水处理I-第二章：水物理处理

1、 第二章第二章 水的物理处理水的物理处理 2.1 2.1 格栅与筛网格栅与筛网 2.2 2.2 沉淀理论沉淀理论 2.3 2.3 沉砂池沉砂池 2.4 2.4 沉淀池沉淀池 2.5 2.5 调节池调节池 2.6 2.6 气浮气浮 2.7 2.7 隔油和破乳隔油和破乳 2.8 2.8 离心和磁力分离离心和磁力分离 2.9 2.9 过滤过滤 物理处理对象：漂浮物、悬浮物质物理处理对象：漂浮物、悬浮物质 物理处理方法和设备：物理处理方法和设备： 筛滤截留法筛滤截留法筛网、格栅、滤池与微滤机等；筛网、格栅、滤池与微滤机等； 重力分离法重力分离法沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池等；沉砂池、沉淀池、隔油池与

2、气浮池等； 离心分离法离心分离法离心机与旋流分离器等；离心机与旋流分离器等； 2.1 2.1 格栅和筛网格栅和筛网 2.1.1 2.1.1 格栅格栅(Screen)(Screen) （1 1）作用：）作用：。 （2 2）位置：一般在水泵的集水井之前）位置：一般在水泵的集水井之前 （3 3）分类）分类: : 形状、间隔、清扫方式形状、间隔、清扫方式 按形状按形状平面格栅：外侧式、内侧式平面格栅：外侧式、内侧式曲面格栅：固定式、旋转鼓筒式曲面格栅：固定式、旋转鼓筒式按间隔按间隔粗格栅粗格栅 （50-100mm ）中格栅中格栅 （10-40mm ）细格栅细格栅 （3-10mm ）按清渣按清渣 方式方

3、式人工清扫：小型污水处理厂人工清扫：小型污水处理厂机械清扫：移动式、牵引式、回转式机械清扫：移动式、牵引式、回转式（4 4）格栅的设计与计算）格栅的设计与计算 B 1 1、格栅的间隙数、格栅的间隙数 n n ehvaQnsinmax式中：式中：Qmax最大设计流量，最大设计流量，m3/s e栅条间距，栅条间距，m h栅前水深，栅前水深，m v过栅流速，过栅流速，m/s 2 2、栅槽宽度、栅槽宽度 B B B=s(n-1)+en (m ) 式中：式中：B格栅宽度，格栅宽度，m；n格栅间隙数格栅间隙数; s栅条宽度，栅条宽度，m； 3 3、通过格栅的水头损失、通过格栅的水头损失 式中：式中： h2

4、过栅水头损失，过栅水头损失，m； h0计算水头损失，计算水头损失，m； g重力加速度，重力加速度，9.81 m/s2； 阻力系数阻力系数，其值与格栅删条的断面的，其值与格栅删条的断面的几何形状几何形状有关有关; 格栅的放置倾角；格栅的放置倾角； k系数，格栅受污染物堵塞后，水头损失增大的倍系数，格栅受污染物堵塞后，水头损失增大的倍 数，一般数，一般k=3；sin22002gvhkhh34ds21dsd格栅的阻力系数格栅的阻力系数 的计算公式的计算公式 4 4、栅后槽总高度、栅后槽总高度h h总总21hhhH式中：式中：H栅槽总高度，栅槽总高度，m； h栅前水深，栅前水深，m； h1栅前渠道超高

5、，一般栅前渠道超高，一般h1=0.3m。 5 5、栅、栅槽槽总长度总长度L L L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tg 式中：式中： l l1 1进水渠道渐宽部分长度，进水渠道渐宽部分长度， m;m; b b1 1进水渠道宽度，进水渠道宽度，m; m; 1 1进水渠展开角度，一般进水渠展开角度，一般1 1=20=200 0； l l2 2栅槽与出水渠道连接渠的渐缩长度，一般栅槽与出水渠道连接渠的渐缩长度，一般l l2 2=0.5l=0.5l1 1 H H1 1栅前槽高，栅前槽高，m m； 1112tgbBl6 6、每日栅渣产量、每日栅渣产量 W W )/(10008640031maxdmK

