第10章污水的物理处理

1、生活污水和工业废水都含有大量的漂浮物与悬浮物质。其中包括无机性和有机两类。由于污水来源广泛，所以悬浮物质含量变化幅度很大，从几个到几千mgL ，甚至达数万mgL。 污水物理处理法的去除对象是漂浮物、悬浮物质。采用的处理方法与设备主要有：筛滤截留法筛网、格栅、滤池与微滤机等；重力分离法沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池等；离心分离法离心机与旋流分离器等。 本章主要阐述城市污水处理使用的格栅、沉砂池与沉淀池。第十章 污水的物理处理概述：概述：第一节 格栅和筛网 平面格栅有链条式、移动式伸缩臂、圆周回转式和钢丝绳牵引式机械格栅。 一、格栅的分类 按形状，可分为平面格栅平面格栅与曲面格栅曲面格栅两种。 格

2、栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。被截留的物质称为栅渣，栅渣的含水率约为70一80，容重约为750kgm3。基本参数与尺寸：基本参数与尺寸： B宽度，宽度， m L长度，长度，me间隙净空隙，间隙净空隙，mm b栅条至外边框的距离，栅条至外边框的距离，m转鼓格栅 污水由下端面进入转鼓型格栅内，垃圾被转鼓格栅阻挡，回转式齿粑将垃圾沿转鼓方向往上推，到顶部时，由于受到重力及刮刷的作用，使垃圾落入正下方的集污槽内，由螺旋

3、输送机将垃圾输送到卸污口处，装带或其它方式将垃圾运走。 曲面格栅又可分为固定曲面格栅(栅条用不锈钢制)与旋转鼓筒式格栅两种。 人工清格栅适渣用于小型污水处理厂。为了使工人易于清渣作业，避免清渣过程中的栅渣掉回水中，格栅安装角度以30 60为宜。 机械清渣格栅当栅渣量大于0.2m3d时，为改善劳动与卫生条件，都应采用机械清渣格栅。按清渣方式按清渣方式按格栅间隙按格栅间隙粗格栅(50100mm)中格栅(10 40mm)细格栅(3 10mm)格栅 一般采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细一般采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细3 3道格栅。道格栅。二、格栅的设计 格栅的设计内容包括尺寸计算、水力

4、计算、栅渣量计算以及清渣机械的选用等。下面是格栅的计算草图： 格栅计算图 1栅条；2一工作平台12H1Hh2hh1hh1B11BB1500H11000tg l1l11栅槽宽度：B=S(n-1)+en Qmaxsinehvn=式中 B栅槽宽度，m; s格条宽度，m； e栅条净间隙，粗格栅e=50-100mm，中格栅e=10-40mm，细格栅e=3-10mm； n格栅间隙数； Qmax最大设计流量，m3/s 格栅倾角，度 h栅前水深，m v过栅流带，m/s，最大设计流量时为0.8-1.0m/s，平均设计流量时0.3m/s， 经验系数sin2H1Hh2hh1hh1B11BB1H1l1l1500100

5、0式中 h1过栅水头损失，m; h0计算水头损失，m； g重力加速度，9.81 m/s2 ； k系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3； 阻力系数，与栅条断面形状有关， =(S/e)4/3,当为矩形断面时， =2.42 过栅的水头损失： h1=kh0 =h02gv2sin为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿。2H1Hh2hh1hh1B11BB1H1l1l15001000式中 L栅槽总长度，m; H1 栅前槽高，m； l1 进水渠道渐宽部分长度，m ； B1进水渠道宽度，m； 1 进水渠展开角，一般用20度； l2 栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，m 。 栅槽总长度：

6、L=l1+l2+1.0+0.5+H1tg l1=B1-B22tg 1l2= l1 /2H1 =h+h22H1Hh2hh1hh1B11BB1H1l1l15001000式中：W每日栅渣量，m3/d; W 1 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值； K总 生活污水流量总变化系数。 每日栅渣量：QmaxW186400W =K总10002H1Hh2hh1hh1B11BB1H1l1l15001000例题计算： 已知某城市的最大设计污水量Qmax=0.2 m3/s，K总=1.5，计算格栅各部尺寸。 格栅计算图 1栅条；2一工作平台12H1Hh2hh1h

