水污染控制工程：第10章污水的物理处理课件.ppt

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1、大坦沙污水处理厂工艺流程图：DaTanSha wastewater treatment plant flow diagram格栅沉沙池改良A2O工艺二沉池污泥浓缩池化学消毒污泥脱水污水水达标排放或回用上清液沉淀污泥浓缩污水泥饼外运回流Influent Screen Grit chamber Biological processDewatering sludge thickeningDisinfection secondary settlingEffluentRemove by haulingOutline of wastewater treatment technologyPhysical u

2、nit operations include filtration,sedimentation,floatation and centrifugation.Biological unit operations include aerobic and anaerobic biological process.Chemical unit operations include chemical precipitation,coagulation,neutralization,oxidation-reduction reaction.Physical-chemical unit operations

3、include extraction,adsorption,ion-exchange and membrane filtration(reverse osmosis).Physical unit operationOperations used for treatment of wastewater in which change is brought about by means of or through the application of physical forces are known as“physical unit operation”.Screening/comminutio

4、n/mixing and flocculation/grit removal/sedimentation/flotation/filtration/oxygen transfer/aeration/stripping/membrane separations物理处理法物理处理法(Physical unit operation)物理处理对象主要是：漂浮物质和悬浮物质漂浮物质和悬浮物质(floating and suspended solid)，采用的处理方法与设备（method and devices）筛滤截留法(screening)格栅（bar screen）、筛网(mesh screen)等

5、；重力分离法沉砂池（grit chamber）、沉淀池(settling tank)、隔油池(oil separator)，气浮池(air flotation tank)；离心分离法(centrifugal seperation)旋流分离器（vortex separator）。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&air

6、 flotation tank)1.1.格栅格栅(Screen)1.1 1.1 格栅的定义格栅的定义 (Definition of screen)由一组平行金属栅条金属栅条(parallel bars)或筛网筛网(wire mesh)制成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井进口处或污水处理厂端部。用于拦截较粗大的悬浮物或漂浮物悬浮物或漂浮物(coarse solids such as sticks,rags and other debris)。被拦截的物质称为栅渣(screenings)。含水率(moisture content)约为70%80%，容重(specific weight)约为960k

7、g/m3。1.2 1.2 格栅的类型格栅的类型（Classification of screens）n按形状：平面格栅和曲面格栅：平面格栅（flatbarscreen）由框架和栅条组成，基本尺寸包括：宽度、长度、栅条间距、栅条至外框距离。曲面格栅（curvebarscreen）分为固定曲面格栅（static/fixed）和旋转鼓筒式格栅（rotary drum）两种。按格栅栅条的净间距（clear spacing）分为：粗格栅（coarse screens）50100mm中格栅（medium screens）1040mm细格栅（fine screens）310mm栅条断面形状：圆形(circl

8、e)、矩形（rectangle）和方形（square），常用矩形（p22，表10-1）1.2 1.2 格栅的类型格栅的类型（Classification of screens）n按清渣方式人工清渣（hand-clean screens）：适用于小型(small-sized)的污水处理厂站；机械清渣（mechanical clean screens）：适用于大中型(large-to medium-sized)污水处理厂。1.2 1.2 格栅的类型格栅的类型（Classification of screens）1.3 常见的机械格栅常见的机械格栅Device of mechanically cle

9、aned screens回转式(continuous belt)机械格栅钢丝绳牵引式(cable-driven)机械格栅往复式移动耙(reciprocating rake)格栅转鼓式(rotary drum)机械格栅 转鼓式格栅转鼓式格栅1.4 栅渣处理栅渣处理(treatment of screenings)带式输送机（belt conveyor）/螺旋输送机（screw conveyor）压榨脱水（screenings compactor can be used to dewater and reduce the volume of screenings）清运处理(remove by ha

10、uling to disposal areas)栅渣螺旋压榨机栅渣螺旋压榨机1.5 1.5 格栅的设计规范格栅的设计规范（design norm）室外排水设计规范(Outdoor Drainage Design Norm)GB50201-2005 设置在污水处理厂处理系统前的格栅，应考虑对处理设施或管道等均不应产生堵塞作用。因此，可设置粗细两可设置粗细两道格栅道格栅，栅条间距一般采用16-25mm，最大不超过40mm。设置格栅的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速，一方面泥砂不至于沉积在沟渠底部，另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅。通常采用0.4-0.9m/s。为了防止格栅前渠道出现阻流

