污水的物理处理培训课件.doc

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1、污水的物理处理培训课件生活污水和工业废水中都含有大量的漂浮物与悬浮物，其进入水处理构筑物会沉入水底或浮于水面，对设备的正常运行带来影响，使其难以发挥应有的功效，必须予以去除。物理处理的去除对象：漂浮物、悬浮物。物理处理方法：1) 筛滤：筛网、格栅（去除漂浮物、纤维状物质和大块悬浮物），滤池、微滤机（去除中细颗粒悬浮物）。2) 重力分离：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒径悬浮物）、隔油池与气浮池（去除密度小于1或接近1的悬浮物）。3) 离心分离：离心机、旋流分离器（去除比重大、刚性颗粒）。本章主要就城市生活污水处理中使用的格栅、沉砂池、沉淀池进行讲授。第一节 格栅格栅由一组平行的金属栅条、带

2、钩的塑料栅条或金属筛网组成。安装在污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水口及沉砂池前。根据栅条间距，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷，保证设备的正常运行。被截留的污染物称为栅渣，其含水率7080，容重750kg/m3 。一、格栅分类平面格栅：按形状分为曲面格栅：粗格栅：大于40mm按栅条间距分为 细格栅：1030mm 密格栅：小于10mm栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）；50、60、70150mm（中或粗格栅）。 人工清渣：小型污水处理厂按清渣方式分为 机械清渣：栅渣量大于0.2m3/d二、格栅的设计计算格栅的设计计算实际上主要是栅室、栅槽

3、的设计计算，包括栅槽断面、水力计算、栅渣量计算机清渣机械的选用。1 注意的问题1) B、L、e和b的相关尺寸见p55表3-1。2) 长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L>1000mm时，框架应加横向肋条。栅条材质为A 3钢制，栅条偏差1/1000，总偏差2mm。3) 水泵前：人工清渣e20mm；对大中型泵站，采用机械清渣，e20150mm。4) 污水处理系统前：人工清渣e2540mm，机械清渣e1525mm。污水处理厂前可设粗细二道格栅，粗格栅e50150mm，细格栅e1540mm；当提升泵站前格栅e25mm时，泵后可不设格栅。5) 格栅数量：当每日渣量>0.2m3时

4、，一般采用机械清渣，格栅台组数不宜少于2台。若仅为1台时，应另设一条人工清渣格栅备用。6) 格栅安装角度：一般4575°,对人工清渣，为省力一般角度60°；对机械清渣，角度一般6075°,特殊时为90°；对回转式一般6090°。7) 流速：栅前渠道流速V0.40.9m/s，过栅流速0.61.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.080.15m。流速过大不仅过栅水头损失增加，还可能将已截流在格栅上的栅渣冲过格栅；流速过小栅槽内将发生沉淀。8) 高度：设水深h，格栅水头损失h1 ，栅前渠道超高h2（一般采用0.3m），则后槽总高度Hh1h2h。9)

5、格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m10) 工作台宽度：人工清渣1.2m，机械清渣1.5m。11) 栅条断面形状、尺寸：正方形20×20mm；圆形ø=20；长方形10×50mm，迎水面半圆矩形10×50mm。2 设计计算（1）栅槽宽度：已知B或Qmax、水深h、流速V，则栅条间隙数：nQmax(sin) 0.5/ehvBen(n-1)s其中：n1为栅条数，s为栅条宽度。（2）格栅的水头损失：h1kh0其中：k为倍数，一般取3。h0·V · sin/2g为阻力系数：(s/e) 4/3圆形1.79，矩形2.42，迎面半园1.83，

6、迎背面半园1.67。（3）栅槽总高度：Hh1h2h，h2为超高。（3）栅槽总长度：LL1L21.00.5H1 /tg，L1(BB1)/2tg1L2L1/2H1h2h其中：L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度；1为渠道展开角，一般20°； B1为进水渠宽度；0.5与1.0为格栅前后的过渡段长度。（4）每日栅渣量：W QmaxW1×86400/K总×1000(m3/d)。其中：W1为栅渣量(m3/103m3污水)，一般取0.010.1。粗格栅取小值，中格栅取中值，细格栅取大值；K总为生活污水变化系数，见p59表3-3。例题：见p59例3-1。第二节 沉淀理