6、WQW总式中：式中： W1栅渣量，栅渣量，m3/103m3；(0.01-0.1) K总总生活污水流量总变化系数。生活污水流量总变化系数。 【例题分析】【例题分析】2.1.2 2.1.2 筛网筛网(Screen mesh)(Screen mesh) （1 1）作用：去除沉淀法难以去除的细小悬浮物）作用：去除沉淀法难以去除的细小悬浮物( (纤维、纸浆、藻类纤维、纸浆、藻类) )（2 2）类型：振动筛网、水力筛网、转筒筛网；）类型：振动筛网、水力筛网、转筒筛网；（3 3）筛网的设计计算）筛网的设计计算 根据要去除杂物的粒径选择合适的根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔筛网孔 径径；（；（）2.2 2

7、.2 沉淀理论沉淀理论2.2.1 2.2.1 概述概述 污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除；污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除； 根据悬浮物质的根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能性质、浓度及絮凝性能，沉淀分为，沉淀分为4 4种类型：种类型： Industrial water pollution control (Third Edition)Industrial water pollution control (Third Edition);6,;6,;/,322311321yggdFFgdFFtmsmuFFFdtdum颗粒的浮力颗粒的重量沉淀时间颗粒质量颗粒沉速;液体的密度颗粒的密

8、度液体的粘滞度阻力系数颗粒的直径面积颗粒在垂直面上的投影ygCdA;2248,2222233uCAudCudCFFyyy受到的摩擦阻力下沉过程中2.2.2 2.2.2 沉淀类型的分析沉淀类型的分析（1 1）自由沉淀）自由沉淀 A A、自由沉淀速率、自由沉淀速率 ( () ) 自由沉淀可用牛顿第二定律，自由沉淀可用牛顿第二定律， ；F1F2F322122318ReRe242Re34:, 0:246)(gduduCdCgudtduudCdgdtdumygyyygyyg层流状态颗粒等速下沉时作用力达平衡时层流层流(laminar flow)：当流体流动时，各质点间互相平行，不相干扰。：当流体流动时，

9、各质点间互相平行，不相干扰。 紊流紊流(turbulent flow)：流体除了向前流动外，并碎成许多漩涡，而与侧边的流体混合。：流体除了向前流动外，并碎成许多漩涡，而与侧边的流体混合。B B、沉淀颗粒去除率、沉淀颗粒去除率 1 1）沉淀实验：）沉淀实验： 取取直径直径80-100mm80-100mm，高度为，高度为1500-2000mm1500-2000mm的沉淀筒的沉淀筒n n个；个； 将已知悬浮物浓度将已知悬浮物浓度C C0 0的水样，注入各沉淀筒，的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后搅拌均匀后实验；实验； 取样点设在水深取样点设在水深 H=1200H=1200mmmm处；处； 在沉淀时间为

10、在沉淀时间为t t1 1,t,t2 2,t,ti ittn n时，分别在各取样筒内，取出时，分别在各取样筒内，取出 取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，分别取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，分别 为为C C1 1,C,C2 2,C,Ci iCCn n ； 悬浮物的剩余量为悬浮物的剩余量为x x0 0= C= Ci i/ /C C0 0 ，相应的去除量为，相应的去除量为1- x1- x0 0 ； 制作剩余量制作剩余量x x0 0与与u ui i关系曲线关系曲线；000 xtdxuu2 2）颗粒去除率计算：）颗粒去除率计算： 若要求去除颗粒的沉速为若要求去除颗粒的沉速为u u

11、0 0=H/t=H/t； u ut t u u0 0 的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：1-1- x x0 0； u ut t 500mg/L)500mg/L)； 在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀 过程也就是交界面的下沉过程；过程也就是交界面的下沉过程； 出现四个区（清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区）出现四个区（清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区） 存在一由等速沉降转入压缩沉降的临界点；存在一由等速沉降转入压缩沉降的临界点；B B、沉降过程曲线、沉降过程曲线 1 1）临界点图解近似求

