污水的物理处理培训课件

污水的物理处理培训课件生活污水和工业废水中都含有大量的漂浮物与悬浮物，其进入水处理构筑物会沉入水底或浮于水面，对设备的正常运行带来影响，使其难以发挥应有的功效，必须予以去除。物理处理的去除对象：漂浮物、悬浮物。物理处理方法：筛滤：筛网、格栅（去除漂浮物、纤维状物质和大块悬浮物），滤池、微滤机（去除中细颗粒悬浮物）。重力分离：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒径悬浮物）、隔油池与气浮池（去除密度小于1或接近1的悬浮物）。离心分离：离心机、旋流分离器（去除比重大、刚性颗粒）。本章主要就城市生活污水处理中使用的格栅、沉砂池、沉淀池进行讲授。第一节格栅格栅由一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。安装在污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水口及沉砂池前。根据栅条间距，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷，保证设备的正常运行。被截留的污染物称为栅渣，其含水率70～80％，容重750kg/m3。一、格栅分类平面格栅：按形状分为曲面格栅：粗格栅：大于40mm按栅条间距分为细格栅：10~30mm密格栅：小于10mm栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）；50、60、70………150mm（中或粗格栅）。人工清渣：小型污水处理厂按清渣方式分为机械清渣：栅渣量大于0.2m3/d二、格栅的设计计算格栅的设计计算实际上主要是栅室、栅槽的设计计算，包括栅槽断面、水力计算、栅渣量计算机清渣机械的选用。1注意的问题B、L、e和b的相关尺寸见p55表3-1。长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L>1000mm时，框架应加横向肋条。栅条材质为A3钢制，栅条偏差≦1/1000，总偏差≦2mm。水泵前：人工清渣e≦20mm；对大中型泵站，采用机械清渣，e＝20~150mm。污水处理系统前：人工清渣e＝25~40mm，机械清渣e＝15~25mm。污水处理厂前可设粗细二道格栅，粗格栅e＝50~150mm，细格栅e＝15~40mm；当提升泵站前格栅e≦25mm时，泵后可不设格栅。格栅数量：当每日渣量>0.2m3时，一般采用机械清渣，格栅台组数不宜少于2台。若仅为1台时，应另设一条人工清渣格栅备用。格栅安装角度：一般45~75°,对人工清渣，为省力一般角度≦60°；对机械清渣，角度一般60~75°,特殊时为90°；对回转式一般60~90°。流速：栅前渠道流速V＝0.4~0.9m/s，过栅流速0.6~1.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.08～0.15m。流速过大不仅过栅水头损失增加，还可能将已截流在格栅上的栅渣冲过格栅；流速过小栅槽内将发生沉淀。高度：设水深h，格栅水头损失h1，栅前渠道超高h2（一般采用0.3m），则后槽总高度H＝h1＋h2＋h。格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m工作台宽度：人工清渣≧1.2m，机械清渣≧1.5m。栅条断面形状、尺寸：正方形20×20mm；圆形ø=20；长方形10×50mm，迎水面半圆矩形10×50mm。2设计计算（1）栅槽宽度：已知B或Qmax、水深h、流速V，则栅条间隙数：n＝Qmax(sinα)0.5/ehvB＝en＋(n-1)s其中：n－1为栅条数，s为栅条宽度。（2）格栅的水头损失：h1＝kh0其中：k为倍数，一般取3。h0＝ζ·V·sinα/2gζ为阻力系数：ζ＝β(s/e)4/3圆形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半园β＝1.83，迎背面半园β＝1.67。（3）栅槽总高度：H＝h1＋h2＋h，h2为超高。