水處理I-第二章：水物理處理

1、 第二章第二章 水的物理處理水的物理處理 2.1 2.1 格柵與篩網(wǎng)格柵與篩網(wǎng) 2.2 2.2 沉淀理論沉淀理論 2.3 2.3 沉砂池沉砂池 2.4 2.4 沉淀池沉淀池 2.5 2.5 調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池 2.6 2.6 氣浮氣浮 2.7 2.7 隔油和破乳隔油和破乳 2.8 2.8 離心和磁力分離離心和磁力分離 2.9 2.9 過濾過濾 物理處理對象：漂浮物、懸浮物質(zhì)物理處理對象：漂浮物、懸浮物質(zhì) 物理處理方法和設(shè)備：物理處理方法和設(shè)備： 篩濾截留法篩濾截留法篩網(wǎng)、格柵、濾池與微濾機(jī)等；篩網(wǎng)、格柵、濾池與微濾機(jī)等； 重力分離法重力分離法沉砂池、沉淀池、隔油池與氣浮池等；沉砂池、沉淀池、隔油池與

2、氣浮池等； 離心分離法離心分離法離心機(jī)與旋流分離器等；離心機(jī)與旋流分離器等； 2.1 2.1 格柵和篩網(wǎng)格柵和篩網(wǎng) 2.1.1 2.1.1 格柵格柵(Screen)(Screen) （1 1）作用：）作用：。 （2 2）位置：一般在水泵的集水井之前）位置：一般在水泵的集水井之前 （3 3）分類）分類: : 形狀、間隔、清掃方式形狀、間隔、清掃方式 按形狀按形狀平面格柵：外側(cè)式、內(nèi)側(cè)式平面格柵：外側(cè)式、內(nèi)側(cè)式曲面格柵：固定式、旋轉(zhuǎn)鼓筒式曲面格柵：固定式、旋轉(zhuǎn)鼓筒式按間隔按間隔粗格柵粗格柵 （50-100mm ）中格柵中格柵 （10-40mm ）細(xì)格柵細(xì)格柵 （3-10mm ）按清渣按清渣 方式方

3、式人工清掃：小型污水處理廠人工清掃：小型污水處理廠機(jī)械清掃：移動式、牽引式、回轉(zhuǎn)式機(jī)械清掃：移動式、牽引式、回轉(zhuǎn)式（4 4）格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算）格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算 B 1 1、格柵的間隙數(shù)、格柵的間隙數(shù) n n ehvaQnsinmax式中：式中：Qmax最大設(shè)計(jì)流量，最大設(shè)計(jì)流量，m3/s e柵條間距，柵條間距，m h柵前水深，柵前水深，m v過柵流速，過柵流速，m/s 2 2、柵槽寬度、柵槽寬度 B B B=s(n-1)+en (m ) 式中：式中：B格柵寬度，格柵寬度，m；n格柵間隙數(shù)格柵間隙數(shù); s柵條寬度，柵條寬度，m； 3 3、通過格柵的水頭損失、通過格柵的水頭損失 式中：式中： h2

4、過柵水頭損失，過柵水頭損失，m； h0計(jì)算水頭損失，計(jì)算水頭損失，m； g重力加速度，重力加速度，9.81 m/s2； 阻力系數(shù)阻力系數(shù)，其值與格柵刪條的斷面的，其值與格柵刪條的斷面的幾何形狀幾何形狀有關(guān)有關(guān); 格柵的放置傾角；格柵的放置傾角； k系數(shù)，格柵受污染物堵塞后，水頭損失增大的倍系數(shù)，格柵受污染物堵塞后，水頭損失增大的倍 數(shù)，一般數(shù)，一般k=3；sin22002gvhkhh34ds21dsd格柵的阻力系數(shù)格柵的阻力系數(shù) 的計(jì)算公式的計(jì)算公式 4 4、柵后槽總高度、柵后槽總高度h h總總21hhhH式中：式中：H柵槽總高度，柵槽總高度，m； h柵前水深，柵前水深，m； h1柵前渠道超高

