水污染设计

us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 工作原理
XG型旋转式格栅除污机
回转式固液分离机
螺旋压榨细格栅
螺旋压榨细格栅
回转式格栅除砂机及 栅渣皮带输送机
GL型格栅除污机
齿耙式格栅除污机
阶梯式细格栅
曝气沉砂池前细格栅
格栅的液位差自动控制
设置格栅的一般特征
圆形 格栅栅条 断面形状 矩形 方形 过格栅渠道 的水流流速
格栅的种类
按栅条的间距: 按栅条的间距: 粗、中、细 (p15) 按清渣方式: 按清渣方式: 人工和机械
格栅的清渣方法
人工清除 与水平面倾角： 与水平面倾角： 45º~60 ~60º 45 ~60 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。
机械清除 与水平面倾角： 与水平面倾角： 60º~70 ~70º 60 ~70 过水面积一般应不 小于进水管渠的有效面 积的1.2 1.2倍 积的1.2倍。
过栅水头损失（栅条断面为矩形） 过栅水头损失（栅条断面为矩形） p24公式 如p24公式 h2＝0.097m 栅后槽总高度： 栅后槽总高度：H=h1+h+h2=0.8m 栅槽总长度： 栅槽总长度： L=L1+L2+0.5+1.0+H/tga=2.24m 每日栅渣量： 每日栅渣量：W=0.8m3/d>0.2m3/d
第十章 污水的物理处理(1)
第一节 第二节 第三节 格栅和筛网 沉淀的基础理论 沉砂池
污水的物理处理技术
概念： 概念：利用物理方面的重力和机械力 作用的污水处理技术 处理对象： 处理对象：漂浮物和悬浮物 主要方法： 主要方法：
筛滤截留法-格栅、 筛滤截留法-格栅、过滤 重力分离-沉砂、沉淀、隔油、 重力分离-沉砂、沉淀、隔油、气浮 离心分离法离心分离法-离心分离机
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。 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。
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。
悬浮颗粒在水中的受力分析
1.悬浮颗粒在水中受到的 力Fg
Fg是促使沉淀的作用力，
是颗粒的重力与水的浮力之 差：
2. 水对自由颗粒的阻力
FD = λ '⋅ A ⋅ ( ρ L ⋅ u / 2 )
2 S
F =V ⋅ ρS ⋅ g −V ⋅ ρL ⋅ g =V ⋅ g(ρS −ρL) g
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 = qvmax⋅ sin /(d ⋅ h⋅v) α
b = s (n − 1) + d ⋅ 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：qvmax——最大设计流 h总 = h + h1 + h2 量，m3/s； d——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。
1 ρS − ρ L 2 uS = ⋅ ⋅ g ⋅d 18 µ
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
1 ρS − ρ L uS = ⋅ ⋅ g ⋅d2 18 µ
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关： 当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，us=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us上浮，可用 浮上法去除。 us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。
格
栅
的
建
筑
尺
寸
4.格栅的总建筑长度L
L = L1 + L 2 + 1 . 0 + 0 . 5 + H 1 / tg α
5.每日栅渣量W
q v max ⋅ W 1 × 86400 W = K Z × 1000
式中：W1——栅渣量，m3/ (103m3污水)； KZ——生活污水流量总 变化系数。
式中：L1——进水渠道渐宽部位 的长度，m；
式中：Fg——水中颗粒受到的作 用力； V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； g——重力加速度。
式中：FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数； A——自由颗粒的投影 面积； uS——颗粒在水中的运 动速度，即颗粒 沉速。
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时，
Fg = FD
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
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 宽度要设置得当， 宽度 应使水流保持适当流速
过格栅渠道 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 栅条 间距的流速
通常采用0.4~0.9m/s 通常采用0.4~0.9m/s
式中：v——颗粒的水平分速； qv——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。
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 已挤压成团状结构，互相接触，互相支 上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的 因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨 撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力 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 迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、 作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉 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。 形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀 池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程 晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩 池中发生。 属于这种类型。 存在压缩沉淀。
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、浮力
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 = qv / A' = qv /( H × b)
人工和机械清理的格栅典型设计资料
格栅所截留的污染物数量
当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为 时 当栅条间距为 0.10~0.05m3/（103m3污水）； 污水）； （ 当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为 左右时， 当栅条间距为 左右时 0.03~0.01 m3/（103m3污水）； 污水）； （ 栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。 ，密度约为 栅渣的含水率约为
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： 作用：去除可能堵塞水 选用栅条间距的原则：不 泵机组及管道阀门的较 堵塞水泵和水处理厂、站 粗大悬浮物， 粗大悬浮物，并保证后 的处理设备。 续处理设施能正常运行。 续处理设施能正常运行。
规模较大， 规模较大，采用机械清洗形式
按规范和经验设定参数
栅前水深：h=0.4m 栅前水深： 过栅流速： 中格栅) 过栅流速：0.9m/s ( p22 中格栅) 栅条间隙宽度： 栅条间隙宽度：b=0.021m ( p14) 格栅倾角: a=60º 格栅倾角: a=60º (p17) 栅渣量：0.07 m3/（103m3污水） 栅渣量： m3/（103m3污水
（当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为 当栅条间距为 时 污水）； 0.10~0.05m3/（103m3污水）； （
栅槽的宽度（Ｂ）确定（p23） 栅槽的宽度（Ｂ）确定（p23） （Ｂ）确定 Ｂ＝0.8ｍ Ｂ＝0.8ｍ 进水渠道渐宽部分长度： 进水渠道渐宽部分长度： L1 = (B-B1)/2tga1=0.22m (B由渠水流速而定， （a1由渠水流速而定，要求进水渠流 速为0.77m/s) 速为0.77m/s) 出水渠道渐窄部分的长度： 出水渠道渐窄部分的长度： L2=L1/2=0.11ｍ /2=0.11ｍ
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 渐扩α＝20°， 沉底大于水头损失
污水过栅条 间距的流速
格栅的设计与计算
格栅形式的选择 尺寸计算 水力计算 栅渣量的计算及其处置方法
格栅设计实例
已知 某污水处理厂的最大设计流量 立方米/ 17280吨 ），总变 Q=0.2 立方米/秒（17280吨/天），总变 化系数为1.50 求格栅的各部分尺寸。 1.50， 化系数为1.50，求格栅的各部分尺寸。
即 因
V ⋅ g ( ρ S − ρ L ) = λ '⋅ A ⋅ ( ρ L ⋅ u / 2 )
2 S
1 1 3 V =源自文库πd ， A = πd 6 4
2
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
uS 4 g (ρS − ρ L ) ⋅d = 3 λ '⋅ ρ L
1/ 2
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，颗粒主要受水的黏滞阻力 作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层 流状态。 在层流状态下，λ′=24/Re，带入式中，整理 得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯 定律）：
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 = ξ ⋅ sin α 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。
b − b1 L1 = 2 tg α 1
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。
作用
筛 网
用于废水处理或 短小纤维的回收
形式
振动筛网 水力筛网