水污染控制工程：第10章-污水的物理处理课件.ppt

第第第第10101010章章章章 污水的物理处理污水的物理处理污水的物理处理污水的物理处理大纲大纲(outline)1.1.格栅格栅(Screens)2.2.沉淀的基础理论沉淀的基础理论(basic theory of sedimentation)3.3.沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池(Grit chamber&Settling tank)4.4.隔油池和气浮池隔油池和气浮池(oil separator&flotation tank)水污染控制技术概述水污染控制技术概述Outline of wastewater treatment technology(1)一级处理一级处理（Primary treatment）物理法物理法（physical unit operation）：）：过滤、沉淀、气浮、离心分离；(2)二级处理二级处理（Secondary treatment）生物法生物法（biological unit operation）：）：好氧生物处理、厌氧生物处理；(3)三级处理三级处理（Tertiary treatment/advanced treatment）化学法化学法（chemical unit operation）：）：化学沉淀、混凝、中和、氧化还原；物理化学法物理化学法（physical-chemical unit operation）：）：萃取、吸附、离子交换、膜法。回顾：沉淀池的工作原理回顾：沉淀池的工作原理(ideal settling tank)设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的h/H*dP%颗粒将会从水中沉淀到池底而去除。同一沉淀时间：对于沉速为u1(u1 4,L/h2=8-12；此外，水流速度（flow velocity）的控制也很重要：适宜范围：10-25 mm/s（给水）v 4,L/h2=8-12h.缓冲层高缓冲层高(height of buffering zone)缓冲层h3=0.3-0.5m,超高h1=0.3mi.污泥区计算：容积污泥区计算：容积Vw 已知污水SS浓度及去除率时:W：每日污泥量；C1、C2：原水与出水SS浓度；P：污泥含水率 处理生活污水（处理生活污水（domestic sewage）时：）时：S 每人每日产生的污泥 量,0.3-0.8L/人.d N设计人口数 T 污泥清除间隔时间 Vw=SNT/1000H=h1+h2+h3+h4(污泥区高度)j.沉淀区总高度沉淀区总高度(total height of settling zone)k.污泥区尺寸计算污泥区尺寸计算(dimension of solid storage zone)贮泥斗容积V1和梯形部分容积V24.2 竖流式沉淀池竖流式沉淀池(vertical-flow ST)特点：特点：池型多为圆形(circular)，废水从池中央的中心管(central tube)进入，从中心管的下端经过反射板(baffle-board)后均匀缓慢的分布在池的横断面上，污水以一定流速作向上作竖向运动，出水堰口(outlet weir)设置在池面或池墙四周(periphery of the tank)。n工作原理：悬浮颗粒三种三种运动状态(flow patten)：当颗粒沉速uv（上升速度）时，则颗粒以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；当u=v时，颗粒处于随机状态，不下沉也不上浮；当uv时，颗粒不能沉淀下来将随水流走。当颗粒属于自由沉淀（discrete particle setting）时，其沉淀去除效果要比平流式沉淀池差。当颗粒属于絮凝沉淀（絮凝沉淀（flocculation settling）时，池中就会出现上升颗粒与下降颗粒、上升颗粒与上升颗粒之间、下降颗粒与下降颗粒之间相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒沉淀。4.2 竖流式沉淀池竖流式沉淀池(vertical-flow ST)1)构造构造（structure）圆形或正方形,直径或边长 4-7m,不大于 10 m 沉淀池呈圆柱形(circular),污泥斗为倒锥体(inverted cone),=4560 等 污泥管直径:200mm 中心管(center tube)内流速v0=30mm/s 喇叭口直径及高度为中心管直径的1.35倍;反射板直径为喇叭口直径的1.30倍,与水平倾角为17，底距泥面至少0.3米.喇叭口与反射板之间的v1(对于初沉池=30mm/s,对于二沉池=20mm/s)D/h2=3,以保证水自下而上做垂直流动;排排泥泥（discharge of solids）：竖流式沉淀池可用静水压力排泥(hydraulically),不必用机械刮泥设备,但池深较大,故一般适用于中小型污水处理厂.竖流式沉淀池可用作二沉池，污泥浓缩池。2)设计计算（设计计算（design and calculation）v0d0d1=1.35d01.35d0v1h30.25 0.5md2=1.3d117a.