7、论污水中许多悬浮固体的密度比水大，因此，在水中他们可以自然地下沉，利用这一原理进行的废水固液分离过程称为沉淀。一、沉淀分类沉淀是实现固液分离或泥水分离的重要环节，由于沉淀的对象和空间不同，其沉淀形式也各异，根据固体颗粒在沉淀过程中出现的不同物理现象将沉淀过程分为4类。1 自由沉淀当SS浓度不高，沉淀过程中颗粒间互不碰撞、呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。2 絮凝沉淀水深当SS浓度较高(50500mg/L)时，沉淀过程中颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。3 区域沉淀时间因SS过大，沉淀过程中相邻颗粒间互相

8、妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，颗粒群以整体向下速度沉降，并与上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。4 压缩沉淀颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙水，使污泥得到浓缩。如二沉池泥斗和浓缩池的过程。二、沉淀类型分析1 自由沉淀（1）颗粒在水中自由沉淀现象分析当固体颗粒静止处于水中时，要受到两个力的作用：一是它本身的重力，向下；一是水对它的阻力，向上。如果固体颗粒密度比水大，那么它所受的重力将比水大，由于这一外力的推动，颗粒就会自然的向下运动，开始沉淀时，颗粒加速下沉，但颗粒一经开始运动，它就会受到与运动方向相反的阻力作用，该阻力

9、由运动速度产生，且与运动速度正相关，即速度增加，阻力增大，当颗粒下沉速度加速到某一值，使颗粒所受阻力与重力相等时，颗粒便会以此时的下沉速度匀速下沉，直到完成整个自由沉淀过程。（2）颗粒在静水中的自由沉淀速度为研究颗粒在静水中的自由沉淀速度，需要做出如下规定：a颗粒形状为球形；b颗粒处于无限液体中，即其他颗粒和容器壁对其下沉不产生影响；c自由沉淀速度是指匀速时的最终沉淀速度。由牛顿第二定律得： mdu/dtF1F2F3。F1为重力：F1VggF2为浮力F2VgyF3为下沉摩擦阻力F3CAy u 2 /2代入整理得：u (gy)gd2/18，即斯托克斯公式。讨论：1) 颗粒沉速u的决定因素是yy。

10、这是颗粒在静水中能够从静止状态变为运动状态的原始推动力。g大于y，u大于0，颗粒下沉；y小于y，u小于0，颗粒上浮；g=y，颗粒随机，不沉不浮。2) u反比于水的粘滞度，所以同一颗粒在不同水质和水温条件下有不同的值，如水温升高，下降，u会增大3) u与颗粒本身直径的平方成正比，因此，在颗粒沉淀过程中进行适当搅拌或投加絮凝剂，促使颗粒互相碰撞，絮凝而使粒径增大，可获得事半功倍的效果。4) 在推导上述公式时，均假定颗粒为球形，直径为d，但实际上废水中的悬浮固体不可能是球形，一般地说，非球形颗粒比同体积球形颗粒表面积大，因此在沉降过程中将受到大的阻力，使沉降速度比球形颗粒小。（3）沉淀试验与沉淀曲线

11、在废水处理实践中，常常需要做沉淀试验，来求定达到某指定悬浮物固体所相应的沉淀速度。a 试验方案：80100mm 高度H=15002000mm 取样1200mm1#2# 3#4#5#6#t0C0C0C0C0C0C0t1C11C12C13C14 C15C16tiCi1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6tnCn1Cn2Cn3Cn4Cn5Cn61#6#为平行样。b 讨论：去除率为ii= (C0Ci) /C0100%沉速为uiui=H/ti1) 在沉淀试验中取样高度是确定的，根据取样时间ti可计算出相应的沉淀速度，因此可得u-曲线。2) 根据沉淀试验，同样可以求得沉淀速度和相应的剩余悬浮固体百分数Pi=（C

12、i/ti）100%的曲线u-P，根据斯托克斯公式任意ui都可计算出相应的颗粒粒径di，因此从u-P曲线可直接得出d-P曲线，即废水中悬浮颗粒的粒度分布曲线。3) 根据沉淀历时ti，从图上查得的i并不是真正可能的悬浮固体去除率，因为在沉淀过程中历时ti取的是取样口以上少量的水样，这样，所以测得的悬浮物浓度Ci代表全部小于di颗粒的总浓度，因而所得的沉淀百分数(C0Ci) /C0100%只代表大于和等于di的颗粒所占的百分数，然而从悬浮固体去除百分数角度考虑，有些小于i在历时ti时间内也会沉到取样口以下。c 沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取H以上所有取样口的水样。设水

