第二章污水的物理处理

第二章污水的物理处理§21格栅和筛网§211格栅（1）作用：用来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）位置：一般在水泵的集水井之前（但有的根据需要分设两道格栅，位置可以不同，有的在水泵后再设一道，但一般前一道格栅较宽，后一道格栅较窄。若水泵前格栅的栅条间距小于或等于25mm，其后面的处理流程中可不再设置格栅。（3）分类：A型:栅条布置在框架的外侧，适用于机械清渣和人工清渣平面格栅B型:栅条布置在框架的内侧，在格栅顶部设有起吊架，可将格栅吊起，进行人工清渣按形状固定曲面格栅：利用渠道水流速度推动除渣桨板曲面格栅旋转鼓筒式格栅：污水从鼓筒内向鼓筒外流动，被格除的栅渣，由冲洗水管冲入渣槽（带网眼）内排出。粗格栅（50-100mm）按照间隔中格栅（10-40mm）细格栅（3-10mm）人工清扫:小型污水处理厂，格栅安装角度以α45～600为宜按清渣方式机械清扫:渣量0.2m3/d，格栅安装角度α一般为60～700，主要有链条式、移动式伸缩臂、钢丝绳牵引式等（4）格栅的设计与计算图2-1格栅水力计算示意图1、格栅的间隙数n式中：qvmax—最大设计流量，m3/sd—栅条间距，mh—栅前水深，mV—污水流经的速度，m/s2、栅槽宽度bb=s(n-1)+d·n(m)式中：b—格栅的建筑宽度，m；s—栅条宽度，m；3、通过格栅的水头损失式中：h0—计算水头损失，m；v—污水流经格栅的速度，m/s；ξ—阻力系数，其值与格栅删条的断面的几何形状有关，见表10-4，P15α—格栅的放置倾角g—重力加速度，k—考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般k=3。4、栅后槽总高度h总式中：h—栅前水深，m；h2—格栅的水头损失，m；h1—格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。5、格栅的总建筑长度LL=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα式中：L1—进水渠道渐宽部位的长度其中：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=200；L2—格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般L2=0.5L1H1—格栅前的渠道深度，m。6、每日栅渣产量WdhvaqnVsinmax21hhhh总kagvhhkhsin222021112tgbbL)/(10008640031maxdmKWqWZV式中：W1—栅渣量，m3/103m3；Kz—生活污水流量总变化系数。§2.12筛网（1）作用：去除细小悬浮物（纤维、纸浆、藻类），沉淀难以去除工业废水的预处理或深度处理给水处理水库水、湖泊水除藻类（1）类型振动筛网常用类型水力筛网振动筛网：污水由渠道流在振动筛网上，在这离进行水和悬浮物的分离，并利用机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。图2-2振动式筛网示意图水力筛网：运动筛网呈截顶圆锥形，中心轴呈水平状态，锥体则呈倾斜方向。废水从圆锥体的小端进入，水流在从小端到大端的流动过程中，纤维状污染物被筛网截留，水则从筛网的细小孔中流入集水装置。由于整个筛网呈圆锥体，被截留的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上，一进一步滤去水滴。图2-3水力筛网构造示意图（3）筛网的设计计算A、根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径；（污水中悬浮物粒径为2至3mm，所以筛网之网眼尺寸应小于2mm）B、根据生产条件、产品性能以及价格，决定筛网种类，确定水力负荷q（m3/min·m2）；C、计算筛网面积，选定筛网台数A=Q/q§2.2沉淀理论§2.2.1概述污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除；根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，沉淀分为4种类型：（1）自由沉淀：悬浮物质浓度不高；颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态；沉速不变，各自独立完成沉淀过程；（2）絮凝沉淀：悬浮物质浓度为50-500mg/L；颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用；颗粒的粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快；（3）区域沉淀（成层沉淀，拥挤沉淀）：悬浮物质浓度大于500mg/L；相邻颗粒之间互相妨碍、干扰；沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒；各自保持相对位置不变；颗粒群结合成一个整体向下沉淀；形成清晰的液—固界面，沉淀显示为界面下沉；（4）压缩沉淀：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；活性污泥在二沉池中的沉淀具备上述四种类型的沉淀过程；§2.2.2沉淀类型的分析（1）自由沉淀A、自由沉淀速率自由沉淀可用牛顿第二定律，假设颗粒为球形；F2F1F3B、沉淀颗粒去除率1）沉淀实验：取直径80-100mm，高度为1500-2000mm的沉淀筒n个；将已知悬浮物浓度C0的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后实验；取样点设在水深H=1200mm处；在沉淀时间为t1,t2,…ti…tn时，分别在各取样筒内，取出取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，为C1,C2,…Ci…Cn；悬浮物的剩余量为x0=Ci/C0，相应的去除量为1-x0；制作剩余量x0与ui关系曲线；2）颗粒去除率计算：若要求去除颗粒的沉速为u0=H/t；utu0的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：1-x0；;6,;6,;;;/,322