中心管直径与面积中心管直径与面积面积f1=Qmax/v0(m2)直径d0=(4f1/)1/2 (m)Qmax:每个池的最大设计流量,m3/s v0:中心管内流速,m/sb.沉淀池的有效沉淀高度沉淀池的有效沉淀高度,即中心管高度即中心管高度h2h2=vt(m)Qmax:每个池的最大设计流量,m3/s v:污水在沉淀区的上升流速,m/s,如有资料,v=u(拟去除的最小颗粒的沉速)如无资料,v=0.5-1.0mm/s(实际为表面负荷)c.中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3h3=Qmax/(v1d1)(m)d1h3:表面积 v1:间隙流出速度,一般=30mm/s d1:喇叭口直径,md.沉淀池总面积和池径沉淀池总面积和池径(total area and diameter)沉淀区面积f2=Qmax/v(m2)沉淀池面积(含中心管)A=f1+f2(m2)沉淀池直径 D=(4A/)1/2(m)校核:D/h2=3e.缓冲层高缓冲层高(height of buffering zone)h4=0.3m f.污泥斗高污泥斗高(height of solid hopper)h5=(R-r)tg g.沉淀池总高度沉淀池总高度(total height of the tank)H=h1+h2+h3+h4+h54.3 辐流式沉淀池辐流式沉淀池(radial flow ST)n特点：池型多呈圆形(circular)。池型、进出口布置与竖流池相同，但池径与池深之比远大于竖流池，是一种大型沉淀池，水流在池中央呈水平方向向四周辐射流动(radial flow)，泥斗设在池中央，池底向中心倾斜，污泥通常用刮泥(或吸泥)机械排出。n构造特点：进水槽(influent weir)端面较大，布水比较均匀。n可分为普通辐流式沉淀池（中心进水central inflow，周边出水peripheral outflow）和向心辐流式沉淀池（周边进水，中心出水；周边进水，周边出水 peripheral inflow-outflow）辐辐 流流 式式 沉沉 淀淀 池池 剖剖 面面 中中心心进进水水周周边边进进水水可用作初沉池（primary）和二沉池（secondary clarifier）。尺尺寸寸（dimension）:池型呈圆形或正方形,直径或边长6-60m，最大可达100m，池周水深1.53.0m,池底坡度一般0.05。布水（布水（flow distribution）:穿孔档板，穿孔率：1020%污污泥泥贮贮存存时时间间（solid detention time）:一般为4h(机械刮泥)；旋转刮泥机：23转/h。排泥（排泥（solid removal）:真空吸泥机或静水压力排泥。出出水水堰堰（effluent weir）：锯齿堰（V-notch），堰前设档板，拦截浮渣。适用（适用（application）：大水量，但占地大，机械维修，配水条件差2)设计计算设计计算（design and calculation）a.设计表面负荷设计表面负荷q 初沉池：24 m3/m2.h 二沉池：1.53.0 m3/m2.h b.每座沉淀池表面积每座沉淀池表面积(surface area)和直径和直径(diameter)A1=Qmax/nq n:池子个数 一般3050 m(660 m)c.有效水深有效水深(depth)h2=qt t：沉淀时间，一般用1.02.0 h D/h2=612 此处校核 d.沉淀池总高度沉淀池总高度(total height)H=h1+h2+h3+h4+h5 h1:保护高度，取保护高度，取0.3 m；h2：有效水深；：有效水深；h3：缓冲层高；：缓冲层高；h4：池底坡落差；：池底坡落差；h5：污泥斗高：污泥斗高 向心幅流式（向心幅流式（centripetal radial flow）向心式的表面负荷（向心式的表面负荷（surface loading rate）可提高约）可提高约1倍。倍。平流平流 辐流辐流 竖流竖流 水力负荷(m3/m2s)1 3 2 4 1.8 3.6 总高度 小 小 大 占地 大 大 小 管理 简单 复杂 简单 适用范围 大中小流量 大流量 中小流量三种沉淀池的比较三种沉淀池的比较1)前三种沉淀池的缺点：前三种沉淀池的缺点：去除率不高；去除率不高；池体大池体大、深、深,占地面积大。占地面积大。2)改善的途径：改善的途径：改善水中颗粒的沉降性能改善水中颗粒的沉降性能(混凝、预曝气、回流污混凝、预曝气、回流污泥）泥）改进沉淀池的构造改进沉淀池的构造（斜板沉淀池）（斜板沉淀池）沉淀性能的改进与强化沉淀性能的改进与强化n工作机理：浅池理论“shallow tank theory”池长为L，池深为H，池中水平流速（horizontal velocity）为v，颗粒沉速（settling velocity）为u0的沉淀池中，在理想状态下，L/H=v/u0。L与v值不变时，池深H越浅，可被沉淀去除的悬浮物颗粒（SS）u0也越小。若用水平隔板，将H分为3等层，每层深H/3，在u0与v不变的条件下，则只需L/3，就可将沉速为u0的颗粒去除，也即总容积可减小到1/3。如果池长L不变，由于池深为H/3，则水平流速可增加到3v,仍能将沉速为u0的颗粒沉淀掉，也即处理能力可提高3倍。