第十章污水的物理处理

水污染控制工程化学与环境工程系杨爽第十章污水的物理处理目录第一节格栅和筛网第二节沉淀的基础理论第三节沉砂池第四节沉淀池第五节隔油池第六节气浮池（一）格栅的定义、作用格栅是由一组平行的金属栅条制成，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。第一节格栅和筛网格栅的分类1.按形状分1)平面格栅:由栅条与框架组成2）曲面格栅污水从鼓筒向鼓筒外流动,栅渣被截留2.按栅条间隙分·粗格栅:50-100mm·中格栅:10-50mm·细格栅:3-10mm3.按清渣方式分·人工清渣格栅：中、小型污水厂，格栅安装角为30-45°·机械清渣格栅：大型污水厂，栅渣量大于0.2m3/d时,60-70°GL型格栅除污机GL型格栅除污机（二）筛网某些悬浮物用格栅不能截流，也难通过重力沉降去除，常给后续处理构筑物或设备带来麻烦，可采用筛网过滤来分离和回收。1作用有效的去除和回收水中夹带的如羊毛、化纤以及造纸废水中的纸浆等纤维杂质。2分类振动筛网：水力筛网：依靠进水水流作为动力一、概述1.定义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。2.处理对象（1）砂粒；（2）化学沉淀物；（3）混凝处理所形成的絮体；（4）生物处理的污泥；（5）沉淀污泥的浓缩第二节沉淀的基础理论3.名称（1）沉砂池：用于去除易沉物，如砂粒；（2）初次沉淀池：进入生物处理系统前的初步处理；（3）二次沉淀池：生物处理后用以分离生物膜、活性污泥等；（4）污泥浓缩池：经来自初次沉淀池、二次沉淀池的污泥进一步浓缩脱水。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。沉淀类型自由沉淀絮凝沉淀拥挤沉淀压缩沉淀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。2.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.拥挤沉淀（干扰、成层、区域）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。4.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。四种沉淀类型在二沉池中的应用：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水深时间三、自由沉淀与絮凝沉淀分析理论基础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)us——颗粒沉降速度，gVmgFsggVFlf22slsdduACF自由沉淀理论基础当颗粒所受外力平衡时：Fd=Fg-Ff2/13)(4ldslssCdgu对于球形颗粒：层流区（stokes区）:218)(slssdgusssdAV32Re24dClssudRe过渡流区（艾伦区）、紊流区（牛顿区）us？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stocks定律不能直接用于工艺计算，需对非球形颗粒修正。218)(slssdgu四、沉淀池的工作原理1.理想沉淀池分为四个区域：进口区域、沉淀区域、出口区域和污泥区域。Hazen和Camp提出这一概念，并假设：（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）。理想沉淀池示意图入流区出流区污泥区u0usu0usu0usu0LHhABDC沉淀区vvvvqv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0suuHhdpuudpuudpuudpHhPsPss00000001,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q0uHvLtAHtqvvAutAHtVq0vquAq0vAqv2、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。0075.1125.11uuq～000.25.1ttt～第三节沉砂池作用去除污水中的沙子、煤渣等颗粒物，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。分类平流式沉砂池竖流式沉砂池曝气沉砂池1平流沉砂池构造入流渠、出流渠、水流部分和沉砂斗组成。优点截留效果好，工作稳定，构造简单，排砂方便。缺点不适应流量变化，较少使用。2曝气沉砂池构造长型渠道，在一侧设置曝气管。优点对沙砾有淘洗作用，沉砂中有机物含量低于5%；具有预曝气、脱臭等作用；适应水量变化。缺点能耗大、气味大。污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动(流速一般取0.1m/s，不得超过0.3m/s)，同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。旋转速度在过水断面的中心处最小，而在池的周边则为最大。空气的供给量应保证在池中污水的旋流速度达到0.25—0.4m／s之间，一般取0.4m／s。沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。第四节沉淀池1.分类（1）按位置分：初沉池——用于生物处理前做一级处理的称为初沉池。二沉池——用于生物处理后沉淀活性污泥或生物膜脱落污泥的称二沉池。二沉池是生物处理不可缺少的一个组沉部分，对于一般城市污水，初沉池可去除约30%的BOD5和55%的悬浮物。一、沉淀池概况（2）按水流方向分：平流式、竖流式、辐流式三种型式沉淀池示意图构成进水区、出水区、沉淀区、污泥区和缓冲区运行方式间歇式连续式平流式沉淀池构造进水区使水流均匀的分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动，一般设置整流措施。出水区设置堰口，使出水均匀。堰的负荷为：初沉池：250m3/m·d二沉池：130～250m3/m·d沉淀区一般纵向分格，改善水流条件。污泥区设污泥斗、排泥管，排泥应及时。竖流式沉淀池构造一般为圆形、正方形和多角形，池形小，直径或边长为4～7m。由中心导流筒、反射板、排泥管等组成。评价该池抗冲击负荷能力差，池形小，仅适用于小型污水处理厂。辐流式沉淀池一般为圆形，直径较大而有效水深则浅的池子，池径可达60m或更大。进水出水排泥中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图2.三种类型沉淀池优缺点分析池型优点缺点适用条件平流式1.对冲击负荷和温度变化适应能力强2.施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作工作量大，采用机械排泥时，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.占地面积小1.池子深度大，施工困难2.对冲击负荷及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.池水水流速度不稳定2.机械排水设备复杂，对施工质量要求较高1.适用于地下水位较高的地区2.适用于大、中型污水处理厂二、沉淀池的一般设计原则及参数(1)流量当自流进入时，应按最大流量设计；厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。(2)沉淀池只数：不少于2只(3)沉淀池经验设计参数当无沉淀资料时，t、q、污泥量参见表2-1类别沉淀池位置沉淀时间(h)表面负荷(m3/m2.h)污泥量（干物质）(g/pc.d)污泥含水率(%)初沉池仅一级处理1.5-2.01.5-2.515-2796-97二级处理1.0-2.01.5-3.014-2595-97二沉池活性污泥法1.5-2.51.0-1.510-2199.2-99.5生物膜法1.5-2.51.0-2.07-1996-98表2-1沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系(4)沉淀池的有效水深、沉淀时间、表面水力负荷的相互关系表面水力负荷q’/（m3.m-2.h-1）沉淀时间t/hH=2.0mH=2.5mH=3.0mH=3.5mH=4.0m3.01.01.171.332.51.01.21.41.62.01.01.251.51.752.01.51.331.672.02.332.671.02.02.53.03.54.0(5)沉淀池的几何尺寸沉淀池超高不少于0.3m，缓冲层高0.3-0.5m，贮泥斗的斜壁倾角不宜小于60°,圆斗不宜小于55°，排泥管径不小于200mm(6)沉淀池出水部分一般采用溢流堰，出水负荷：初沉池应不大于2.9L/s，二沉池取1.5-2.9L/s。(7)贮泥斗的容积一般不大于2d，对于二沉池，贮泥时间不超过2小时。辐流式沉淀池泥斗一般为圆台形，上部直径为2m，下部直径为0.5-1m，泥斗倾角大于45º；平流式沉淀池泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为0.5-1.0m，泥斗倾角大于45º。竖流式沉淀池泥斗：圆台形或（正）棱台形。(8)排泥部分采用静水压力排泥、泵吸式法。三、平流式沉淀池结构及设计计算(1)结构设计入流装置：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等，通常有：带溢流堰的进水槽+整流墙；带侧孔的进水