第十章+污水的物理处理(2).ppt

1、第十章 污水的物理处理 (2),掌握格栅、调节池、平流式沉砂池、沉淀池、平流式隔油池和压力溶气浮上法的工作原理和设计计算 熟悉沉淀的类型和沉淀池的形式。 本章难点：沉淀池的工作原理及斜板（管）沉淀池的设计计算。,本章重点,学时：6 学时,第四节 沉淀池,第五节 隔油和破乳,第六节 气浮法,第四节 沉 淀 池,沉淀池,沉淀池,沉淀池三种流态,平流式,竖流式,辐流式,进水区、出水区的功能是使水流的进入与流出保持平稳，以提高沉淀效率。 沉淀区是沉淀进行的主要场所。 贮泥区贮存、浓缩与排放污泥。 缓冲区避免水流带走沉在池底的污泥。 位于沉淀区与贮泥区之间,沉淀池由五部分组成,缓冲区,沉淀池的运行方式,

2、沉淀池特点与适用条件,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 对于城市污水厂，沉淀池的个数不应少于2只。考虑到1座发生故障，其余工作的沉淀池能够负担全部流量 3.沉淀池的经验设计参数 对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照教材表10-5（P45）的经验参数选用。,沉淀池的一般设计原则及参数,4.沉淀池的构造尺寸 池超高不少于0.3m；有效水

3、深宜采用2.04.0 m；缓冲层高采用0.30.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗宜为60，圆斗宜为55；坡向泥斗的底板坡度，平流沉淀池不宜小于0.01，辐流式沉淀池不宜小于0.05；排泥管直径不小于200 mm。 5.沉淀池出水部分 一般采用堰流, 在堰口保持水平。出水堰的负荷:对初沉池, 应不大于2.9L/(sm); 对二次沉淀池, 不宜大于1.7 L/(sm)。 亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。,沉淀池的一般设计原则及参数,6.贮泥斗的容积 一般按不大于2d的污泥量计算，采用机械排泥的污泥斗可按4 h污泥量计算；活性污泥法后的二沉池，宜按不超过2 h贮泥时间计算，并应有连续排泥措施；生物

4、膜法后的二沉淀池，按4 h污泥量计算。 7.排泥部分 沉淀池一般采用静水压力排泥： 初次沉淀池 排泥静水头不应小于1.5m（H2O）； 生物膜法 的二沉池应不小于1.2m（H2O）; 活性污泥法 的二沉池应不小于0.9m（H2O）； 排泥管直径不应小于200mm。,沉淀池的一般设计原则及参数,平流式沉淀池,进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池 出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。 沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等 锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。,平流式沉淀池的构造及工作特点,为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处

5、需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。 堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。 多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。,平流式沉淀池的构造及工作特点,平流沉淀池的构造及工作特点,平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）,平流沉淀池的构造及工作特点,平流沉淀池的构造及工作特点,平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）,3.沉淀区有效容积V1 或 4.沉淀池长度L 式中：v 最大设计流量时的水 平流速, mm/s; 一般不大于5mm/s。 5.沉淀池总宽度B,平 流 式 沉 淀 池 的 设 计,7.污泥区容

6、积 对于生活污水，污泥区的总容积V： 式中：S 每人每日的污泥量， L/(d人),可参考教材表10-5； N 设计人口数，人； T 两次排泥的时间间隔，d， 初沉池按 2 d，活性污泥法后二沉池按 2h 机械排泥初沉池和生物膜法后二沉池按 4 h,平 流 式 沉 淀 池 的 设 计,9.污泥斗的容积V1 式中:S1 污泥斗的上口面积,m2； S2 污泥斗的下口面积，m2。 10.污泥斗以上梯形部分污泥容 积V2 式中：L1 梯形上底边长, m； L2 梯形上底边长，m。,平 流 式 沉 淀 池 的 设 计,竖流式沉淀池,竖流式沉淀池的工作原理,在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v做竖向流动

7、，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：,当uv时，颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除； 当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉也不上升； 当uv时，颗粒将不能沉淀下来，会被上升水流带走。,竖流式沉淀池的工作原理,当颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果（在相同的表面水力负荷条件下）竖流式沉淀池的去除率要比平流式沉淀池低。,当颗粒属于絮凝沉淀类型时，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，上升颗粒与上升颗粒之间、下沉颗粒与下沉颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。 絮凝颗粒会在沉淀区内形成一个絮凝污泥层， 可网捕拦截污水中的待沉

8、颗粒。,竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。 池径一般采用47 m，不大于10 m 竖流式沉淀池直径（或正方形一边）与有效水深之比一般不大于3,竖流式沉淀池的构造,竖流式沉淀池的中心管,中心管内流速 30mm/s 反射板流出速度 40mm/s 反射板底面距泥面 0.3 m,中心导流筒设计,辐流式沉淀池,辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池周水深1.53.0m。 有中心进水与周边进水两种形式。 沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。,辐流式沉淀池的构造及特点,辐 流 式 沉 淀

