第四章污水的物理處理

第四章污水的物理處理第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五按格柵柵條的凈間隙，可分為：粗格柵：50～100mm；中格柵：10～40mm；細(xì)格柵：3～10mm。第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五人工清除設(shè)計(jì)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：30o~45o機(jī)械清除柵渣量大于0.2m3/d，過水面積一般應(yīng)不小于進(jìn)水管渠有效面積的1.2倍。與水平面傾角：60o~70o格柵的清渣方法第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五過格柵渠道的水流流速一方面泥沙不至于沉積在溝渠底部另一方面截留的污染物又不至于沖過格柵通常采用0.4~0.9m/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)流速污水過柵條間距的流速第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五污水過柵條間距的流速為防止柵條間隙堵塞一般采用0.6~1.0m/s最大流量時(shí)可取0.8~1.0m/s，平均設(shè)計(jì)流量時(shí)為0.3m/s漸擴(kuò)α1＝20°第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算計(jì)算內(nèi)容：包括尺寸計(jì)算、水力計(jì)算、

柵渣量計(jì)算、清渣機(jī)械選用。第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1.格柵的間隙數(shù)量n可由下式?jīng)Q定：式中：Qmax-最大設(shè)計(jì)流量，m3/s；

e-柵條間距，m；

h-柵前水深，m；最高0.5m

v-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s

α-格柵傾角2.格柵的建筑寬度B由下式?jīng)Q定式中：B-格柵的建筑寬度，ms-格條寬度，m3.柵后槽的總高度H由下式?jīng)Q定

式中：h-柵前水深，m；

h1-格柵的水頭損失，m；

h2-格柵前渠道超高，一般取0.3m。第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五通過格柵的水頭損失h1的計(jì)算：

h0-計(jì)算水頭損失，m；

v-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s；ξ-阻力系數(shù)，當(dāng)為矩形斷面時(shí)，β=2.42；α-格柵的放置傾角；

g-重力加速度，m/s2；

k-考慮到由于格柵受污染物堵塞后，格柵阻力增大的系數(shù)，可用式：k=3.36~1.32求定，一般采用k=3。格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五格柵的建筑尺寸4.格柵的總建筑長度L由下式?jīng)Q定

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；

α1-進(jìn)水渠道漸寬部位的展開角度，一般α1=20°；H1-格柵前的渠道深度，ml2-格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長度,一般l2=0.5l1

。5.每日柵渣量W由下式?jīng)Q定式中：

W1-柵渣量，m3/103m3污水，取0.1~0.01;

K總-生活污水流量總變化系數(shù)(表3-3)。第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五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16~25mm時(shí)，柵渣截留量為0.10~0.05m3/103m3污水；當(dāng)柵條間距為40mm左右時(shí)，柵渣截留量為0.03~0.01m3/103m3污水；柵渣的含水率約為80%，密度約為960kg/m3。第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五填埋焚燒（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：第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，即在重力作用下沉淀去除，以達(dá)到固液分離的一種物理過程。沉淀處理工藝的四種用法

沉砂池：用以去除污水中的無機(jī)易沉物初次沉淀池：較經(jīng)濟(jì)的去除懸浮有機(jī)物，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷，保證后續(xù)處理設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(fèi)用等。第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五時(shí)間固液分界面高度第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五1.懸浮顆粒的重力F1F1---顆粒的重力，是促使沉淀的作用力

式中：

V-顆粒的體積；

ρg-顆粒的密度；

g-重力加速度。2.水對自由顆粒的浮力為：ρy-液體的密度3.下沉過程受到的摩擦阻力：

C-阻力系數(shù)；

A-自由顆粒的投影面積；

u-顆粒在水中的運(yùn)動速度，即顆粒沉速。懸浮顆粒在水中的受力分析第十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五球狀顆粒自由沉淀的沉速公式自由沉淀可由牛頓第二定律表達(dá)：得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當(dāng)受力達(dá)到平衡后：第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五當(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(shí)，顆粒主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動是處于層流狀態(tài)。若在層流狀態(tài)下，C=24/Re，,帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動公式（亦稱斯托克斯定律）：μ是水的動力粘度。第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五由上式可知，顆粒沉降速度u與下述因素有關(guān)：斯托克斯定律當(dāng)ρg>ρy時(shí)，顆粒以速度u下沉；當(dāng)ρg與ρy相等時(shí)，u=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；ρg<ρy時(shí)，顆粒以速度u上浮。u與顆粒直徑d2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。u與μ成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五水流狀態(tài)：層流狀態(tài)：Re<1時(shí)，——Stokes式過渡狀態(tài)：1<Re<103

時(shí)，——Fair式紊流狀態(tài)：103<Re<105時(shí)，λ=0.44——Newton式第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五例題:

油珠的直徑為80微米，密度為0.8克/厘米3，水溫20℃，計(jì)算油珠在水中的浮升速度。解：油珠直徑d=0.008厘米，20℃時(shí)水的粘滯系數(shù)μ=O.0101克/厘米·秒。代入斯托克斯方程（stocks方程）：則：（厘米/秒）由μ計(jì)算雷諾數(shù)Re