（3）栅槽总长度：L＝L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1/tgα，L1＝(B－B1)/2tgα1L2＝L1/2H1＝h2＋h其中：L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度；α1为渠道展开角，一般20°；B1为进水渠宽度；0.5与1.0为格栅前后的过渡段长度。（4）每日栅渣量：W＝QmaxW1×86400/K总×1000(m3/d)。其中：W1为栅渣量(m3/103m3污水)，一般取0.01～0.1。粗格栅取小值，中格栅取中值，细格栅取大值；K总为生活污水变化系数，见p59表3-3。例题：见p59例3-1。第二节沉淀理论污水中许多悬浮固体的密度比水大，因此，在水中他们可以自然地下沉，利用这一原理进行的废水固液分离过程称为沉淀。一、沉淀分类沉淀是实现固液分离或泥水分离的重要环节，由于沉淀的对象和空间不同，其沉淀形式也各异，根据固体颗粒在沉淀过程中出现的不同物理现象将沉淀过程分为4类。1自由沉淀当SS浓度不高，沉淀过程中颗粒间互不碰撞、呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。2絮凝沉淀水深当SS浓度较高(50~500mg/L)时，沉淀过程中颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。水深3区域沉淀时间因SS过大，沉淀过程中相邻颗粒间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，颗粒群以整体向下速度沉降，并与上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。时间4压缩沉淀颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙水，使污泥得到浓缩。如二沉池泥斗和浓缩池的过程。二、沉淀类型分析1自由沉淀（1）颗粒在水中自由沉淀现象分析当固体颗粒静止处于水中时，要受到两个力的作用：一是它本身的重力，向下；一是水对它的阻力，向上。如果固体颗粒密度比水大，那么它所受的重力将比水大，由于这一外力的推动，颗粒就会自然的向下运动，开始沉淀时，颗粒加速下沉，但颗粒一经开始运动，它就会受到与运动方向相反的阻力作用，该阻力由运动速度产生，且与运动速度正相关，即速度增加，阻力增大，当颗粒下沉速度加速到某一值，使颗粒所受阻力与重力相等时，颗粒便会以此时的下沉速度匀速下沉，直到完成整个自由沉淀过程。（2）颗粒在静水中的自由沉淀速度为研究颗粒在静水中的自由沉淀速度，需要做出如下规定：a颗粒形状为球形；b颗粒处于无限液体中，即其他颗粒和容器壁对其下沉不产生影响；c自由沉淀速度是指匀速时的最终沉淀速度。由牛顿第二定律得：mdu/dt＝F1－F2－F3。F1为重力：F1＝VgρgF2为浮力F2＝VgρyF3为下沉摩擦阻力F3＝CAρyu2/2代入整理得：u＝(ρg－ρy)gd2/18μ，即斯托克斯公式。讨论：颗粒沉速u的决定因素是ρy－ρy。这是颗粒在静水中能够从静止状态变为运动状态的原始推动力。ρg大于ρy，u大于0，颗粒下沉；ρy小于ρy，u小于0，颗粒上浮；ρg=ρy，颗粒随机，不沉不浮。u反比于水的粘滞度，所以同一颗粒在不同水质和水温条件下有不同的值，如水温升高，μ下降，u会增大u与颗粒本身直径的平方成正比，因此，在颗粒沉淀过程中进行适当搅拌或投加絮凝剂，促使颗粒互相碰撞，絮凝而使粒径增大，可获得事半功倍的效果。在推导上述公式时，均假定颗粒为球形，直径为d，但实际上废水中的悬浮固体不可能是球形，一般地说，非球形颗粒比同体积球形颗粒表面积大，因此在沉降过程中将受到大的阻力，使沉降速度比球形颗粒小。（3）沉淀试验与沉淀曲线在废水处理实践中，常常需要做沉淀试验，来求定达到某指定悬浮物固体所相应的沉淀速度。a试验方案：φ80~100mm高度H=1500~2000mm取样1200mm1#2#3#4#5#6#t0C0C0C0C0C0C0t1C11C12C13C14C15C16……tiCi1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6……tnCn1Cn2Cn3Cn4Cn5Cn61#~6#为平行样。