第二章-污水的物理处理

物理处理法—去除的对象是污水中的漂移物和悬浮物，主要是通过重力或机械力作用，例如：筛滤截留法—筛网、格栅、过滤重力分别法---沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等离心分别法---旋流分别器、离心机等其次章污水的物理处理一、格栅的作用与种类格栅：是由一组(或多组)相互平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道。作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并爱护后续处理设施能正常运行。主要参数：是确定栅条间隙宽度，一般以不堵塞水泵和污水处理厂（站）的设备，保证整个污水处理系统正常运转维原则。一般可设置粗细两道格栅，第一道格栅间隙大一些，栅条间距接受16-40mm；其次道格栅间隙较小，栅条间距接受1.5-10mm。按清渣方式，可分为人工清理格栅和机械格栅。第一节格栅与筛网二、格栅的种类按栅条净间隙，可分为：粗格栅（50-100mm）；中格栅（10-40mm）；细格栅（1.5-10mm）。按格栅形态，可分为：平面格栅、曲面格栅。按清渣方式，可分为人工清理格栅和机械格栅。旋转格栅平面格栅平面格栅移动式伸缩臂机械格栅中等深度的宽大格栅，现有类型耙斗适用于污水除污。1.不清污时，检修方便。2.可不停水检修。3.钢丝绳在水面以上运行，寿命长。1.需三套电机、减速器、构造较复杂。2.移动时，耙齿与栅条间隙的对位较困难。圆周回转式机械格栅深度较浅的中小型格栅1.结构简单，制造方便2.动作可靠，容易检修1.配置圆弧型格栅，制造较困难。2.占地面积较大。钢丝绳牵引式机械格栅固定是适用于中小型格栅，深度范围较大。移动式适用于宽大格栅。1适用范围广泛。2.无水下固定部件的设备，检修维护方便。1.钢丝绳干湿交替，易腐蚀。2.有水下固定部件的设备，检修维护需停水。类型适用范围优点缺点链条式机械格栅深度不大的中小型格栅。清除长纤维、带状物。1.结构简单，制造方便2.占地面积小1.杂物进入链条和链条之间是一卡住。2.套筒滚子造价高，耐腐蚀差。曲面格栅图2-6曲面格栅格栅平面图h1hH1h2α

h2α1α2b1b2bL21000H1/tgαL1500二、格栅的设计与计算

通过格栅的水头损失h2按下式计：

h2=h0*kh2=ξ*(v2/2g)*sinα*k

式中：h0——计算水力损失，m。v

——污水流经格栅的速度，m/s。

ξ——阻力系数。α——格栅倾斜角度。

g——重力加速度，m/s2

k——格栅阻力增大系数，一般取k=3。

格栅的建筑尺寸分别由下式求得：1.格栅间隙数量：2.格栅建筑宽度：b=s(n–1)+d*n(m)3.栅后槽的总高度：h总=h+h1+h2(m)4.格栅的总建筑长度：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα(m)5.每日栅渣量：W=qVmax*W1*86400/(KZ*1000)(m3/d)三、筛网

筛网的去处效果相当于初次沉淀池的效果，目前应用于废水处理或短小纤维回收的筛网主要有两种形式：振动筛网和水力筛网。图2-8振动筛网示意图进水出水渣槽旋转筒蒸汽或高压空气管筛网转筒式筛网图2-9水力筛网构造示意图

水力筛网

其次节沉淀的理论基础一、概述沉淀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，以达到固液分别的一种过程。一般有以下几种用法：用于废水的预处理，如沉砂池；用于污水进入生物处理前的初步处理，如初沉池；用于生物处理后的固液分别，如二沉池；用于污泥处理阶段的污泥浓缩。二、沉淀类型依据水中颗粒的凝合性能和浓度，沉定通常可以分成四种不同的类型：1.自由沉淀自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。2.絮凝沉淀絮凝沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，但沉淀过程中悬浮固体之间有相互絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉淀，颗粒的沉降轨迹呈曲线。絮凝沉淀示意图υμ

υ<μ

υ=μ

υ>μ

0

3.区域沉淀（或成层沉淀）悬浮颗粒浓度较高，颗粒的沉降受到四周其它颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，育成清水之间有清晰的界面。4.压缩沉淀发生在高浓度的沉降过程中，颗粒间已挤集成团块结构，相互接触，相互支撑，下层颗粒间的水分在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。三、自由沉淀及其理论基础为分析简便起见，假定：1.颗粒为圆球形；2.沉降过程中颗粒的大小、形态、重量等不变；3.颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒影响。静水中悬浮颗粒起先沉淀时，因受重力作用产生加速运动，经很短时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力相平衡时，颗粒即呈等速下沉。受力分析见下图：

