环境工程学王玉恒第2章 第1节

1、1第二章第二章 水的物理化学处理水的物理化学处理方法方法第一节第一节 水中粗大颗粒物质的去除（理水中粗大颗粒物质的去除（理解）解）第二节第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除水中悬浮物质和胶体物质的去除（掌握（掌握 计算计算 应用）应用）第三节第三节 水中溶解物质的去除（掌握）水中溶解物质的去除（掌握）第四节第四节 水中有害微生物的去除（理解）水中有害微生物的去除（理解）第五节第五节 水的其他物理化学处理方法（了水的其他物理化学处理方法（了解）解）粒径在粒径在0.1mm以上以上去除方法去除方法筛滤筛滤截留截留沉降沉降离心离心相应设备相应设备格栅格栅筛网筛网微滤机微滤机离心机离心机旋流分离器旋流分

2、离器预处理预处理 水中粗大颗粒物质的去除水中粗大颗粒物质的去除第一节3一、格栅、筛网、微滤机格栅、筛网、微滤机44( (一）格一）格 栅栅 格栅由一组（或多组）相格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成平行的金属栅条与框架组成, ,倾倾斜安装在进水的渠道，或进水斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质污水中粗大的悬浮物及杂质。 作用：去除可能堵塞水泵作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大漂浮机组及管道阀门的较粗大漂浮物和悬浮物物和悬浮物, ,并保证后续处理设并保证后续处理设施能正常运行。施能正常运行。 选用栅条间隙的原则

3、：不选用栅条间隙的原则：不堵塞水泵及其他处理设备。堵塞水泵及其他处理设备。55格栅的种类格栅的种类按栅条净间隙按栅条净间隙按格栅形状按格栅形状按清渣方式按清渣方式粗格栅(50100mm)中格栅(1040mm)细格栅(1.510mm)平面格栅曲面格栅人工清渣机械清渣6城市污水二级处理流程城市污水二级处理流程前处理（预处理）前处理（预处理）( (一）格一）格 栅栅中格栅中格栅7a型格栅：型格栅：人工清渣或机械清渣人工清渣或机械清渣b型格栅：型格栅：人工清渣（顶部设有起吊架）人工清渣（顶部设有起吊架）平面格栅平面格栅( (一）格一）格 栅栅88平面格栅型号表示法：( (一）格一）格 栅栅9名称数值格

4、栅宽度b600，800，1000，1200，1400，16004000,以200为一级增长，用移动除渣机时，b4000格栅长度l600，800，1000，1200，.，以200为一级增长，上限值决定于水深间隙净宽b10，15，20，30，40，50，60，80，100平面格栅的基本参数及尺寸（mm） 第一节 格栅与筛网1010 与水平倾角：与水平倾角： 30 60 与水平倾角：与水平倾角： 60 9011机械清渣式格栅机械清渣式格栅（）移动伸缩臂式格栅移动伸缩臂式格栅除污机除污机自清自清回转式机械格栅回转式机械格栅、阶梯式机械格栅阶梯式机械格栅转鼓式机械格栅转鼓式机械格栅往复式移动耙机械格栅往

5、复式移动耙机械格栅间歇清渣连续清渣钢丝绳牵引卷筒机械格栅钢丝绳牵引卷筒机械格栅链条牵引式格栅除污机链条牵引式格栅除污机( (一）格一）格 栅栅12链条牵引回转式格栅除污机链条牵引回转式格栅除污机 格栅高度一般应使其顶部高出栅前最高水位0.3m以上。当格栅井较深时，格栅的上部可采用混凝土胸墙或钢挡板满封（？），以减小格栅的高度。13清渣齿耙链条牵引式回转格栅除污机链条牵引式回转格栅除污机特点：结构紧凑、运转平稳、工作可靠 适用场合：用于泵站进水渠（井），拦截捞取水中漂浮物，一般粗、中格栅使用。固定齿耙14 第一节 格栅与筛网自清回转式机械格栅自清回转式机械格栅犁形耙齿犁形耙齿特点：结构紧凑、耐磨

6、损、运行可靠、可全自动运行；适用场合：一般设在粗格栅之后，用作中、细格栅。1515回转式机械格回转式机械格栅栅16阶梯式机械格栅阶梯式机械格栅返回 特点：水下无传动件，结构合理，使用寿命长，维护保养方便采用独特的阶梯式清污原理，可避免杂物卡阻及缠绕。 适用场合： 是一种典型的细格栅，适用于井深较浅，宽度不大于2m的场合。17 转鼓式机械细格栅转鼓式机械细格栅 特点：特点：集细格栅除污机集细格栅除污机、栅渣螺旋提升机和栅渣螺旋、栅渣螺旋提升机和栅渣螺旋压榨机于一体的设备，结构紧压榨机于一体的设备，结构紧凑；过滤面积大，水头损失小凑；过滤面积大，水头损失小；清渣彻底，分离效率高；全；清渣彻底，分离

