典型水处理设备的设计与应用

1、环境污染治理设备环境污染治理设备 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格栅的类型及应用格栅的类型及应用 1）按形状：平面、曲面； 2）按栅条间隙：粗（50100mm）、中 （1040mm）、细（310mm）； 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1625mm；采用 人工清除格栅，栅条间隙为2540mm；

2、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 1625mm，栅渣量0.100.05m3栅渣 /1000m3废水； 格栅间隙 3050mm，栅渣量0.030.01m3栅渣 /1000m3废水 B.水流通过格栅的水头损失 一般采用

3、0.080.15m，栅后渠底比栅前降低 0.080.15m。 栅前渠道内水流速度一般采用0.40.9m/s； 废水通过栅条间隙的流速可采用0.61.0m/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）多尔沉砂池 4

4、）钟式沉砂）钟式沉砂 池池利用 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）调节池的计算 n i iii qT tqC C 1 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： CT小时内废水的平均浓度，mg/L； qT小时内废水的平均流

5、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： n i iit qqTV 1 若采用对角线出水调节池时： 4 . 1 qT V 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 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：用途：废水的预处理和最终处理。 一一. 快滤池组成

6、及过滤机理快滤池组成及过滤机理 组成：组成：快滤池本体、管廊 滤池本体：滤池本体：滤料层、承托层、配水系统、洗 砂排水槽。 管廊：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

7、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=13）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。

8、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

9、 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

10、用无烟煤滤料水处理用无烟煤滤料CJ 24288 1适用范围适用范围 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无烟煤滤料的无烟煤滤料的技术技术要求要求 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

11、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512m/h；粗砂快滤池用于处理 废水的流速可采用3.737m/h；双层滤料滤池的 滤速采用4.824m/h；三层滤料滤池与双层滤料 滤池一般相同。 （2）滤池面积 v Q F 式中：Q设计流量，m3/h v设计滤速，m/

12、h F=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2530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1.25:11.5:1。 滤池高度包括超高（0.250.3）、滤层上的水 深（1.52m)；其总高度一般为33.5m. 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

13、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）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

14、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1.52m 4）滤池冲洗排水设备的设计）滤池冲洗排水设备的设计 A.冲洗排水槽冲洗排水槽 断面型状如图所示 排水量 Q=qab 槽顶距滤料层表面高度 He= m L0+2.5x + +0.07 式中 m滤层最大膨胀率，%； L0滤层厚度，m； 槽底厚度，m。 B.集水渠集水渠 集水渠的布置形

15、式式滤池面积大小而定，一般 沿池壁一侧布置 5）管廊布置）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设备 生物膜法废水处理生物膜法废水处理 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

16、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

17、原理生物膜法基本原理 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）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

18、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 对上述过程的强化。 生物滤池的基本工艺如图 初次沉淀池 生物 滤池 二次沉淀池 进入生物滤池的污水需经过预处理去除悬浮 物等可能堵塞滤料的污染物，并

19、使水质均化。 在生物滤池后设二沉池，以截留污水中脱落的 生物膜，保证出水水质。 生物滤池的主要特征生物滤池的主要特征 滤料固定，废水自上而下流过滤料层。 由于和不同层面的微生物接触的废水水质不 同，因而微生物组成也不同时微生物的食物链 长、产生的污泥量少。 当负荷低时，出水水质可高度硝化。 生物滤池运行简易，靠自然通风供氧，运行 费用低。 生物滤池在发展过程中，从低负荷发展为高 负荷，突破了传统采用的滤料层高度，扩大了 应用范围。 目前使用较多的生物滤池有普通生物滤池、 高负荷生物滤池、塔式生物滤池三种。 2.2.1普通生物滤池普通生物滤池 普通生物滤池又叫滴滤池，是生物滤池早期 的类型，即第