把沉淀池分成n层就可把处理能力提高n倍。这就是20世纪初，哈真(Hazen)提出的浅池沉淀理论。4.4 斜板沉淀池（斜板沉淀池（Inclined-plate ST）n构造构造(structure)：为了解决沉淀池的排泥问题，浅池理论在实际应用时，把水平隔板改为倾角(inclined angle)为a的斜板斜板(inclined plate)或斜管斜管(inclined tube)。n分类分类(categories)：按水流方向与颗粒沉淀方向间的相对关系分为：a.侧向流(lateral flow)斜板（管）沉淀池;b.同向流(cocurrent flow)斜板（管）沉淀池;c.逆（或异）向流(Reverse Flow)斜板（管）沉淀池。n设计计算（设计计算（p55）4.4 斜板沉淀池（斜板沉淀池（Inclined-plate ST）第第5节节 隔油和破乳隔油和破乳5.oil separation and demulsificationn废水中油类污染物的3种状态：呈悬浮状态的可浮油(floatable oil)，呈乳化状态的乳化油(emulsified oil)，呈溶解状态的溶解油(soluble oil).n隔油池（oil separator）：利用油水比重差将可浮油从水中分离的装置；分平流式和斜流式(inclined flow)；去除效率70%80%。n破乳（demulsification）：投加乳化剂（demulsifier），将乳化油表面乳化剂作用消除，将乳化油转变为可浮油的过程。第第6节节 气浮法气浮法(Flotation)n作用作用：固液或液液分离方法，常用于颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。n原理原理：将空气以微小气泡（fine gases）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，从水中分离出去。n气浮法需要的基本条件基本条件：必须向水中提供足量的小气泡（tiny bubbles）；污染物质能形成悬浮状态；气泡和悬浮物质能粘合。6.1 气浮法的应用（气浮法的应用（application）在污水处理领域，浮选广泛应用于：分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥；浓缩化学混凝处理产生的絮状化学污泥；回收含油污水中的悬浮油及乳化油；回收工业废水中的有用物质，如造纸厂污水中的纸浆纤维等。6.2 气浮法的类型（气浮法的类型（categories）n电解气浮法（电解气浮法（Electrolytic air floatation）：利用电解作用产生氢气和氧气将微小颗粒上浮，适用于脆弱絮状悬浮物。n分散空气气浮法（分散空气气浮法（Dispersed-air floatation）：）：包括微气泡曝气和剪切气泡法。n溶解空气气浮法（溶解空气气浮法（Dissolved-Air Floatation）：真空气浮法和加压溶气气浮法加压溶气气浮法(pressure DAF)。加压溶气气浮法加压溶气气浮法Pressurized Dissolved-Air Floatation原理：operates by forcing air under pressure to dissolve in the return flow and releasing the pressure as the return is mixed with the inflow.As the air comes out of the solution,tiny bubbles attach themselves to the solids and carry them upward,to be scraped off.系统组成：加压溶系统由水泵(pressurizing pump)、溶气罐(pressure tank)、气浮池(flotation tank)、刮渣机(scum collector)等设备组成。空气注入溶气罐可用空气压缩机或射流器(jet)。类型：全加压溶气/部分加压溶气/部分回流加压溶气部分回流加压溶气(part circumfluence DAF)。1)气浮所需空气量，通过气固比 A/S 计算；2)容器灌（pressure tank）选型；3)气浮池尺寸(dimension of flotation tank):接触室表面积Ac=(Q+QR)/uc；uc取10-20 mm/s 分离室表面积As=(Q+QR)/q；q取6-8 m3/m2d 气浮池体积V=(Ac+As)H；H 取2.0-2.5 m 停留时间t=V/Q；接触室tc12min，反应池t=5 15min。用停留时间(detention time)核实。6.3 气浮池设计参数气浮池设计参数（design parameters）本章需重点掌握的知识点污水物理处理的对象、工艺以及机理；污水物理处理的对象、工艺以及机理；格栅选型和旋流沉砂池的设计；格栅选型和旋流沉砂池的设计；沉淀池设计的一般原则，主要设计参数和设计沉淀池设计的一般原则，主要设计参数和设计计算；计算；气浮法的原理和分类。气浮法的原理和分类。