311321yggdFFgdFFtmsmuFFFdtdum颗粒的浮力颗粒的重量沉淀时间颗粒质量颗粒沉速;;;;;;液体的密度颗粒的密度液体的粘滞度阻力系数颗粒的直径面积颗粒在垂直面上的投影ygCdA;2248,,2222233uCAudCudCFFyyy受到的摩擦阻力下沉过程中22122318ReRe242Re34:,0:246)(gduduCCgudtduudCdgdtdumygyyygyyg层流区颗粒等速下沉时作用力达平衡时215)(344.010Re5003yygguC紊流区dguduCyygy31222254ReRe10500Re2)2过渡区000PtdPuuutu0的颗粒去除量应例2-2某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效水深H为1.8m的沉淀柱内作沉淀试验，结果如下：试求此废水在一负荷为25m3/m2.d的沉淀设备内悬浮物质的理论总沉降去除率。解：（1）计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应沉降速度；时间t（min）6080100130200240420残余颗粒百分数C/C0（%）6360565237269沉降速度u=H/t（m/min）0.030.0250.020.01550.010.00830.0048（2）画残余颗粒百分数与沉降速度间的关系曲线如图；（3）计算指定的颗粒沉速：u0=25(m3/m2.d)=0.0174(m/min)由图查得：小于指定沉速u0的颗粒与全部颗粒的比值x0=54%；0000100)100(:xtdxuux总的去除率2727727277811156168180189300取样浓度C（mg/L）42024020013010080600时间t（min）之和相当于各矩形面积可由图求出由公式中的积分部分xu，udxx00)4(x（%）6610101066ut0.0150.01220.010.00850.00700.00480.0016xut(%)0.090.070.100.090.070.030.01（5）悬浮物质的理论总沉降去除率：（2）絮凝沉淀A、特点：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，而且与深度和时间有关；无理论描述公式，只能通过实验预测沉淀效果；B、沉淀实验：1）在时间ti，不同深度测Ci，算出不同高度的去除百份率（C0-Ci/C0）；2）绘制去除百分率等值线；3）计算颗粒去除率例2-3某一废水在有效水深为1.8m的沉淀柱内进行沉降试验。由沉淀柱不同沉淀时间、不同深度的悬浮去除率表示于图2-16中。去除百分数曲线用这些数据内插法绘制的。求沉淀时间为60min时的悬浮物总去除率。解：0046.0%46.0xut%720174.00046.0100)54100(100)100(100)100(000000xuuxdxuuxtxt60min时底部取样口悬浮物的去除百分数为48%；48%的颗粒沉速具有大于或等于1800/（6060）=0.5mm/s;沉速小于0.5mm/s的颗粒只有部分沉到底部，而且按u/u0的比例除去；去除率48%-50%,50%-65%，65%-80%的中心高度分别为1.7m,1.3m,0.7m;在48%-50%的颗粒具有一平均沉降速度:1700mm/6060=0.47mm/s;在50%-65%的颗粒具有一平均沉降速度:1300mm/6060=0.35mm/s;在65%-80%的颗粒具有一平均沉降速度:700mm/6060=0.2mm/s;以后的增量之间颗粒沉速很小,可以忽略不计算:（3）拥挤沉淀和压缩沉淀A、特点：发生在SS浓度较高的情况；在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程；出现四个区（清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区）存在一由等速沉降转入降速沉降的临界点；B、沉降过程曲线1）临界点图解近似求解法%65)6580(8.17.0)5065(8.13.1)4850(8.17.148)(...)()()6580(5.02.0)5065(5.035.0)4850(5.047.048)(...)()(2211002021010EPHhPHhPHhEPuuPuuPuuEEnnnn或2）沉降过程曲线的相似性，与水深无关；§2.2.3理想沉淀池原理目的：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果；理想沉淀池的基本假设：污水在池内沿水平方向作等速流动；颗粒为自由沉淀；颗粒沉到底即认为被去除；（1）平流式理想沉淀池（如图）tH1H2A1A2B1B2H1212//OBOBOAOA1212//OBOBOAOA从A点进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。这些颗粒中必存在某一粒径的颗粒，其沉速为u0，刚好能沉至池底。;;;,;000沉淀区长度沉淀区水深即颗粒的水平分速污水的水平流速颗粒沉速LHvuLHvuLHvu000000100)100(;,,;,,;,xtttdxuuxIVIIuuIDuu颗粒去除率见轨迹就能被去除置入流区位置靠近池底位见轨迹则不能去除入流区位置靠近水面处当见轨迹点以前沉淀颗粒可在当（2）圆形理想沉淀池A、辐流式R___为沉淀池的半径;r1__为中心筒半径;H__为沉淀区高度;;)(:)2(;;:)1(:100)100(;,,;,,;,0000000时间无关负荷及颗粒沉速与沉淀去除率仅仅决定于表面平流式沉淀池的颗粒的去除率粒的沉速表面负荷的数值等于颗池单位表面积的流量在单位时间内通过沉淀表面负荷说明关于理想沉淀池的补充颗粒去除率见轨迹就能被去除置入流区位置靠近池底位见轨迹则不能去除入流区位置靠近水面处当见轨迹点以前沉淀颗粒可在当quQAuHvBLBuHLvuHhutHBLtHBLBLtVAQAQqqdxuuxIVIIuuIDuuttttxtttB、竖流式在半径r处的任一点,水流的垂直分速为v,v=H/t;当颗粒沉速utv,颗粒被沉淀去除;当颗粒沉速utv,颗粒不能被去除;dxuuxquAQrRQurHQvvdrudHtutrvdtudHvdtdrxttRrHtt021000020100)100(:)(2:;;;,颗粒去除率为颗粒被沉淀去除的条件沉淀时间某颗粒的沉速处的水