栅渣量，m3/d;W1——栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值；K总——生活污水流量总变化系数。每日栅渣量：QmaxW1×86400W=K总×10002H1Hh2hh1hh1B1α1BB1H1l1l15001000例题计算：已知某城市的最大设计污水量Qmax=0.2m3/s，K总=1.5，计算格栅各部尺寸。格栅计算图1—栅条；2一工作平台12H1Hh2hh1hαh1B1α1BB1500H11000tgαl1l11设栅前水深h=0.4m,过栅流速取v=0.9m/s,中用格栅，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角α=60o解：栅条间隙数：maxsin0.2sin60260.020.40.9Qnehva××o栅槽宽度：B=S(n-1)+en=0.01(26-1)+0.02×26=0.8m进水渠道渐宽部分长度：若进水渠宽B=0.65m，渐宽部分展开角α1=20o，此时进水渠道内的流速为0.77m/s，mtgtgBBl22.020265.08.02111oa栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：mll11.0222.0212过栅水头损失：mgveskgvkh097.060sin81.929.002.001.042.23sin2sin223423421oaa栅前槽总高度：mhh7.03.04.0H2栅后槽总高度：mhhh8.03.0097.04.0H21栅槽总长度：mtgtgHll24.2607.00.15.011.022.0600.1L121oo每日栅渣量：采用机械格栅大于总dmdmKW/2.0/8.010005.18640007.02.0100086400QW331max三、筛网•目前应用于小型污水处理系统、主要用于短小纤维回收的筛网主要有两种形式，即振动筛网和水力筛网。•筛网的去除效果可相当于初次沉淀池的作用。当污水处理厂存在碳源不足问题时，采用细筛网或格网代替初次沉淀池既可以节省占地，又可以保留有效的碳源。四、破碎机•破碎机是将污水中较大的固体破碎成较小的、均匀的碎块，留存污水中随水流进入后续构筑物处理。国外使用破碎机非常普遍，也取得了显著效果。•破碎机可以安装在格栅后污水泵前，作为格栅的补充，防止污水泵堵塞，也可安装在沉砂池之后，以免无机颗粒损坏破碎机。第二节沉淀理论一、概述污水中的悬浮物质，可在重力的作用下沉淀去除。这是一种物理过程，简便易行，效果良好，是污水处理的重要技术之一。自由沉淀：当悬浮物质浓度不高时，在沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。典型例子是砂粒在沉砂池小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。自由沉淀过程可用牛顿第二定律及斯托克斯公式描述。絮凝沉淀：(也称干涉沉淀)，当悬浮物质浓度为50～500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒的粒径与质量逐渐加大，沉淀速度不断加快，故实际沉速很难用理论公式计算，主要靠试验测定：这类沉淀的典型例子是活性污泥在二次沉淀池中的沉淀。4种类型：区域沉淀：(或称成层沉淀，拥挤沉淀)．当悬浮物质浓度大于5000mg/L以上时，在沉淀过程中，相邻颗粒之间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀．与澄清水之间形成清晰的液一团界面，沉淀显示为界面下沉。典型例子是二次沉淀池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。压缩沉淀：区域沉淀的继续，即形成压缩。颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。典型的例子是活性污泥在二次沉淀池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。二、沉淀类型分析1.自由沉淀假设颗粒为球形，由牛顿第二定律可知：自由沉淀过程12331132232222236,68422gyyyydumFFFdtdFFgdFFgFCduduuFCCA颗粒的重力,颗粒的浮力下沉过程中,受到的摩擦阻力33223226642642gyygyydudddumggCdtduddumgCdt将关系式代入后整理得：当加速度颗粒等速下沉：0dudt1243gyygudC其中C为阻力系数：242424,:ReyyCdudu代入上式得沉速上式即为斯托克斯公式。218gyugd式中:smgmdyg/重力加速度，；颗粒的直径，液体的密度；颗粒的密度；液体的粘度；从该式可知：①颗粒沉速u的决定因素是ρg-ρy，当ρgρy时，u呈负值，颗粒上浮；ρgρy时，u呈正值，颗粒下沉；ρg=ρy时，u=0，颗粒在水中随机，不沉不浮。②沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径d，可大大地提高沉淀(或上浮)效果，③u与μ成反比，μ决定于水质与水温，在水质相同的条件下，水温高则μ值小，有利于颗粒下沉(或上浮)，④由于污水中颗粒非球形，上式不能直接用于工艺计算，需要加非球形修正。2.絮凝沉淀絮凝沉淀试验是在一个直径为150—200mm，高度为2000—2500mm，在高度方向每隔500mm设取样口的沉淀简内进行，见图(a)。将已知悬浮物浓度为C0及水温的水样注满沉淀筒，搅拌均匀后开始计时，每隔一定时间间隔，如10，20，30，…120min，同时在水样口取水样50～100mL，分析各水样的悬浮物浓度，并计算出各自的去除率，并记如下表：00100%iCCC根据上表，在直角坐标纸上．纵坐标为取样口深度(m)，横坐标为取样时间(min)，将同一沉淀时间，不同深度的去除率标于其上，然后把去除率相等的各点连接成等去除率曲线，见上图(b)。从图(b)中可求出与不同沉淀时间、不同深度相对应的总去除率。例：已知某城市污水的絮凝沉淀试验得到的等去除率曲线，求解沉淀时间30min，深度2m处理的总去除率。120045%(6045)(7560)1.00.2845%15151.111.1162.3%uuuu3.区域沉淀与压缩区域沉淀与压缩试验，可在直径为100～150mm，高度为1000～2000mm的沉淀筒内进行。将巳知悬浮物浓度Co(Co＞5000mg／L，否则不会形成区域沉淀)的污水，装入沉淀筒内(深度为Ho)，搅拌均匀后，开始计时，水样会很快形成上清液与污泥层之司的清晰界面。污泥层内的颗粒之间相对位置稳定，沉淀表现为界面的下沉，而不是单颗粒下沉，沉速用界面沉速表达。界面下沉的初始阶段，由于浓度较稀，沉速是悬浮物浓度的函数C＝f(C)，呈等速沉淀，见下图A段。随着界面继续下沉，悬浮物浓度不断增加，界面沉速逐渐减慢，出现过渡段，见图中B段。此时，颗粒之间的水分被挤出并穿过颗粒上升，成为上清液。界面继续下沉，浓度更浓，污泥层内的下层颗粒能够机械地承托上层颗粒，因而产生压缩区，见图中C段。区域沉淀与压缩试验结果，记录于下表中。根据表中记录数据，在直角坐标纸上，以纵坐标为界面高度，横坐标为沉淀时间，作界面高度与沉淀时间关系图如下：通过图中曲线任一点，作曲线的切线，切线的斜率即为该点相对应的界面的界面沉速。分别作等速沉淀段的切线及压缩段的切线，两切线支角的角平分线交沉淀曲线于D点，D点就是等速沉淀区与压缩区的分界点。与D点相对应的时间即压缩开始时间。（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；三、沉淀池工作原理理想沉淀池的假设条件是：（1）污水在池内沿水平方向作等速流动，水平流速为v，从入口到出口的流动时间为t；（3）颗粒沉到池底即认为被去除。1.平流理想沉淀池理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和污泥区。从点A进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。这些颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u0刚巧能沉至池底。故可得关系式：00,uHHuvvLL从上图，按照自由沉淀相同的原理进行分析，沉速ut＞uo的颗粒，都可在D点前沉淀，见轨迹I所代表的颗粒。沉速ut＜uo的那些颗粒，视其在流入