7、h1B11BB1500H11000tg l1l11 设栅前水深h=0.4m,过栅流速取v=0.9m/s,中用格栅，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角=60o解：栅条间隙数：maxsin0.2 sin60260.02 0.4 0.9Qnehva = = o栅槽宽度：B =S(n-1)+en=0.01(26-1)+0.0226=0.8m进水渠道渐宽部分长度：若进水渠宽B=0.65m，渐宽部分展开角1=20o，此时进水渠道内的流速为0.77m/s，mtgtgBBl22. 020265. 08 . 02111=oa栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：mll11. 0222. 0212=过栅水头损失：m

8、gveskgvkh097. 060sin81. 929 . 002. 001. 042. 23sin2sin223423421=oaa栅前槽总高度：mhh7 . 03 . 04 . 0H2=栅后槽总高度：mhhh8 . 03 . 0097. 04 . 0H21=栅槽总长度：mtgtgHll24. 2607 . 00 . 15 . 011. 022. 0600 . 1L121=oo每日栅渣量：采用机械格栅大于总dmdmKW/2 . 0/8 . 010005 . 18640007. 02 . 0100086400QW331max=三、筛网 目前应用于小型污水处理系统、主要用于短小纤维回收的筛网主要

9、有两种形式，即振动筛网和水力筛网。 筛网的去除效果可相当于初次沉淀池的作用。当污水处理厂存在碳源不足问题时，采用细筛网或格网代替初次沉淀池既可以节省占地，又可以保留有效的碳源。四、破碎机 破碎机是将污水中较大的固体破碎成较小的、均匀的碎块，留存污水中随水流进入后续构筑物处理。国外使用破碎机非常普遍，也取得了显著效果。 破碎机可以安装在格栅后污水泵前，作为格栅的补充，防止污水泵堵塞，也可安装在沉砂池之后，以免无机颗粒损坏破碎机。第二节 沉淀理论一、概述 污水中的悬浮物质，可在重力的作用下沉淀沉淀去除。这是一种物理过程，简便易行，效果良好，是污水处理的重要技术之一。自由沉淀：当悬浮物质浓度不高时，

10、在沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。典型例子是砂粒在沉砂池小的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程。自由沉淀过程可用牛顿第二定律及斯托克斯公式描述。絮凝沉淀：(也称干涉沉淀)，当悬浮物质浓度为50500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒的粒径与质量逐渐加大，沉淀速度不断加快，故实际沉速很难用理论公式计算，主要靠试验测定：这类沉淀的典型例子是活性污泥在二次沉淀池中的沉淀。区域沉淀：(或称成层沉淀，拥挤沉淀)当悬浮物质浓度大于5000mg/L以上时，在沉淀过程中，相邻颗粒之间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒无法超

11、越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀与澄清水之间形成清晰的液一团界面，沉淀显示为界面下沉。典型例子是二次沉淀池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。压缩沉淀：区域沉淀的继续，即形成压缩。颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩。典型的例子是活性污泥在二次沉淀池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。二、沉淀类型分析 1.自由沉淀 假设颗粒为球形，由牛顿第二定律可知： 自由沉淀过程12331132232222236,68422gyyyydumFFFdtdFFgdFFgFC duduuFCCA=颗粒的重力,颗粒的浮力下沉过程中,

12、受到的摩擦阻力 33223226642642gyygyydudddumggCdtduddumgCdt=将关系式代入后整理得： 当加速度 颗粒等速下沉： 0dudt=1243gyygudC= 其中C为阻力系数： 242424,:ReyyCdudu=代入上式得沉速上式即为斯托克斯公式。218gyugd=式中:smgmdyg/重力加速度，；颗粒的直径，液体的密度；颗粒的密度；液体的粘度；从该式可知：从该式可知：颗粒沉速u的决定因素是g-y，当gy时，u呈正值，颗粒下沉； g=y时，u=0，颗粒在水中随机，不沉不浮。沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径 d，可大大地提高沉淀(或上浮)效果，u

13、与成反比， 决定于水质与水温，在水质相同的 条件下，水温高则值小，有利于颗粒下沉(或上浮)，由于污水中颗粒非球形，上式不能直接用于工艺计 算，需要加非球形修正。2.絮凝沉淀 絮凝沉淀试验是在一个直径为150200mm，高度为20002500mm，在高度方向每隔500mm设取样口的沉淀简内进行，见图 (a)。将已知悬浮物浓度为C0及水温的水样注满沉淀筒，搅拌均匀后开始计时，每隔一定时间间隔，如10，20，30，120min，同时在水样口取水样50100mL，分析各水样的悬浮物浓度，并计算出各自的去除率 ，并记如下表：00100%iCCC= 根据上表，在直角坐标纸上纵坐标为取样口深度(m)，横坐标