13、样中的SS浓度为Ci，则出水中的剩余SS的比例为PiCi/C0，SS实际在ti时的去除率为1Pi，作P0ut曲线，凡沉速utu0H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1P0；而沉速ut< u0H/t的颗粒能被去除的比例为ut/u0，其在t时刻去除该颗粒的效率为ut / u0dp；故总去除率为(1P0)+ut/ u0dp。所以%(100P0)+100/ u0utdp。2 絮凝沉淀试验思路同前，柱略高略粗，取样口间距500mm，取样时间间隔5或10min，则SS在ti时的去除率为(1Ci/C0 )×100%。记算去除率，并记录于表中（见表36）。具体计算见例3-3，首先计算临界沉速

14、，后在图上作中间曲线，找出其与t时刻的交点，计算对应沉速，后计算去除率，1u1/ u0(12）u2/ u0(23）.三、理想沉淀池原理从上面分析可以看出，沉淀理论与实际沉淀池的运动规律有所差距，为合理表征实际沉淀状态，提出了“理想沉淀池”概念。假设条件：1) 污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。2) 在流入区颗粒沿AB断面均匀分布，并处于自由沉淀状态， 其水平分速等于v。3) 颗粒沉到池底即认为被去除。1 平流式理想沉淀池平流式理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和底部的污泥区。从图中可以看出，必存在一种从A点进入、以流速为u0的颗粒，最后刚好在出水口D点沉入池底污泥区。根据几何相似原理，

15、则u0/v=H/L，即u0vH/L。1) ut大于u0 沉入池底（代表I轨迹的颗粒）；2) ut小于u0、且在对角线AD以上 不能被去除（代表轨迹的颗粒）；3) ut小于u0、且在对角线AD以下 仍可以被去除（代表虚线轨迹的颗粒）。设沉速ut < u0的颗粒质量为dP，则可被沉淀去除的量为ut /u0dP，故总去除率(1P0 )+1/ u0utdp ，用百分数表示为%(100P0)+100/u0utdp，与前者分析推导结果相同，说明理论上是可行的。讨论：（1）将实际数据 Q、L、B、H带入，则颗粒在池内最长沉淀时间为：tL/v=H/ u0沉淀池容积VQtHLB，QHBL/tHA/t=Au

16、0所以Q/A=u0q。Q/A的物理意义：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，即表面负荷率或溢流率，用q表示( m3/m2s或m3/m2h)。表面负荷的数值等于颗粒沉速u0。（2）沉速ut的颗粒去除率由L/v=h/ut，hutL/v则沉速ut为的颗粒去除率为： h/H= utL/vH= ut/vH/L= ut/vHB/LB= ut/Q/A= ut/q= ut/u0。重要结论：平流式理想沉淀池的去除率取决于表面负荷及颗粒沉速ut，而与t无关。2 竖流式理想沉淀池自学3 实际沉淀池与理想沉淀池的差距自学1) 深度方向水流速度分布不均匀对去除率没有影响。2) 宽度方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池

17、去除率的主要原因。3) 紊流对去除率的影响：减慢沉速，降低去除率；扰动底部沉淀物，降低去除率。第三节 沉砂池1) 功能和任务：去除比重比较大的无机颗粒（2.65，d0.21mm，或65目的砂），以减轻对设备的磨损，降低或减轻构筑物（沉淀池）的负荷。2) 设置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。3) 常见类型：平流式沉砂池、曝气沉砂池和多尔沉砂池等。4) 设计规范要求：组数不少于2组，一备一用；设计流量：自流按最大设计流量设计，提升泵站按工作水泵最大组合流量设计，合流制系统按降雨时的设计流量设计；沉砂量1530m3/106m3污水，含水率60；砂斗容积2日沉砂量，斗壁与水平面倾角55°。一、

18、平流沉砂池优缺点：构造简单、处理效果好，但重力排砂时构筑物需高架。1 构造入流渠、出流渠、闸板、砂斗组成。2 设计参数1) vmax0.3m/s，vmin0.15m/s。2) 水力停留时间最大流量时不少于30s，一般3060s。3) 有效水深h1.2m，一般采用0.251.0m；池宽0.6m。4) 进水头部应采取消能和整流措施。5) 池底底坡一般为0.010.02。6) 沉砂池超高不宜小于0.3m。7) 排砂方式：重力排砂，排砂管d200mm。对大中型污水处理厂，一般采用机械排砂。3 计算公式池长Lvtv为最大设计流量时的停留时间；水流断面面积AQmax/v；池总宽BA/h2h2为设计有效水深