ρL

ρS

Fg

FD

悬浮颗粒在水中受到的力，即颗粒的重力和在水中受的浮力之差：

Fg=V*ρs*g-V*ρL*g=V*g(ρs-ρL)

式中：V——颗粒的体积；

ρs、ρL——颗粒与水的密度；

g——重力加速度。同时，依据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为：FD=λ′*A*(ρL*us2/2)式中: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。当颗粒所受外力平衡时：Fg=FD

在层流状态下：λ′=24/Re

上式表明：1、当（1）ρs>ρL下沉；（2）ρs=ρL悬浮状态;（3）ρs<ρL上浮2、下降速度与粒径平方成正比；3、下降速度与水的动力粘度成反比，水温上升，沉降速度增大。得出球状颗粒自由沉降公式：四、沉淀池的工作原理

志向沉淀池的四点假设：（1）沉淀区过水断面水速相同，水平速度为：v；（2）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为：u；（3）在进口区域，悬浮物颗粒匀整分布在整个过水断面；（4）颗粒一经沉降到池底，即认为被去除；当某一颗粒进入沉淀池后，一方面是随水在水平方向的流淌（v），另一方面又在重力的作用下下沉(u)。在沉降过程中是一组倾斜的直线，其坡度：i=u/v其水平流速V=Q/H*B缓冲区

设u0

为某一指定颗粒的最小沉降速度。可以看出：当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u<u0时，只有位于水面下某一位值的颗粒才会被去除。设沉速为u1

的颗粒占全部颗粒的dP%,其中(h/H)*dP%的颗粒将沉到池底被除去。在同一沉淀时间，由下式成立：h=u1*t,H=u0*t

h/H=u1/u0

即：（h/H）dP=（u1/u0）dP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：故，沉淀池对悬浮物的去除率包括u≥u0、u<u0两部分，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。从轨迹相像三角形知v/u0=L/H，与V=Q/H*B可得：u0=q=Q/A

Q/A——反映沉淀效率的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，用q表示，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。第三节沉砂池沉砂池的工作原理是以重力分别为基础的，从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒。设计原则和主要参数１．城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水应依据水质状况而定。城市污水厂的沉砂池的个数或分格数应不小于２，并联运行。２．设计流量应按分期建设考虑。①当污水自流进入时，应按每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在合流制处理系统中，应按降雨时得设计流量计算。３．沉砂池去除的沙粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。４．城市污水沉沙量：按每106m3沉砂30m3计算，含水率：60%，容重：1500kg/m3。５．储砂斗容积按２日沉沙量计算，斗壁倾角不应小于55°，排沙管直径不应小于200mm。６．沉砂池超高不以小于0.3m。一、平流式沉砂池１．设计参数①污水最大流速0.3m/s，最小流速0.15m/s。②在大流量时,停留时间不小于30s,一般为30-60s。③水深不大于1.2m，一般0.25-1.0m，宽度不小于0.6m。④池底坡度0.01-0.02，当设置除砂设备时，应按其要求考虑池底形态。２．计算公式①长度LL=vt式中：v、t——最大设计流量下的速度和停留时间②水流断面积AA=qVmax/v式中：qVmax——最大设计流量，m3/s③池总宽度bb=A/h2式中：h2——设计有效水深，m④储砂斗容积VV=qVmax*X*T*86400/(kZ*106)④储砂斗容积VV=Qmax*X*T*86400/(kZ*1000)式中：X——城市污水的沉砂量，一般取0.03L/m3（污水）T——排砂时间间隔，kZ——生活污水流量总变更系数⑤储砂斗尺寸及储砂室高度应结合实际状况设计,但斗壁与水平面角度不宜小于60℃⑥池总高度hh=h1+h2+h3式中：h1——超高，h3——储砂斗高度⑦核算最小流速vminvmin=qVmin/n1*Amin式中：qVmin——设计最小流量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污水在池中存在两种运动形式,其一为水平流淌(流速一般取0.1m/s)。同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的断面出产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流淌形式。

挡板i=0.1-0.5曝气沉砂池示意图空气管特点：一是沉砂中含有有机物的量低于5%；二是由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分解等作用。

二、曝气沉砂池1.构造及工作原理2.设计参数①水平流速0.08-0.12m/s，一般取0.1m/s;②停留时间：2-4min；雨天最大流量时1-3min；作为预曝气时，10-30min;③有效水深2-3m，尺宽与池深比为1-1.5,长度比可达5；④曝气沉砂池多接受穿孔管曝气，孔径2.5-6.0mm，距池底约0.6-0.9m，每组穿孔曝气管应有调整阀门；曝气量一般为0.1-0.2m3(空气）/m3(污水）。

