水污染控制工程课件 第三版 高廷耀 高等教育出版社 第十章文库

即F3 = F1-F2 λA(ρLu2/2)=Vg(ρS –ρL) 层流时Λ=24/Re e=ud /γ γ = μ/ρL
面积； u——颗粒在水中的运 动速度，即颗粒沉速。 μ ——液体的动力粘 度
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
解方程得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
u=[4(ρS –ρL) g d/3λρL]1/2
格
栅
的
建
筑
尺
寸
4.格栅的总建筑长度L
L L1 L2 1.0 0.5 H1 / tg
5.每日栅渣量W
W Qmax W1 86400 K Z 1000
式中：L1——进水渠道渐宽部位 的长度，m；
B B1 L1 2 t g1
其中:B1 ——进水渠道宽度m； α1 ——进水渠道渐宽部位的 展开角度，一般α1=20°； L2 ——格栅槽与出水渠道连 接处的渐窄部位的长度，一般 L2=0.5L1 ； H1 ——格栅前的渠道深度,m。

0
0
u1 / u0 dP
1 0 u1dP u0 0
而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及 u1<u0的两部分，故沉 淀池对悬浮物的去除率为：
1 P0 (1 P0 ) udP u0 0
式中：P0——沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例； （1-P0）——沉速≥u0的颗粒去除率。
沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数
城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不 小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。
设计流量应按分期建设考虑： 最大时流量、最大组合流量、合流制流量 沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。 城市污水的沉砂量可按每m3污水沉砂0.03L计算，其含水率约为 60%，容重约1500kg/m3。 贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55º , 排砂管直径不应小于200mm。 沉砂池的超高不宜小于0.3m。
设计面积应采用较大 的安全系数，一般不小于 进水渠道面积的2倍，以 免清渣过于频繁。
圆形
格栅栅条 断面形状 矩形 方形
圆形的水力条件较 方形好，但刚度较差
目前多采用断面形 状为矩形的栅条
过格栅渠道 的水流流速
污水过栅条 间距的流速
格栅栅条 断面形状
格栅渠道的宽度要设置得当， 应使水流保持适当流速
第十章
污水的物理处理
第一节 格栅和筛网
格栅的 作用
格栅由一组（或多组） 相平行的金属栅条与框架 组成，倾斜安装在进水的 渠道，或进水泵站集水井 的进口处，以拦截污水中 粗大的悬浮物及杂质。
作用：去除可能堵 塞水泵机组及管道阀门 的较粗大悬浮物，并保 证后续处理设施能正常 运行。
选用栅条间距的原 则：不堵塞水泵和水处 理厂、站的处理设备。
u与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温
影响，水温上升，沉速增大。
沉淀池的工作原理 理想沉淀池
分为： 进口区域、沉淀区域、出口 区域、污泥区域 四个部分
理想沉淀池的几个假定：
沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 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； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。
格
栅
的
建
筑
尺
寸
1.格栅的间隙数量n
2.格栅的建筑宽度b
n Qmax sin /(b h v)
B s(n 1) b n
式中：B——格栅的建筑宽度； s——栅条宽度，m。
3.栅后槽的总高度h总
式中：Qmax——最大设计流 h总 h h1 h2 量，m3/s； b——栅条间距，m； h——栅前水深，m； 式中:h——栅前水深，m； h2——格栅的水头损失,m； v——污水流经格栅 h1——格栅前渠道超高， 的速度，m/s。 一般h1=0.3m。
q Q/ A
理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同： u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流 量，单位是m3/（m2· h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以 求得理想沉淀池的溢流率或表面水力负荷。 理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关， 即与池的体积V无关。
式中：v——颗粒的水平分速； Q——进水流量； A′——沉淀区过水断面 面积， H×b； H——沉淀区的水深； b——沉淀区宽度。
I.
II.