7、效率高；全不锈钢结构，维护工作小。但不锈钢结构，维护工作小。但设备价格相对较高设备价格相对较高18转鼓式机械细格栅转鼓式机械细格栅回转刮渣清渣齿耙挡渣齿板弧形栅条191920渐扩与栅后渐扩与栅后槽底槽底21格栅形式的选择格栅形式的选择尺寸计算尺寸计算水力计算水力计算栅渣量的计算及清除方式栅渣量的计算及清除方式22格栅设计实例：格栅设计实例：设计原始资料：已知设计原始资料：已知 某污水处理厂的最大设计流量某污水处理厂的最大设计流量qmax=0.2 m3/s（17280m3/d），进水渠道宽为），进水渠道宽为0.65m。若采用平面中格栅，试求格栅的建筑尺寸若采用平面中格栅，试求格栅的建筑尺寸。处理

8、规模较大，采用机械清渣。处理规模较大，采用机械清渣。23按按给水排水设计手册给水排水设计手册和经验确定设计参数和经验确定设计参数栅前水深：h=0.4m（经验值）过栅流速：0.9m/s ( p22)栅条间隙宽度：b=20mm ( p14)格栅倾角: a=60 (p17)栅渣量：0.07 m3/（103m3污水）（p15）24格 栅 的 建 筑 尺 寸 1.格栅槽总宽度 格栅的间隙数量 式中：qmax最大设计流 量，m3/s； b 栅条间距，m； h 栅前水深，m； v 污水流经格栅 的速度，m/s。)/(sinmaxvhbqn269 . 04 . 002. 060sin2 . 0n栅前水深：栅前

9、水深：h=0.4m栅条间隙宽度：栅条间隙宽度：b=20mm 过栅流速：过栅流速：0.9m/s 格栅倾角格栅倾角: =60252.过栅水头损失计算：khh02kgvhsin220式中： h2 过栅水头损失，m； h0 计算水头损失，m； v 过栅流速，m/s； 阻力系数，其值与栅条断面的几何形状有关（表10-2）； g 重力加速度，取9.81m/s2； k 考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数， 可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k = 3。格 栅 的 设 计 与 计 算mh078.060sin81.929.0726.032026格 栅 的 建 筑 尺 寸3.栅后槽的总高度h式中:

10、 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。21hhhhmh78.0078.03 .04 .0补充：栅前槽高h1=0.4+0.3=0.7m27格 栅 的 建 筑 尺 寸 4.格栅的总建筑长度l 式中：l1进水渠道渐宽部位的长度，m；其中:b1 进水渠道宽度m； 1 进水渠道渐宽部位的展开角度，一般1=20； l2 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般l2=0.5l1 ； h1 格栅前的渠道深度,m。tg/5.00.1121hlll111tg2bbl24.260tg/7 .05 .01 .011.022.0l28格 栅 的 建 筑 尺 寸

11、5.每日栅渣量w式中：w1栅渣量，m3/ (103m3污水)； kz生活污水流量总 变化系数。100086400z1maxkwqw381.010005.18640007.02.0mw291.21.2 筛网（自学）筛网（自学）当需要去除水中纤维、纸浆，藻类等稍小当需要去除水中纤维、纸浆，藻类等稍小的杂物时，可选用不同孔径的筛网。的杂物时，可选用不同孔径的筛网。孔径孔径小于小于10mm的筛网主要用于工业废水的预的筛网主要用于工业废水的预处理，它可将尺寸大于处理，它可将尺寸大于3mm的漂浮物截留的漂浮物截留在网上。孔径小于在网上。孔径小于0.1mm的细筛网则用于的细筛网则用于处理后出水的最终处理或作

12、为重复利用水处理后出水的最终处理或作为重复利用水的处理。的处理。筛网装置有转鼓式、旋转式、转盘式和振筛网装置有转鼓式、旋转式、转盘式和振动筛等动筛等。转鼓式筛网的示意图转鼓式筛网的示意图311.3 1.3 微滤机（自学）微滤机（自学） 微滤机具有占地面积小、过滤能力微滤机具有占地面积小、过滤能力大、操作方便等优点，可用于自来水厂大、操作方便等优点，可用于自来水厂原水过滤以去除藻类、水蚤等浮游生物，原水过滤以去除藻类、水蚤等浮游生物，也可用于工业用水的过滤处理、工业废也可用于工业用水的过滤处理、工业废水中有用物质的回收水中有用物质的回收(如造纸废水的白如造纸废水的白水微滤净化和纸浆回收水微滤净化

