典型水处理设备的设计与应用

环境污染治理设备典型水处理设备的设计与应用•5.1格栅•——一种最简单的过滤设备，有一组或多组平行的金属栅条制成的框架，斜置于废水流经的渠道中，用于截留废水中的粗大悬浮物，防止堵塞其后的管道阀门或水泵。•5.1.1格栅的类型及应用•1）按形状：平面、曲面；•2）按栅条间隙：粗（50~100mm）、中（10~40mm）、细（3~10mm）；•3）按清渣方式：人工清除、机械清除。•5.1.2格栅的设计计算•1）格栅的选择•A.格栅的栅条间隙•当格栅设于废水处理系统之前时，采用机械清除格栅，栅条间隙为16~25mm；采用人工清除格栅，栅条间隙为25~40mm；当格栅设于水泵前时，栅条间隙数据见表1-1。•B.栅条的断面形状•栅条的断面形状可按表1-2选用。圆形断面水利条件好，阻力小，但刚度差。一般多采用矩形断面。•C.清渣方式•栅渣清除方式，一般按所需清渣的量而定。每日栅渣量大于0.2m3时，应采用机械格栅除渣机。•2）设计参数•A.格栅截留的栅渣量•栅渣量与栅条间隙、废水特征、废水流量、排水体制等因素有关。•当缺乏运行资料时，可按下列数据采用：•格栅间隙16~25mm，栅渣量0.10~0.05m3栅渣/1000m3废水；•格栅间隙30~50mm，栅渣量0.03~0.01m3栅渣/1000m3废水•B.水流通过格栅的水头损失•一般采用0.08~0.15m，栅后渠底比栅前降低0.08~0.15m。•栅前渠道内水流速度一般采用0.4~0.9m/s；废水通过栅条间隙的流速可采用0.6~1.0m/s。•C.格栅的倾角•一般450~750，人工清渣时取低值；•格栅设有工作台，其高度高出栅前最高设计水位0.5m，工作台设有按转装置和冲洗设备，其正面宽度如下：•当人工清渣时：不小于1.2m；•当机械清渣时：不小于1.5m。3）结构尺寸的计算（图1-1）5.2沉砂池——去除废水中比重较大的无机颗粒1）平流式沉砂池平流式沉砂池重力排砂法平单口泵吸式排砂法2）曝气沉砂池——可对沉砂中的有机物进行处理3）多尔沉砂池4）钟式沉砂池——利用机械力控制流态与流速，加速砂粒沉淀，并使有机物随水流带走的沉砂装置。•5.3调节池•——用于调解处理水量、水质、水温、酸度等的构筑物•1）调节池的类型•A.按结构分：砖石结构、混凝土结构、钢结构•B.按废水混合方法分：水泵强制循环、空气搅拌、机械搅拌、水利混合等。•目前常用的是利用调节池的特殊结构进行差时混合，即水利混合。主要有对角线出水调节池和折流调节池。2）调节池的计算niiiiqTtqCC1废水经过一定时间的调节后，其平均浓度可按下式计算•式中：•C——T小时内废水的平均浓度，mg/L；•q——T小时内废水的平均流量，m3/h；•Ci——废水在ti时段内的平均浓度，mg/L；•qi——废水在ti时段内的平均流量，m3/h；•ti——各时段时间。•所需调节池的容积为：niiitqqTV1若采用对角线出水调节池时：4.1qTV•5.4除油装置•1）隔油池•——利用自然上浮法进行油水分离的装置。•常用类型：平流式、平行板式、倾斜式、小型•A.平流式隔油池•B.平行板式隔油池•C.倾斜式隔油池•D.小型隔油池§4快滤池•快滤池——一种通过具有一定空隙率的粒状物料床层的机械筛滤、沉淀及接触、絮凝等作用，实现液固分离的水处理设备。•用途：废水的预处理和最终处理。•一.快滤池组成及过滤机理•组成：快滤池本体、管廊•滤池本体：滤料层、承托层、配水系统、洗砂排水槽。•管廊：原水进水、清水出水、冲洗排水等主要管道和与其相配的控制闸阀。•过滤机理：•1）迁移机理——悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程。•主要包括筛滤、拦截、惯性、沉淀、布朗运动、水利作用等。•主要影响因素有：水流状况、滤层空隙形状、及颗粒本身的性质（粒度、形状、密度等）•2）附着机理——由迁移过程与滤料接触的悬浮颗粒，附着在滤料表面上不再脱离。•其主要机理包括接触凝聚、静电引力、吸附、分子引力等。