水污染控制工程2課件

1、第十章 污水的物理處理(1) 第一節(jié)第一節(jié) 格柵和篩網(wǎng)格柵和篩網(wǎng) 選用柵條間距的原則：不堵塞水泵和水處理廠、站的處理設(shè)備。格柵的作用 格柵由一組（或多組）相平行的金屬柵條與框架組成，傾斜安裝在進(jìn)水的渠道，或進(jìn)水泵站集水井的進(jìn)口處，以攔截污水中粗大的懸浮物及雜質(zhì)。 作用：去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正常運行。 格柵所截留的污染物數(shù)量與地區(qū)的情況、污水溝道系統(tǒng)的類型、污水流量以及柵條的間距等因素有關(guān)，可參考的一些數(shù)據(jù)：當(dāng)柵條間距為1625mm時，柵渣截留量為0.100.05m3/（103m3污水）；當(dāng)柵條間距為40mm左右時，柵渣截留量為0.030.01 m3

2、/（103m3污水）；柵渣的含水率約為80%，密度約為960kg/m3。人工清除 設(shè)計面積應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，一般不小于進(jìn)水渠道面積的2倍，以免清渣過于頻繁。與水平面傾角：4560機械清除 過水面積一般應(yīng)不小于進(jìn)水管渠的有效面積的1.2倍。與水平面傾角：6070格柵的清渣方法格柵的工作原理XG型旋轉(zhuǎn)式格柵除污機螺旋壓榨細(xì)格柵螺旋壓榨細(xì)格柵GL型格柵除污機齒耙式格柵除污機階梯式細(xì)格柵曝氣沉砂池前細(xì)格柵回轉(zhuǎn)式固液分離機格柵柵條斷面形狀矩形圓形方形 圓形的水力條件較方形好，但剛度較差 目前多采用斷面形狀為矩形的柵條格柵柵條斷面形狀過格柵渠道的水流流速污水過柵條間距的流速一方面泥沙不至于沉積在溝渠底

3、部另一方面截留的污染物又不至于沖過格柵通常采用0.40.9m/s格柵渠道的寬度要設(shè)置得當(dāng)，應(yīng)使水流保持適當(dāng)流速格柵柵條斷面形狀過格柵渠道的水流流速污水過柵條間距的流速為防止柵條間隙堵塞，一般采用0.61.0m/s最大流量時可高于1.21.4m/s漸擴20，沉底大于水頭損失格 柵 的 設(shè) 計 與 計 算格 柵 的 建 筑 尺 寸 1.格柵的間隙數(shù)量n式中：qvmax最大設(shè)計流 量，m3/s； b柵條間距，m； h柵前水深，m； v污水流經(jīng)格柵 的速度，m/s。2.格柵的建筑寬度b式中：B格柵的建筑寬度； s柵條寬度，m。3.柵后槽的總高度h總式中:h柵前水深，m； h2格柵的水頭損失,m； h1

4、格柵前渠道超高， 一般h1=0.3m。nbnsB) 1(21hhhh總)/(sinmaxvvhbqn通過格柵的水頭損失h2的計算：khh02kgvhsin220式中： h0計算水頭損失，m； v污水流經(jīng)格柵的速度，m/s； 阻力系數(shù)，其值與柵條斷面的幾何形狀有關(guān)； 格柵的放置傾角； g重力加速度，m/s2； k考慮到格柵受污染物堵塞后阻力增大的系數(shù)，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。 城市污水一般取0.10.4m。格 柵 的 設(shè) 計 與 計 算格 柵 的 建 筑 尺 寸 4.格柵的總建筑長度L 式中：L1進(jìn)水渠道漸寬部位的長度，m；其中:B1 進(jìn)水渠道寬度m； 1 進(jìn)水渠道

5、漸寬部位的展開角度，一般1=20； L2 格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長度，一般L2=0.5L1 ； H1 格柵前的渠道深度,m。5.每日柵渣量W式中：W1柵渣量， m3/(103m3污水)； KZ生活污水流量總 變化系數(shù)。tg/5.00.1121HLLL111tg2bbL100086400Z1maxvKWqW作用用于廢水處理或短小纖維的回收形式振動篩網(wǎng)水力篩網(wǎng)篩 網(wǎng)填埋焚燒（820以上）堆肥將柵渣粉碎后再返回廢水中，作為 可沉固體進(jìn)入初沉池格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：第二節(jié)第二節(jié) 沉淀的基礎(chǔ)理論沉淀的基礎(chǔ)理論 沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到

6、固液分離的一種過程。 沉淀處理工藝的四種用法 沉砂池：用以去除污水中的無機易沉物。初次沉淀池：較經(jīng)濟(jì)地去除，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機負(fù)荷。二次沉淀池：用來分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。污泥濃縮池：將來自初沉池及二沉池的污泥進(jìn)一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構(gòu)筑物的尺寸及處理費用等。自由沉淀 懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨進(jìn)行沉淀, 顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中,顆粒的物理性質(zhì)不變。發(fā)生在沉砂池中。根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類型 懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大

