第三章 污水的物理处理

• 0.5与1.0为格栅前后的过渡段长度。 • 每日栅渣量：W＝ Amax W1×86400/K总×1000(m 3/d)。 • 式中： W1为栅渣量(m3/10 3 m3污水)，一般取0.01～0.1。 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。
• 可见沉速u与ρg － ρy以及d 2成正比，与μ成反比。但由于 污水中的颗粒为非球形，直接采用斯托克斯公式会油很大 误差，需要修正。具体修正方法如下： • 多个沉降柱试验法：见p63，沉降柱6～8个，d＝80～10 0mm，h＝1500～2000mm，出水口位于1200mm处， 出泥口在底部，进水SS浓度为C0，经沉淀t1 、t2、t3… t i… tn时，分别在1～8号沉淀柱取水样100ml，得出水SS 浓度C1 ～C8，沉速ui是指在沉淀时间ti内能从水面恰好下 沉到水深H处的最小颗粒的沉淀速度。对于u ≧ ui的颗粒， 可在时间ti内全部沉淀去除；而对u < ui的颗粒，在时间ti 内能否被沉淀去除取决于颗粒所在位臵，因而此方法存在 误差。
第三章
污水的物理处理
教学要求： 1.掌握沉淀理论，理解各种沉淀类型的内在联系和区别，并 学会分析沉淀池的影响因素。 2.了解各种沉淀池的适用范围，掌握其相关的工程设计，并 结合流体力学理解其设计要求。
• 概述 • 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：筛滤、重力分离、离心分离。 • 筛滤: 筛网、格栅(去除漂浮物、纤维状物和大块悬浮物) • 滤池、微滤机（去除中细颗粒悬浮物）。 • 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)。
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②将实际数据 Q、L、B、H带入，则颗粒在池内最长沉淀时 间为：t＝L/v=H/ u0。沉淀池容积V＝Qt＝HLB，因Q＝H BL/t＝HA/t=A u0 。 故Q/A= u0 ＝q。 • 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 。 • 由L/v=h/ut，h＝utL/v,则沉速ut为的颗粒去除率为： η=h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB =ut/Q/A= ut/q=ut/u0 。 • 所以，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。
c.颗粒沉到池底即认为被去除。
1）平流式理想沉淀池 ①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，则u0/v=H/L，即u0＝vH/L。 • 所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I轨迹的颗粒）； 凡沉速小于u0者、且在对角线AD以上者，均不能被去除 （代表Ⅱ轨迹的颗粒）；凡沉速小于u0者、且在对角线AD 以下者，仍可以被去除（代表虚线Ⅱ轨迹的颗粒）。 • 设沉速ut<ut的颗粒质量为dP，则可被沉淀去除的量为ut/u tdP，故总去除率η＝(1－P0)+1/u0∫utdp ，用百分数表示 为η%＝ (100－P0)+100/u0∫utdp，与前者分析推导结果 相同，说明理论上是可行的。
视 频 图 件 1.平流式沉砂池 • 构造：由入流渠、出流渠、闸板、砂斗组成。
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设计参数： A.Vmax ≤0.3m/s，Vmin ≤0.15m/s。（为什么？） B.水力停留时间：Qmax不少于30s，一般30～60s。 C.有效水深h ≤1.2m，一般采用0.25～1.0m； 池宽≧0.6m。 D.进水头部应采取消能和整流措施。 E.池底底坡一般为0.01～0.02。 F.沉砂池超高不宜小于0.3m。 排砂方式：重力排砂，排砂管d ≧200mm。对大中型污水 处理厂，一般采用机械排砂。 • 优缺点:构造简单、处理效果好,但重力排砂时构筑物需高架.
