水污染控制工程(下册)课件1

水污染控制工程
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、纤维状物质和大块悬浮物） 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）。 离心分离：离心机、旋流分离器（去除比重大、刚性颗粒）。 本章主要就城市生活污水处理中使用的格栅、沉砂池、沉淀 池进行讲授。
可见沉速u与ρg － ρy以及d 2成正比，与成反比。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＝ 80～100mm，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… ti… tn时，分别在1～8号沉淀柱取 水样100ml，得出水SS浓度C1 ～C8，并作出η～t的 关系曲线以及η～ui的关系曲线（见图3～9）。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置，因而此方 法存在误差。
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=20；长方形 10×50mm，迎水面半园矩形10×50mm。
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＝ ζV 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，迎背面半园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。 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(m 3 /10 3 m 3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。
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 / ut dP，故总去除率η＝ (1－ P0 )+ 1/ u0 ∫ ut dp ， 用百分数表示为η%＝ (100－ P0 )+ 100/ u0 ∫ ut dp ， 与前者分析推导结果相同，说明理论上是可行的。
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＝HBL/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。
一、格栅
1.格栅: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。 设置目的：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/m 3 。 分类：平面格栅和曲面格栅（又称回转式格栅）。 2.平面格栅 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、或栅条置于外侧耙头 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。
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。
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 程中颗粒间互不碰撞、呈单颗粒状 态，各自独立地完成沉淀过程。如 沉砂池和初沉池中的沉淀。 絮凝沉淀(干涉沉淀)：当SS浓度较 高(50～500mg/L)时，沉淀过程中颗 粒间可能互相碰撞产生絮凝作用， 使颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速 加快。如活性污泥在二沉池中的沉 淀。
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 / u0 dp；故总去除率为(1－ P0 )+ ∫ ut / u0 dp 。 所以η%＝ (100－ P0 )+ 100/ u0 ∫ ut dp 。 例题 （见p65例3－2）
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>1000mm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）。 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.污水处理系统前：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 m 3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。
1.平流式沉砂池。 构造：由入流渠、出流渠、闸板、砂斗组成。
设计参数： A.Vmax ≤0.3ms，Vmin ≤0.15ms。（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。
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。 c.颗粒沉到池底即认为被去除。
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，各自保持相对位置不变，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。如二沉池中下部的沉淀。 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。如二沉池泥斗和浓缩 池的过程。 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 。 式中 ； F1为重力，Vgρg； F2为浮力，Vgρy。 F3为下沉摩擦阻力，CA ρy u 2 /2。 带入整理得：u＝ (ρg － ρy )gd 2/18，即斯托 克斯公式。
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0.21mm的 砂，而不去除有机物。Vmin＝Qmin/nω。 ω 为单池过水断面 面积。