7、而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉速是變化的?；瘜W(xué)絮凝沉淀屬于這種類型。絮凝沉淀區(qū)域沉淀或成層沉淀壓縮沉淀 懸浮顆粒濃度較高（5000mg/L以上）；顆粒的沉降受到周圍其他顆粒的影響，顆粒間相對位置保持不變，形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。 懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。自由沉淀及其理論基礎(chǔ) 分析的假定沉淀過程中顆粒的大小、形狀、質(zhì)量等不變顆粒為球形 顆粒只在重力作用下沉

8、淀，不受器壁和其他顆粒影響 靜水中懸浮顆粒開始沉淀時, 因受重力作用產(chǎn)生加速運動,經(jīng)過很短的時間后,顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力平衡時, 顆粒即等速下沉懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力時，下沉；重力等于浮力時，相對靜止；重力小于浮力時，上浮。1.懸浮顆粒在水中受到的 力Fg Fg是促使沉淀的作用力， 是顆粒的重力與水的浮力之差： 式中：Fg水中顆粒受到的作 用力； V顆粒的體積； S顆粒的密度； L水的密度； g重力加速度。 2. 水對自由顆粒的阻力式中：FD水對顆粒的阻力； 阻力系數(shù)； A自由顆粒的投影 面積； uS顆粒在水中的運 動速度，即顆粒 沉速。懸 浮 顆 粒 在 水 中

9、 的 受 力 分 析)(LSLSggVgVgVF)2/(2SLDuAF球狀顆粒自由沉淀的沉速公式 當(dāng)顆粒所受外力平衡時，DgFF2/1LSSL3)(4dgu即)2/()(2SLLSuAgV234161dAdV，因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的繞流速度亦小時，顆粒主要受水的黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計，顆粒運動是處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，=24/Re，帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運動公式（亦稱斯托克斯定律）：2LSS181dgu式中:水的動力黏度。由上式可知，顆粒沉降速度us與下述因素有關(guān)：2LSS181dgu斯托克斯定律:當(dāng)s大于L時，

10、s-L為正值，顆粒以us下沉；當(dāng)s與L相等時，us=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；s小于L時，s-L為負(fù)值，顆粒以us上浮，可用浮上法去除。us與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。us與成反比，隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。沉淀池的工作原理理想沉淀池 分為：進(jìn)口區(qū)域、沉淀區(qū)域、出口區(qū)域、污泥區(qū)域四個部分沉淀區(qū)過水?dāng)嗝嫔细鼽c的水流速度均相同，水平流速為v；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為u；在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個過水?dāng)嗝嫔?；顆粒一經(jīng)沉到池底，即認(rèn)為已被去除。理想沉淀

11、池的幾個假定：由上述假定得到的懸浮顆粒自由沉降跡線：式中：v顆粒的水平分速； Qv進(jìn)水流量； A沉淀區(qū)過水?dāng)嗝?面積， Hb； H沉淀區(qū)的水深； b沉淀區(qū)寬度。當(dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度u一方面隨著水流在水平方向流動，其水平流速v等于水流速度顆粒運動的軌跡為其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀過程中，是一組傾斜的直線，其坡度i=u/v)/(/bHQAQvvv 設(shè)u0為某一指定顆粒的最小沉降速度。當(dāng)顆粒沉速uu0時，無論這種顆粒處于進(jìn)口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即左上圖中的跡線xy與xy。當(dāng)顆粒沉速uu0時，位于水面的

12、顆粒不能沉到池底，會隨水流出，如左下圖中軌跡xy所示；而當(dāng)其位于水面下的某一位置時，它可以沉到池底而被去除，如圖中軌跡xy所示。 說明對于沉速u小于指定顆粒沉速u0的顆粒，有一部分會沉到池底被去除。 在同一沉淀時間t，下式成立：故 對于沉速為u1（u1u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為： 而沉淀池能去除的顆粒包括uu0以及 u1u0的兩部分，故沉淀池對懸浮物的去除率為：tuHtuh01；00010001d1d/uuPuuPuu0000d1)1 (uPuuPPHhd 設(shè)沉速為u1的顆粒占全部顆粒的dP，其中的 的顆粒將會從水中沉到池底而去除。01/uuHhPuuPHhdd01式中：P0

13、沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的比例； （1-P0）沉速u0的顆粒去除率。 上頁圖的運動跡線中的相似三角形存在著如下的關(guān)系： 將上式帶入式中 并簡化后得出 Qv/A反映沉淀池效力的參數(shù)，一般稱為沉淀池的表面負(fù)荷率，或稱沉淀池的溢流率，用符號q表示： 理想沉淀池中，u0與q在數(shù)值上相同，但它們的物理概念不同：u0的單位是m/h；q表示單位面積的沉淀池在單位時間內(nèi)通過的流量，單位是m3/（m2h）。故只要確定顆粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的溢流率或表面負(fù)荷率。 理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積A有關(guān)，與池深H無關(guān)，即與池的體積V無關(guān)。HLuv/0)/(0HLuvAQq/vbHQ

