第2章-水的物理处理(筛滤调节沉淀与上浮气浮过滤)

沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的几种型式从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的无机颗粒，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比重大的无机颗粒下沉，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，并且沉砂池的只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比重为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2日沉砂量计算，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

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。

3.池总宽度b

式中：h2-设计有效水深，m。

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

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b2为：贮砂斗的容积V1：式中：h’3-贮砂斗高度，m；

S1，S2-贮砂斗上口和下口的面积。

6.贮砂室的高度h3

设采用重力排砂，池底坡度

i=6%，坡向砂斗，则7.池总高度h

式中：h1-超高，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

曝气沉砂池砂中有机物含量大于15%，后续处理难；应用后有机物的量降低到5%；具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。曝气沉砂池功能与应用：

污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。曝气沉砂池的工作原理曝气沉砂池的构造：长型渠道，沿渠道壁一侧距池底约60~90cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入砂槽；为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。曝气沉砂池剖面示意上海嘉定水质净化厂水平流速一般取0.08~0.12m/s；污水在池内的停留时间为4~6min；当雨天最大流量时为1~3min。如作为预曝气，停留时间为10~30min；池的有效水深为2~3m，池宽与池深比为1~1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板；曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5~6.0mm，距池底约为0.6~0.9m，并应有调节阀门；曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。有效容积V，池断面积A,宽度B。。。。曝气沉砂池的设计参数：工作流态：Pista360°旋流沉砂池不同于其它旋流沉砂池，进水渠道改进成为一条封闭的充满流倾斜进水渠，进水直接进入沉砂池底部，由于射流的作用，在池内形成旋流，同时在中心轴向桨板的定速旋转驱动下于中部形成一个向上的推动力，使水流在垂直面亦形成环流。在垂面环流和射流的共同作用下，水流在沉砂池中以螺旋状前进，砂粒在离心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底。积于池底的砂粒由于垂面环流的水平推动作用向池中心汇集跌入积砂斗，部分较轻的有机物则在中部上升水流的作用下重新进入水中。水流在分选区内回转一周(360°)后，进入与进水渠同流向但位于分选区上部的出水渠道。去除的沉砂跌入砂斗盖板中心的开孔并存于砂斗内，为防止砂粒板结，桨板驱动轴下端的叶片砂粒流化器不停搅动，砂粒便定时由砂泵抽出池外。

PISTA沉砂池池型特点：能更有效地保证已经在渠道中沉底的砂粒直接滑入沉砂池底;充满流进水促进了层流效果而可更好地消除紊流以保证分选区内的沉砂效果;由于水平隔板的存在，大大减小了出水对分选区下部积砂区的影响，有效防止已沉下的砂又重新被带入出水之中;该池型的进、出水沿360°流线型布置，使得水流在分选区内部进行了360°回转，延长了旋流流程，提高了除砂效果，同时也使得沉砂池整体的布置更加顺畅、简洁，进、出水的水力条件更好;沉砂池可以更紧凑地对称布置、共用渠壁，节省了土建投资。

PISTA沉砂池池型特点去除效率：Pista沉砂池水头损失小，对于小粒径的砂粒有较好的去除效果。根据S&L公司提供的资料，Pista360°旋流沉砂池内部水头损失＜68.6Pa，而在峰值流量下，砂粒直径:d≥0.297mm(50目)时，去除率≥95%；0.211mm＜d＜0.297mm(50～70目)时，去除率≥85%；0.211mm≥d≥0.149mm(70～100目)时，去除率≥65%；对于0.11mm(140目)直径砂粒的去除率可达73%(据美国WEF出版的“DesignofMunicipalWastewaterTreatmentPlants”)。

PISTA沉砂池除砂效率深圳盐田污水处理厂钟式沉砂池污水切线进入可调速的转盘和叶片离心力作用钟式沉砂池排砂方式钟氏旋流沉砂池应用实例上海松江东部污水处理厂四隔油池含油废水的来源石油开采及加工工业固体燃料热加工纺织工业中的洗毛废水轻工业中的制革废水铁路及交通运输工业屠宰及食品加工机械工业中车削工艺中的乳化液石油开采石油炼制石油化工带水原油的分离水钻井提钻时的设备冲洗水井场及油罐区的地面降水生产的油水分离过程,油品、设备的洗涤、冲洗过程焦化含油废水焦炉气的冷凝水洗煤气水各种储罐的排水一、隔油油污染对环境的危害含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长，甚至是农作物枯死。含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。土壤沟道水体油的状态呈悬浮状态的可浮油呈乳化状态的乳化油呈溶解状态的溶解油油滴的粒径较大，可以依靠油水比重差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%~80%左右。粒径：60μm以上非常细小的油滴，由于其表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳，乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。细分散油粒：10－60μm；乳化油：粒径<10μm油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：5－15mg/L乳化油的主要来源含油（可浮油）废水在沟与含乳化剂的废水相混合，受水流搅动而形成的。以洗涤剂清洗受油污染的机械零件、油槽车等而产生乳化油废水由于生产工艺的需要而制成的构造：与平流式沉淀池基本相似。