12、解法）临界点图解近似求解法 2 2）沉降过程曲线的相似性，与水深无关；）沉降过程曲线的相似性，与水深无关；tH1H2A1A2B1B2H1212/OBOBOAOA2.2.3 2.2.3 理想沉淀池原理理想沉淀池原理：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律运动规律和和沉淀效果沉淀效果；： 流入区流入区沉淀区沉淀区流出区流出区ABDCQHhQIIIIIIIVLvutu0污泥区污泥区平流理想沉淀池示意图平流理想沉淀池示意图EFGutv时，则颗粒下沉得以去除；时，则颗粒下沉得以去除； B、当颗粒沉速、当颗粒沉速u=v时，颗粒处于随遇状态，时，颗粒处于随遇状态， 不下沉亦不上升

13、；不下沉亦不上升； C、当颗粒沉速、当颗粒沉速u4 ；h2/B0.4 池总高度池总高度H H= h1+ h 式中：式中： h1超高，超高，m； h工作水深，工作水深，m； 校核池内实际水平流速校核池内实际水平流速v (2 mm/sv3000): 多用于密度小的微细悬浮物的分离多用于密度小的微细悬浮物的分离; IIII、水力旋流器、水力旋流器: : 压力式水力旋流分离器压力式水力旋流分离器 重力式水力旋流分离器重力式水力旋流分离器2.7.2 2.7.2 磁力分离磁力分离(Magnetic separation)(Magnetic separation)（1）磁力分离原理）磁力分离原理 。 磁场吸

14、引力磁场吸引力 外力合力外力合力 粒子被磁性物质捕获；粒子被磁性物质捕获；根据物质的磁力性质，水中污染物可分为三类：根据物质的磁力性质，水中污染物可分为三类： 。(Zn、Cd) ，这类物质如，这类物质如 锰、铜、铬锰、铜、铬等，可用高梯度磁分离装置除去；等，可用高梯度磁分离装置除去； 。 （Fe、Co、Ni）（2）磁分离设备）磁分离设备 永磁型永磁型 按磁场产生的方法按磁场产生的方法 电磁型电磁型 超导型超导型 磁凝聚器磁凝聚器 按设备的功能按设备的功能 磁吸离器磁吸离器 磁过滤器磁过滤器（3）磁分离法的应用：）磁分离法的应用： 去除钢铁工业废水中磁性及非磁性悬浮物；去除钢铁工业废水中磁性及非

15、磁性悬浮物； 去除重金属离子；去除重金属离子；2.8 2.8 过滤（过滤（FiltrationFiltration）2.8.1 2.8.1 过滤过滤（1 1）作用）作用 去除微细颗粒和胶体物质，提高出水水质；去除微细颗粒和胶体物质，提高出水水质； 提高提高BODBOD、CODCOD、细菌、病毒等的去除率；、细菌、病毒等的去除率； 强化后续消毒效果，降低消毒剂用量；强化后续消毒效果，降低消毒剂用量； 使后续离子交换、吸附等装置免于经常堵塞；使后续离子交换、吸附等装置免于经常堵塞；（2 2）位置）位置 给水处理中，过滤置于沉淀池之后，消毒之前；给水处理中，过滤置于沉淀池之后，消毒之前； 废水深度处

16、理中，过滤置于二沉池之后；废水深度处理中，过滤置于二沉池之后；有利悬浮物的沉降有利悬浮物的沉降（3 3）过滤机理）过滤机理 阻力截留阻力截留 悬浮颗粒悬浮颗粒 空隙变小空隙变小 截污能力提高；截污能力提高； 重力沉降重力沉降 原水通过滤料层时，滤料表面提供了巨大的沉降面积，原水通过滤料层时，滤料表面提供了巨大的沉降面积， 形成无数的小形成无数的小“沉淀池沉淀池”。 滤料滤料 沉降面积沉降面积 滤速滤速 水流愈平稳水流愈平稳 接触絮凝接触絮凝 吸附作用吸附作用 静电作用静电作用截留作用截留作用（4 4）滤池）滤池 过滤时的水头损失过滤时的水头损失 ;2;2221221剩余水头出水管内流速水头损失