9、池 剖 面,中心进水,中心进水，中心导流筒流速大，活性污泥难于絮凝，且与池内水相比，相对密度大，向下流动时动能较高，易冲击池底沉泥,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,辐 流 式 沉 淀 池 剖 面,周边进水,周边进水，进水槽断面较大，槽底孔口较小，布水时水头损失集中在孔口上，故布水比较均匀，但配水渠内浮渣难于排除，容易结壳,辐 流 式 沉 淀 池 剖 面,周边进水,进水挡板下沿深入水面下约2/3深度处，距进水空口有一段较长的距离，有助于水流的均匀分布，且进入沉淀区的流速小得多，有利于悬浮颗粒的沉淀，可提高沉淀池的容积利用率 缺点：如果直径很大，进口的布水和导流装置设计不当，

10、会发生短流现象，严重影响效果,进水槽,底部有孔,出水槽,出水堰,出水堰前挡板,进水挡板,深入水下约3/4水深,辐流式沉淀池刮泥机中心移动系统,斜板（管）沉淀池,斜板（管）沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。 按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来分，斜板（管）沉淀池可分为同向流、异向流和侧向流三种。污水处理中常采用 升流式异向流斜板（管）沉淀池。,斜板（管）沉淀池的构造,设斜管沉淀池池长为L，池中水平流速为V，颗粒沉速为u0，在理想状态下，L/HV/ u0。可见L与V值不变时，池身越浅，可被去除的悬浮物颗

11、粒越小。,浅池理论,若用水平隔板，将H分成3层，每层层深为H/3，在u0与v不变的条件下，只需L/3，就可以将u0的颗粒去除。也即总容积可减少到原来的1/3。 如果池长不变，由于池深为H/3，则水平流速可正加的3v，仍能将沉速为u0的颗粒除去，也即处理能力提高倍。同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。这就是20世纪初，哈真（Hazen）提出的浅池理论。,浅池理论,斜板（管）沉淀池的构造,异向流斜板（管）沉淀池中，斜板（管）与水平面呈60角，长度通常为1.01.2 m，斜板净距（或斜管孔径）一般为80100 mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.71.0m，底部缓冲层高度为1.0m。,斜

12、板（管）沉淀池的构造,斜板（管）沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点，在给水处理中得到比较广泛的应用，在污水处理中常应用于以下几个方面： 原有污水厂的挖潜或扩大处理能力改造时采用； 当污水处理厂的占地受到限制时，可考虑作为初沉池使用 不宜作为二沉池使用,污水处理中的应用,安装中的斜板/斜管沉淀池,斜板/斜管沉淀池运行进程中应防止斜板/斜管上浮,提高沉淀池沉淀效果的有效途径,沉淀池均存在去除率不高的问题， 且占地面积较大，体积庞大,第五节 隔油池,含 油 废 水 的 来 源,油 的 形 态,油 的 形 态,油 的 形 态,油 的 形 态,油 污 染 对 环 境 的 危害,含油废水侵 入

13、土壤孔隙间形 成油膜，产生阻碍作用，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,甚至导 致农作物枯死。,含油废水排 入水体后将在水 面上产生油膜， 阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；好氧微生物分解过程消耗溶解氧，使水体处于缺氧状态，影响鱼类和水生生物生存。,含油废水排 入城镇排水管道，对排水管道、附属设备及城镇污水处理厂都会造成不良 影响。采用生物处理法，石油和焦油含量不得超3050mg/L,否则影响生物正常代谢,废水从池子的一端流入池子，以较低的水平流速流经池子，流动过程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。隔油

14、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。隔油池的池底构造与沉淀池相同。 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。,平流式隔油池,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100150m，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/（m2h)；按停留时间设计时，一般采用2h。,平流式隔油池,斜板隔油池,当油和水相混，又有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不

15、透明的乳状液。 当分散相是油滴时，称水包油乳状液； 当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。,乳化油及破乳方法,乳化油的主要来源,避免乳化-在含油废水产生的地点立即用隔油池进行油水分离，可以避免油的乳化，且可以就地回收油品，降低含油废水的处理费用。 如：石油炼制厂减压塔塔顶冷凝流出的含油废水，立即进行隔油回收，得到的浮油实际上就是塔顶馏分，经过简单的脱水，就是一种中间产品 就地破乳-如果隔油后废水中仍有乳化油，可就地破乳，此时废水的成分比较单纯，容易收到较好的效果。,乳化油及破乳方法,破乳的基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。 投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或

16、油包水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，可借此进行油水分离。 投加盐类、酸类：可使乳化剂失去乳化作用。 投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用。,破乳方法简介,剧烈的搅拌、振荡、转动：使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。 过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。 改变温度：改变乳化液的温度（加热或冷冻）来破坏乳化液的稳定。 某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等。,破乳方法简介,破乳方法选择应以试验为依据。 如：某些石油工业的含

17、油废水，当废水温度升到6575时，可达到破乳效果； 相当多的乳化液，必须投加化学破乳剂，常用的有钙、镁、铝的盐类或无机酸 有的也可用碱（如NaOH）进行破乳 常用的混凝剂也是较好的破乳剂（破乳+混凝）,破乳方法选择,第六节 气 浮 池,水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。 气浮法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。,污水处理技术中，气浮法固-液或液

