第二章污水的物理处理

1、第二章第二章 污水的物理处理污水的物理处理物理处理方法与设备物理处理对象主要是：漂浮物质和悬浮物质漂浮物质和悬浮物质，采用的处理方法与设备有：筛滤截流法格栅、筛网等重力分离法沉砂池、沉淀池、隔油池，气浮池离心分离法离心机与旋流分离器3.1格栅 一 格栅定义及作用 由一组平行金属栅条栅条或筛网筛网制成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井进口处或污水处理厂端部。用于拦截较粗大的悬浮物或漂浮物。 被拦截的物质称为栅渣。含水率约为70%80%，密度约为960kg/m3。 二 格栅与栅条类型n按形状：平面格栅和曲面格栅 平面格栅由框架和栅条组成，基本尺寸包括：宽度、长度、栅条间距、栅条至外框距离。曲面格栅

2、分为固定曲面格栅和旋转鼓筒式格栅两种。 n按格栅栅条的净间距分为：粗格栅50100mm中格栅1040mm细格栅310mm栅渣截流量与栅条的间距有关栅渣截流量与栅条的间距有关n栅条断面形状：圆形、矩形和方形，常用矩形 三 栅渣的清除n人工清渣 适用于小型的污水处理厂站。格栅安装角度宜为4560。n机械清渣，角度宜为6070链条式机械格栅移动式伸缩臂格栅圆周回转式机械格栅钢丝绳牵引式机械格栅 钢丝绳牵引式机械格栅回转式固液分离机四 格栅的设计与计算 格栅设计的主要参数是确定栅条间隙宽度栅条间隙宽度。 设置在污水处理厂处理系统前的格栅，应考虑到使整个污水处理系统能正常运行，对处理设施或管道等均不应产

3、生堵塞作用。因此，可设置粗细两道格栅可设置粗细两道格栅。第一道格栅间隙较粗，通常设置在提升泵前，一般16-40mm；第二道格栅间隙较细，一般设置在污水处理构筑物前，1.5-10mm。 设置格栅的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速，一方面泥砂不至于沉积在沟渠底部，另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅。通常采用0.40.9m/s。 为了防止格栅前渠道出现阻流回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部，应有一展开角1=20渐扩部位(见课本图10-12)。 为避免造成栅前涌水,故将栅后槽底下降h2作为补偿。在实际采用时，城市污水一般取0.10.4m。对工业污水，根据使用的格栅栅条间距以及清

4、理时间间隔等因素，应留有因部分堵塞而必需的安全量。 n格栅的设计内容包括尺寸计算尺寸计算、水力计算水力计算、栅渣量计算栅渣量计算和清渣机械的选用清渣机械的选用等。n计算前应根据污水量和工程经验选定设计流量，栅前水深，过栅流速，栅条间隙，格栅安装角，栅渣量等参数n具体计算包括：n水头损失水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。n格栅的间隙数量格栅的间隙数量n格栅的建筑宽度格栅的建筑宽度n栅后槽的总高度栅后槽的总高度n格栅的总建筑长度格栅的总建筑长度n每日栅渣量每日栅渣量四 格栅的设计与计算3.2 筛网筛网的去除效果可相当于初次沉淀池的作用。作用：分离悬浮物主要是纤维类分为

5、：振动筛网水力筛网 填埋 焚烧（820以上） 堆肥 将栅渣粉碎后再返回废水中，作为 可沉固体进入初沉池。格栅、筛网截留的污染物的处置方法：3.3 沉淀的基础理论（sedimentation theory） 沉淀沉淀（sedimentation）：水中的悬浮物依靠重力作用从水中分离(gravity separation)出来的过程。可单独应用，也可作为整个处理流程中的一个工序。典型污水厂四种用法：l 用于污水预处理，如沉砂池（grit chamber）l 用于污水进入生物处理构筑物前的初步预处理，如初沉池（primary settling tank）; ;l 用于生物处理后的固液分离，如二沉池（

6、secondary settling tank）l 用于污泥处理阶段的污泥浓缩，如污泥浓缩池（sludge thickener ）3.3 沉淀的基础理论（sedimentation theory） 沉淀的四种基本类型：自由沉淀自由沉淀( (discrete particle settling) ，悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒粒径、密度不变，单独进行沉淀，如沉砂池的沉淀过程。絮凝沉淀絮凝沉淀(flocculent settling)，当悬浮物浓度约为50500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能发生碰撞产生絮凝作用，颗粒粒径和质量增大沉淀速度加快，如二沉池中间段的