14、为取样时间(min)，将同一沉淀时间，不同深度的去除率标于其上，然后把去除率相等的各点连接成等去除率曲线，见上图 (b)。从图(b)中可求出与不同沉淀时间、不同深度相对应的总去除率。 例：已知某城市污水的絮凝沉淀试验得到的等去除率曲线，求解沉淀时间30min，深度2m处理的总去除率。12004 5 %( 6 04 5 )( 7 56 0 )1 .00 .2 84 5 %1 51 51 .1 11 .1 16 2 .3 %uuuu=3.区域沉淀与压缩 区域沉淀与压缩试验，可在直径为100150mm，高度为1000 2000mm的沉淀筒内进行。将巳知悬浮物浓度Co(Co5000mgL，否则不会形成

15、区域沉淀)的污水，装入沉淀筒内(深度为Ho)，搅拌均匀后，开始计时，水样会很快形成上清液与污泥层之司的清晰界面。污泥层内的颗粒之间相对位置稳定，沉淀表现为界面的下沉，而不是单颗粒下沉，沉速用界面沉速表达。 界面下沉的初始阶段，由于浓度较稀，沉速是悬浮物浓度的函数Cf(C)，呈等速沉淀，见下图A段。随着界面继续下沉，悬浮物浓度不断增加，界面沉速逐渐减慢，出现过渡段，见图中B段。此时，颗粒之间的水分被挤出并穿过颗粒上升，成为上清液。界面继续下沉，浓度更浓，污泥层内的下层颗粒能够机械地承托上层颗粒，因而产生压缩区，见图中C段。区域沉淀与压缩试验结果，记录于下表中。根据表中记录数据，在直角坐标纸上，以

16、纵坐标为界面高度，横坐标为沉淀时间，作界面高度与沉淀时间关系图如下： 通过图中曲线任一点，作曲线的切线，切线的斜率即为该点相对应的界面的界面沉速。分别作等速沉淀段的切线及压缩段的切线，两切线支角的角平分线交沉淀曲线于D点，D点就是等速沉淀区与压缩区的分界点。与D点相对应的时间即压缩开始时间。 （2）在流入区，颗粒沿截面AB均匀分布并处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v；三三、沉淀池工作原理理想沉淀池的假设条件是： （1）污水在池内沿水平方向作等速流动，水平流速为v，从入口到出口的流动时间为t； （3）颗粒沉到池底即认为被去除。 1.平流理想沉淀池 理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和

17、污泥区流入区、流出区、沉淀区和污泥区。从点A进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。这些颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u0刚巧能沉至池底。故可得关系式：00,uHHuvvLL= 从上图，按照自由沉淀相同的原理进行分析，沉速ut uo 的颗粒，都可在D点前沉淀，见轨迹I所代表的颗粒。沉速 ut uo的那些颗粒，视其在流入区所处在的位置而定若处在靠近水面处，则不能被去除，见轨迹I I实线所代表的颗粒；同样的颗粒苦处在靠近池底的位置，就能被去除，见轨迹I I虚线所代表的颗粒。若沉速ut uo的颗粒的重量占全部颗粒重量的dP%，可被除去的量为 。%hdPH00101000

18、00,1.tPPttouhHhhu t Hu tdPdPuuuHudPu dPuu=积分得0001.Ptu dPu0可见,沉速小于u 的颗粒被沉淀去除的量为理想沉淀池的总去除量为：P0为沉速小于u0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值（即剩余量）。P1P10P000dt=）（上式用去除率表示，可改写为：式中P0为用百分数代入。dPt=0P000100P100）（1）设处理水量为Q(m3s)，沉淀池的宽度为B，水面面积为ABL(m2)，故颗粒在池内的沉淀时间为： Q/A物理意义是：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢流率用符号q表示。表面负荷的数值等于颗粒沉速uo，若需要去除的颗粒的沉速