5、，一般柵前渠道超高，一般h1=0.3m。 5 5、柵、柵槽槽總長度總長度L L L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tg 式中：式中： l l1 1進(jìn)水渠道漸寬部分長度，進(jìn)水渠道漸寬部分長度， m;m; b b1 1進(jìn)水渠道寬度，進(jìn)水渠道寬度，m; m; 1 1進(jìn)水渠展開角度，一般進(jìn)水渠展開角度，一般1 1=20=200 0； l l2 2柵槽與出水渠道連接渠的漸縮長度，一般柵槽與出水渠道連接渠的漸縮長度，一般l l2 2=0.5l=0.5l1 1 H H1 1柵前槽高，柵前槽高，m m； 1112tgbBl6 6、每日柵渣產(chǎn)量、每日柵渣產(chǎn)量 W W )/(10008640031maxdmK

6、WQW總式中：式中： W1柵渣量，柵渣量，m3/103m3；(0.01-0.1) K總總生活污水流量總變化系數(shù)。生活污水流量總變化系數(shù)。 【例題分析】【例題分析】2.1.2 2.1.2 篩網(wǎng)篩網(wǎng)(Screen mesh)(Screen mesh) （1 1）作用：去除沉淀法難以去除的細(xì)小懸浮物）作用：去除沉淀法難以去除的細(xì)小懸浮物( (纖維、紙漿、藻類纖維、紙漿、藻類) )（2 2）類型：振動篩網(wǎng)、水力篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)筒篩網(wǎng)；）類型：振動篩網(wǎng)、水力篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)筒篩網(wǎng)；（3 3）篩網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算）篩網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)要去除雜物的粒徑選擇合適的根據(jù)要去除雜物的粒徑選擇合適的篩網(wǎng)孔篩網(wǎng)孔 徑徑；（；（）2.2 2

7、.2 沉淀理論沉淀理論2.2.1 2.2.1 概述概述 污水中的懸浮物質(zhì)，可在重力作用下沉淀去除；污水中的懸浮物質(zhì)，可在重力作用下沉淀去除； 根據(jù)懸浮物質(zhì)的根據(jù)懸浮物質(zhì)的性質(zhì)、濃度及絮凝性能性質(zhì)、濃度及絮凝性能，沉淀分為，沉淀分為4 4種類型：種類型： Industrial water pollution control (Third Edition)Industrial water pollution control (Third Edition);6,;6,;/,322311321yggdFFgdFFtmsmuFFFdtdum顆粒的浮力顆粒的重量沉淀時(shí)間顆粒質(zhì)量顆粒沉速;液體的密度顆粒的密

8、度液體的粘滯度阻力系數(shù)顆粒的直徑面積顆粒在垂直面上的投影ygCdA;2248,2222233uCAudCudCFFyyy受到的摩擦阻力下沉過程中2.2.2 2.2.2 沉淀類型的分析沉淀類型的分析（1 1）自由沉淀）自由沉淀 A A、自由沉淀速率、自由沉淀速率 ( () ) 自由沉淀可用牛頓第二定律，自由沉淀可用牛頓第二定律， ；F1F2F322122318ReRe242Re34:, 0:246)(gduduCdCgudtduudCdgdtdumygyyygyyg層流狀態(tài)顆粒等速下沉?xí)r作用力達(dá)平衡時(shí)層流層流(laminar flow)：當(dāng)流體流動時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)間互相平行，不相干擾。：當(dāng)流體流動時(shí)，

9、各質(zhì)點(diǎn)間互相平行，不相干擾。 紊流紊流(turbulent flow)：流體除了向前流動外，并碎成許多漩渦，而與側(cè)邊的流體混合。：流體除了向前流動外，并碎成許多漩渦，而與側(cè)邊的流體混合。B B、沉淀顆粒去除率、沉淀顆粒去除率 1 1）沉淀實(shí)驗(yàn)：）沉淀實(shí)驗(yàn)： 取取直徑直徑80-100mm80-100mm，高度為，高度為1500-2000mm1500-2000mm的沉淀筒的沉淀筒n n個(gè)；個(gè)； 將已知懸浮物濃度將已知懸浮物濃度C C0 0的水樣，注入各沉淀筒，的水樣，注入各沉淀筒，攪拌均勻后攪拌均勻后實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)； 取樣點(diǎn)設(shè)在水深取樣點(diǎn)設(shè)在水深 H=1200H=1200mmmm處；處； 在沉淀時(shí)間為