平流式隔油池隔油池分类密度小于水的油上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，隔油池的出水端设置集油管。大型隔油池应设置刮油刮泥机，以及时排油及排除底泥。表面一般设置盖板，冬季保持浮渣的温度，从而保持它的流动性，同时可以防火与防雨。特点：构造简单、便于运行管理、油水分离效果稳定。平流式隔油池可去除的最小油滴直径为100~150μm，相应的上升速度不高于0.9mm/s。平流式隔油池的设计与平流式沉淀池基本相似，按表面负荷设计时，一般采用1.2m3/m2·h；按停留时间设计时，一般采用2h。平流式隔油池斜板式隔油池斜板式隔油池可去除的最小油滴直径为60μm，相应的上升速度约为0.2mm/s。铁路运输、化工等行业使用的小型隔油池，其撇油装置是依靠水与油的密度差形成液位差而达到自动撇油的目的。小型隔油池斜板隔油池与小型自动撇油隔油池第四节气浮气浮法气体密度远小于水；气体与颗粒粘附形成密度小的气浮体（气球）；上浮至水面形成浮渣去除。

密度接近于水的悬浮物气泡与悬浮颗粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹“颗粒-气泡”复合体的上浮速度，当流态为层流时，即Re<1时，则“颗粒-气泡”复合体的上升速度可按斯托克斯公式计算：式中：d-为“颗粒-气泡”复合体的直径；

ρS-为“颗粒-气泡”复合体的表观密度。上述公式表明，“颗粒-气泡”复合体的上浮速度v上取决于水与复合体的密度差与复合体的有效直径。如果“颗粒-气泡”复合体上粘附的气泡越多，则ρS越小，d越大，因而上浮速度亦越快。“颗粒-气泡”复合体的上浮速度分离地面水中细小悬浮物、藻类、微絮体；回收含油污水中的悬浮油及乳化油；取代二次沉淀池，剩余活性污泥的浓缩。气浮的应用：

气浮处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解法分散空气法溶解空气法气泡的产生方式（生活中？）

电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。

阴极2H+

＋2e→H2↑

阳极2OH-－4e→2H2O＋O2↑用于工业废水处理方面，电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。电解法

电解法

微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法2：分散空气浮上法真空浮上法——原理：在常压或下将空气溶解于水中，然后在负压（真空）条件下使溶解于水中的空气呈过饱和状态，进而以微小气泡的型式大量从水中析出。加压溶气浮上法的基本原理（★）

先在加压条件下，将空气溶于水中并达到饱和状态，然后突然将操作压力降至常压，使压溶于水中的空气处于过饱和状态，并以微小气泡型式释放出过饱和部分的空气量。加压溶气气浮可乐

气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为2.0~2.5m，一般以单格宽度不超过10m，长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为5~15min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为10~20mm/s，停留时间应大于60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150~200m3/h，废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。

气浮池竖流式气浮池平流式气浮池图10-47图10-483.5过滤过滤：指以具有孔隙的粒状滤料层（如石英砂）来截流水中悬浮杂质，从而使水获得净化的工艺过程。功效：去除微小悬浮杂质，降低水的浊度；同时能去除水中的有机物、细菌、病毒等；便于消毒剂杀菌应用：生活饮用水处理（必有）、污水深度处理等。过滤机理阻力截留重力沉降接触絮凝实际过滤过程中，上述三种机理往往同时起作用，只是依条件不同而有主次之分。对粒径较大的悬浮颗粒，以阻力截留为主，称为表面过滤；对于细微颗粒，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤。阻力截留当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒组成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。重力沉降原水通过滤料层时，水中颗粒由于自身重力作用或惯性作用脱离流线被抛向滤料表面。接触絮凝由于滤料具有巨大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。此外，沙粒在水中