水的物理化学处理方法

4、池总宽B(m) 由A和有效水深h2 (m)计算； B=A/h2
5、空气需要量q(m3/h)由Q和1m3废水所需空
气量a(m3/m3)确定。q=a·Q·3600
0.1 m3
例题：某城市污水的最大流量为1m3/s。 试设计一个曝气沉砂池。
解：取污水在池内的停留时间t＝3min。则池子
总容积V为：
H—有效水深
ρ0 —水样中悬浮物的原始浓度沉降开始后，在 时间为t1时从水深为H处取一水样，测出其悬浮 物浓度为ρ1，则沉速大于u1=H1/t1的所有颗粒均 已通过取样点，沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的 比例为x1= ρ1 /ρ0 。对于指定的沉淀时间t0，沉速 为u0 ，这时在整个有效深度(H)上，沉速u≥u0的 颗粒在t0时可全部去除，而沉速u< u0的颗粒则 只有一部分去除，其去除的比例为： h／H =u t0 / u0 t0 = u/ u0
1
2
3
工业用水的过滤处 理、工业占废地水面中有积小
用物质的回收
过滤能力污大水的最终操处作理方便
微滤机结构示意图
冲洗 设备
集渣斗
出 水
排
渣
转 鼓
水槽
池
去除污水中粒径大于 0.2mm，密度大于 2.65t/立方米的砂粒
2.沉砂 池
平流式
竖流式
曝气式
曝气沉砂池
特点：向池内通入空气，避免沉渣发臭，集曝气与沉 砂为一体，不但可使沉砂中有机物降低至5%以下， 而且有预曝气的功能。
V＝Q×t×60＝1×3×60＝180（m3利）用宽深比来
取最大流量时水在池内的水平流速为进0行.1计m算/s更，合
则水流断面积A ：
理
A＝ Q/v＝1/ 0.1＝10（m2）
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4（m)
池长L ＝V/A＝180/10＝18（m）
取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小 时总曝气量：q＝0.1×1×3600＝360m3
格栅倾角一般采用45~75度。
1.2 筛网
孔径小于10mm的筛网主要用于工业废水的 预处理，它可将尺寸大于3mm的漂浮物截留 在网上。孔径小于0.1mm的细筛网则用于处
理后出水的最终处理或作为重复利用水的处 理。
转鼓式
振动筛
旋转式
转盘式
转鼓式筛网的示意图
1.3 微滤机
去除藻类、水蚤等浮游生物
E
1
x0
1 u0
x0 udx
0
例题：某废水静置沉淀试验数据如表1，试验有效水深 H＝1.8m，求此废水在负荷为25m3/m2·d的悬浮物质理 论总沉降去除率。 解：
沉淀时间 60 80 100 130 200 240 420
（min）
Ci/C0% 63 60 56 52 37 26 9
沉降速度
cm/min 3 2.5 2 1.55 1 0.83 0.48
基本要求：使污水尽可能地在沉淀区各个断面 均匀分布，既有利于沉降，又要使出水中不携 带过多的悬浮物。
入流区：挡板需高出水面0.15~0.2m，淹没深 度不小于0.2m，距离进水口0.5~1.0m。
用穿孔墙进行配水需要注意什么问题？
（1）为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开 孔率应在10~15%；
悬浮物质总去除率为： E＝（1－0.54）＋46/1.74＝0.72＝72％
按照试验结果所绘制的各参数之间的 相互关系的曲线，统称为沉降曲线。
对于不同类型的沉淀，它们的沉淀曲 线的绘制方法是不同的。
例：自由沉淀型的沉淀曲线
E% 100 80 60 40 20
0 30 60 90 120 150 T min
1
水中粗大颗粒物质的去除
2
水中悬浮物质和胶体物质的去除
3
水中溶解物质的去除
4
水中有害微生物的去除
5
水的其他物理化学处理方法
第一节 水中粗大颗粒物质的去除
预处理
去除方法 筛滤 截留 沉降 离心
粒径在0.1或 1mm以上
相应设备 格栅 筛网 微滤机 离心机 旋流分离器
1.格栅、筛网、微滤机
1.1 格栅
CD ＝24/Re， Re=φρu d/
代入上式则导出Stokes Formula公式
Stokes Formula
u
g
18
(s
)d
2
µ：水的动力粘度，Pa·s d : 颗粒直径，m S :颗粒密度，kg·m-3 g：重力加速度，m·s-2