•3）脱落机理——在反冲洗时，滤料呈流态化，附着在滤料上的悬浮物受高速反冲水的冲刷而脱落。•反冲洗效果主要取决于冲洗强度和时间。•2.过滤效率的影响因素•1）滤料的影响•A.粒度过滤效率与粒径dn（n=1~3）成反比。粒度越小、过滤效率越高，阻力越大。•B.形状表面积大的滤料，过滤效率越高。因此，角状滤料比球形滤料的过滤效率高。•C.空隙率较小的空隙率会产生较高的过滤效率和阻力损失。较大的空隙率能提供较大的纳污空间和较长的过滤时间。但悬浮物容易穿透。•D.厚度滤床越厚，过滤效率越高，操作周期越长。•E.表面性质滤料表面不带电或带相反电荷有利于悬浮物的吸附和凝聚，投加电解质或调节pH值可改变滤料表面的电位。•2）悬浮物的影响•A.粒度粒度越大，越易滤除；可投加絮凝剂，提高过滤效果。•B.形状异性颗粒比表面积大，去除效率比球形颗粒大。•C.密度主要沉淀、惯性和布朗运动，对过滤影响小。•D.浓度过滤效率随浓度增加而降低，浓度越高，越易穿透，阻力损失增加越快。•E.温度影响密度和粘度，降低温度对过滤不利。•F.表面性质悬浮物的絮凝特性、电位等取决于表面特性，添加絮凝及可改善表面特性。•二.快滤池设计•1.滤床种类和滤料选择•（1）滤床的种类•用于给水和废水过滤的快滤池，按所用滤床层分为单层滤料、双层滤料和三层滤料滤池。•1）单层滤料滤池•一般适用于给水；在废水处理中，一般只用于较清洁废水的处理。•2）双层滤料滤池•属反粒度过滤，截留杂质能力强、产水能力大，适用于给水和废水过滤处理中使用。•3）三层滤料滤池•整个滤层都能发挥截留杂质的作用，过滤阻力小，过滤时间长。•（2）滤料的选择•滤料选择应满足以下要求•1）机械强度高，避免反冲洗过程中很快地磨损和破碎。一般磨损率应小于4%，破碎率应小于1%；•2）化学稳定性好滤料盐酸可溶滤上限值有规定。如日本不大于3.5%、美国不大于5%；•3）不含对人体有害有毒物质不含对生产有害、影响生产的物质；•4）尽量选择吸附能力强、截污能力大、产水量高、过滤水质好的滤料。•目前应用最为广泛的是石英沙和无烟煤。•水处理用无烟煤滤料CJ24·2—88•1适用范围本标准适用于生活饮用水过滤用无烟煤滤料。用于工业用水过滤的无烟煤滤料可参照执行。2无烟煤滤料的技术要求2.1无烟煤滤料的破碎率和磨损率之和不应大于3%（百分率按质量计，下同）。2.2无烟煤滤料的平均密度一般不小于1.4g/cm3，不大于1.6g/cm3。使用中对平均密度有特殊要求者除外。•2.3无烟煤滤料应不含可见泥土、页岩和外来碎屑，滤料的水浸出液应不含有毒物质。含泥量不应大于4%。密度大于1.8g/cm3的物质含量不应大于8%。•2.4无烟煤滤料的盐酸可溶率不应大于3.5%。2.5无烟煤滤料的粒径2.5.1用作双层滤料的无烟煤粒径范围为0.8～1.8mm。用作三层滤料的无烟煤粒径范围为0.8～1.6mm。2.5.2在各种粒径范围的无烟煤滤料中，小于指定下限粒径的不应大于3%，大于指定上限粒径的不应大于2%。2.5.3无烟煤滤料的有效粒径和不均匀系数，由使用单位确定。•2.滤速与滤池面积•（1）滤速普通快滤池用于给水和清净废水的滤速可采用5~12m/h；粗砂快滤池用于处理废水的流速可采用3.7~37m/h；双层滤料滤池的滤速采用4.8~24m/h；三层滤料滤池与双层滤料滤池一般相同。•（2）滤池面积vQF•式中：Q——设计流量，m3/h•v——设计滤速，m/hF=Q/V•（3）滤池个数及尺寸•滤池的个数涉及造价、冲洗效果和运行管理，应经过技术经济比较后确定。•一般25~30平方米设计一个快滤池，表5-14，但不能少于两个。•每个滤池的面积为：f=F/N•滤池的形状可为正方形或矩形。一般情况下，单池面积小于30m2时，长宽比为1：1；单池面积大于30m2时，长宽比为1.25:1~1.5:1。•滤池高度包括超高（0.25~0.3）、滤层上的水深（1.5~2m)；其总高度一般为3~3.5m.•3.滤层与承托层设计•滤层设计包括滤料的种类、粒度和厚度的选择。•滤料一般选用石英砂和无烟煤；•滤层包括纳污层和保护层。纳污层一般0.5m，保护层约0.2m。