污水的物理处理-final-1

1、第四章 污水的物理处理(1) 第一节第一节 格栅和筛网格栅和筛网作用：作用：筛滤的目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物筛滤的目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物(detritus)(detritus)，以保护后续处理设施能正常运行，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。的一种预处理方法。分类：分类：筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。或穿孔板。由平行的棒和条构成的称为由平行的棒和条构成的称为格栅格栅(bar screen)(bar screen)；由金属丝织物或穿孔板构成的称为由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网筛网(screen)(sc

2、reen)。格栅由一组（或多组）平行格栅由一组（或多组）平行的金属栅条或筛网制成，倾的金属栅条或筛网制成，倾斜安装在进水的渠道，或进斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。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机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行，减轻后设施能正常运行，减轻后续处理负荷。续处理负荷。选用栅条间距的原则：选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备。站的处理设备。格栅的格栅的作用作用平面格栅

3、：由栅条和框架组平面格栅：由栅条和框架组成。成。A型：栅条布置在框架型：栅条布置在框架的外侧；的外侧；B型：栅条布置在型：栅条布置在框架的内侧（同侧）。框架的内侧（同侧）。曲面格栅曲面格栅基本参数：宽度、长度基本参数：宽度、长度、间隙净宽、栅条至外、间隙净宽、栅条至外边框的距离边框的距离型号表示方法型号表示方法安装方式及相关参数：安装方式及相关参数：倾斜角倾斜角开口尺寸开口尺寸C C栅槽宽度栅槽宽度B B等等格栅的格栅的分类分类固定曲面格栅固定曲面格栅旋转鼓筒式格栅旋转鼓筒式格栅曲面格栅曲面格栅按格栅栅条的净间隙，可分为：按格栅栅条的净间隙，可分为：粗格栅：粗格栅：5050100mm100mm

4、；中格栅：中格栅：101040mm40mm；细格栅：细格栅：1.51.510mm10mm。人工清除人工清除设计面积应采用较大的设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于安全系数，一般不小于进水渠道面积的进水渠道面积的2倍，倍，以免清渣过于频繁。以免清渣过于频繁。与水平面倾角：与水平面倾角：3045机械清除机械清除栅渣量大于栅渣量大于0.2m3/d，过水面积一般应不小于过水面积一般应不小于进水管渠有效面积的进水管渠有效面积的1.2倍。倍。与水平面倾角：与水平面倾角：6090格栅的清渣方法格栅的清渣方法 格栅所截留的污染物数量格栅所截留的污染物数量当栅条间距为当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为

5、时，栅渣截留量为0.100.05m3/（103m3污水）；污水）；当栅条间距为当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为左右时，栅渣截留量为0.030.01 m3/（103m3污水）；污水）；栅渣的含水率约为栅渣的含水率约为80%，密度约为，密度约为960kg/m3。回转耙式回转耙式清渣机清渣机回转式机械格栅回转式机械格栅循环齿耙格栅（带钩循环齿耙格栅（带钩的塑料栅条）的塑料栅条）旋转鼓筒式格栅旋转鼓筒式格栅上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂XG型旋转式格栅除污机回转式固液分离机螺旋压榨细格栅螺旋压榨细格栅回转式格栅除砂机及栅渣皮带输送机GL

6、型格栅除污机齿耙式格栅除污机阶梯式细格栅曝气沉砂池前细格栅格栅的液位差自动控制格栅栅条断面形状过格栅渠道的水流流速污水过栅条间距的流速矩形圆形方形圆形的水力条件较方形好，但刚度较差目前多采用断面形状为矩形的栅条格栅栅条断面形状过格栅渠道渠道的水流流速污水过栅条栅条间距的流速一方面泥沙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通常采用0.40.9m/s0.40.9m/s格栅渠道的宽度宽度要设置得当，应使水流保持适当流速格栅栅条断面形状过格栅渠道的水流流速污水过栅条间距的流速为防止栅条间隙堵塞，一般采用0.61.0m/s最大流量时可高于1.21.4m/s渐扩20，沉底大于水头