11、回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部，应有一展开角1=20渐扩部位(见图10-2)。n格栅的设计内容包括尺寸计算（尺寸计算（screen size）、水力计算水力计算(velocity&headloss)、栅渣量计算栅渣量计算(volume of screenings)和清渣机械的选用清渣机械的选用(screen device selection)等。n计算前应根据污水量和工程经验选定设计流量设计流量（flow rate），栅前水深栅前水深（water depth of ahead screen），过栅流速过栅流速(approach velocity)，栅条间隙栅条间隙（clear

12、 spacing），格栅安装角格栅安装角（slope from vertical），容许水头损失容许水头损失（allowable headloss），栅渣量栅渣量(quantities of screenings)等参数。1.5 1.5 格栅的设计原则格栅的设计原则（design principle）1.5 1.5 格栅的设计参数格栅的设计参数（design parameter）具体设计参数计算包括：n水头损失水头损失(headloss)：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。n格栅的间隙数量格栅的间隙数量(size and amount of opening)n格栅的建筑宽度

13、格栅的建筑宽度(total width)n栅后槽的总高度栅后槽的总高度(total depth)n格栅的总建筑长度格栅的总建筑长度(total length)n每日栅渣量每日栅渣量(quantities of screenings per day)1.5 1.5 格栅的设计参数格栅的设计参数（design parameter）1.6 1.6 筛网筛网(mesh screen)筛网的去除效果可相当于初次沉淀池（primary settling tank）的作用。作用：分离悬浮物,主要是纤维类（fibres），分为：振动筛网(vibration screen)水力筛网(hydraulic scre

14、en)填埋（landfill disposal）焚烧（820以上）（incineration）堆肥（composting）将栅渣经粉碎机（comminutor/grinder）粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉池。格栅、筛网截留的污染物的处置方法：思考：n如何选择一台合适的格栅？设备选型。回转格栅性能参数表回转格栅性能参数表2.2.沉淀基础理论沉淀基础理论（sedimentation theory）沉淀（沉淀（sedimentation）：水中的悬浮物依靠重力作用从水中分离(gravity separation)出来的过程。可单独应用，也可作为整个处理流程中一个工序。在典型污水厂中的4种

15、应用：l用于废水预处理，如沉砂池（沉砂池（grit chamber）；）；l用于污水进入生物处理构筑物前的初步预处理，如初沉池（初沉池（primary settling tank）；）；l用于生物处理后的固液分离，如二沉池二沉池（secondary settling tank）；）；l用于污泥处理阶段的污泥浓缩，如污泥浓缩池污泥浓缩池（sludge thickener）。）。2.1 2.1 沉淀的基本类型沉淀的基本类型（types of settling）自由沉淀自由沉淀(discrete particle settling)悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒粒径、密度不变，

16、单独进行沉淀，如沉砂池沉砂池的沉淀过程。Refers to the settling of particles in a suspension of low solids concentration by gravity in a constant acceleration field.Particles settle as individual entities,and there is no significant interaction with neighboring particles.自由沉淀自由沉淀絮凝沉淀絮凝沉淀(flocculent settling)当悬浮物浓度约为50-5

17、00mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能发生碰撞产生絮凝作用，颗粒粒径和质量增大沉淀速度加快，如二沉池上部的沉淀过程。Refers to a rather dilute suspension of particles that coalesce,or flocculate,during the settling operation.By coalescing,the particles increase in mass and settle at a faster rate.2.1 2.1 沉淀的基本类型沉淀的基本类型（types of settling）自由沉淀自由沉淀絮凝沉淀絮凝沉

18、淀区域沉淀区域沉淀（zone/hindered settling）悬浮物浓度高于5000mg/L，颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置不变，但整个颗粒形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面，如二二沉池沉池下部的沉淀过程。Refers to suspensions of intermediate concentration,in which interparticle forces are sufficient to hinder the settling of neighboring particles.The particles tend to remain in f

19、ixed positions with respect to each other,and the mass of particles settles as a unit.A solids-liquid interface develops at the top of the settling mass.2.1 2.1 沉淀的基本类型沉淀的基本类型（types of settling）自由沉淀自由沉淀絮凝沉淀絮凝沉淀区域沉淀区域沉淀压缩沉淀压缩沉淀(compression settling)高浓度悬浮颗粒的沉降，颗粒间已挤集成团块结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间水在上层颗粒重力作用下被挤出