20、一代生物滤池。 （1）构造 由池体、滤床、布水装置和排水系统组成。 1）池体 平面形状多为方形、矩形和圆形 池壁多采用砖砌或混凝土建造，池壁带小孔 ，以促进滤层的内部通风 为防止风吹而影响废水的均匀分布，池壁顶 应高出滤层表面0.40.5m； 滤池壁下部通风总面积不应小于滤池表面积 的1%。 2）滤床）滤床 滤床由滤料组成，滤料对生物滤池有很 大影响。 滤料要求：强度高、耐腐蚀、质轻、颗 粒均匀、比表面积大、空隙率高。 过去常用球状滤料：如碎石，炉渣，焦 炭等。 滤床分为工作层和承托层两层。 工作层：粒径2540mm，厚度为 1.31.8m。 承托层：粒径60100mm，厚度为0.2m 。 近

21、年来，常采用塑料滤料，其表面积可 达100200m2/m3, 空隙率可达8090%； 滤料粒径的选择对滤池工作影响较大， 滤料粒径小，比表面积大，但空隙率小， 增加了通风阻力；滤料粒径大，比表面积 小，影响污水和生物膜的接触面积。 粒径的选择还应综合考虑有机负荷和水 力负荷的影响，当负荷较高时，采用较大 的粒径。 3）布水装置）布水装置 布水装置的作用是将污水均匀分布到 整个滤池表面，并应具有适应水量变化 、不易堵塞和易于清通等特点。 根据结构分类，可分为固定式和活动 式两种。 4）排水系统）排水系统 排水系统设与池体的底部，包括渗水 装置、集水渠和总排水渠等。 5）普通生物滤池的特点）普通生

22、物滤池的特点 优点： A. 处理效果好，BOD5的去除率可达 95%以上； B. 运行稳定、易于管理、节省能源。 缺点： A. 负荷低、占地面积大、处理水量小； B. 滤池易堵塞，以滋生蚊蝇、卫生条件 差。 该滤池一般适用处理每日污水量不高于 1000m3的小城镇污水和工业有机废水。 2.2.2 高负荷生物滤池高负荷生物滤池 高负荷生物滤池是为解决普通生物滤池 在净化功能和运行中存在的实际负荷低，易堵 塞等问题而开发出来的。 （1）高负荷生物滤池的工艺流程 主要采用处理水回流技术来保证进入的BOD5值 低于200mg/L，处理水回流后具有下列作用： A.均化与稳定进水水质； B.加大水力负荷、

23、加速生物膜的更新、抑制厌 氧层发育、使生物膜保持较高活性； C.抑制蚊蝇的滋生、减轻臭味的散发。 如图所示为单池系统几种有代表性的流 程 流程1）将生物滤池出水直接回流，有助 于生物膜的接种和更新，提高初沉池的 沉淀效果；但回流生物膜易堵塞滤料； 流程2）可避免加大初沉池的容积； 流程3）能提高初沉池的效果，但提高了 初沉池的负荷； 流程4）的特点是不设二沉池，滤池出水 直接回流到初沉池，以提高初沉池效果 ，兼行二沉池的功能。 当原污水浓度较高或对处理水质要求 较高时，可以考虑二段滤池处理系统。 二段式生物滤池的有机物去除率可达 90%以上，但负荷不均是其主要缺点。 一段负荷高，生物膜生长快，脱落的 生物膜易于沉积并产生堵塞现象；二段 负荷低，生物膜生长不佳，没有充分发 挥净化功能。 为此可采用交替式二段生物滤池，两 种流程定期交替运行。 （2）高负荷生物滤池的设计）高负荷生物滤池的设计 高负荷生物滤池构造如图所示，其平面 形状多为圆形，采用旋转布水装置。 滤料粒径一般为40100mm，空隙率较 高； 其工作层层厚为1.8m，滤料粒径为 4070mm；承托层层厚0.2m，滤料粒径 为70100mm. 当滤层厚度超过2m时，一般应采用人 工通风方式。 设计高负荷生物滤池时，回流水量QR与原污水 量Q之比为回流