曝气沉砂池的形态应尽可能的不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，防止产生短流。三、旋流沉砂池利用机械力限制水流流态与流速、加速砂粒的沉淀，并使有机物随水流带走得沉砂装置。设计参数：（1）水力停留时间：不应小于30s；（2）水力表面负荷：150-200m3/m2.h;（3）有效水深：1-2.0m;（4）池经与池深比：2.0-2.5m。第四节沉淀池

沉淀池主要功能是分别悬浮物，分类如下:从处理功能划分:初次沉淀池—用于生物处理之前，可去除部分有机物及悬浮物二次沉淀池--用于生物处理之后，是生物处理工艺的组成部分从结构形式：平流式、竖流式、辐流式沉淀池三种流态平流式竖流式辐流式一、沉淀池的一般设计原则及参数1．设计流量沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。2，沉淀池的只数：对城市污水厂，沉淀池的只数应不少于2只。3．沉淀池的阅历设计参数对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照(表2-5)阅历参数选用。4．沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系，见(表2-6)所示。5．沉淀池的几何尺寸沉淀池超高不少于0.3m；缓冲层高接受0.3—0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60º，圆斗不宜小于55º；排泥管直径不小于200mm。6．沉淀池出水部分一般接受堰流，在堰口保持水平。出水堰的负荷为：对初沉池，应不大于2．9Us·m；对二次沉淀池，一般取1.5～2.9L/s·m。有时亦可接受多槽出水布置，以提高出水水质。7．贮泥斗的容积一般按不大于2日的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2小时计。8．排泥部分沉淀池一般接受静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池应不小于14.71kPa(1.5mH20)；活性污泥法的二沉池应不小于8.83kPa(0.9mH20)；生物膜法的二沉池应不小于11.77kPa(1.2mH20)．一、平流式沉淀池平流式沉淀池由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲区、污泥区以及排泥装置等组成。入流装置由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成，起匀整布水和消能作用。流出装置由流出槽与挡板组成。流出槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，即保证流水匀整，又可限制沉淀池水位。如需阻挡浮渣随水流走，出流堰可接受潜孔出流。缓冲层的作用是避开已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击符合。污泥区起储存、浓缩、排泥的作用。排泥装置一般有静水压力法和机械排泥法。平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）2、平流式沉淀池的设计：

①沉淀区面积：A=Qmax/q式中：Qmax——最大设计流量q——表面水力负荷[m3/(m2*h)]初沉1.5-3m3/(m2*h);二沉1-2m3/(m2*h)②有效水深:h2=q*tt——沉降时间。初沉1-2h;二沉1.5-2.5h③沉淀区有效容积:V1=A*h2=Qmax