三、沉砂池
• 功能和任务：去除比重比较大的无机颗粒（ρ≧2.65，d ≧ 0.21mm，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。 • 设臵位臵：泵站、倒虹管和初沉池前。 • 常见类型：平流式沉砂池（horizontal flow grit removal tank）、曝气沉砂池（aerated grit chamber）等。 • 设计规范要求： • ①组数不少于2组，一备一用； • ②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，合流制系统按降雨时设计流量设计； • ③沉砂量15～30 m3/106m3污水 ，含水率60％； • ④砂斗容积≤2日沉砂量，斗壁与水平面倾角≧55°。
3）设计参数 • 栅槽宽度：已知B或Qmax 、水深h、流速V，则栅条间隙 数：n＝Amax(sinα) 0.5 /ehv,B＝en＋(n-1)，栅条数n-1， 栅宽s。 • 格栅的水头损失： h1＝Rh。R为倍数，一般取3。 • h0＝ζ〃V 〃 sin α /2g， ζ＝β(s/e) 4/3，为阻力系数； • 对圆形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半园β＝1.83，迎背 面半圆β＝1.67。 • 栅槽总高度：H＝ h1＋h2＋h， h2为超高。 • 栅槽总长度：L＝ L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1 /tg α， • 式中：L1＝(B－B1)/2tgα1，L2＝ L1/2， H1＝ h2＋h L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度。 α1为渠道展开角，一般20° ； B1为进水渠宽度。
• 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。 • 设水样中的SS浓度为Ci，则出水中的剩余SS的比例为Pi＝ Ci/C0，SS实际在ti时的去除率为1－Pi，作的P0～ut曲线， 凡沉速ut≧u0＝H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1 －P0；而沉速ut<u0＝H/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 (1－P0)+∫ut/u0dp 。 • 所以η%＝ (100－P0)+100/u0∫utdp 。 • 例题 （见p65例3－2）
• 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； η＝(1－ Ci/ C0 )× 100% 记算去除率，并记录与表中。
• 具体计算见例3－3，首先计算临界沉速，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。 • η＝ η1＋ u1/ u0(η1－ η2）＋ u2/u0 (η2－ η3）＋…. • 3)区域沉淀和压缩沉淀安排在第八章讲解。 3.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。 • 理论假设条件： a.污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。 b.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。
a.水泵前：人工清渣e ≦20mm；对大中型泵站，采用机械清 渣，e ＝20～150mm。 b.水泵后:人工清渣e＝25～40mm,机械清渣e＝15～25mm. 污水处理厂前可设粗细二道格栅,粗格栅e＝50～150mm, 细格栅e＝15～40mm；当提升泵站前格栅e ≦25mm时, 泵后可不住设格栅。 c.格栅数量：当每日渣量>0.2 m3时，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。 d.格栅安装角度：一般45～75°,对人工清渣，为省力一般角 度≦60°;对机械清渣，角度一般60～75°,特殊时为90°; 对回转式一般60～90°。
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计算公式：见p73 池长：L＝vt， V为最大设计流量时的停留时间； 水流断面面积：A＝Qmax/v； 池总宽：B＝A/h2； h2为设计有效水深； 沉砂斗容积：V＝86400 Qmaxtx1/105K总，x1为城市污水 沉砂量，取3 m3/105m3污水 ； • 沉砂池总高度：H＝h1＋h2＋h3 ；h1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0.21m m的砂，而不去除有机物。Vmin＝Qmin/nω。 ω 为单池过 水断面面积。
二、沉淀理论
• 1.沉淀类型： • 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—自由沉淀、絮凝沉 淀、区域沉淀、压缩沉淀。 自由沉淀：指SS浓度不高,沉淀过 程中颗粒间互不碰、呈单颗粒状态, 各自独立地完成沉淀过程。 絮凝沉淀(干涉沉淀)：当SS浓度较 高(50～500mg/L)，沉淀过程中颗 粒间可能互相碰撞产生絮凝作用， 颗粒径与质量逐渐加大,沉速加快。
• 区域沉淀（成层、拥挤沉淀）：因SS过大，沉淀过程中相邻 颗粒间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的 颗粒，各自保持相对位臵不变，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。 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。 2、沉淀类型分析 1）自由沉淀： • 假设颗粒为球形，由牛顿第二定律得： mdu/dt＝F1－F2－F3 。 • 带入整理得：u＝ (ρg－ρy)gd2/18μ， • 即斯托克斯公式。
③竖流式理想沉淀池（自学）。分析方法同前，但结果有 差距，p＝100－p0 ）。 ④实际沉淀池与理想沉淀池之间的差距（自学） a.深度方向水流速度分布不均匀对去除率没有影响。 b.宽度方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主 要原因。 c.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。
一、格 栅
1.格栅(screening)
视 频 照 片 图 件
是一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。 • 安装地点：污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水 口及沉砂池前。 • 设臵目的：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。 • 栅渣：被截留的污染物,其含水率70～80％,容重750kg/m3。 • 分类：平面格栅和曲面格栅（又称回转式格栅）。
e.流速：栅前渠道流速V＝0.4～0.9m/s，过栅流速0.6～1.0 m/s，通过格栅水头损失宜采用0.08～0.15m。 f.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H＝ h1＋h2＋h。
• 格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m • 工作台宽度：人工清渣≧1.2m，机械清渣≧1.5m。 g.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。
• 1）格栅设计主要依靠水量大小、栅渣量多少来确定(机械 清渣、人工清渣)。机械清渣采用回转式、或栅条臵于外侧 耙头抓渣适于水量大、渣多或机械程度、自动化程度较高 时采用;人工清渣适于水量小、少栅渣，当栅渣多为纤维状 物质而难于用耙清楚时,也多采用定时吊起栅渣人工清除。 • 2）设计参数 • B、L、e和b的相关尺寸见P55表3－1。 • 长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L>100 0mm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。 • 栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）； • 50、60、70………150mm（中或粗格栅）。