20、，如污泥浓缩过程。Refers to settling in which the particles are of such concentration that a structure is formed,and further settling can occur only by compression of the structure.Compression takes place from the weight of the particles,which are constantly being added to the structure by sedimentation from

21、 the supernatant liquid.2.1 2.1 沉淀的基本类型沉淀的基本类型（types of settling）二次沉淀池中污泥的沉淀过程2.2 2.2 球状颗粒自由沉淀速率公式球状颗粒自由沉淀速率公式水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：悬浮颗水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。重力大于浮力时，粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。重力大于浮力时，下沉；两力相等时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。下沉；两力相等时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。为分析简便起见，假定：为分析简便起见，假定：颗粒为球形；颗粒为球形；沉淀过程中颗

22、粒的大小、形状、重量等不变；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用(frictional drag force)，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在层流状态(laminar region)下，可得沉降速率（terminal velocity）公式为：2.2 2.2 球状颗粒自由沉淀速率公式球状颗粒自由沉淀速率公式球状颗粒自由沉淀速率公式（球状颗粒自由沉淀速率公式（Stokes law）意义：意义：当

23、当s sL L时，时，u us s为正值，颗粒下降，为正值，颗粒下降，u us s为下沉速度。为下沉速度。当当s sL L时，时，u us s为负值，颗粒上浮，为负值，颗粒上浮，u us s为上浮速度。因为上浮速度。因此此,沉降理论也适用于上浮过程沉降理论也适用于上浮过程当当s s=L L时，时，u us s=0=0，颗粒既不下沉，也不上浮，此时不，颗粒既不下沉，也不上浮，此时不能用重力沉降和自然上浮法去除。能用重力沉降和自然上浮法去除。颗粒速度与颗粒速度与颗粒直径平方成正比颗粒直径平方成正比，与，与液体粘度液体粘度成反比成反比。因此，增大颗粒粒径和密度，适当提高水温，都有助于增因此，增大颗粒

24、粒径和密度，适当提高水温，都有助于增大颗粒沉速。大颗粒沉速。2.3 2.3 沉淀池的工作原理沉淀池的工作原理-理想沉淀池理想沉淀池理想沉淀池的假设条件是：在沉淀池内各过流断面的所有点上，水都以流速v作水平流动；在流入区，颗粒沿过水端面均匀分布，并处于自由沉淀状态；悬浮颗粒在沉淀区等速下降，下沉速度为U颗粒一经沉到池底即被除去而不再重新浮起。在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和污泥区。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 u0)的全部悬浮颗粒，可被

25、沉淀于池底的总量为：颗粒去除率，（removal rate）u：颗粒沉速（settling velocity）P0：沉速小于u0的颗粒在全部颗粒中所占百分数沉淀池对悬浮颗粒的去除率：运动轨迹可以得出：V:颗粒的水平流速；qv:进水流量A1:沉淀区过水断面面积；H:沉淀区水深b:沉淀区宽度；L:沉淀区长度u0:颗粒下沉速度；A：沉淀池沉淀区面积qq：表面水力负荷：表面水力负荷（Hydraulic surface loading rate）理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但物理概念不同。qv/A的物理意义：单位时间内通过沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷表面负荷或溢流率或溢流率，用q表示，单位

26、（量纲）是：m3/(m2s)或m3/(m2h)，反映的是沉淀池的效率。理想沉淀池的沉淀效率与水面面积理想沉淀池的沉淀效率与水面面积A有关，有关，与池深、体积均无关与池深、体积均无关3 3 沉砂池沉砂池 (Grit chamber)功能(function)：去除比重较大的无机无机颗粒(inorganic particles)，比重2.65、粒径0.2mm以上。现有沉砂池能去除0.11mm砂粒70%以上。工作原理：重力分离和离心力（centrifugal force）分离为基础，通过控制污水流速使比重大的无机颗粒下沉，有机悬浮颗粒随水流走。位置：泵站（pumping station）、初次沉淀池前

27、。常用种类：平流式（horizontal-flow）、曝气沉砂池（aerated）、旋流式（vortex grit chamber）。(1)城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。(2)设计流量应按分期建设考虑。污水自流进入时，应按每期的最大设计流量（max flowrate）计算；污水为提升进入时，按每期工作水泵的最大组合流量计算；合流制处理系统中，按降雨时的设计流量计算。(3)沉砂池去除的砂粒比重（specific weight）为2.65、粒径（diameter of particles）为0.2mm以上。一般原则与主要设计参数（design prin