7、损失格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算计算内容：包括计算内容：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、清渣机械选用清渣机械选用。格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算 1.格栅的间隙数量格栅的间隙数量n可由下可由下 式决定：式决定： 式中：式中：Qmax-最大设计流最大设计流 量，量，m3/s； e-栅条间距，栅条间距，m； h-栅前水深，栅前水深，m；最高；最高0.5m v-污水流经格栅的速度，污水流经格栅的速度，m/s -格栅倾角格栅倾角2. 格栅的建筑宽度格栅的建筑宽度B由下式决定由下式决定 式中：式中：B-格栅的建筑宽度，格栅的建筑宽度，m

8、s-格条宽度，格条宽度，m3.栅后槽的总高度栅后槽的总高度H由下式决定由下式决定 式中：式中：h-栅前水深，栅前水深，m； h2-格栅的水头损失，格栅的水头损失，m； h1-格栅前渠道超高，一般格栅前渠道超高，一般 取取0.3m。vhne/sinQmaxnnse) 1(B21hhhH通过格栅的水头损失通过格栅的水头损失h2的计算：的计算：khh02sin220gvh h0-计算水头损失，计算水头损失，m； v-污水流经格栅的速度，污水流经格栅的速度，m/s；-阻力系数，阻力系数， 当为矩形断面时，当为矩形断面时，=2.42=2.42；-格栅的放置倾角；格栅的放置倾角； g-重力加速度，重力加速

9、度，m/s2； k-考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数， 可用式：可用式：k=3.361.32求定，一般采用求定，一般采用k=3。 格格 栅栅 的的 设设 计计 与与 计计 算算3/4)(es 格格 栅栅 的的 建建 筑筑 尺尺 寸寸 4. 格栅的总建筑长度格栅的总建筑长度L由下由下式决定式决定 式中：式中：l1-进水渠道渐宽部位进水渠道渐宽部位的长度，的长度，m； 其中：其中：B1-进水渠道宽度进水渠道宽度m； 1-进水渠道渐宽部位的展开进水渠道渐宽部位的展开角度，一般角度，一般1=20；H1-格栅前的渠道深度，格栅前的渠道深度

10、，m l2-格栅槽与出水渠道连接处的格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度渐窄部位的长度,一般一般l2=0.5l1 。5. 每日栅渣量每日栅渣量W由下式决定由下式决定 式中：式中： W1-栅渣量，栅渣量，m3/103m3污污水，取水，取0.10.01; K总总-生活污水流量总变化生活污水流量总变化系数系数(表表3-3)。tgllL1215.00.1H1112tglBB 1000864001max总KWWQ）（当栅条间距为（当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为时，栅渣截留量为0.100.05m3/（103m3污水）；污水）；46 筛网的去除效果，可相当于初次沉淀池的作用，目前普遍采用的生物脱

11、氮除磷工艺处理城镇污水，许多污水处理厂都存在碳源不足问题，采用细筛网或格网代替初次沉淀池即可节省占地，又可以保留有效的碳源。筛网作用用于废水处理或短小纤维的回收形式振动筛网水力筛网筛 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：第二节第二节 沉淀的基础理论沉淀的基础理论 沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。 沉淀处理工艺的四种用法 沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。初次沉淀池：较经济地去除，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、

12、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。自由沉淀 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。絮凝沉淀区域沉淀或成层沉淀压缩沉淀 悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到

13、周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。 悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。时间时间固液分界面高度固液分界面高度自由沉淀及其理论基础 分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变颗粒为球形 颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒影响 静水中悬浮颗粒开始沉淀时, 因受重力作用产生加速运动,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, 颗粒即等速下沉悬