＊t*3600④池长:L=v*t*3.6(一般L取30～50m)v——水流速度⑤池宽:B=A/L(一般长宽比不小于4:1)⑥污泥区容积:V=SNt/1000

式中:S——每人每日产生的污泥量[L/(p*d)]N——设计人口

t——两次排泥的时间间隔⑦总高度:H=h1+h2+h3+h4

式中:h1——超高h3——缓冲层高

h4——污泥区高度二、竖流沉淀池1.工作原理当颗粒属于絮凝沉淀时，颗粒在上升过程中会相互碰撞，促进絮凝，下沉速度增大，增加了去除效率。2.构造池径D<8米，一般取3～7米，深宽比不大于3；沉淀时间一般接受1.0～2.0h（初次沉淀池）、1.5～2.5h（二次沉淀池）；中心管出口宜设置喇叭口和反射板，起消能和使水流反向升流的效果；当有中心管时，管内水的流速不应超过100mm/s，当不设置中心管时，管内流速不应超过30mm/s。三、辐流式沉淀池是一种大型的沉淀池，池径可达60m，池周水深1.5～3.0m。按进出水方式的不同,辐流式沉淀池可分为:中心进水周边出水辐流式沉淀池和周边进水中心出水辐流式沉淀池。辐流式沉淀池剖面中心进水周边进水一、含油废水的来源及油的状态石油工业和固体燃料热加工工业排水是含油废水的主要来源。油类污染物主要有三种状态：呈悬浮状的悬浮油：60-80%呈乳化状态的乳化油：20-30%呈溶解状态的溶解油：1-10mg/L二、隔油池类型分为2种形式：平流式和斜板式1、平流式隔油池：构造与平流式沉砂池基本相等。废水以较低流速（2-5mm/s）流经池子，密度较小的油粒上升，悬浮油在水面被集油管导出池外。集油管的形式，刮油刮泥机、加热盘管2、斜板隔油池：可分别油滴的最小直径约60um，相应上升流速约为0.2mm/s，含油废水的停留时间一般不大于30min。设计参数：表面负荷：1.2m3/m2.h，水利停留时间：2h第五节隔油和破乳三乳化油及破乳方法当油水混合，又有乳化剂存在时，就会在油滴与水滴表面形成一层稳定的薄膜，这是油水就不会分层，呈一种不透亮的乳化液。破乳就是要破坏液滴界面上的薄膜，使其分别。1.乳化油的形成：在含油废水产生的地点应马上进行油水分别，可以避开油分乳化2.破乳的方法：破坏液滴界面上的稳定不薄膜，使油、水得以分别（1）投加换形乳化剂：CaCI2（2）投加盐类、酸类（3）投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：异戊醇（4）搅拌、振动、转动方法（5）过滤（6）变更温度（7）投加混凝剂基本原理：浮现法是将空气以微小气泡的形式通入水中，使其与污染物微粒粘附，形成水-气-颗粒三项混合体，颗粒黏附上气体后，密度小于水，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，达到固液分别或液液分别的一种技术。满足浮现处理工艺的三个基本条件（1）足量的微小气泡；（2）必需使污水中的污染物质形成悬浮状态；（3）必需使气泡与悬浮物质产生黏附作用。应用范围：石油、化工及机械制造业的含油污水的油水分别；污水中有用物质的回收，如造纸废水的纸浆纤维回收；取代二次沉淀池，特殊适合于易于产生活性污泥膨胀的状况；剩余活性污泥的浓缩。第六节浮现法（气浮法）一、浮现法的类型1.电解浮现法电解浮现法是在直流电的作用下，用不溶性阳极和阴极干脆电解废水，正负两极产生的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分别的一种方法。此法产生的气泡微小，去除污染物范围广、泥渣量少、工艺简洁、设备少，但耗电量大。2.分散空气浮现法有以下两种形式：①微孔曝气浮现法：用微孔板分散引进的压缩空气成为细小气泡；②剪切气泡浮现法（涡凹气浮）：用高速旋转混合器或叶轮机将引入空气切割为细小气泡。3.溶解空气浮现法有以下两种形式：①真空浮现法：在接近真空的条件下释放常压下曝气溶解的空气形成细小气泡。故其气泡形成有限，而且设备困难，维护困难；②加压溶气浮现法：是目前常用的方法，是使空气在加压条件下溶解，常压条件下释放形成细小气泡。加压溶气浮现法有三种基本流程全溶气流程：将全部入流废水进行加压溶气，再经减压释放的流程。部分溶气流程：将部分入流废水进行加压溶气，再和其他未溶气的废水混合经减压释放的流程。回流溶气流程：将部分澄清液进行回流加压溶气，再和入流废水混合经减压释放的流程。二、加压溶气浮现法的基本原理1.空气在水中的溶解度和压力的关系1003042231014060804055076080120空气溶解氧mL/L

405151020709811253035温度℃

P/kPa

2.水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理θ

θ

气泡

颗粒

水

1>气泡与悬浮颗粒粘附的条件液体表面分子与液体内部分子所受的分子引力不平衡,这种不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面积的趋势，这种力称为流体的表面张力

；表面分子具有的这种能量称为表面能。而在气浮的过程中，液、气、固三项介质的表面也产生表面张力（称界面张力），既具有表面能（称界面能E）。其关系如下：E=σ*S

式中：σ——界面张力系数；S——界面面积当液、气、固相对稳定后(如图),气泡与悬浮颗粒粘附前、后的界面能缩小值为:ΔE=σ水-气（1-COSθ）θ——接触角(也称润湿角)当ΔE值越大,表明挤开气泡和颗粒之间的水膜所作的功越大,气泡与颗粒粘附的越坚固。上式表明:并不是水中全部的污染物颗粒都可以与气泡粘附,能否粘附于该类物质的接触角有关。当θ→0时，ΔE→0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），不易与气泡粘附，不能用气浮法去除；当θ→180°时，ΔE→2σ水-气，这类物质憎水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除；细小气泡与悬浮颗粒的粘附形式有：气颗粒吸附、气泡顶托、气泡裹夹等。2>“颗粒-气泡”复合体的上浮速度当为层流时，“颗粒-气泡”复合体的上浮速度可按斯托克斯公式计算：υ上=g*(ρL-ρS)*d2/18μ上式表明：“颗粒-气泡”复合体的上浮速度取决于水与复合体的密度差以及复合体的有效直径。3>化学药剂的投加对气浮效果的影响①混凝剂：变更污水中悬浮颗粒的亲水性能，使细小颗粒絮凝成较大絮体。②浮选剂：大多是极性（亲水）-非极性（疏