7、沉淀过程。区域沉淀区域沉淀（zone settling , ,成层沉淀成层沉淀，拥挤沉淀）拥挤沉淀）悬浮物浓度高于5000mg/L，颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置不变，但整个颗粒形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面，如二沉池下部的沉淀过程。压缩沉淀压缩沉淀(compression settling)，高浓度悬浮颗粒的沉降，颗粒间已挤集成团块结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间水在上层颗粒重力作用下被挤出，如二沉池污泥浓缩过程和污泥重力浓缩池。二次沉淀池中污泥的沉淀过程球状颗粒自由沉淀速率公式（斯托克斯公式斯托克斯公式）水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：

8、悬浮颗粒水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。重力大于浮力时，下沉；受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。重力大于浮力时，下沉；两力相等时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。两力相等时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。为分析简便起见，假定：为分析简便起见，假定：颗粒为球形；颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。 静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生加速运动，静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生加速

9、运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时(即颗粒在静水中所受到的力即颗粒在静水中所受到的力Fg与水对颗粒产生的阻力与水对颗粒产生的阻力FD相平相平衡衡)，颗粒即呈等速下沉。，颗粒即呈等速下沉。 当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。 在层流状态下，24/Re，代上式整理后得 是水的动力粘滞度 2181dguLSS球状颗粒自由沉淀速率公式（斯托克斯公式,Stokes law）2181dguLSS意义：意义：当当sL时，时， us为正

10、值，颗粒下降，为正值，颗粒下降，us为下沉速度。为下沉速度。当当sL时，时， us为负值，颗粒上浮，为负值，颗粒上浮，us为上浮速度。因此为上浮速度。因此,沉降理论也适用于上浮过程沉降理论也适用于上浮过程当当s=L时，时，us=0，颗粒既不下沉，也不上浮，此时不能，颗粒既不下沉，也不上浮，此时不能用重力沉降和自然上浮法去除。用重力沉降和自然上浮法去除。 颗粒速度与颗粒速度与颗粒直径平方成正比颗粒直径平方成正比，与，与液体粘度液体粘度成反比成反比。因此，增大颗粒粒径和密度，适当提高水温，都有助于增大因此，增大颗粒粒径和密度，适当提高水温，都有助于增大颗粒沉速。颗粒沉速。沉淀池的工作原理-理想沉淀

11、池 理想沉淀池分进口区、出口区、沉淀区和污泥区。假设：在沉淀池内各过流断面的所有点上，水都以流速v作水平流动；悬浮颗粒在沉淀区等速下降，下沉速度为U；颗粒一经沉到池底即被除去而不再重新浮起；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上。 设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的h/H *dP%颗粒将会从水中沉淀到池底而去除 同一沉淀时间：tuh1tuH001uuHhdPuudPHh01对于沉速为u1( u1 4, L/h2 = 8-12 水流速度（flow velocity）的控制也很重要： 适宜范围：10-25 mm/s（给水） v（上升速度）时，则颗粒以u-v的差值向下

12、沉淀，颗粒得以去除当u=v时，颗粒处于随机状态，不下沉也不上浮当uv时，颗粒不能沉淀下来将随水流走当颗粒属于自由沉淀时，其沉淀去除效果要比平流式沉淀池差当颗粒属于絮凝沉淀时，池中就会出现上升颗粒与下降颗粒、上升颗粒与上升颗粒之间、下降颗粒与下降颗粒之间相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒沉淀v0v1 v 1) 构造构造 圆形或正方形, 直径或边长 4-7m, 不大于 10 m沉淀池呈圆柱形, 污泥斗为倒锥体, =4560 等 污泥管直径: 200mm 中心管内流速v0=30mm/s 喇叭口直径及高度为中心管直径的1.35倍 反射板直径为喇叭口直径的1.30倍,与水平倾角为17，

13、底距泥面至少0.3米. 喇叭口与反射板之间的v1(对于初沉池=30mm/s, 对于二沉池=20mm/s)D/h2=3, 以保证水自下而上做垂直流动排泥排泥：竖流式沉淀池可用静水压力排泥, 不必用机械刮 泥设备, 但池深较大, 故一般适用于中小型污水处理厂 . 竖流式沉淀池可用作二沉池。2) 设计计算设计计算v0a. 中心管直径与面积中心管直径与面积面积f1=Qmax/v0 (m2) 直径d0=(4f1/)1/2 (m) Qmax: 每个池的最大设计流量, m3/s v0: 中心管内流速, m/sb. 沉淀池的有效沉淀高度沉淀池的有效沉淀高度, 即中心管高度即中心管高度h2h2=vt (m)Qm

14、ax: 每个池的最大设计流量, m3/s v: 污水在沉淀区的上升流速, m/s, 如有资料, v=u (拟去除的最小颗粒的沉速) 如无资料, v=0.5-1.0mm/s(实际为表面负荷)c. 中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3h3=Qmax / (v1d1) (m) d1h3: 表面积 v1: 间隙流出速度,一般=30mm/s d1: 喇叭口直径, md. 沉淀池总面积和池径沉淀池总面积和池径 沉淀区面积f2=Qmax/v (m2) 沉淀池面积 (含中心管) A=f1+f2 (m2) 沉淀池直径 D= (4A/)1/2 (m) 校核: D/h2100um