10、在沉淀時(shí)間為t t1 1,t,t2 2,t,ti ittn n時(shí)，分別在各取樣筒內(nèi)，取出時(shí)，分別在各取樣筒內(nèi)，取出 取樣點(diǎn)以上的全部水樣，分析各水樣懸浮物的濃度，分別取樣點(diǎn)以上的全部水樣，分析各水樣懸浮物的濃度，分別 為為C C1 1,C,C2 2,C,Ci iCCn n ； 懸浮物的剩余量為懸浮物的剩余量為x x0 0= C= Ci i/ /C C0 0 ，相應(yīng)的去除量為，相應(yīng)的去除量為1- x1- x0 0 ； 制作剩余量制作剩余量x x0 0與與u ui i關(guān)系曲線關(guān)系曲線；000 xtdxuu2 2）顆粒去除率計(jì)算：）顆粒去除率計(jì)算： 若要求去除顆粒的沉速為若要求去除顆粒的沉速為u u

11、0 0=H/t=H/t； u ut t u u0 0 的所有顆粒物均被沉淀去除，去除量為：的所有顆粒物均被沉淀去除，去除量為：1-1- x x0 0； u ut t 500mg/L)500mg/L)； 在水的沉淀過程中，會出現(xiàn)一個(gè)清水和渾水的交界面，沉淀在水的沉淀過程中，會出現(xiàn)一個(gè)清水和渾水的交界面，沉淀 過程也就是交界面的下沉過程；過程也就是交界面的下沉過程； 出現(xiàn)四個(gè)區(qū)（清水區(qū)、等速沉淀區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)）出現(xiàn)四個(gè)區(qū)（清水區(qū)、等速沉淀區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)） 存在一由等速沉降轉(zhuǎn)入壓縮沉降的臨界點(diǎn)；存在一由等速沉降轉(zhuǎn)入壓縮沉降的臨界點(diǎn)；B B、沉降過程曲線、沉降過程曲線 1 1）臨界點(diǎn)圖解近似求

12、解法）臨界點(diǎn)圖解近似求解法 2 2）沉降過程曲線的相似性，與水深無關(guān)；）沉降過程曲線的相似性，與水深無關(guān)；tH1H2A1A2B1B2H1212/OBOBOAOA2.2.3 2.2.3 理想沉淀池原理理想沉淀池原理：分析懸浮顆粒在實(shí)際沉淀池內(nèi)的：分析懸浮顆粒在實(shí)際沉淀池內(nèi)的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律和和沉淀效果沉淀效果；： 流入?yún)^(qū)流入?yún)^(qū)沉淀區(qū)沉淀區(qū)流出區(qū)流出區(qū)ABDCQHhQIIIIIIIVLvutu0污泥區(qū)污泥區(qū)平流理想沉淀池示意圖平流理想沉淀池示意圖EFGutv時(shí)，則顆粒下沉得以去除；時(shí)，則顆粒下沉得以去除； B、當(dāng)顆粒沉速、當(dāng)顆粒沉速u=v時(shí)，顆粒處于隨遇狀態(tài)，時(shí)，顆粒處于隨遇狀態(tài)， 不下沉亦不上升

13、；不下沉亦不上升； C、當(dāng)顆粒沉速、當(dāng)顆粒沉速u4 ；h2/B0.4 池總高度池總高度H H= h1+ h 式中：式中： h1超高，超高，m； h工作水深，工作水深，m； 校核池內(nèi)實(shí)際水平流速校核池內(nèi)實(shí)際水平流速v (2 mm/sv3000): 多用于密度小的微細(xì)懸浮物的分離多用于密度小的微細(xì)懸浮物的分離; IIII、水力旋流器、水力旋流器: : 壓力式水力旋流分離器壓力式水力旋流分離器 重力式水力旋流分離器重力式水力旋流分離器2.7.2 2.7.2 磁力分離磁力分離(Magnetic separation)(Magnetic separation)（1）磁力分離原理）磁力分離原理 。 磁場吸