b讨论：去除率为ηiηi=[(C0－Ci)/C0]•100%沉速为uiui=H/ti在沉淀试验中取样高度是确定的，根据取样时间ti可计算出相应的沉淀速度，因此可得u-η曲线。根据沉淀试验，同样可以求得沉淀速度和相应的剩余悬浮固体百分数Pi=（Ci/ti）•100%的曲线u-P，根据斯托克斯公式任意ui都可计算出相应的颗粒粒径di，因此从u-P曲线可直接得出d-P曲线，即废水中悬浮颗粒的粒度分布曲线。根据沉淀历时ti，从图上查得的ηi并不是真正可能的悬浮固体去除率，因为在沉淀过程中历时ti取的是取样口以上少量的水样，这样，所以测得的悬浮物浓度Ci代表全部小于di颗粒的总浓度，因而所得的沉淀百分数[(C0－Ci)/C0]•100%只代表大于和等于di的颗粒所占的百分数，然而从悬浮固体去除百分数角度考虑，有些小于ηi在历时ti时间内也会沉到取样口以下。c沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取H以上所有取样口的水样。设水样中的SS浓度为Ci，则出水中的剩余SS的比例为Pi＝Ci/C0，SS实际在ti时的去除率为1－Pi，作P0~ut曲线，凡沉速ut≧u0＝H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1－P0；而沉速ut<u0＝H/t的颗粒能被去除的比例为ut/u0，其在t时刻去除该颗粒的效率为∫ut/u0dp；故总去除率为(1－P0)+∫ut/u0dp。所以η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp。2絮凝沉淀试验思路同前，柱略高略粗，取样口间距500mm，取样时间间隔5或10min，则SS在ti时的去除率为η＝(1－Ci/C0)×100%。记算去除率，并记录于表中（见表3－6）。具体计算见例3-3，首先计算临界沉速，后在图上作中间曲线，找出其与t时刻的交点，计算对应沉速，后计算去除率，η＝η1＋u1/u0(η1－η2）＋u2/u0(η2－η3）＋….三、理想沉淀池原理从上面分析可以看出，沉淀理论与实际沉淀池的运动规律有所差距，为合理表征实际沉淀状态，提出了“理想沉淀池”概念。假设条件：污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。在流入区颗粒沿AB断面均匀分布，并处于自由沉淀状态，其水平分速等于v。颗粒沉到池底即认为被去除。1平流式理想沉淀池平流式理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和底部的污泥区。从图中可以看出，必存在一种从A点进入、以流速为u0的颗粒，最后刚好在出水口D点沉入池底污泥区。根据几何相似原理，则u0/v=H/L，即u0＝vH/L。ut大于u0沉入池底（代表I轨迹的颗粒）；ut小于u0、且在对角线AD以上不能被去除（代表Ⅱ轨迹的颗粒）；ut小于u0、且在对角线AD以下仍可以被去除（代表虚线Ⅱ轨迹的颗粒）。设沉速ut<u0的颗粒质量为dP，则可被沉淀去除的量为ut/u0dP，故总去除率η＝(1－P0)+1/u0∫utdp，用百分数表示为η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp，与前者分析推导结果相同，说明理论上是可行的。讨论：（1）将实际数据Q、L、B、H带入，则颗粒在池内最长沉淀时间为：t＝L/v=H/u0沉淀池容积V＝Qt＝HLB，Q＝HBL/t＝HA/t=Au0所以Q/A=u0＝q。Q/A的物理意义：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，即表面负荷率或溢流率，用q表示(m3/m2s或m3/m2h)。表面负荷的数值等于颗粒沉速u0。（2）沉速ut的颗粒去除率由L/v=h/ut，h＝utL/v则沉速ut为的颗粒去除率为：η＝h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB=ut/Q/A=ut/q=ut/u0。重要结论：平流式理想沉淀池的去除率取决于表面负荷及颗粒沉速ut，而与t无关。