19、；沉砂斗容积V86400Qmaxtx1/105K总x1为城市污水沉砂量，取3 m3/105m3污水 ；沉砂池总高度Hh1h2h3h1为超高，取0.3m，h3为砂斗高度；检验：按最小流速>0.15m/s进行验算，保证沉掉0.21mm的砂，而不去除有机物。vminQmin/n为单池过水断面面积。二、曝气沉砂池1) 使粘在砂粒上的污泥及有机物更好分离（通过摩擦作用实现），避免泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。2) 送入空气，使无机颗粒甩向外侧而沉淀。3) 预曝气，改善污水水质，减轻散发气味。1 构造横断面呈矩形，底坡i0.10.5，坡向砂槽；砂槽上方设曝气器，器安装高度距池底0.60.9m。2

20、设计参数1) 旋流速度：0.250.3m/s；2) 水平流速：0.060.12 m/s；3) 水力停留时间：13min；4) 池深23m；宽深比11.5；长宽比5；池长1420m。5) 曝气量0.10.2m3空气/m3污水或35m3空气/m2 h。3 设计计算池总有效容积v60Qmaxt t为最大设计流量时的水力停留时间。水平断面面积 AQmax/vv为最大设计流量时的水平流速。池总宽BA/HH为有效水深。池长 LV/A。曝气量q=3600DQmaxq为每小时的曝气量，D为单位污水量所需气量。检验水的流态旋流，其旋流速度v（v12v22）1/2污水每旋转一周推进的距离Lr2rtg式中r0.5倍

21、池宽，即旋流半径；为旋转角，tgv1/v2。根据试验必须旋转3周（V0.35m/s时），能取得较好的效果。故要求v1 tL 3Lr。第四节 沉淀池一、概述1 分类 初沉池：一级污水处理的主体构筑物，或作为二级处理的预处理，可去除4055的SS、2030的BOD，降低后续构筑物负荷。 按工艺布置 二沉池：生物处理装置后，用于泥水分离，它是生物处理的重要组成部分。经生物处理二沉池沉淀后，一般可去除7090的SS和6595的BOD。 平流式按池内水流流态 辐流式 竖流式2 优缺点和适用条件1) 平流式：沉淀效果好，耐冲击负荷与温度变化，施工简单，造价较低。但配水不易均匀，采用多个泥斗排泥时每个泥斗需

22、单独设排泥管，操作量大；采用链式刮泥设备，因长期浸泡水中而生锈。适用条件：大中型污水处理厂和地下水位高、地质条件差的地区。2) 竖流式：排泥方便，管理简单，占地面积少。但池深大，施工困难，对冲击负荷与温度变化适应能力差，造价高，池径不宜过大，否则布水不均。适于小型污水处理厂。3) 辐流式：机械排泥，运行效果较好，管理较方便，排泥设备已定型。但排泥设备复杂，对施工质量要求高。适于地下水位较高地区和大中型污水处理厂。3 一般规定1) 沉淀池数目不应少于2座，宜按并联运行设计。2) 沉淀池的超高h 0.3m，其缓冲层高度一般采用0.30.5m。3) 初沉池应设撇渣设施4) 污泥区容积按2d污泥量计算

23、。采用机械排泥时，可按4h泥量计算；人工排泥应按每天排泥量计算5) 初沉池排泥静水头1.5m；二沉池排泥静水头为：活性污泥法0.9m，膜法0.9m。6) 污泥斗斜壁与水平面倾角：方斗60°，圆斗55 °。7) 排泥管d200mm，采用多泥斗时应设单独闸阀和排泥管。8) 沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口设调节闸门，以调节流量；出口堰也如此。9) 重力排泥时，污泥斗的排泥管一般采用铸铁管，其下端伸入斗内，顶端敞口，伸出水面，以便与大气连通；在水下0.91.5m处接水平排泥管，污泥借静水压力排出。二、平流式沉淀池1 构造进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。 1