14、引力磁場吸引力 外力合力外力合力 粒子被磁性物質(zhì)捕獲；粒子被磁性物質(zhì)捕獲；根據(jù)物質(zhì)的磁力性質(zhì)，水中污染物可分為三類：根據(jù)物質(zhì)的磁力性質(zhì)，水中污染物可分為三類： 。(Zn、Cd) ，這類物質(zhì)如，這類物質(zhì)如 錳、銅、鉻錳、銅、鉻等，可用高梯度磁分離裝置除去；等，可用高梯度磁分離裝置除去； 。 （Fe、Co、Ni）（2）磁分離設(shè)備）磁分離設(shè)備 永磁型永磁型 按磁場產(chǎn)生的方法按磁場產(chǎn)生的方法 電磁型電磁型 超導(dǎo)型超導(dǎo)型 磁凝聚器磁凝聚器 按設(shè)備的功能按設(shè)備的功能 磁吸離器磁吸離器 磁過濾器磁過濾器（3）磁分離法的應(yīng)用：）磁分離法的應(yīng)用： 去除鋼鐵工業(yè)廢水中磁性及非磁性懸浮物；去除鋼鐵工業(yè)廢水中磁性及非

15、磁性懸浮物； 去除重金屬離子；去除重金屬離子；2.8 2.8 過濾（過濾（FiltrationFiltration）2.8.1 2.8.1 過濾過濾（1 1）作用）作用 去除微細(xì)顆粒和膠體物質(zhì)，提高出水水質(zhì)；去除微細(xì)顆粒和膠體物質(zhì)，提高出水水質(zhì)； 提高提高BODBOD、CODCOD、細(xì)菌、病毒等的去除率；、細(xì)菌、病毒等的去除率； 強(qiáng)化后續(xù)消毒效果，降低消毒劑用量；強(qiáng)化后續(xù)消毒效果，降低消毒劑用量； 使后續(xù)離子交換、吸附等裝置免于經(jīng)常堵塞；使后續(xù)離子交換、吸附等裝置免于經(jīng)常堵塞；（2 2）位置）位置 給水處理中，過濾置于沉淀池之后，消毒之前；給水處理中，過濾置于沉淀池之后，消毒之前； 廢水深度處

16、理中，過濾置于二沉池之后；廢水深度處理中，過濾置于二沉池之后；有利懸浮物的沉降有利懸浮物的沉降（3 3）過濾機(jī)理）過濾機(jī)理 阻力截留阻力截留 懸浮顆粒懸浮顆粒 空隙變小空隙變小 截污能力提高；截污能力提高； 重力沉降重力沉降 原水通過濾料層時(shí)，濾料表面提供了巨大的沉降面積，原水通過濾料層時(shí)，濾料表面提供了巨大的沉降面積， 形成無數(shù)的小形成無數(shù)的小“沉淀池沉淀池”。 濾料濾料 沉降面積沉降面積 濾速濾速 水流愈平穩(wěn)水流愈平穩(wěn) 接觸絮凝接觸絮凝 吸附作用吸附作用 靜電作用靜電作用截留作用截留作用（4 4）濾池）濾池 過濾時(shí)的水頭損失過濾時(shí)的水頭損失 ;2;2221221剩余水頭出水管內(nèi)流速水頭損失

17、流經(jīng)流量控制閥的水頭的水頭損失流經(jīng)承托層和集水系統(tǒng)流經(jīng)濾料層的水頭損失hgvhhHhgvhhHHtttt ;%1001%100/ )(00000流化床的空隙率靜止濾層的空隙率為流化床高度靜止濾層厚度llllle配水系統(tǒng)配水系統(tǒng) 作用作用 均勻分布反沖洗水于整個(gè)濾池?cái)嗝妫痪鶆蚍植挤礇_洗水于整個(gè)濾池?cái)嗝妫?均勻收集過濾水；均勻收集過濾水； 配水不均原因配水不均原因 配水系統(tǒng)的水力阻抗；配水系統(tǒng)的水力阻抗； 孔眼出水的水力阻抗；孔眼出水的水力阻抗； 承托層的水力阻抗；承托層的水力阻抗； 濾料層的水力阻抗濾料層的水力阻抗 配水系統(tǒng)類型配水系統(tǒng)類型 大阻力配水系統(tǒng)大阻力配水系統(tǒng) （目前主要配水方式）（目