14、AQv/vvAQu/v0AubHHLuQ00v)/(第三節(jié)第三節(jié) 沉沉 砂砂 池池沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的幾種形式 從污水中去除砂子、煤渣等密度較大的無機顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行 平流式、豎流式、曝氣沉砂池、旋流式沉砂池、Doer沉砂池等 以重力或離心力分離為基礎(chǔ)，即將進(jìn)入沉砂池的污水流速控制在只能使相對密度大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒則隨水流帶走沉砂池工程設(shè)計中的設(shè)計原則與主要參數(shù)城市污水廠一般均設(shè)置沉砂池，并且沉砂池的個數(shù)或分格數(shù)應(yīng)不 小于2；工業(yè)污水是否要設(shè)置沉砂池，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況而定。設(shè)計流量應(yīng)按分期建設(shè)考慮： 最大時流量、最大組合流量、合流制流量

15、沉砂池去除的砂粒相對密度為2.65，粒徑為0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3計算，其含水率約為60%，容重約1500kg/m3。貯砂斗的容積應(yīng)按2d沉砂量計算，貯砂斗壁的傾角不應(yīng)小于55,排砂管直徑不應(yīng)小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。 平流式沉砂池是一種最傳統(tǒng)的沉砂池，它構(gòu)造簡單，工作穩(wěn)定。 平流式沉砂池污水在池內(nèi)的最大流速為0.3m/s，最小流速為0.15m/s；最大流量時，污水在池內(nèi)的停留時間不少于30s，一般為3060s；有效水深應(yīng)不大于1.2m，一般采用0.251.0m，池寬不小于0.6m；池底坡度一般為0.010.02，當(dāng)設(shè)置除砂設(shè)備時，可

16、根據(jù)除砂設(shè)備的要求，考慮池底形狀。 平流式沉砂池的系統(tǒng)參數(shù) 3.池總寬度B 式中： h2設(shè)計有效水深。 4.貯砂斗所需容積V式中: X城市污水的沉砂量, 一般采用30m3/(106m3污水） T排砂時間的間隔,d; kz 生活污水流量的總 變化系數(shù)。平流式沉砂池的計算公式 1.長度L 式中：v最大設(shè)計流量時 的速度，m/s； t最大設(shè)計流量時 的停留時間,s。 2.水流斷面面積A式中：Qvmax最大設(shè)計流 量，m3/s。vtLvQA/max2/ hAB 6z1086400maxkTXQV 7.池總高度h式中: h1超高，m； h2有效水深,m; h3貯砂斗高度,m。8.核算最小流速vmin 式

17、中:qvmin設(shè)計最小流量， m3/s； n1最小流量時工作 的沉砂池數(shù)目; Amin 最小流量時沉砂 池中的水流斷面 面積，m2。平流式沉砂池的計算公式 5.貯砂斗個部分尺寸計算 設(shè)貯砂斗底寬b1=0.5m；斗壁與水平面的傾角為60；則貯砂斗的上口寬b2為： 貯砂斗的容積V1： 式中: h3 貯砂斗高度，m； S1，S2 貯砂斗上口和下口 的面積。6.貯砂室的高度h3 設(shè)采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，則：13260tg2bhb)(21213311SSSShV321hhhhmin1minvmin/Anqv2/) 2(06.006.023233bbLhlhh沉砂中含有機物的量低于5%

18、；由于池中設(shè)有曝氣設(shè)備，它還具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、除泡以及加速污水中油類的分離等作用。曝氣沉砂池的特點：曝氣沉砂池是一個長形渠道，沿渠道壁一側(cè)的整個長度上，距池底約6090cm處設(shè)置曝氣裝置；在池底設(shè)置沉砂斗，池底有i=0.10.5的 坡度，以保證砂?；肷安郏粸榱耸蛊貧饽芷鸬匠貎?nèi)回流作用，在必要時可在設(shè)置曝氣裝置的一側(cè)裝設(shè)擋板。曝氣沉砂池的構(gòu)造：曝氣沉砂池剖面示意曝氣沉砂池的工作原理 污水在池中存在著兩種運動形式，其一為水平流動（一般流速0.1m/s），同時在池的橫斷面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動（旋轉(zhuǎn)流速0.4m/s ），整個池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋狀前進(jìn)的流動形式。 由于曝氣以及水流的螺旋旋轉(zhuǎn)作用，污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦，并受到氣泡上升時的沖刷作用，使粘附在砂粒上的有機污染物得以去除，沉于池底的砂粒較為純凈，有機物含量只有5%左右，長期擱置