18、-液分离技术应用的几方面： 石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离; 废水中有用物质的回收;如造纸废水中纸浆纤维及填料的回收 含悬浮固体相对密度接近于1的工业废水预处理; 取代二次沉淀池进行泥水分离，特别适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况; 剩余活性污泥的浓缩。,气浮法的类型,电解气浮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。 电解气浮法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解气浮法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。 电解气浮法主要用于工业废水处

19、理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、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。,电解气浮法,电 解 气 浮 法,分散空气气浮法,优点：简单易行 缺点：微孔易堵塞，气泡较大，气浮效果不高,适用于处理水量不大，而污染物质浓度较高的废水 除油效率可达80%,原理： 在一定的压力下让空气溶解在水中，然后在减压条件下析出溶解空气，形成微气泡,溶解空气气浮法,根据气泡析出时 所处压力不同,加压溶气气浮法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来。 需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备。,真空气浮法：空气在 常压下溶解，真空条件下释放。 优点：无压力设备。

20、缺点：溶解度低，气 泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难。,溶解空气气浮法,真空气浮法,加压溶气气浮法的基本原理,空气在水中的溶解度与压力的关系,空气在水中的 溶解度的表示,加压溶气气浮,空气在纯水中的饱和溶解度,空气在水中的溶解度与温度、压力有关。 在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。 一定温度下，溶解度与压力成正比。,空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。 气泡核的形成过程起决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形

21、成的气泡的直径也就越小，越有利于满足气浮工艺的要求。,加压溶气的两种方式,利用空气压缩机向溶气罐注入空气 存在问题： 填料长膜； 压缩气含油； 调节不便； 时而需放气。,利用射流器向溶气罐注入空气 存在问题： 设备较复杂； 造价偏高。,加压溶气气浮法根据加压溶气水的来源不同，可分为三种基本流程： 全加压溶气流程 部分加压溶气流程 部分回流加压溶气流程,部分加压： 比全加压溶气流程节省电耗，减小了加压溶气水量和溶气罐体积，可节省部分设备； 提供的空气量较少，如提供同样的空气量，需较高的压力,部分回流加压溶气,部分回流加压： 加压溶气水为经过气浮处理的澄清水，对溶气及减压释放过程较为有利 目前最常

22、用的气浮处理流程,水中悬浮颗粒与微小气泡黏附的原理,表面张力： 液体表面分子受到的作用力不平衡，有把表面分子拉向液体内部，缩小液体表面积的趋势，这种力称为表面张力 表面能： 要使表面分子不被拉向液体内部，需克服液体内部分子的吸引力而做功，-表面分子具有更多的能量，称为表面能,亲水颗粒,疏水颗粒,气 泡,界面能E与界面张力的关系如下： 式中： 界面张力系数； S 界面面积。 气泡未与悬浮颗粒粘附前,颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为水-粒1和水-气1，这时单位面积上的界面能之和E1为： （P68） 当气泡与悬浮颗粒粘附后，界面能缩小，粘附面的单位面积上的界面能E2及其缩小值E分别为： 这部分能

23、量差即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所做的功，此值越大，气泡与颗粒粘附得越牢固。 水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关。当三者相对稳定时，三相界面张力的关系式为： 式中：接触角（也称湿润角）。 带入上式得：,上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。 当0时，cos1，E0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。 当180时，cos -1，E2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。 微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式有气-颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹三种形式

24、。,气泡与悬浮颗粒的粘附形式,气体-颗粒吸附： 气体在颗粒表面析出； 浮升气泡与颗粒碰撞 气泡顶托 气泡裹挟,当流态为层流时，即Re1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“颗粒-气泡”复合体的直径； s“颗粒-气泡”复合体的表观密度。 上述公式表明，v上取决于水与复合体的密度差与复合体的有效直径。 “颗粒-气泡”复合体(带气絮体)上粘附的气泡越多，则s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,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类

25、：,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,1.能否使亲水性物质转化为疏水性物质，取决于极性基能否附着在亲水性悬浮颗粒表面 2.与气泡相黏附的强弱，取决于非极性基中碳链的长短,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,化学药剂的投加

26、对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,压力溶气气浮法系统的组成,压力溶气系统,压力溶气系统,压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。 溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。,压力溶气系统,影响填料溶气罐效率的主要因素为： 填料特性 填料层高度 罐内液位高 布水方式 温度,压力溶气系统,填料溶气罐的主要工艺参

27、数为： 过流密度：25005000 m3/(m2d) 填料层高度：0.81.3m 液位的控制高：0.61.0m（从罐底计） 溶气罐承压能力：0.6MPa,填 料,压力溶气系统,加压水泵,压力溶气罐,空气供给设备,附属设备,空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。 溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。 常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放器等。,空气释放系统,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，并使带气絮体与水分离。,目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应

28、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身浅、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2.02.5m，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515min。 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1020mm/s，停留时间应大于60s。,竖流式气浮池的基本工艺参数

29、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。 缺点是气浮池与反应池较难衔接，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,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，并使带气絮体与水分离。,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身浅、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。,竖流式气浮池的基本工