设u0为某一指定颗粒的最 小沉降速度。 当颗粒沉速u≥u0时，无论 这种颗粒处于进口端的什 么位置，它都可以沉到池 底被去除，即左上图中的 迹线xy与x′y′。 当颗粒沉速u<u0时，位于 水面的颗粒不能沉到池底， 会随水流出，如左下图中 轨迹xy″所示；而当其位 于水面下的某一位置时， 它可以沉到池底而被去除， 如图中轨迹x′y所示。 说明对于沉速u小于指定颗 粒沉速u0的颗粒，有一部 分会沉到池底被去除。
沉淀处理工艺的四种用法
沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物。 初次沉淀池：较经济地去除，减轻后续生物处理构筑物的 有机负荷。
二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活 性污泥等，使处理后的水得以澄清。
污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩， 以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。
h 设沉速为u1＜ u0的颗粒占全部颗粒的dP其中的 dP 的颗 H 粒将会从水中沉到池底而去除。 在同一沉淀时间t，下式成立： h u1 t；H u0 t
故
h / H u1 / u0
h u dP 1 dP H u0
对于沉速为u1（u1<u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为： P P
格
栅
的
设
计
与
计
算
格
栅
的
设
计
与
计
算
通过格栅的水头损失h2的计算：
h2 h0 k
v h0 sin 2g
2
式中： h0——计算水头损失，m； v——污水流经格栅的速度，m/s； ξ——阻力系数，其值与栅条断面的几何形状有关； α——格栅的放置倾角； g——重力加速度，m/s2； k——考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数， 可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。 城市污水一般取0.1~0.4m。
2/18μ u= ( ρ – ρ ) g d 斯托克斯定律: S L
由上式可知，颗粒沉降速度u与下述因素有关： 当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以u下沉； 当ρs与ρL相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态， 这种颗粒不能用沉淀去除； ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以u上浮，可用 浮上法去除。 u与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有 助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。
式中：W1——栅渣量，m3/ (103m3污水)； KZ——生活污水流量总 变水处理或 短小纤维的回收
形式
振动筛网 水力筛网
格栅、筛网截留的污染物的处置方法：
填埋 焚烧（820℃以上） 堆肥 将栅渣粉碎后再返回废水中，作为 可沉固体进入初沉池
第二节 沉淀的基础理论
沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力 作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：
当某一颗粒进入沉淀池后
一方面随着水流在水平 方向流动，其水平流速 v等于水流速度
另一方面，颗粒在重力 作用下沿垂直方向下沉， 其沉速即是颗粒的自由 沉降速度u
颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在 沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v
v Q / A' Q /( H b)
过格栅渠道 的水流流速
一方面泥沙不至于 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
污水过栅条 间距的流速
通常采用0.4~0.9m/s
格栅栅条 断面形状
过格栅渠道 的水流流速
为防止栅条间隙堵塞， 一般采用0.6~1.0m/s 最大流量时可高 于1.2~1.4m/s
污水过栅条 间距的流速
渐扩α1＝20°， 沉底大于水头损失
自由沉淀及其理论基础
颗粒为球形
分 析 的 假 定
沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变
颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他 颗粒影响
静水中悬浮颗粒开始沉淀时, 因受重力作用 产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与 水对其产生的阻力平衡时, 颗粒即等速下沉
悬浮颗粒在水中的受力：
重力大于浮力时， 下沉； 重力等于浮力时， 相对静止； 重力小于浮力时， 上浮。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v / u0 L / H
将上式带入式中
v u0 ( L / H )
v Q / A' Q / H b 并简化后得出
u0 Q / A
Q u0 ( L / H ) H b u0 A
Q/A——反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面水力 负荷，或称沉淀池的溢流率，用符号q表示：
格栅类型
• 按格栅间隙分为：粗格栅（50-100mm)；
中粗格栅（10-40mm)；细格栅（1.510mm) • 按格栅平面形状分为：平面格栅和曲面格 栅。 • 按格栅清渣方式分为：人工清渣的格栅和 机械清渣格栅。
格栅的清渣方法
人工格栅 与水平面倾角： 45º ~60º
机械格栅 与水平面倾角： 60º ~70º 过水面积一般应不 小于进水管渠的有效面 积的1.2倍。
平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式
1.长度L 3.池总宽度B
L vt
B A / h2
式中： h2——设计有效水深。
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。
第三节 沉 砂 池
沉砂池 的作用
从污水中去除砂子、煤渣等密 度较大的无机颗粒，以免这些杂质 影响后续处理构筑物的正常运行
沉砂池的 工作原理
以重力或离心力分离为基础， 即将进入沉砂池的污水流速控制在 只能使相对密度大的无机颗粒下 沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走
沉砂池的 几种形式
平流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池
格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟 道系统的类型、污水流量以及栅条的间距等因素有关， 可参考的一些数据：
当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为 0.10~0.05m3/（103m3污水）； 当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为 0.03~0.01 m3/（103m3污水）； 栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。
悬浮颗粒在水中的受力分析
V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； 2/2) g——重力加速度。 = λA( ρ u 3 L 当颗粒匀速下沉时受力平衡： λ——阻力系数； A——自由颗粒的投影 3+F2= F1
.悬浮颗粒在水中受到的 重力F1和浮力F2 . 水对自由颗粒的阻力F3
根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和 浓度，沉淀可分成四种类型
自由沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀或 成层沉淀
压缩沉淀
悬浮颗粒浓度较高（ 5000mg/L以 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮 悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中 悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间 固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉 悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒 上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的 已挤压成团状结构，互相接触，互相支 因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨 影响，颗粒间相对位置保持不变，形成 淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中 ,颗 撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力 迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、 一个整体共同下沉，与澄清水之间有清 粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。 作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉 形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀 晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩 池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程 池中发生。 属于这种类型。 存在压缩沉淀。
平流式沉砂池
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。
平流式沉砂池的系统参数
污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为 0.15m/s； 最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s， 一般为30~60s； 有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，池 宽不小于0.6m； 池底坡度一般为0.01~0.02，当设置除砂设备时， 可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。