17、流经流量控制阀的水头的水头损失流经承托层和集水系统流经滤料层的水头损失hgvhhHhgvhhHHtttt ;%1001%100/ )(00000流化床的空隙率静止滤层的空隙率为流化床高度静止滤层厚度llllle配水系统配水系统 作用作用 均匀分布反冲洗水于整个滤池断面；均匀分布反冲洗水于整个滤池断面； 均匀收集过滤水；均匀收集过滤水； 配水不均原因配水不均原因 配水系统的水力阻抗；配水系统的水力阻抗； 孔眼出水的水力阻抗；孔眼出水的水力阻抗； 承托层的水力阻抗；承托层的水力阻抗； 滤料层的水力阻抗滤料层的水力阻抗 配水系统类型配水系统类型 大阻力配水系统大阻力配水系统 （目前主要配水方式）（目

18、前主要配水方式） 小阻力配水系统小阻力配水系统 格栅和筛网格栅和筛网: :作用、位置、分类及设计作用、位置、分类及设计沉淀理论：沉淀理论： 自由、絮凝、成层、压缩沉淀的特点；自由、絮凝、成层、压缩沉淀的特点； 自由、絮凝沉淀去除效果的计算；自由、絮凝沉淀去除效果的计算； 理想沉淀的基本原理；理想沉淀的基本原理；沉砂池：平流式、曝气式、竖流式特点及设计沉砂池：平流式、曝气式、竖流式特点及设计沉淀池：平流式、竖流式、辐流式、斜流式特点及设计；沉淀池：平流式、竖流式、辐流式、斜流式特点及设计；调节池：作用、位置、类型及设计；调节池：作用、位置、类型及设计；隔油：油的分类、去除；隔油：油的分类、去除；

19、 气浮：基本原理、工艺类型及相关设计；气浮：基本原理、工艺类型及相关设计；离心和磁力分离：基本原理；离心和磁力分离：基本原理；过滤：过滤机理、滤池的主要类型及特点；过滤：过滤机理、滤池的主要类型及特点； 1、非凝聚性悬浮颗粒在静置条件下的沉降数据列于下表。试、非凝聚性悬浮颗粒在静置条件下的沉降数据列于下表。试确定平流式沉淀池表面负荷为确定平流式沉淀池表面负荷为1.8m3/m2.h 的悬浮颗粒去除百分的悬浮颗粒去除百分率。试验用沉淀柱取样口离水面率。试验用沉淀柱取样口离水面120cm和和240cm。C表示在时表示在时间间t时由各个取样口取出的水样中所含的悬浮物浓度，时由各个取样口取出的水样中所含

20、的悬浮物浓度，C0代表代表初始的悬浮物浓度。初始的悬浮物浓度。 2、简述自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀各有、简述自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀各有 何特点。何特点。 3、某城市污水处理厂最大设计流量、某城市污水处理厂最大设计流量0.2m3/s，最小设计，最小设计 污水量污水量0.1m3/s，总变化系数，总变化系数Kz=1.50，试设计一平，试设计一平 流式沉砂池。流式沉砂池。 4、已知某城市污水处理厂的最大设计流量为、已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.8 m3/s,， 求曝气沉砂池的各部分尺寸。求曝气沉砂池的各部分尺寸。 5、某城市污水处理厂最大设计流量、某城市污水处理厂最大设计流量Qmax=43200m3/d， 设计人口设计人口N=250000人，沉淀时间人，沉淀时间T取为取为1.5h。拟建。拟建 以链带式刮泥的平流式沉淀池，试设计此平流式沉以链带式刮泥的平流式沉淀池，试设计此平流式