第二章水的物理化学处理方法

1第一节水中粗大颗粒物质的去除第二章水的物理化学处理方法一、格栅、筛网和微滤机（一）格栅（二）筛网（三）微滤机作用：去除水中粗大物质，保护后续设备。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。规模、污水性质、后续构筑物格栅的作用格栅由一组（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。水泵机组、曝气器、管道阀门、配水设施，进出水口格栅的种类按栅条的间距粗：50-100mm中：10-40mm细:1.5-10mm按清渣方式:人工和机械形状：平面和曲面回转式格栅除砂机及栅渣皮带输送机67填埋焚烧（820℃以上）堆肥当有回收利用价值时,可送至粉碎机或破碎机被破碎后再用格栅、筛网截留的污染物的处置方法：沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的几种形式从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行平流式、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相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走二、沉砂池沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数城市污水厂一般均设置沉砂池，个数或分格数应不小于2；设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º,排砂管直径不应小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。1.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。平流式沉砂池的系统参数平流沉砂池设计步骤沉砂部分的长度水流断面积池的总宽度贮砂斗的容积、尺寸3.池总宽度b式中：h2——设计有效水深。4.贮砂斗所需容积V式中:X——城市污水的沉砂量,一般采用30m3/(106m3污水）;T——排砂时间的间隔,d;kz——生活污水流量的总变化系数。平流式沉砂池的计算公式1.长度L式中：v——最大设计流量时的速度，m/s；t——最大设计流量时的停留时间,s。2.水流断面面积A式中：qvmax——最大设计流量，m3/s。vtLvqA/maxv2/hAb6zv1086400maxkTXqV7.池总高度h式中:h1——超高，m；h2——有效水深,m;h3——贮砂斗高度,m。8.核算最小流速vmin式中:qvmin——设计最小流量，m3/s；n1——最小流量时工作的沉砂池数目;Amin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。平流式沉砂池的计算公式5.贮砂斗个部分尺寸计算设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为60º；则贮砂斗的上口宽b2为：贮砂斗的容积V1：式中:h’3——贮砂斗高度，m；S1，S2——贮砂斗上口和下口的面积。6.贮砂室的高度h3设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则13260tg'2bhb)('21213311SSSShV321hhhhmin1minvmin/Anqv2/)'2(06.0'06.0'23233bbLhlhh例题某城市污水最大设计流量0.3m3/s，最小设计流量为0.15m3/s，总变化系数Kz=1.45，请为该污水处理厂设计平流式沉砂池。曝气沉砂池剖面示意2.曝气沉砂池曝气沉砂池的构造曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约60~90cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入砂槽；为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。沉砂中含有机物的量低于5%；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、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。曝气沉砂池的特点：水平流速一般取0.08~0.12m/s。污水在池内的停留时间为2~4min；雨天最大流量时为1~3min。如作为预曝气，停留时间为10~30min。池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板。曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5~6.0mm，距池底约为0.6~0.9m，并应有调节阀门。曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。曝气量：0.1~0.2m3/m3污水，或3~5m3/h.曝气沉砂池的设计参数曝气沉砂池实景29第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除一、沉淀的理论基础（一）理论基础（四种类型）（1）自由沉淀：离散颗粒、沉速不变（沉砂池、初沉池前期）（2）絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉速增加（初沉池后期、二沉池中前期、混凝沉淀）（3）拥挤（成层）沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层（高浊水、二沉池后期）（4）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出。（沉淀池污泥斗、污泥浓缩池）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。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、质量等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。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：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式中：FD——水对颗粒的阻力；CD——阻力系数；A——自由颗粒的投影面积；u——颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。悬浮颗粒在水中的受力分析)(LSLSggVgVgVF)2/(2LDuACFD球状颗粒自由沉淀的沉速公式当颗粒所受外力平衡时，DgFF2/1LSL3)(4DCdgu即)2/()(2LLSuACgVD23π41π61dAdV，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，CD=24/Re，Re（雷诺数）=ρl·u·d/μ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）：2LS181dgu式中:μ——水的动力黏度。由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：2LS181dgu斯托克斯定律:当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉；当ρs与ρL相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。u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。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。沉淀池的工作原理理想沉淀池理论分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；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；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。理想沉淀池的几个假定：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：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。当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，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)/('/bHqAqvvv设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。I.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′。II.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。上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：将上式带入式中并简化后得出qv/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/（m2·h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。HLuv//0)/(0HLuvAqq/vbHqAqv/'/vvAqu/v0AubHHLuq00v)/(重要结论理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，即与池的体积V无关。理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同，只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得表面负荷率。4200(1)100%uExxuuxdx1.00u0x00u0000(1)100%xuExdxu总去除率：对于沉淀时间t0，沉速u0Hht0时刻沉速u颗粒去除率：0uhuH1234432、絮凝沉降在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大。悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。无理论描述公式，只能通过沉淀试验模拟沉淀效果。沉淀柱高度＝实际沉淀池深度1）在时间ti，不同深度测2)计算各时间各深度处的颗粒去除百分率3）绘制去除百分率等值线00100%ii0.30.51.01.520%30%40%50%60%70%0t443、拥挤（成层）沉降和压缩沉降454理想沉淀池1）进口区域，悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上。2）水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等，水平流速为v。3）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，速度为u。4）颗粒到底就被去除。假定：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平流式竖流式辐流式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的适应能力较强；2.施工简单，造价低采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥，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.占地面积较小1.池深度大，施工困难；2.对冲击负荷和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