对于雷诺数不同的水流环境，颗粒沉降情 况差别很大，必须通过沉降实验来确定水样的 沉降性能。
不少于两格
曝气沉砂池计算要点
2~5min
1、总有效容积V(m3)由最大设计流量Q(m3/s)
和相应的停留时间t (min)计算；
0.06~
V=Q·t
0.12m/
2、过水断面积A(m2)由Q和相应的水平流速 v(m/s)计算；A=Q/v
s 2~3m
3、池长L(m)用V和A计算；L=V/A
1~2m
（2）孔口的边长或直径应为50~150mm； （3）最上一排孔口的上缘应在水面以下
0.12~0.15m处； （4）最末一排的下缘应在污泥层以上0.3~0.5m
处。
孔径要相等， 分布均匀，淹
没深度在
0.15~0.2m
出流区：
出流堰前若设挡板，可用 以稳流和阻挡浮渣，挡板淹 没深度为0.3~0.4 m，距溢流 堰0.25 ~0.5 m。
沉速加上重 污泥浓缩池 力挤压
1、自由沉降
特性：悬浮物为低浓度离散颗粒，如沙砾、
铁屑等，沉降不受周围其他颗粒的影响。 （1）由公式计算得到过流量
（2）由试验作图得到过流量
（1）由公式计算得到过流量
牛顿提出：落入静止流体中的颗粒会进行加速
运动，直到作用于颗粒上的摩擦阻力与颗粒的 牵引力相等为止，这时颗粒作匀速运动。
浮力Fb
平衡态
浮力
阻力Fd
重力Fg
合力Fn= Fg -Fb =(ρs- ρ)gVs
重力 阻力Fd= CDρAs u2/2
公式导出
当Fn = Fd时，颗粒将以等速下沉，对球形均质颗粒有： CDρAs u2/2 =(ρs- ρ )gVs
u 2 4 (s ) gd 3 CD
由ห้องสมุดไป่ตู้当CRDe
不是常数，随表征水流紊乱情况的雷诺数Re而改变， ≦2时有：
辐流式
采用机械排泥， 运行较好，管 理简单，排泥 设备已有定型 产品
池内水流不易稳定；机 械排泥设备复杂，对施 工质量要求较高。
适用于地下水 位较高的地区； 适用于大型污 水处理厂。
㈠平流式沉淀池
平流式沉淀池示意图
⒈构造
导流板 穿孔挡板
Q 沉淀区
进水区 污泥区
出水堰 出水区
普通平流池入流区和出流区的设计
转筒式离心机 管式离心机 盘式离心机 板式离心机
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
（一）沉淀理论基础
颗粒参数 下沉速度 产生条件
自由沉降 沉降类型 絮凝沉降
拥挤沉降 压缩沉降
不变，离 散状态
尺寸质 量渐大
颗粒相对 位置不变
颗粒挤压
不受干扰
初沉池初 期沉淀
渐大
初沉池后期沉淀 和二沉初期
界面沉速 二沉池后期
4、理想沉淀池
简化的理想状态：
A
B
C
池内各过水断面 的水平流速相同
进水中的悬浮颗 粒沿水深呈均匀 分布，其水平分 速与水流相同， 并以等速下沉
悬浮颗粒落到池 底即认为被除去
理想的沉淀池示意图
进水区
O
出水区
O'
H
u
h
x
沉淀区
x' 污泥区
L
过流率q0的计算
如果沉淀池容积为V（m3），池表面积 为A（m2），进水流量为Q（m3/s）
在絮凝沉淀过程中，对于一定的颗粒， 不同水深将有不同的沉淀效率，水深增大， 沉淀效率也增高，这是因为絮凝后颗粒的沉 速加大。所以，E—u曲线与试验水深有关。 这与自由沉降过程是不同的。
絮凝沉降实验
3、拥挤沉降和压缩沉降
当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间 隙相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此 干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗 粒下沉所置换的液体体积的上涌也会对周围 颗粒的下沉产生影响。因此，颗粒的实际沉 降速度应是自由沉降时的沉速减去液体的上 涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清而 下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最 终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，这种 沉降过程称之为压缩沉降（成层沉降）。
指定的颗粒沉降速度为u0： 25m3/m2·d＝25×100cm/（24×60min）＝1.74cm/min
