水污染控制工程

第十章污水的物理处理(1)

第一节

格栅和筛网第二节

沉淀的基础理论第三节

沉砂池第一节

格栅和筛网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。一、格栅的作用格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，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。格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的类型、污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一些数据：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。机械清渣人工清除CoarseScreens6to150mmChainDrivenHandCleanedFineScreens<6mmMicroscreens<50μmStepSCREENINGMechanicallyCleanedStaticWedgewireDrum

ReciprocatingRake

.ContinuousBeltClassificationofScreensCatenary回转式钢丝绳牵引卷筒往复式链条式阶梯式转鼓式静态嵌入式sreenings>0.2m3/d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：45º~60º机械清除过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。与水平面倾角：60º~70º格栅的清渣方法格栅的工作原理常见的机械格栅的形式往复式移动耙机械格栅回转式机械格栅钢丝绳牵引机械格栅阶梯式机械格栅转鼓式机械格栅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通过格栅的水头损失h2的计算：式中：

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，其值与栅条断面的几何形状有关；α——格栅的放置倾角；g——重力加速度，9.81m/s2；

k——考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。

城市污水一般取0.1~0.4m。格栅的设计与计算格栅的建筑尺寸

1.格栅的间隙数量n式中：Qmax——最大设计流量，m3/s；

b——栅条间距，m；

h——栅前水深，m；

v——污水流经格栅的速度，m/s。2.格栅槽总宽度B式中：B——格栅槽宽度，m；

s——栅条宽度，m。3.栅后槽的总高度H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h1=0.3m。格栅的建筑尺寸

4.格栅的总建筑长度L

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°；

L2——格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般L2=0.5L1；H1

——格栅前的渠道深度,m。5.每日栅渣量W式中：W1——栅渣量，m3/(103m3污水)；

KZ——生活污水流量总变化系数。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Section2ParticleSettling

theory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。一、概述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。二、沉淀类型

三、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.悬浮颗粒在水中受到的力Fg

Fg是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：

式中：Fg——水中颗粒受到的作用力；

V——颗粒的体积；

ρS——颗粒的密度；

ρL——水的密度；

g——重力加速度。

2.水对自由颗粒的阻力式中：FD——水对颗粒的阻力；

λ′——阻力系数；

A——自由颗粒的投影面积；

uS——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>0，颗粒以us下沉；当ρs=ρL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<ρL时，ρs-ρL<0，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。1.自由沉淀(1)试验前测定原水的悬浮颗粒浓度。(2)将废水搅拌均匀后平稳注入沉降柱内。(3)设取样口到最初水面的距离为H，每隔一定时间间隔t1-tn，取样分析其浓度C1,C2…Cn，以小于指定速度ui=H/ti的颗粒与全部颗粒的重量比Ci/C0

和ui作曲线，即：

t1……C1u1=H/t1……C1/C0t2……C2u2=H/t2……C2/C0┊┊┊┊tn……Cnun=H/tn……Cn/C0四、沉淀试验、沉淀曲线及其分析沉淀池的工作原理理想沉淀池

分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分五、沉淀池的工作原理沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；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；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：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：式中：v——颗粒的水平分流速；m/SQ——进水流量；m3/SA′——沉淀区过水断面面积，H×b；H——沉淀区的水深；mb——沉淀区宽度,m。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i=u/v设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。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，即左上图中的迹线xy与x′y′。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，如左下图中轨迹xy″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，如图中轨迹x′y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：而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及u1<u0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：

设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的的颗粒将会从水中沉到池底而去除。式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例；（1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。

上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：

将上式带入式中

并简化后得出

Q/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的溢流率，用符号q表示：

U0

q理想沉淀池中，u0与q在：理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，与池的体积V无关。数值上相同物理概念不同u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/（m2·h）。Fig1:Showsremovalratio(fractionofinfluentparticlesremoved)isequaltoU/V;Fig2showseffectofhalvingdepthwithoutchangingA=LW----removalratioisunchanged;Fig3Showseffectofaddingasettlingtray(ineffect,halvingdepthwhildoublingarea)removalratiodoubles第三节

沉砂池沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的几种形式从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º,排砂管直径不应小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。

平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。

平流式沉砂池污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为30~60s；有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池宽不小于0.6m；池底坡度一般为0.01~0.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。

平流式沉砂池的系统参数

3.池总宽度b

式中：

h2——设计有效水深。

4.贮砂斗所需容积V式中:X——城市污水的沉砂量,一般采用30m3/(106m3污水）;

T——排砂时间的间隔,d;

kz

——生活污水流量的总变化系数。平流式沉砂池的计算公式

1.长度L

式中：v——最大设计流量时的速度，m/s；

t——最大设计流量时的停留时间,s。

2.水流断面面积A式中：qvmax——最大设计流量，m3/s。

7.池总高度h式中:h1——超高，m；

h2——有效水深,m;

h3——贮砂斗高度,m。8.核算最小流速vmin

式中:qvmin——设计最小流量，m3/s；

n1——最小流量时工作的沉砂池数目;Amin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。平流式沉砂池的计算公式

5.贮砂斗个部分尺寸计算设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为60º；则贮砂斗的上口宽b