13、和纸浆回收)以及污水的最以及污水的最终处理等。终处理等。微滤机结构示意图微滤机结构示意图转转鼓鼓池池水槽水槽出出水水集渣斗集渣斗排排渣渣冲洗冲洗设备设备3333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，防止无机颗粒对水泵及其它设备的磨损，也可以使沉淀池中的污泥保持良好的流动性。 平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等 以重力或离心力分离离心力分离为基础，控制污水流速，使密度较大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走二、沉砂池3434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，并且沉砂池的个数或分格数应不城市污水厂一般均

14、设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不 小于小于2 2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。设计流量应按分期建设考虑：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沉砂池去除的砂粒相对密度为2.652.65，粒径为，粒径为0.2mm(650.2mm(65目目) )以上。以上。城市污水的沉砂量可按每立方米污水沉砂城市污水的沉砂量可按每立方米污水沉砂0.03l0.03l计算，其含水率约计算，其含水率约为为60%60%，容重约，容重约1500kg/m1500kg

15、/m3 3。贮砂斗的容积应按贮砂斗的容积应按2d2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于5555, ,排砂管直径不应小于排砂管直径不应小于200mm200mm。沉砂池的超高不宜小于沉砂池的超高不宜小于0.3m0.3m。35 工作原理工作原理：构造简单，实际上是一个比入流构造简单，实际上是一个比入流渠道和出流渠道较宽和较深的渠道和出流渠道较宽和较深的渠道渠道，过水断面，过水断面增大，流速下降。增大，流速下降。 主要构造主要构造: :入流渠、沉砂区、沉砂斗、出流渠入流渠、沉砂区、沉砂斗、出流渠等部分组成。等部分组成。 排砂方式：重力排砂或机械排砂排砂方式：重力排砂或

16、机械排砂（一）（一）平流式沉砂池平流式沉砂池3636入流渠沉砂区贮砂斗出流渠启闭机（一）一）平流式沉砂池平流式沉砂池37重力排砂法重力排砂法（一）（一）平流式沉砂池平流式沉砂池38 优点优点：截留效果好，工作稳定，构造简单。：截留效果好，工作稳定，构造简单。 缺点缺点：流速不易控制，沉砂中有机物含量高，：流速不易控制，沉砂中有机物含量高，需要洗砂。需要洗砂。（一）（一）平流式沉砂池平流式沉砂池3939平流沉砂池的设计参数：平流沉砂池的设计参数：1. 0.15m/s v 0.3m/s；2. 水力停留时间不少于水力停留时间不少于30s，一般，一般3060s；3. 有效水深有效水深h 1.2m，一般

17、采用，一般采用0.251.0m, 池宽池宽0.6m;4. 池底底坡一般为池底底坡一般为0.010.02；5. 沉砂池超高不宜小于沉砂池超高不宜小于0.3m；6. 排砂方式：重力排砂，排砂管排砂方式：重力排砂，排砂管d 200mm；对大中型；对大中型 污水处理厂，一般采用机械排砂。污水处理厂，一般采用机械排砂。40平 流 式 沉 砂 池 的 设 计 计 算 1. 沉砂池长度沉砂池长度 l(闸板之间的长度闸板之间的长度）：）： l = vt式中：式中：v最大设计流量时的速度，最大设计流量时的速度，m/s； t最大设计流量的停留时间最大设计流量的停留时间, s。 2. 水流断面积水流断面积 a： a

18、= qmax/v 式中：式中：a 水流断面积，水流断面积，m2； qmax 最大设计流量，最大设计流量，m3/s。l413. 池总宽池总宽b: b= a/h2式中式中: h2设计有效水深。设计有效水深。4.贮砂斗所需总容积贮砂斗所需总容积v（理论容积）:式中式中: x 城市污水的沉砂量，一般采用城市污水的沉砂量，一般采用30m3/(106m3污水）；污水）； t 排砂时间的间隔排砂时间的间隔, d(一般取一般取2d）；）； kz 污水流量的总变化系数。污水流量的总变化系数。6z1086400maxktxqv平 流 式 沉 砂 池 的 设 计 计 算 42平均日流量平均日流量(l/s) 6 10

19、 15 25 40 70 120200400750 k总2.22.12.01.891.801.691.591.511.401.30生活污水量总变化系数生活污水量总变化系数k总总(室外排水设计规范室外排水设计规范gbj14-87) 流入污水管道的污水量时刻都在变化。污水量的变化程度通常用变化系数表示。变化系数分为日变化系数kd、时变化系数kh和总变化系数kz三种，计算如下： 生活污水量总变化系数kz：平均日污水量最大日污水量dk最大日平均时污水量最大日最大时污水量hkhdzkkk 设计时以总变化系数为依据设计时以总变化系数为依据 最大设计流量：最大设计流量：qkqzmax4343平 流 式 沉