ΔX（％） 6 6 10 10 10 6 6 u 1.5 1.22 1 0.85 0.7 0.48 0.16
u• ΔX 9 7 10 8.5 7 2.8 1
上述面积总和：46
通过公式E=（1-x0)+1/u00x0 udx
t0=H/u0 V=HA V=Qt0 u0=Q/A
令 q0=Q/A 过流率q0：也称之为表面负荷 ，可以看
作每天每1m2的沉淀池表面积上所流经 的水量（m3/m2·s)。
（二） 普通沉淀池
辐射式
类型
平流式
竖流式
池型
平流式
优点
缺点
适用条件
对冲击负荷和 温度变化的适 应能力较强； 施工简单，造 价低
1.1.1 格栅的结构
格栅的缝隙： 进水泵站前大于50 mm
沉砂池或沉淀池前15~30mm，最大为40mm
若水泵前格栅缝隙不大于25 mm ，则处理系 统前不再设格栅。
1.1.2 格栅的分类
• 按格栅形状分 • 按栅条间隙分 • 按清除方式分
平面格栅
曲面格栅 粗格栅 中格栅 细格栅 人工清除格栅 机械清除格栅 水力清除格栅
3. 离心分离
压力式水力旋流器
离心力 产生方 式类型
水旋分离设备
重力式水力旋流器 器旋分离设备 ——离心机
Fc= （m – m0) v2/ r
分离因素α
离心力 α=
重力
r n2 / 900
G = （m – m0) g
水力旋流器
压力式水流旋流器
重力式水力旋流器也称水力旋流沉淀池。废 水由切线方向进入池内，造成旋流。与压力 式旋流器相比，这种水力旋流沉淀池直径要 大得多，离心力的作用减弱，颗粒的分离主 要是由重力决定的。在这两种力的作用下， 颗粒被抛向池壁并沉于池底，定期由抓斗排 渣。
适用于地下水 采用多斗排泥时，操作 位较高及地质 工作量大，采用机械排 较差的地区； 泥时，机械设备和驱动 适用于大、中、 件均浸于水中，易锈蚀。 小型污水处理
厂
竖流式
池子深度大，施工困难； 排泥方便、占 对冲击负荷和温度变化 地面积小 的适应能力较差；造价
高，池径不宜太大
适用于水量不 大的小型污水 处理厂。
压力式水力旋流器的表面负荷比较高，可达 1000m3/m2·h，但水力旋流沉淀池的表面负荷 一般只有25~30m3/ m2·h 。
按转速 的大小
离心机
8000r/min以下 低速离心机 10000~25000r/min 高速离心机 25000~150000r/min 超速离心机
离心机 分离容 器几何 形状
（2）自由沉降实验得到过流率u
φ100mm
试验在沉淀柱中进行，首先 将沉淀柱装满待分析的悬浮 液。然后，悬浮液开始沉降， 经过一定时间后，从水深为H 处取水样，测量其悬浮物浓 度。
这时 u0＝H/t0
H0=1.5~2.0m
沉淀实验装置
绘制沉淀时间与沉淀效率的关系曲线、颗 粒沉速与沉淀效率E的关系曲线；
简单格栅
水头损失
机 械 格 栅
回转式机械格栅实物
回转式格栅
无动力水力格栅
格栅设计安装要求
水流速度保持在0.6~1.0m/s之间，一般 可取0.7m/s(平均流量时)。
水头损失达10~15cm时应予清捞。为了 避免造成壅水现象，栅后的渠底应比栅 前低10~15cm。
如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁 通道。旁通道进口处设有间距为 75~l00mm的垂直栅条。
ρ1和ρ2---分别为进水和出水的悬浮固体浓度，kg/m3
γ---污泥密度，kg/m3，当污泥主要为有机物且含水率 在95%以上时，可取1000kg/m3。
T---排泥周期，一般取1~2d。
（二）竖流沉淀池
出水
进水
排泥
竖流式沉淀池示意图
经验数据
表面负荷q =2-3 m3/(m2h) 停留时间t=1.5-2.0 h 最大水平流速V=5-7 mm/s
①沉淀区尺寸
长度L2=vt 深度H=ut 池宽度B=A断/h2 池数（n≮2）n=B/b
长款比以3~5 为宜
② 污泥区容积
Q（ρ0-ρ）×24 V=
×T
γ（1－P）
Q---废水设计流量，m3/h
沉淀时间与沉淀效率关系曲线
例：自由沉淀型的沉淀曲线
E% 100
80 对于自由沉淀过程，E-U 60 曲线与实验水深无关。
40 20 0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
颗粒沉速与沉淀效率关系曲线
U mm/s
2、絮凝沉降
目前尚没有适当的数学关系式来描述絮 凝沉淀。
在悬浮物沉降过程中，悬浮颗粒因互相 碰撞凝聚而使尺寸变大，沉速随池深增加而 增加。