2竖流式理想沉淀池自学3实际沉淀池与理想沉淀池的差距自学深度方向水流速度分布不均匀对去除率没有影响。宽度方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主要原因。紊流对去除率的影响：减慢沉速，降低去除率；扰动底部沉淀物，降低去除率。第三节沉砂池功能和任务：去除比重比较大的无机颗粒（ρ≧2.65，d≧0.21mm，或65目的砂），以减轻对设备的磨损，降低或减轻构筑物（沉淀池）的负荷。设置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。常见类型：平流式沉砂池、曝气沉砂池和多尔沉砂池等。设计规范要求：①组数不少于2组，一备一用；②设计流量：自流按最大设计流量设计，提升泵站按工作水泵最大组合流量设计，合流制系统按降雨时的设计流量设计；③沉砂量15~30m3/106m3污水，含水率60％；④砂斗容积≤2日沉砂量，斗壁与水平面倾角≧55°。一、平流沉砂池优缺点：构造简单、处理效果好，但重力排砂时构筑物需高架。1构造入流渠、出流渠、闸板、砂斗组成。2设计参数vmax≤0.3m/s，vmin≤0.15m/s。水力停留时间最大流量时不少于30s，一般30～60s。有效水深h≤1.2m，一般采用0.25~1.0m；池宽≧0.6m。进水头部应采取消能和整流措施。池底底坡一般为0.01~0.02。沉砂池超高不宜小于0.3m。排砂方式：重力排砂，排砂管d≧200mm。对大中型污水处理厂，一般采用机械排砂。3计算公式池长L＝vtv为最大设计流量时的停留时间；水流断面面积A＝Qmax/v；池总宽B＝A/h2h2为设计有效水深；沉砂斗容积V＝86400Qmaxtx1/105K总x1为城市污水沉砂量，取3m3/105m3污水；沉砂池总高度H＝h1＋h2＋h3h1为超高，取0.3m，h3为砂斗高度；检验：按最小流速>0.15m/s进行验算，保证沉掉0.21mm的砂，而不去除有机物。vmin＝Qmin/nωω为单池过水断面面积。二、曝气沉砂池使粘在砂粒上的污泥及有机物更好分离（通过摩擦作用实现），避免泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。送入空气，使无机颗粒甩向外侧而沉淀。预曝气，改善污水水质，减轻散发气味。1构造横断面呈矩形，底坡i＝0.1～0.5，坡向砂槽；砂槽上方设曝气器，器安装高度距池底0.6～0.9m。2设计参数旋流速度：0.25~0.3m/s；水平流速：0.06~0.12m/s；水力停留时间：1~3min；池深2~3m；宽深比1~1.5；长宽比≤5；池长14~20m。曝气量0.1~0.2m3空气/m3污水或3~5m3空气/m2h。3设计计算池总有效容积v＝60Qmaxtt为最大设计流量时的水力停留时间。水平断面面积A＝Qmax/vv为最大设计流量时的水平流速。池总宽B＝A/HH为有效水深。池长L＝V/A。曝气量q=3600DQmaxq为每小时的曝气量，D为单位污水量所需气量。检验水的流态旋流，其旋流速度v＝（v12＋v22）1/2污水每旋转一周推进的距离Lr＝2πrtgφ式中r＝0.5倍池宽，即旋流半径；φ为旋转角，tgφ＝v1/v2。根据试验必须旋转3周（V≤0.35m/s时），能取得较好的效果。故要求v1t＝L≤3Lr。第四节沉淀池一、概述1分类初沉池：一级污水处理的主体构筑物，或作为二级处理的预处理，可去除40～55％的SS、20～30％的BOD，降低后续构筑物负荷。按工艺布置二沉池：生物处理装置后，用于泥水分离，它是生物处理的重要组成部分。经生物处理＋二沉池沉淀后，一般可去除70～90％的SS和65～95％的BOD。平流式按池内水流流态辐流式竖流式2优缺点和适用条件平流式：沉淀效果好，耐冲击负荷与温度变化，施工简单，造价较低。但配水不易均匀，采用多个泥斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管，操作量大；采用链式刮泥设备，因长期浸泡水中而生锈。适用条件：大中型污水处理厂和地下水位高、地质条件差的地区。竖流式：排泥方便，管理简单，占地面积少。但池深大，施工困难，对冲击负荷与温度变化适应能力差，造价高，池径不宜过大，否则布水不均。