24、) 进水区由侧向配水槽、挡流板组成，起均匀布水的作用。挡板入水深度0.25m，高处水面0.150.2m，距流入槽0.51.0m。2) 出水区由出水槽和挡板组成。流出槽为自由溢流堰，其要求水平，以保证出流均匀，控制沉淀池水位。堰口采用锯齿形，最大负荷2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。为改善出水水质，可设多出水槽，以降低出水负荷。3) 缓冲层：避免已沉淀污泥被水流搅起。污泥区：贮存、浓缩和排泥作用。4) 排泥装置与方法：利用进水压力。底坡I0.010.02；机械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮体含水率为99，密度接近1，不宜挂起，而只

25、能采用泵抽吸（p80图3-30），目前少用。2 设计参数1) 长宽比以35为宜，对大型沉淀池宜设导流墙；L/H=812，L一般3050m。2) 采用机械排泥时，池宽应根据排泥设备确定，此时底坡一般0.010.02；刮泥机行进速度1.2m/min，一般0.60.9 m/min。3) 表面负荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。3 设计计算当无沉淀试验资料时，按沉淀时间与表面负荷计算。池子总面积A3600Qmax/q。有效水深h2qt。（初沉池t12h，二沉池1.52.5h）沉淀区有效容积V1Ah2或Qmaxt沉淀区长度L3.6vtv为最大设计流量时的水平流速，一般小于5mm/s。

26、沉淀区总宽度BA/L沉淀池座数nB/bb为每座宽度，一般510m污泥区容积按人算WSNt/1000S为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算W Qmax24(C0C1)100t/r(100p)86400Qmax (C0C1) 100t/Kzr(100p)池子总高度Hh1h2h3h4h1为超高，取0.3m；h3为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。 h4泥斗区高度。泥斗容积V2h4 (f1+f2+f10.5f20.5)/3f1为斗上口面积， f2为斗下口面积。有沉淀试验数据因u0q，AQmax/q= Qmax / u0h2qt

27、= u0 t其它计算同前。三、辐流式沉淀池1 构造一般为圆形，可分为中心进水周边出水、周边进水周边出水二种。均由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。流入区设穿孔整流板，穿孔率为1020。流出区设出水堰，堰前设挡板，拦截浮渣。2 设计参数1) D/H一般取612，D16m。2) 池底底坡0.050.1。3) 采用机械刮泥时，若D 20m，一般采用单臂中心传动刮泥机；反之采用周边传动刮泥机。刮泥机转速13周/h，或外周线速度3.0m/min，一般1.5m/min。4) 周边进水的沉淀效率高，起设计表面负荷可提高1倍左右，即34m3/m2· h。若为静水压力排泥，其设计参见p

28、84图3-34，要求排泥槽泥面低于沉淀池水面0.3m。3 设计计算沉淀池表面积、座数及单池直径：A1Qmax/nqD(4A1/)0.5 。沉淀池有效水深h2qt。池子总高度Hh1h2h3h4h5h1为超高，取0.3m；h3为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。h4为底坡落差，h5为泥斗高度。污泥区容积按人算WSNt/1000nS为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算WQmax24(C0C1)100t/r(100p)Qmax(C0C1)86400100t/Kzr(100p)n。 泥斗容积V1h5/3 (r12 +r1r2+r

29、22 )r1 、r2为泥斗上下半径泥斗以上锥体部分容积V2h4/3(R2+r1R+r12 )。四、竖流式沉淀池1 构造由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。排泥为重力排泥，锥体角度陡，5560°。水流经中心管流入，经反射板布水折向上流。中心管下口设喇叭口和反射板。沉淀区颗粒沉速受向上水流流速和向下重力沉速二者之和的影响，即uv上时，颗粒能被去除,此时去除率少1/u0utdp，但颗粒在上升过程中碰撞次数增加，颗粒变大，沉速随之增大，又提高了颗粒的去除率。2 设计参数1) D/H 3，一般47m，不宜大于8m，最大<10m。2) 中心管内流速<30mm/s。3) 反射板距泥面距离至少0.3m，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；其反射板水平夹角为17°，中心管下端至反射板表面间的间隙高0.250.5m，缝隙中污水流速在初沉池中一般不大于30mm/s，在二沉池中不大于20mm/s。4) 当D>7m时，采用周边出水；当D 7m时，应增加集水支渠。5) 排泥管为200mm，其在初沉池中排泥三通管口的水下深度h 1.5m；对膜法污泥h 1.2m；对活性污泥h 0.9m（即与污泥性质有关）；排泥管下端距池底距离小于0.2m，管上端超出水面距离大于0.4m。3 计算