污水的物理处理-final-1

第四章污水的物理处理(1)第一节

格栅和筛网第二节

沉淀的基础理论污水的物理处理技术概念：利用物理方面的重力和机械力作用的污水处理技术处理对象：漂浮物和悬浮物主要方法：筛滤截留法-格栅、过滤重力分离-沉砂、沉淀、隔油、气浮离心分离法-离心分离机第一节

格栅和筛网作用：筛滤的目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物(detritus)，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。分类：筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。由平行的棒和条构成的称为格栅(barscreen)；由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网(screen)。格栅由一组（或多组）平行的金属栅条或筛网制成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行，减轻后续处理负荷。选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备。格栅的作用平面格栅：由栅条和框架组成。A型：栅条布置在框架的外侧；B型：栅条布置在框架的内侧（同侧）。曲面格栅基本参数：宽度、长度、间隙净宽、栅条至外边框的距离型号表示方法安装方式及相关参数：倾斜角α开口尺寸C栅槽宽度B等格栅的分类固定曲面格栅旋转鼓筒式格栅曲面格栅按格栅栅条的净间隙，可分为：粗格栅：50～100mm；中格栅：10～40mm；细格栅：1.5～10mm。人工清除设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水渠道面积的2倍，以免清渣过于频繁。与水平面倾角：30º~45º机械清除栅渣量大于0.2m3/d，过水面积一般应不小于进水管渠有效面积的1.2倍。与水平面倾角：60º~90º格栅的清渣方法人工和机械清理的格栅典型设计资料

格栅所截留的污染物数量当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为0.10~0.05m3/（103m3污水）；当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.03~0.01m3/（103m3污水）；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。回转耙式清渣机回转式机械格栅循环齿耙格栅（带钩的塑料栅条）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设置格栅的一般特征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的水流流速污水过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0.4~0.9m/s格栅渠道的宽度要设置得当，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0.6~1.0m/s最大流量时可高于1.2~1.4m/s渐扩α＝20°，沉底大于水头损失格栅的设计与计算格栅形式的选择尺寸计算水力计算栅渣量的计算及其处置方法格栅的设计与计算计算内容：包括尺寸计算、水力计算、

栅渣量计算、清渣机械选用。格栅的设计与计算

1.格栅的间隙数量n可由下式决定：式中：Qmax-最大设计流量，m3/s；

e-栅条间距，m；

h-栅前水深，m；最高0.5m

v-污水流经格栅的速度，m/s

α-格栅倾角2.格栅的建筑宽度B由下式决定式中：B-格栅的建筑宽度，ms-格条宽度，m3.栅后槽的总高度H由下式决定

式中：h-栅前水深，m；

h2-格栅的水头损失，m；

h1-格栅前渠道超高，一般取0.3m。通过格栅的水头损失h2的计算：

h0-计算水头损失，m；

v-污水流经格栅的速度，m/s；ξ-阻力系数，当为矩形断面时，β=2.42；α-格栅的放置倾角；

g-重力加速度，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，可用式：k=3.36~1.32求定，一般采用k=3。格栅的设计与计算格栅的建筑尺寸4.格栅的总建筑长度L由下式决定

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；

α1-进水渠道渐宽部位的展开角度，一般α1=20°；H1-格栅前的渠道深度，ml2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般l2=0.5l1

。5.每日栅渣量W由下式决定式中：

W1-栅渣量，m3/103m3污水，取0.1~0.01;

K总-生活污水流量总变化系数(表3-3)。格栅设计实例已知某污水处理厂的最大设计流量Q=0.2立方米/秒（17280吨/天），总变化系数为1.50，求格栅的各部分尺寸。规模较大，采用机械清洗形式按规范和经验设定参数栅前水深：h=0.4m过栅流速：0.9m/s(p22中格栅)栅条间隙宽度：b=0.021m(p14)格栅倾角:a=60º(p17)栅渣量：0.07m3/（103m3污水）（当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为0.10~0.05m3/（103m3污水）；栅槽的宽度（Ｂ）确定（p23）Ｂ＝s（n-1）+b*n=0.8ｍ进水渠道渐宽部分长度：

L1=(B-B1)/2tga1=0.22m（a1由渠水流速而定，要求进水渠流速为0.77m/s)出水渠道渐窄部分的长度：

L2=L1/2=0.11ｍ过栅水头损失（栅条断面为矩形）如p24公式

h2＝0.097m栅后槽总高度：H=h1+h+h2=0.8m栅槽总长度：L=L1+L2+0.5+1.0+H/tga=2.24m每日栅渣量：W=0.8m3/d>0.2m3/d46