•承托层的作用一是防止滤料流失，二是冲洗时起一定的均匀布水作用。•层托层一般采用天然卵石铺垫而成。•4.滤池冲洗系统设计•1）冲洗强度的确定•在20℃水温下，冲洗强度一般按表5-16确定。•2）配水系统的设计•配水均匀性对冲洗效果影响很大。•配水系统分类：•大阻力配水系统一条干管和多条带孔支管组成，呈“丰”字型。•小阻力配水系统采用多孔滤板、滤砖、格栅等方式配水。•3）冲洗水供应系统设计•供水方式•冲洗水泵投资省、操作不便、耗电多•高位水箱造价高、操作简单、水泵小、耗电省•A.高位水箱设计•水箱中的水深不宜超过3m，以免冲洗强度相差过大。•水箱在冲洗间歇期充满，水箱容积为单个滤池冲洗水量的1.5倍。•水箱底部高出滤池排水槽顶的高度为•H0=h1+h2+h3+h4+h5•式中：•h1——冲洗水箱至滤池的沿程损失与局部损失之和；•h2——配水系统阻力损失•h3——承托层阻力损失•h4——滤料层阻力损失•h5——备用水头，一般为1.5~2m•4）滤池冲洗排水设备的设计•A.冲洗排水槽•断面型状如图所示•排水量Q=qab•槽顶距滤料层表面高度•He=εmL0+2.5x+δ+0.07•式中εm——滤层最大膨胀率，%；•L0——滤层厚度，m；•δ——槽底厚度，m。•B.集水渠•集水渠的布置形式式滤池面积大小而定，一般沿池壁一侧布置•5）管廊布置•A.进水、清水、冲洗水和集水渠，全部布置在管廊内，结构简单、施工方便。•B.冲洗水和清水渠布置于管廊内，进水和清水渠布置于滤池另一侧。节省管件、施工检修方便；操作不方便，造价稍高。•C.进水、冲洗水及清水管均采用金属管道，排水渠单独设置，常用于滤池单行排列。•D.对大型滤池，用虹吸管代替排水或进水支管，称双虹吸快滤池。生物膜法废水处理设备•生物膜法废水处理•——属好氧生物处理方法，主要依靠固着于载体表面的微生物来净化有机物。•特点，•生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀；•微生物固着在载体表面，时代时间较长的高级微生物也能增值，生物相更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少；•能处理低浓度污水。•生物膜载体增加了系统的投资；•载体材料的比表面积小，反应装置容积负荷有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低。•分类•按生物膜与废水的接触方式不同，可分为：•A.填充式废水和空气沿固定生长生物膜的载体（填料或转盘）表面流过，并使他们充分接触。•典型设备生物滤池、生物转盘；•B.浸渍式生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。若载体固定，则为接触氧化法；若载体流化，则为生物流化床。•2.1生物膜法基本原理•1）生物膜的形成•——在生物膜构筑物中，填充着很多挂膜的固体介质（滤料或填料），当污水通过填料时，填料截留了污水中的悬浮物质，并将污水中的胶体物质吸附在表面上，在供氧充足的条件下，其中的有机物质使微生物很快得到繁殖，这些微生物由于进一步吸附了污水中的悬浮物、胶体和溶解状态的物质，逐渐形成生物膜。•生物膜从开始形成到成熟要经历潜伏和生长两个阶段，一般的城市污水在20℃左右的条件下大致需要30天左右的时间。•2）生物膜净化原理•由细菌、真菌和原生动物组成的生物膜呈蓬松的絮状结构，具有很大的表面积和很强的吸附能力。•栖息在生物膜上的微生物已吸附和沉淀在膜上的有机物为营养，将一部分有机物合成为细胞物质，成为生物膜中新的活性物质；另一部分成为分解代谢的产物，在分解代谢过程中放出能量，供微生物繁殖生长。•生物膜老化脱落后进入污水中，在二池沉淀池中沉淀下来成为污泥，澄清水后排出池外。•生物膜的生物相组成虽有机负荷、水利负荷、废水成分、Ph值、温度、供氧情况及其它影响因素的变化而变化。•2.2生物滤池•——以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理技术，是对上述