19、uo确定后，则沉淀池的表面负荷q值同时被确定。两点说明：0LHtvu=00:VQ tH BLVH BLQBLuAutt=沉 淀 池 的 容 积 为0QuqA=10-3 沉砂池 沉砂池的功能是利用物理原理去除污水中比重较大的无机颗粒，主要包括无机性的砂粒、砾石和少量较重的有机物质，其比重约为2.65。一般设于泵站、倒虹管前以减轻机械、管道的磨损。也可设于初次沉淀池之前，以减轻沉淀池的负荷及改善污泥处理构筑物的条件。一、平流沉砂池的构造 由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成。二、一般规定 (1)城市污水厂一般均需设置沉砂池；(3)设计流量应按分期建设考虑：当污水自流进入时，应按每期的最大设

20、汁流量计算；当污水为提升进入时应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。(4)沉砂池的格数不应少于2个，并应按并联系列设计，当污水量较小时可考虑一个工作，一个备用；砂斗容积应按不大于2天的沉砂量计算，斗壁与水平面的倾角应不小于55。 (5)除砂一般宜采用机械方法，并设置贮砂池或晒砂场。采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。 (6)当采用重力排砂时，沉砂池和贮砂斗应尽量靠近，以缩短排砂管的长度，并设排砂闸门于管的首端，使排砂管畅通和易于养护管理。 (7)沉砂池的超高不宜小于0.3m。三、沉砂池的分类 沉砂池按流态分为平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂

21、池与钟式沉砂池等。四、沉砂池设计1平流沉砂池平流沉砂池 (1)设计资料1)最大流速为0.3ms，最小流速为0.15ms； 2)最大停留时间不小于30s，一般采用3060s； 3)有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.0m，每格宽度宜小于0.6m。 4)进水头部应采取消能和整流措施；5)池底坡度一般为0.010.02；当设置除砂设备时，应根据设备要求考虑池底形状。3)池总宽度：2ABh=式中2,;,Bmhm池 总 宽 度设 计 有 效 水 深maxQAv=式中23m ax,;,/AmQms水 流 断 面 积最 大 设 计 流 量2)水流断面积 ：(2)计算公式1)沉砂池水流部分的长度：

22、沉砂池两闸板之间的长度为水流部分长度： 式中 L水流部分长度，m； v最大流速，ms； t最大设计流量时的停留时间，sLvt=4)沉砂斗容积：max1258640010Qt xVVNx tK=总或335312,;,3/10;Vmxmmx沉砂斗容积城市污水沉砂量生活污水沉砂量,L/(p d);, ;tdKN总清除沉砂的时间间隔流量总变化系数沉砂池服务人口数5)沉砂池总高度： 式中 H总高度，m； h1超高，0.3m； h3贮砂斗高度，m。123Hhhh=6)验算：按最小流量时，池内最小流速vmin0.15ms进行验算。m inm inQvn=m in3m in,/;,/;vmsQms最 小 流

23、速最 小 流 量2,nm最 小 流 量 时 工 作 的 沉 砂 池 个 数 ;工 作 沉 砂 池 的 水 流 断 面 面 积2曝气沉砂池曝气沉砂池 (1)构造 曝气沉砂池呈矩形，池底一侧有i0.10.5的坡度，坡向另一侧的集砂槽。曝气装置设在集砂槽侧，空气扩散板距池底0.60.9m使池内水流作旋流运动，无机颗粒之间的互相碰撞与摩擦机会增加，把表面附着的有机物磨去。此外，由于旋流产生的离心力，把相对密度较大的元机物颗粒甩向外层并下沉，相对密度较轻的有机物旋至水流的中心部位随水带走。可使沉砂中的有机物岔量低于10。集砂槽中的砂可采用机械除砂、空气提升器或泵吸式排砂机排除。 (2)曝气沉砂池设计 1

24、)设计参数：1) 旋流速度控制在0.250.30ms之间；2) 最大时流量的停留时间为13min，水平流速为0.1m/s3) 有效水深为23m，宽深比为1.01.5，长宽比可达5 ;4) 曝气装置，可采用压缩空气竖管连接穿孔管(穿孔孔径为2.56.0mm)或压缩空气竖管连接空气扩散板，每m3污水所需曝气量为0.10.3m3或每m2池表面积35m3h。2)计算公式: 见下表3钟式沉砂池钟式沉砂池第四节 沉淀池一、作用与分类一、作用与分类 1.沉淀池的作用 按在污水处理流程中的位置，主要分为初次沉淀他和二次沉淀池。 初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主体的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离。 二次