28、ciple）(4)城市污水的沉砂量可按每106m3污水含砂30m3计算，其含水率约60，容重（volume-weight）约1 500kg/m3。(5)贮砂斗容积（volume of grit hopper）应按2日沉砂量（grit quantities）计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm。(6)沉砂池的超高不宜小于0.3m。一般原则与主要设计参数一般原则与主要设计参数（design principle）3.1 平流式沉砂池（horizontal-flow）3.2 曝气沉砂池（aerated）3.3 旋流沉砂池（vortex-type）第第3 3节节 沉砂池沉砂池

29、(Grit chamber)平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。3.1 平流式沉砂池3.1 平流沉砂池平流沉砂池(horizontal-flow grit chamber)n平流沉砂池 构造：入流渠(influent channel)、出流渠(effluent channel)、闸板(baffle)、水流部分及沉沙斗(grit hopper)组成。n常用排砂方法：重力排砂与机械排砂n设计参数：污水最大流速(max flow velocity)为0.3m/s,最小0.15m/s。最大流量时，停留时间（停留时间（detention time）3060s。有效水深不大于1.2m，

30、通常0.251.0m，池宽不小于0.6m。池底坡度一般为0.010.02。3.池总宽度b 式中：h2设计有效水深。4.贮砂斗所需容积V 式中：X城市污水的沉砂 量，一般采用30m3/106m3 （污水）；T排砂时间的间隔，d；kz 生活污水流量的总变化 系数。1.长度L 式中：v 最大设计流量 时的 速度，m/s；t 最大设计流量时的停 留时 间，s。2.水流断面面积A 式中：qvmax最大设计流量，m3/s。平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式 3.2 曝气沉砂池曝气沉砂池（aerated grit chamber）n特点：沉砂中有机物含量低于池中加设曝气曝气设备，具有预曝气、脱臭、防

31、止污水厌氧分解、除泡和加速油水分离等作用。n工作原理：曝气和水流的螺旋旋转作用可使污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升的冲刷作用，粘附在砂粒上的有机物就得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净。nIn aerated grit chambers,air is introduced along one side of a rectangular tank to create a spiral flow pattern perpendicular to the flow through the tank.The heavier grit particles settle to the bottom

32、 of the tank,while the lighter(organic particles)remain in suspension and pass through the tank.曝气沉砂池实景n设计参数（design parameter）最大流量时，停留时间（Detention time）1-3min；水平流速（horizontal velocity）一般取0.1m/s；有效水深宜为2.0-3.0m。池宽与池深比（width-depth ratio）为1-1.5；长宽比（length-width ratio）可达5；曝气池多采用穿孔管曝气(air diffusers)。距离池底约

33、0.6-0.9m；每立方污水所需曝气量（air supply per m3 wastewater）宜为0.1-0.2m3，或每平方米池表面积曝气量为3-5m3/h；集砂槽侧壁倾角应不小于60度；底部坡度（集砂一测）i=0.1-0.5。3.2 曝气沉砂池曝气沉砂池n设计计算（p39）总有效容积（available volume）V；池断面面积(area)A；池总宽度(width)B；池长(length)L；所需曝气量(air supply requirment)q。贮砂斗体积(volume of grit hopper)V1和尺寸？3.2 曝气沉砂池曝气沉砂池n功能：利用机械力控制水流流态与流速

34、、加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走的除砂装置。n结构：由流入口(inlet)、流出口(outlet)、沉砂区(chamber)、砂斗(grit hopper)、涡轮驱动装置(rotating turbine equipment)及排砂系统(grit pump/airlift pump)等组成。n目前钟式沉砂池应用较为广泛。3.3 旋流沉砂池旋流沉砂池(vortex grit chamber)沉砂池排砂方式沉砂池排砂方式设计参数（design parameter）：最高流量设计时，停留时间（detention time）不应小于30s；设计水力表面负荷(Hydraulic surface loading rate)宜为150-200m3/（m2h）有效水深(water depth)宜为1.0-2.0m，池径与池深比以为2.0-2.5。钟式沉砂池设计可按p42表10-3选型。3.3 旋流沉砂池旋流沉砂池旋流沉砂池尺寸旋流沉砂池尺寸小结格栅（回转式）工作机理；格栅设计计算（设备选型）；沉淀4种类型及水力表面负荷率q；旋流沉砂池设计计算。