14、浮颗粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。1. 1.悬浮颗粒的重力悬浮颗粒的重力F F1 1 F F1 1-颗粒的重力，是促使颗粒的重力，是促使沉淀的作用力沉淀的作用力 式中：式中： V-V-颗粒的体积；颗粒的体积； g g- -颗粒的密度；颗粒的密度； g-g-重力加速度。重力加速度。2.2.水对自由颗粒的浮力为：水对自由颗粒的浮力为：y y- -液体的密度液体的密度3.3.下沉过程受到的摩擦阻力：下沉过程受到的摩擦阻力： C-C-阻力系数；阻力系数； A-A-自由颗粒的投影面积；自由颗粒的投影面积； u-u-颗粒在水中的运动速度，颗

15、粒在水中的运动速度， 即颗粒沉速。即颗粒沉速。悬悬 浮浮 颗颗 粒粒 在在 水水 中中 的的 受受 力力 分分 析析gggdgVF631)2/23uACFyyygdVgF632球状颗粒自由沉淀的沉速公式 当颗粒所受外力平衡时，DgFF2/1LSSL3)(4dgu即)2/()(2SLLSuAgV234161dAdV，因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：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，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，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，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：2LSS181dgu式中:

16、水的动力黏度。由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：2LSS181dgu斯托克斯定律:当sL时，s-L为正值，颗粒以us下沉；当s与L相等时，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；s小于L时，s-L为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。us与成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。水流状态：水流状态： 层流状态：层流状态：Re1时，时， Stokes 式式 过渡状态：过渡状态：1Re103 时，时， Fair式式 紊流状态：紊流状态：103Re105时

17、，时，=0.44 Newton式式Re2434. 0324eeRR例题例题: : 油珠的直径为油珠的直径为8080微米，密度为微米，密度为0.80.8克克/ /厘米厘米3 3，水温，水温2020，计算油珠在水中的浮升速度。计算油珠在水中的浮升速度。 解：解： 油珠直径油珠直径d=0.008d=0.008厘米，厘米，2020时水的粘滞系数时水的粘滞系数=O.0101=O.0101克克/ /厘米厘米秒。代入斯托克斯方程秒。代入斯托克斯方程（stocksstocks方程）方程） ：则：则： （厘米（厘米/ /秒）秒） 由由 计算雷诺数计算雷诺数R Re e 上述计算符合上述计算符合斯托克斯定律斯托克

18、斯定律。0691. 0008. 00101. 018) 18 . 0(9812su10547. 00101. 0008. 00691. 0duRse地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的有机性悬浮物，或者活性污泥等，有机性悬浮物，或者活性污泥等，在沉降过程中，絮状体互相碰在沉降过程中，絮状体互相碰撞凝聚，使颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，撞凝聚，使颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，如下图中如下图中2 2曲线所示。曲线所示。自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹 l l一离散颗粒，一离散颗粒，2 2一絮凝颗粒一絮凝颗粒

19、因此，因此，悬浮物的去除率不仅取决悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。于沉淀速度，而且与深度有关。所以试验用的沉淀柱的高度应当所以试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的高度相与拟采用的实际沉淀池的高度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。搅动造成破碎，影响沉淀效果。絮凝沉淀理论絮凝沉淀理论1拥挤沉淀理论拥挤沉淀理论 下图表明界面位置随时间变化的情况。下图表明界面位置随时间变化的情况。各层的各层的沉降速度沉降速度均可由均可由沉降曲线上各点的切线斜率沉降曲线上各点的切线斜率绘出，例如达到临界浓度绘出，例如达到临界浓度C C2 2