25、沉淀池的作用是对污水中的以微生物为主体的、比重小的，因水流作用易发生上浮的生物固体悬浮物进行沉淀分离。 2.沉淀池的种类 按水流方向分，有平流式、辐流式、竖流式3种形式。 每种沉淀池均包含5个区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。 沉淀池各种池型的优缺点和适用条件见下表。 各种沉淀池的比较二、一般规定 (1)设计流量应按分期建设考虑： 1)当污水为自流时，应按各期的最大设计流量计算， 2)当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算 3) 合流制处理系统中，按降雨时的设计流量计算，沉淀时间不宜小于30min。 (6)排泥管直径不应小于200mm。 (5)污泥斗的斜壁与水平面的

26、倾角，方斗不立小于60度、圆斗不宜采用小于55度。 (4)沉淀他的缓冲层高度，一般采用0.30.5m。 (3)池子的超高于少采用0.3m。 (2)沉淀池的个数或分格数个应小于2个，并宜按并联系列考虑。三、沉淀池的设计 1.平流沉淀池 (1)设计资料 4)入口的整流措施可采用溢流式入流装置，并设置有孔整流墙；底孔式入流装置，底部设有挡流板； 5)进出口处应设置挡流板，高出池内水面0.10.15m。挡流淹没深度：进口处视沉淀池深度而定，不小于0.25m，一般为0.51.0m；出口处一般为0.30.4m 。挡板位置距进水口为0.51.0m ；距出水口为0.250.5m 。 6)在出水堰前应设置收集与

27、排除浮渣的设施。 1)池子的长深比不小于8，以8-12为宜；长宽比不小于4，以4-5为宜； 2)池底纵坡不小于0.01； 3) 一般按表面负荷计算，按水平流速校核。初次沉淀池为7mm/s，二初次沉淀池为5mm/s； (2)计算公式 1) 有效水深： h2q t 其中h2有效水深m； q表面水力负荷，即要求去除的颗粒沉速， t污水沉淀时间，初次沉淀池l2h，二次沉淀池1.52.5h。 2)沉淀区有效容积Vl： Vl A h2 或者 Qmaxt 其中Vl有效客积，m3； A 沉淀区水面积，m2； Qmax最大设计流量，m3/h；3) 沉淀区长度： L3.6 vt 式中 L沉淀区长度，m； v最大设

28、计流量时的水平流速，mm /s ，一般不大于5 mm /s； 5)沉淀池座数或分格数： n = B/b 式中 n 沉淀池座数或分格数； b 每座或每格宽度，一般用510m。4)沉淀区总宽度： B=A/L B沉淀区总宽度,m。2.辐流式沉淀池 (1)设汁资料 1)池子直径(或正方形的一边)与有效水深的比值一般取612； 2)池径不宜小于16m； 3)池底坡度一般不小于0.05； 4) 一般均采用机械刮泥，也可附有空气提升或静水头排泥设施(此 方法多用于二次沉淀池) ; 5)进、出水的布置方式可分为：中心进水周边出水；周边进水中心 出水；周边进水周边出水。 6)池径小于20m，一般采用中心传动的刮

29、泥机，其驱动装置设在池 子中心走道板上；池径大于20m时，一般采用周边传动的刮泥机， 其驱动装置设在桁架的外缘； (2)池型分类 1)中心进水2)周边进水（向心辐流式沉淀池）周边进水中心进水 (3)中心进水沉淀池的排泥 静水压力排泥示意图 辐流式初沉池辐流式初沉池 辐流式二沉池辐流式二沉池 辐流二初沉池辐流二初沉池 (4)中心进水池型计算1、沉淀池表面积、沉淀池表面积max0QAnq=max320/ )Qmhnqmm h3最大设计流量(池数表面水力负荷/(2、池子直径、池子直径4AD=3、沉淀池有效水深、沉淀池有效水深20hq t=2ht有效水深沉淀时间4、沉淀池总高度、沉淀池总高度12345Hhhhhh=12345Hhhhhh总高度保护高度,取0.3m有效水深缓冲层高,非机械排泥时宜为0.5m, 机械排泥时缓冲层上部宜高出刮泥板0.3