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

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、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.悬浮颗粒的重力F1F1---颗粒的重力，是促使沉淀的作用力

式中：

V-颗粒的体积；

ρg-颗粒的密度；

g-重力加速度。2.水对自由颗粒的浮力为：ρy-液体的密度3.下沉过程受到的摩擦阻力：

C-阻力系数；

A-自由颗粒的投影面积；

u-颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。悬浮颗粒在水中的受力分析球状颗粒自由沉淀的沉速公式当颗粒所受外力平衡时，即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，λ′=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）：式中:μ——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：斯托克斯定律:当ρs〉ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉；当ρs与ρL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；ρs小于ρL时，ρs-ρL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μ成反比，μ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：层流状态：Re<1时，——Stokes式过渡状态：1<Re<103

时，——Fair式紊流状态：103<Re<105时，λ=0.44——Newton式例题:

油珠的直径为80微米，密度为0.8克/厘米3，水温20℃，计算油珠在水中的浮升速度。解：油珠直径d=0.008厘米，20℃时水的粘滞系数µ=O.0101克/厘米·秒。代入斯托克斯方程（stocks方程）：则：（厘米/秒）由µ计算雷诺数Re

上述计算符合斯托克斯定律。注意：

应用斯托克斯公式要求围绕颗粒的水流呈层流状态，颗粒呈圆球形等，因此有很大局限性，通常并不以它来计算颗粒的沉速，可是它有助于理解影响沉速或上浮速度的诸因素。

在实际工作中，一般通过观测颗粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒径(一般用于探求d<0.1毫米的颗粒)。当然，所求得的粒径只是名义上的尺寸，因为颗粒往往不是球形。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，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，如下图中2曲线所示。自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹

l一离散颗粒，2一絮凝颗粒因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，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搅动造成破碎，影响沉淀效果。絮凝沉淀理论1当水中的悬浮物浓度较高时，在沉降过程中，会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉淀现象。沉淀的颗粒可以是凝聚以后的矾花，或是曝气池出流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙。拥挤沉淀的特点：在沉淀过程中，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，因此也称成层沉淀。拥挤沉淀理论污泥开始沉淀时，沉淀柱中污泥浓度是均匀一致的。沉淀一段时间后，在下沉的污泥与上层澄清液之间出现明显的分界面(界面1-1)，位于澄清液层A下面的称为受阻沉降层B。在此层中若取样分析，将发现污泥浓度是均匀一致的，并且具有一定的均匀沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。在形成界面1-1及受阻沉降层的同时，在沉淀柱底部悬浮固体开始压缩，出现压缩层D。在此层中悬浮固体的浓度也是均匀的，该层与其邻层的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。在受阻沉降层与压缩层之间有一过渡层C，在此层中由于泥层逐渐变浓，界面的沉降速度逐渐减小。当沉淀时间继续延长，界面1-1以匀速下沉，界面2-2以匀速上升。到t=t2时，界面1-l与2-2相遇，B、C两层消失了，只剩下A和D层，此时污泥具有一均匀浓度C2,称之为临界浓度。接着压缩开始，D层高度逐渐减小，但很缓慢，因为被压缩出来的水必须从不断减小的颗粒间空隙流出，最后直到完全压实为止，污泥浓度为Cu。下图表明界面位置随时间变化的情况。各层的沉降速度均可由沉降曲线上各点的切线斜率绘出，例如达到临界浓度C2时的界面沉速为v2。

AB及CD都为直线，B至C为过渡区，沉速逐渐减小。C至D所需的压缩时间很长。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，不断由上部溢流澄清水及底部排出浓缩污泥，因此A、B、C、D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v，从入口到出口时间为t；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v；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；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：理想沉淀池原理平流理想沉淀池流入区、沉淀区、流出区、污泥区当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度；颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。必然存在某一粒径沉速为u0的颗粒，刚好能沉至池底当颗粒沉速u≥u0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。当颗粒沉速u<u0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图中轨迹II所示；而当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II虚线轨迹所示。

说明对于沉速u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。

在同一沉淀时间t，下式成立：故对于沉速为u1（u1<u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：

设沉速为u<u0的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的颗粒将会从水中沉到池底而去除。设P0为沉速小于u0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及u<u0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：式中：P0-沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；

（1-P0）沉速≥u0的颗粒去除百分数。

图3-13的运动迹线中存在着如下的关系：

将上式带入式