20、砂 池 的 设 计 计 算 1. 沉砂池沉砂池长度长度 l(闸板之间的长度闸板之间的长度）：）：l = vt式中：v最大设计流量时的速度，m/s； t最大设计流量的停留时间, s。 2. 水流断面积水流断面积 a：a= qmax/v 式中：a 水流断面积，m2； qmax 最大设计流量，m3/s。l445. 每个贮砂斗尺寸每个贮砂斗尺寸v1 ： 设贮砂斗底部长度b1（稍大于排砂管直径，已知量）；斗壁与水平面的倾角为60；设贮砂斗高度 （已知量）；则贮砂斗的上口长度b2（未知量）为： 每个贮砂斗的容积v1： 应满足nv1v（理论容积），n为贮砂斗的总个数。b2132312602602/)(btg

21、hbtghbb。b1bh360b1b2v1=(b1+b2)/2 h3 b3h池长方向456.6.贮砂室的高度贮砂室的高度h h3 3设采用重力排砂，设池底坡度i =6%，坡向砂斗，则：2/ ) 2(06. 006. 023233bblhlhhl2467.池总高度池总高度h：式中: h1超高，m； h2有效水深，m；8. 核算最小流速核算最小流速vmin: vmin = qmin/(n1 amin )式中：qmin 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。 vmin应不小于0.15m/s。 321hhhh47特点特点: :沉砂

22、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。（二）（二）曝气沉砂池曝气沉砂池48曝气沉砂池的构造及工作原理49曝气沉砂池的工作原理 整个池内水流为螺旋状前进的流动形式，无机颗粒相互碰撞、摩擦以及气泡的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉砂粒较为纯净。50曝气沉砂池实景曝气沉砂池实景51水平流速一般取0.080.12m/s。污水在池内的停留时间为46min；雨天最大流量时为13 min。如作为预曝气，停留时间为1030min。池的有效水深为23m，池宽与池深比为11.5（每座池子），池的长宽比可达5，当池长

23、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2.56.0mm，距池底约为0.60.9m，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。曝气沉砂池的设计参数52 例题已知某城市污水处理厂的最大设计流量为1.2 m3/s，总变化系数为1.3。求曝气沉沙池的各部分尺寸。解：确定设计参数：最大设计流量时停留时间t=2min；最大设计流量时的水平流速v=0.1m/s；池的有效水深h=2m。（1）池子的总有效容积v:3max14422 . 16060mtqv（2）池子断面面积a:2max121 . 0/2 . 1/m

24、vqa（3）池总宽度b:mhab62/12/沉沙池设两格，每格宽度b=3m，则宽深比b/h=3/2=1.5，符合要求。53（4）池长l:mavl1212/144/（6）所需曝气量:336z8 . 4103 . 186400203. 02 . 11086400maxmktxqv（5）沉沙斗所需容积v0（p36)，两天排砂一次:hmmdqq/6 . 3min/6 . 01 . 01 . 0606033max54工作原理工作原理优优 点点类类 型型 利用机械力控制水流流态与流速，加速砂粒沉淀，并使有机物随水流走。 平流式水力漩流沉砂池、钟氏沉砂池（jones - attwood jeta）、比氏沉砂

25、池（pista） 占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。补充补充：（三）：（三）旋流沉砂池旋流沉砂池55钟氏沉砂池 特点：基建及运行费特点：基建及运行费用低，除砂效果好。用低，除砂效果好。5657螺旋砂水分离器螺旋砂水分离器58比氏沉砂池进水渠道为一条封闭的充满进水渠道为一条封闭的充满流倾斜进水渠，进水直接进入沉流倾斜进水渠，进水直接进入沉砂池底部，由于射流的作用，在砂池底部，由于射流的作用，在池内形成旋流池内形成旋流在中心轴向桨板的定速旋转在中心轴向桨板的定速旋转驱动下于中部形成一个向上的推驱动下于中部形成一个向上的推动力，使水流在垂直面亦形成环动力，使水流在垂直面亦形成环流。在垂面环流和射流的共同作流。在垂面环流和射流的共同作用产生离心力，砂粒撞向池壁，用产生离心力，砂粒撞向池壁，滑入池底滑入池底积于池底的砂粒由于垂面环积于池底的砂粒由于垂面环流的水平推动作用向池中心汇集流的水平推动作用向池中心汇集跌入积砂斗，部分较轻的有机物跌入积砂斗，部分较轻的有机物则在中部上升水流的