上述計(jì)算符合斯托克斯定律。第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五注意：

應(yīng)用斯托克斯公式要求圍繞顆粒的水流呈層流狀態(tài)，顆粒呈圓球形等，因此有很大局限性，通常并不以它來計(jì)算顆粒的沉速，可是它有助于理解影響沉速或上浮速度的諸因素。

在實(shí)際工作中，一般通過觀測顆粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒徑(一般用于探求d<0.1毫米的顆粒)。當(dāng)然，所求得的粒徑只是名義上的尺寸，因?yàn)轭w粒往往不是球形。第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五地面水中投加混凝劑后形成的礬花，或者生活污水中的有機(jī)性懸浮物，或者活性污泥等，在沉降過程中，絮狀體互相碰撞凝聚，使顆粒尺寸變大，因此沉速將隨深度而增加，如下圖中2曲線所示。自由沉淀與絮凝沉淀的軌跡

l一離散顆粒，2一絮凝顆粒因此，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度，而且與深度有關(guān)。所以試驗(yàn)用的沉淀柱的高度應(yīng)當(dāng)與擬采用的實(shí)際沉淀池的高度相同，而且要盡量避免礬花因劇烈攪動造成破碎，影響沉淀效果。絮凝沉淀理論1第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)水中的懸浮物濃度較高時(shí)，在沉降過程中，會產(chǎn)生顆粒彼此干擾的擁擠沉淀現(xiàn)象。沉淀的顆?？梢允悄垡院蟮牡\花，或是曝氣池出流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙。擁擠沉淀的特點(diǎn)：在沉淀過程中，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，因此也稱成層沉淀。擁擠沉淀理論第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五污泥開始沉淀時(shí)，沉淀柱中污泥濃度是均勻一致的。沉淀一段時(shí)間后，在下沉的污泥與上層澄清液之間出現(xiàn)明顯的分界面(界面1-1)，位于澄清液層A下面的稱為受阻沉降層B。在此層中若取樣分析，將發(fā)現(xiàn)污泥濃度是均勻一致的，并且具有一定的均勻沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五在形成界面1-1及受阻沉降層的同時(shí)，在沉淀柱底部懸浮固體開始壓縮，出現(xiàn)壓縮層D。在此層中懸浮固體的濃度也是均勻的，該層與其鄰層的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。在受阻沉降層與壓縮層之間有一過渡層C，在此層中由于泥層逐漸變濃，界面的沉降速度逐漸減小。第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)沉淀時(shí)間繼續(xù)延長，界面1-1以勻速下沉，界面2-2以勻速上升。到t=t2時(shí)，界面1-l與2-2相遇，B、C兩層消失了，只剩下A和D層，此時(shí)污泥具有一均勻濃度C2,稱之為臨界濃度。接著壓縮開始，D層高度逐漸減小，但很緩慢，因?yàn)楸粔嚎s出來的水必須從不斷減小的顆粒間空隙流出，最后直到完全壓實(shí)為止，污泥濃度為Cu。第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五下圖表明界面位置隨時(shí)間變化的情況。各層的沉降速度均可由沉降曲線上各點(diǎn)的切線斜率繪出，例如達(dá)到臨界濃度C2時(shí)的界面沉速為v2。

AB及CD都為直線，B至C為過渡區(qū)，沉速逐漸減小。C至D所需的壓縮時(shí)間很長。緩慢的攪拌有利于壓縮，使擠壓出來的水較易從污泥空隙中流出來。

在連續(xù)流的沉淀池中，因?yàn)椴粩嘤行碌奈勰噙M(jìn)入，不斷由上部溢流澄清水及底部排出濃縮污泥，因此A、B、C、D各層均將保留著。第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五污水在池內(nèi)沿水平方向等速流動，水平流速為v，從入口到出口時(shí)間為t；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，顆粒的水平分速等于水的水平流速v；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(gè)過水?dāng)嗝嫔希幱谧杂沙恋頎顟B(tài)；顆粒一經(jīng)沉到池底，即認(rèn)為已被去除。理想沉淀池的幾個(gè)假定：理想沉淀池原理第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五當(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(yùn)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，其坡度為i=u/v。必然存在某一粒徑沉速為u0的顆粒，剛好能沉至池底第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)顆粒沉速u≥u0時(shí)，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。當(dāng)顆粒沉速u<u0時(shí)，位于水面的顆粒不能沉到池底，會隨水流出，如圖中軌跡II所示；而當(dāng)其位于水面下的某一位置時(shí)，它可以沉到池底而被去除，如圖中II虛線軌跡所示。

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。第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

在同一沉淀時(shí)間t，下式成立：故對于沉速為u1（u1<u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：

設(shè)沉速為u<u0的顆粒占全部顆粒的dP%，其中的顆粒將會從水中沉到池底而去除。P0為沉速小于u0的顆粒占全部懸浮顆粒的比值。第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五而沉淀池能去除的顆粒包括u≥u0以及u<u0的兩部分，故沉淀池對懸浮物的去除率為：式中：P0-沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分?jǐn)?shù)；

（1-P0）沉速≥u0的顆粒去除百分?jǐn)?shù)。第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

圖3-13的運(yùn)動跡線中存在著如下的關(guān)系：

將上式帶入式

A’為沉淀池過水?dāng)嗝婷娣e，A為沉淀池表面積，單位m2。

Q/A的物理意義-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，或稱沉淀池的過流