18、前主要配水方式） 小阻力配水系統(tǒng)小阻力配水系統(tǒng) 格柵和篩網(wǎng)格柵和篩網(wǎng): :作用、位置、分類及設(shè)計(jì)作用、位置、分類及設(shè)計(jì)沉淀理論：沉淀理論： 自由、絮凝、成層、壓縮沉淀的特點(diǎn)；自由、絮凝、成層、壓縮沉淀的特點(diǎn)； 自由、絮凝沉淀去除效果的計(jì)算；自由、絮凝沉淀去除效果的計(jì)算； 理想沉淀的基本原理；理想沉淀的基本原理；沉砂池：平流式、曝氣式、豎流式特點(diǎn)及設(shè)計(jì)沉砂池：平流式、曝氣式、豎流式特點(diǎn)及設(shè)計(jì)沉淀池：平流式、豎流式、輻流式、斜流式特點(diǎn)及設(shè)計(jì)；沉淀池：平流式、豎流式、輻流式、斜流式特點(diǎn)及設(shè)計(jì)；調(diào)節(jié)池：作用、位置、類型及設(shè)計(jì)；調(diào)節(jié)池：作用、位置、類型及設(shè)計(jì)；隔油：油的分類、去除；隔油：油的分類、去除；

19、 氣?。夯驹?、工藝類型及相關(guān)設(shè)計(jì)；氣浮：基本原理、工藝類型及相關(guān)設(shè)計(jì)；離心和磁力分離：基本原理；離心和磁力分離：基本原理；過濾：過濾機(jī)理、濾池的主要類型及特點(diǎn)；過濾：過濾機(jī)理、濾池的主要類型及特點(diǎn)； 1、非凝聚性懸浮顆粒在靜置條件下的沉降數(shù)據(jù)列于下表。試、非凝聚性懸浮顆粒在靜置條件下的沉降數(shù)據(jù)列于下表。試確定平流式沉淀池表面負(fù)荷為確定平流式沉淀池表面負(fù)荷為1.8m3/m2.h 的懸浮顆粒去除百分的懸浮顆粒去除百分率。試驗(yàn)用沉淀柱取樣口離水面率。試驗(yàn)用沉淀柱取樣口離水面120cm和和240cm。C表示在時(shí)表示在時(shí)間間t時(shí)由各個(gè)取樣口取出的水樣中所含的懸浮物濃度，時(shí)由各個(gè)取樣口取出的水樣中所含

20、的懸浮物濃度，C0代表代表初始的懸浮物濃度。初始的懸浮物濃度。 2、簡述自由沉淀、絮凝沉淀、擁擠沉淀和壓縮沉淀各有、簡述自由沉淀、絮凝沉淀、擁擠沉淀和壓縮沉淀各有 何特點(diǎn)。何特點(diǎn)。 3、某城市污水處理廠最大設(shè)計(jì)流量、某城市污水處理廠最大設(shè)計(jì)流量0.2m3/s，最小設(shè)計(jì)，最小設(shè)計(jì) 污水量污水量0.1m3/s，總變化系數(shù)，總變化系數(shù)Kz=1.50，試設(shè)計(jì)一平，試設(shè)計(jì)一平 流式沉砂池。流式沉砂池。 4、已知某城市污水處理廠的最大設(shè)計(jì)流量為、已知某城市污水處理廠的最大設(shè)計(jì)流量為0.8 m3/s,， 求曝氣沉砂池的各部分尺寸。求曝氣沉砂池的各部分尺寸。 5、某城市污水處理廠最大設(shè)計(jì)流量、某城市污水處理廠最大設(shè)計(jì)流量Qmax=43200m3/d， 設(shè)計(jì)人口設(shè)計(jì)人口N=250000人，沉淀時(shí)間人，沉淀時(shí)間T取為取為1.5h。擬建。擬建 以鏈帶式刮泥的平流式沉淀池，試設(shè)計(jì)此平流式沉以鏈帶式刮泥的平流式沉淀池，試設(shè)計(jì)此平流式