适于小型污水处理厂。辐流式：机械排泥，运行效果较好，管理较方便，排泥设备已定型。但排泥设备复杂，对施工质量要求高。适于地下水位较高地区和大中型污水处理厂。3一般规定沉淀池数目不应少于2座，宜按并联运行设计。沉淀池的超高h≧0.3m，其缓冲层高度一般采用0.3～0.5m。初沉池应设撇渣设施污泥区容积按≤2d污泥量计算。采用机械排泥时，可按4h泥量计算；人工排泥应按每天排泥量计算初沉池排泥静水头≧1.5m；二沉池排泥静水头为：活性污泥法≧0.9m，膜法≧0.9m。污泥斗斜壁与水平面倾角：方斗≧60°，圆斗≧55°。排泥管d≧200mm，采用多泥斗时应设单独闸阀和排泥管。沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口设调节闸门，以调节流量；出口堰也如此。重力排泥时，污泥斗的排泥管一般采用铸铁管，其下端伸入斗内，顶端敞口，伸出水面，以便与大气连通；在水下0.9～1.5m处接水平排泥管，污泥借静水压力排出。二、平流式沉淀池1构造进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。进水区由侧向配水槽、挡流板组成，起均匀布水的作用。挡板入水深度≧0.25m，高处水面0.15~0.2m，距流入槽0.5~1.0m。出水区由出水槽和挡板组成。流出槽为自由溢流堰，其要求水平，以保证出流均匀，控制沉淀池水位。堰口采用锯齿形，最大负荷≧2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。为改善出水水质，可设多出水槽，以降低出水负荷。缓冲层：避免已沉淀污泥被水流搅起。污泥区：贮存、浓缩和排泥作用。排泥装置与方法：利用进水压力。底坡I＝0.01～0.02；机械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮体含水率为99％，密度接近1，不宜挂起，而只能采用泵抽吸（p80图3-30），目前少用。2设计参数长宽比以3～5为宜，对大型沉淀池宜设导流墙；L/H=8～12，L一般30～50m。采用机械排泥时，池宽应根据排泥设备确定，此时底坡一般0.01～0.02；刮泥机行进速度≤1.2m/min，一般0.6～0.9m/min。表面负荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。3设计计算当无沉淀试验资料时，按沉淀时间与表面负荷计算。池子总面积A＝3600Qmax/q。有效水深h2＝qt。（初沉池t＝1~2h，二沉池1.5~2.5h）沉淀区有效容积V1＝Ah2或Qmaxt沉淀区长度L＝3.6vtv为最大设计流量时的水平流速，一般小于5mm/s。沉淀区总宽度B＝A/L沉淀池座数n＝B/bb为每座宽度，一般5~10m污泥区容积按人算W＝SNt/1000S为每人每天产泥量，取0.3～0.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算W＝Qmax24(C0－C1)100t/r(100－p)＝86400Qmax(C0－C1)100t/Kzr(100－p)池子总高度H＝h1＋h2＋h3＋h4h1为超高，取0.3m；h3为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。h4泥斗区高度。泥斗容积V2＝h4(f1+f2+f10.5f20.5)/3f1为斗上口面积，f2为斗下口面积。有沉淀试验数据因u0＝q，A＝Qmax/q=Qmax/u0h2＝qt=u0t其它计算同前。三、辐流式沉淀池1构造一般为圆形，可分为中心进水周边出水、周边进水周边出水二种。均由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。流入区设穿孔整流板，穿孔率为10~20％。流出区设出水堰，堰前设挡板，拦截浮渣。2设计参数D/H一般取6~12，D≧16m。池底底坡0.05~0.1。采用机械刮泥时，若D≤20m，一般采用单臂中心传动刮泥机；反之采用周边传动刮泥机。刮泥机转速1～3周/h，或外周线速度≤3.0m/min，一般1.5m/min。周边进水的沉淀