水污染控制 课件版 2-1格栅调节池与理想沉淀池

第二章污水的物理处理(1)第一节

格栅及调节池第二节

絮凝沉淀的基础理论第四节

沉淀澄清池及案例分析第三节

絮凝的工艺简介第一节

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。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。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，其值与格栅栅条的断面几何形状有关；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=3.36v-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可由下式决定：式中：qvmax——最大设计流量，m3/s；

d——栅条间距，m；

h——栅前水深，m；

v——污水流经格栅的速度，m/s。

2.格栅的建筑宽度b由下式决定式中：b——格栅的建筑宽度；

s——栅条宽度，m。

3.栅后槽的总高度h总由下式决定式中：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

h1=0.3m。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°；

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由下式决定式中：

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：第二节水质和水量调节

目的是什么？如何选择调节的水量大小？使用的情况—分类分质处理2023/5/7262023/5/727均和水质的基本方法有两种：（1）利用压缩空气、叶轮搅拌和水泵循环而进行的强制混合和均化；（2）利用差流方式使不同时间不同浓度的废水混合而进行的自身水力混合。一般而言，前者的设备较简单，但运行费较高；后者需要修建复杂的池型，但基本上没有运行费用。

2.1调节池的作用调节池是克服流量的变化而采用的一种方法，改善下游工艺的性能，减少下游设施的规模和费用。它主要用于调节：(1)早季流量以减小高峰流量和负荷;(2)生活污水集水系统受雨季的流入和渗入水量;(3)雨水和生活污水合流制系统的合流水量。含调节池的典型废水处理厂的流程图2023/5/7282023/5/7292.2调节池的特点流量调节池可设置在沉砂池之后、初级沉降之后、在有高级处理时也用于二级处理之后。应用流量调节带来的主要优点有:因为消除了冲击负荷或使冲击负荷降至最低，稀释了抑制物质，稳定了pH值，增强了生物处理能力；通过改善固体负荷的稳定性，生物处理后的二次沉淀池的出水质量和污泥浓缩性能得到改善;减少出水过滤的表面面积，改善了过滤器的性能，较低的水力负荷使过滤器反洗的周期比较均匀；在化学处理中：团体负荷的稳定改善了化学药剂的投加控制，使得工艺过程更加可靠。除改善多种处理方式和工艺的性能外,调节流量对于提高超负荷处理厂的性能是一种有吸引力的选择。2023/5/730调节池的缺点调节流量的缺点包括:需要较大的土地面积或场地;调节设施可能必须加盖,以便控制臭味，防止邻近住宅区受到影响；需要增加操作和维护;增加了基建投资。2023/5/731调节池设计需要考虑的问题调节流量设施的设计涉及下列问题:(1)调节设施应设置在处理工艺流程图的什么地方?应该采用什么类型的调节流程,在线还是离线?(2)要求多大的调节池容积?(3)在设计中应考虑的特点是什么?(4)如何控制沉积的固体和可能产生的臭味?2023/5/7322.3调节池的设计2023/5/7332.3调节池的设计2023/5/734平均日流量累计曲线上述图形中的平均日处理量指斜率，而曲线是每小时处理量的和。2023/5/735需要调节容量日平均流量叠加曲线实际进水量曲线调节池内的BOD的值调节池内的BOD值2023/5/736调节池的调节作用2023/5/737调节BOD质量负荷及流量第三节

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）；颗粒的沉将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。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.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为：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，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，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）：μ是水的动力粘度。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大于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。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——颗粒的水平分速；qv——进水流量；A′——沉淀区过水断面面积，H×b；H——沉淀区的水深；b——沉淀区宽度。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。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u1<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u1小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。

原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为：考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。

u≥的颗粒可以全部去除，u<的颗粒只能部分去除对用直线Ⅲ代表的一类颗粒而言，流速和都与沉淀时间有关（2-9）

（2-10）令（2-9）和（2-10）相等，代入（2-8）得：

（2-11）2023/5/7532023/5/754一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷在数值上等于截留速度，但含义不同。

2.4.2理想沉淀池理论由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。（1）E一定，u越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。（2）u一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅池理论”。2023/5/755颗粒沉淀实验—絮凝实验去除率的计算2023/5/756t=0t=tih2023/5/757颗粒沉淀实验

在t1

时，uu1

的颗粒全部去除

u<u1

的颗粒部分去除

hi/h=uit1/(u0t1)=ui/u02023/5/758

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百分数；（1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除百分数。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

qv/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：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）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。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，即与池的体积V无关。理想沉淀池理论由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。（1）E一定，u越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。（2）u一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅池理论”。2023/5/761

2.2.3沉淀实验分析

非凝聚性颗粒的沉淀实验分析非凝聚性颗粒在静水中的沉淀实验，用一个圆筒进行，如图2-5所示。在圆筒水面h处开一个取样口，要求颗粒在在水中均匀分布，浓度为C0；然后在分别在t1,、t2、…tn时