15、），细分散油（dispersed oil）（10-100um），呈乳化状态的乳化油(emulsified oil)（10um），呈溶解状态的溶解油(soluble oil) 。n隔油池（oil separator）：利用油水比重差将可浮油从水中分离的装置。n破乳（demulsification）：将乳化油表面乳化剂作用消除，将乳化油转变为可浮油的过程。隔油池n型式：平流式和斜流式(inclined flow)n构造：与平流式或斜流式沉淀池基本相同，多浮油收集装置用以收集浮渣n去除效率：70%80%乳化油及破乳方法n乳化油的形成：乳化剂的作用在油滴表面上形成一层薄膜使油和水不会分层。n破乳原理：

16、破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油水得以分离，方法包括：投加换型乳化剂，如氯化钙投加使乳化剂失去作用的盐类（钙镁铁铝）、酸碱类盐类（钙镁铁铝）、酸碱类投加本身不能成为乳化剂的表面活性剂搅拌、震荡、转动等物理方法使油滴合并过滤，主要针对以粉末为乳化剂的乳状液改变温度破坏乳状液的稳定投加混凝剂混凝剂3.7气浮法 (Flotation)n性质性质：固液或液液分离方法，常用于颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。n原理原理：将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离出去。n气浮法需要的基本条件基本条件：必

17、须向水中提供足量的气泡污染物质能形成悬浮状态气泡和悬浮物质能粘合气浮法的应用范围 在污水处理领域，浮选广泛应用于： 分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体； 代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥； 浓缩化学混凝处理产生的絮状化学污泥；回收含油污水中的悬浮油及乳化油； 回收工业废水中的有用物质，如造纸厂污水中的纸浆纤维等。气浮法的类型n电解气浮法（Electrolytic air floatation）：利用电解作用产生氢气和氧气将微小颗粒上浮，适用于脆弱絮状悬浮物。电耗高，操作运行复杂。n分散空气气浮法（Dispersed-air floatation）：包括微孔曝气气浮法和剪切气泡气浮法。

18、n溶解空气气浮法（Dissolved-Air Floatation ，DAF）：在一定压力下让空气溶解于水中，然后在减压条件下析出溶解空气，形成微气泡。 溶解空气气浮法分真空气浮法和加压溶气气浮法。 （1）真空气浮法（ vacuum flotation ） 缺点是其空气的溶解在常压下进行，溶解度很低，气泡释放量很有限。 （2）加压溶气气浮法 (pressure DAF) 加压溶气气浮法是目前常用的气浮法。加压溶气气浮法，是使空气在加压的条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以细微气泡形式释放出来。 加压溶气气浮法的主要设备为水泵、溶气罐、气浮池等 。空气注入溶气罐可用空气压缩机

19、或射流器。 加压溶气气浮法加压溶气气浮法有三种基本流程：全溶气全溶气流程如图所示。该法是将全部入流废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离的一种流程。 部分溶气部分溶气流程如图所示。该法是将部分入流废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池。该法比全溶气式流程节省电能，同时因加压水泵所需加压的溶气水量与溶气罐的容积比全溶气方式小，故可节省一些设备。但是由于部分溶气系统提供的空气量亦较少，因此，如欲提供同样的空气量，部分溶气流程就必须在较高的压力下运行。 回流溶气回流溶气流程如图所示。在这个流程中，将部分澄清液进行回流加压，入流废水则直接进入气浮池。 1 气泡与悬浮颗粒黏附的条件

20、（见课本P68） 微细气泡鱼与悬浮颗粒的黏附形式有：气-颗粒吸附，气泡顶托和气泡裹挟 2“颗粒-气泡”复合体（带气絮体）的上升速度 当流态为层流时，带气絮体的上升速度可按斯托克斯公式计算。水中的悬浮颗粒与微小气泡相黏附的原理 疏水性很强的物质，固液分离效果较好。一般的疏水性或亲水性的悬浮物，需投加化学药剂改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。 投加化学药剂的分类： 1混凝剂：如聚铝、聚铁 2浮选剂（主要由极性-非极性物质组成）：如松香油、表面活性剂 3助凝剂：如PAM 4抑制剂：如石灰、硫化钠 5调节剂（调节pH）：如各种酸碱投加化学药剂提高气浮效果 压力溶气系统压力溶气系统：加压水泵(pressurizing pump )、压力溶气罐(pressure tank)、空气供给设备（空压机或射流器）及其他附属设备。 压力溶气罐溶气方式：水泵吸水管吸气溶气式水泵吸水管吸气溶气式（很少用很少用