20、时的界面沉时的界面沉速为速为v v2 2。 ABAB及及CDCD都为直线，都为直线，B B至至C C为过渡区，沉速逐渐减小。为过渡区，沉速逐渐减小。C C至至D D所需所需的压缩时间很长的压缩时间很长。缓慢的搅拌有利于压缩，使挤压出来的水较易从缓慢的搅拌有利于压缩，使挤压出来的水较易从污泥空隙中流出来。污泥空隙中流出来。 在连续流的沉淀池中，因为不断有新的污泥进入，不断由上部溢在连续流的沉淀池中，因为不断有新的污泥进入，不断由上部溢流澄清水及底部排出浓缩污泥，流澄清水及底部排出浓缩污泥，因此因此A A、B B、C C、D D各层均将保留着各层均将保留着。污水在池内沿水平方向等速流动，水平流速为

21、污水在池内沿水平方向等速流动，水平流速为v v，从入口到出口时间为从入口到出口时间为t t；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于水的水平流速水的水平流速v v；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布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，处于自由沉淀状态；在整个过水断面上，处于自由沉淀状态；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池原理理想沉淀池原理平流理想沉淀池平流理想沉淀池流入区、沉淀区、流出区、污泥区流入区、沉淀区、流出区、污泥区

22、当某一颗粒进入沉淀池后当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，颗粒在重力另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自，其沉速即是颗粒的自由沉降速度由沉降速度u。一方面随着水流在一方面随着水流在水平方向流动，其水平方向流动，其水平流速水平流速v等于水流等于水流速度；速度；颗粒运动的轨迹为其水平分速颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速和沉速u的矢的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为坡度为i=u/v。必然存在某一粒径沉速为必然存在某一粒径沉速为u0的颗粒，刚好能沉至池底的颗粒，刚好能沉至池底当颗粒沉速当颗粒沉速uuuu0

23、 0时，无论这种颗粒处于进口端时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。的什么位置，它都可以沉到池底被去除。当颗粒沉速当颗粒沉速uuuu0 0时，位于水面的颗粒不能沉到时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图中轨迹池底，会随水流出，如图中轨迹IIII所示；而当所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中而被去除，如图中IIII虚线轨迹所示。虚线轨迹所示。 说明对于沉速说明对于沉速u u小于指定颗粒沉速小于指定颗粒沉速u u0 0的颗粒，有的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。一部分会沉到池底被去除。 在同一沉

24、淀时间在同一沉淀时间t t，下式成立：，下式成立： 故故 对于沉速为对于沉速为u u1 1（u u1 1uu0 0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为：总量为： tuHtuh0；0000001/PPudPudPuu%dPHh 设沉速为设沉速为uuuu0 0的颗粒占全部颗粒的的颗粒占全部颗粒的dP%dP%，其中，其中 的颗粒将会从水中沉到池底而去除。的颗粒将会从水中沉到池底而去除。0/uuHhdPuudPHh0设设P P0 0为沉速小于为沉速小于u u0 0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。00001)1 (PudPuP式中：式中：P

25、P0 0- -沉速小于沉速小于u u0 0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数； （1-P1-P0 0）沉速沉速u u0 0的颗粒去除百分数。的颗粒去除百分数。 图图3-133-13的运动迹线中存在着如下的关系：的运动迹线中存在着如下的关系： 将上式带入式将上式带入式 A A为沉淀池过水断面面积，为沉淀池过水断面面积，A A为沉淀池表面积，单位为沉淀池表面积，单位mm2 2。 Q/A的物理意义的物理意义- -反映沉淀池效力的参数，一般称为反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表沉淀池的表面负荷率面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：表示： 理想沉淀池中，理想沉淀池中，u u0 0与与q在数值上相同，但它们的物理概念不同在数值上相同，但它们的物理概念不同：u u0 0的单位是的单位是m/hm/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是量，单位是mm3 3/m/m2 2h h。故只要确定颗粒的最小沉速故只要确定颗粒的最小沉速u u0 0，就可以求得，就可以求得理想沉淀池的表面负荷率。理想沉淀池的表面负荷率。 Aq/QbHAv/QQHLuv/0)/(0HLuvAu/0QAubHHLu00)/(Q中并简化后得出：中并简化后得出： 理想沉淀