水污染控制工程2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,水污染控制工程（下）,主讲：成官文,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。,第三章污水的物理处理,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。,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7080，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。,2）设计参数,B、L、e和b的相关尺寸见p55表31。,长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L1000mm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、70150mm（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 20150mm。,b.污水处理系统前：人工清渣e2540mm，机械清渣e1525mm。污水处理厂前可设粗细二道格栅，粗格栅e50150mm，细格栅e1540mm；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。,d.格栅安装角度：一般4575,对人工清渣，为省力一般角度60；对机械清渣，角度一般6075,特殊时为90；对回转式一般6090。,e.流速：栅前渠道流速V0.40.9m/s，过栅流速0.61.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.080.15m。,f.高度：设水深h，格栅水头损失h,1,，栅前渠道超高h,2,（一般采用0.3m），则后槽总高度H h,1,h,2,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2020mm；圆形,=20,；长方形1050mm，迎水面半园矩形1050mm。,3）设计参数,栅槽宽度：已知B或Q,max,、水深h、流速V，则栅条间隙数：nAmax(sin,),0.5,/ehv，Ben(n-1)，栅条数n1，栅宽s。,格栅的水头损失：h,1,Rh。R为倍数，一般取3。h,0,V,sin,/2g，,(s/e),4/3,，为阻力系数；对圆形,1.79，矩形,2.42，迎面半园,1.83，迎背面半园,1.67。,栅槽总高度：H h,1,h,2,h，h,2,为超高。,栅槽总长度：L L,1,L,2,1.00.5H,1,/tg,，,式中：L,1,(BB,1,)/2tg,1,，L,2,L,1,/2，H,1,h,2,h,L,1,为进水渠渐宽部分长度；L,2,为渠出水渐窄处长度。,1,为渠道展开角，一般20,；B,1,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 W,1,86400/K,总,1000(m,3,/d)。,式中：W,1,为栅渣量(m,3,/10,3,m,3,污水)，一般取0.010.1。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33。,例题：见p59例31。,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(50500mg/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。,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/dtF,1,F,2,F,3,。式中；F,1,为重力，Vg,g,；F,2,为浮力，Vg,y,。F,3,为下沉摩擦阻力，CA,y,u,2,/2。,带入整理得：u(,g,y,)gd,2,/18,，即斯托,克斯公式。,可见沉速u与,g,y,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68个，d80100mm，h15002000mm，出水口位于1200mm处，出泥口在底部，进水SS浓度为C,0,，经沉淀t,1,、t,2,、t,3,t,i,t,n,时，分别在18号沉淀柱取水样100ml，得出水SS浓度C,1,C,8,，并作出,t的关系曲线以及,u,i,的关系曲线（见图39）。沉速u,i,是指在沉淀时间t,i,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 u,i,的颗粒，可在时间t,i,内全部沉淀去除；而对u u,i,的颗粒，在时间t,i,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。,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C,i,，则出水中的剩余SS的比例为P,i,C,i,/C,0,，SS实际在t,i,时的去除率为1 P,i,，作的P,0,u,t,曲线，凡沉速u,t,u,0,H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1 P,0,；而沉速u,t,u,0,H/t的颗粒能被去除的比例为u,t,/u,0,，其在t时刻去除该颗粒的效率为u,t,/u,0,dp；故总去除率为(1 P,0,)+u,t,/u,0,dp。,所以,%,(100 P,0,)+100/u,0,u,t,dp。,例题（见p65例32）,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t,i,时的去除率为,(1 C,i,/C,0,)100%。记算去除率，并记录与表中（见表36）。,具体计算见例33，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。,1,u,1,/u,0,(,1,2,）u,2,/u,0,(,2,3,）.,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。,c.颗粒沉到池底即认为被去除。,1）平流式理想沉淀池,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u,0,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u,0,/v=H/L，即u,0,vH/L。,所以凡沉速大于u,0,者全部沉入池底（代表I轨迹的颗粒）；凡沉速小于u,0,者、且在对角线AD以上者，均不能被去除（代表轨迹的颗粒）；凡沉速小于u,0,者、且在对角线AD以下者，仍可以被去除（代表虚线轨迹的颗粒）。,设沉速u,t,0.15m/s进行验算，保证沉掉0.21mm的砂，而不去除有机物。V,min,Q,min,/n,。,为单池过水断面面积。,2.曝气沉砂池（可去除11的有机物）,构造：横断面呈矩形，底坡i0.10.5，坡向砂槽；砂槽上方设曝气器，器安装 高度距池底0.60.9m。,目的：a.使粘在砂粒上的污泥及有机物 更好分离（通过摩擦作用实现），避免 泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。b.送入空气，使无机颗粒甩向外侧而沉淀。c.预曝气，改善污水水质，减轻散发气味。,设计参数：a.旋流速度：0.250.3m/s；b.水平流速：0.060.12 3m/s；c.水力停留时间：13min；d.池深：23m；宽深比11.5；长宽比5；池长1420m。e.曝气量：0.10.2 m,3,空气/m,3,污水或35 m,3,空气/m,2,h。,计算 a.池总有效容积：v60 Q,max,t，t为最大设计流量时的水力停留时间。b.水平断面面积 A Q,max,/v，v为最大设计流量时的水平流速.,c.池总宽：BA/H，H为有效水深。d.池长LV/A。e.曝气量：q=3600DQ,max,，q为每小时的曝气量，D为单位污水量所需气量。,检验 水的流态：旋流。其旋流速度V（V,1,2,V,2,2,）,1/2,。污水每旋转一周推进的距离：Lr2,rtg,，式中r0.5倍池宽，即旋流半径；,为旋转角，tg,V,1,/V,2,。根据试验必须旋转3周（V 0.35m/s时），能取得较好的效果。故要求V,1,tL 3Lr。,3.多尔沉砂池,自学,。,4.钟式沉砂池,自学,。,四、沉淀池,1.概述,分类：按工艺布置分：初沉池和二沉池。初沉池是一级污水处理的主体构筑物，或作为二级处理的预处理，可去除4055的SS、2030的BOD，降低后续构筑物负荷。二沉池位于生物处理装置后，用于泥水分离，它是生物处理的重要组成部分。经生物处理二沉池沉淀后，一般可去除7090的SS和6595的BOD。按池内水流流态分：平流式、辐流式和竖流式。,结构：各种沉淀池均含有五个区：进水、沉淀、缓冲、污泥与出水区。,优缺点和适用条件 平流式：沉淀效果好，耐冲击负荷与温度变化，施工简单，造价较低。但配水不易均匀，采用多个泥斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管，操作量大；采用链式刮泥设备，因长期浸泡水中而生锈。适用条件：大中型污水处理厂和地下水位高、地质条件差的地区。竖流式：排泥方便，管理简单，占地面积少。但池深大，施工困难，对冲击负荷与温度变化适应能力差，造价高，池径不宜过大，否则布水不均。适于小型污水处理厂 辐流式：机械排泥，运行效果较好，管理较方便，排泥设备已定型。但排泥设备复杂，对施工质量要求高。适于地下水位较高地区和大中型污水处理厂。,一般规定：a.沉淀池数目不应少于2座，宜按并联运行设计。b.沉淀池的超高h,0.3,m，其缓冲层高度一般采用0.30.5m。c.初沉池应设撇渣设施。,d.有效水深H、沉淀时间t与表面负荷率的关系如下：表面负荷率q 沉淀时间t（h）（m,3,/m,2,h）H2.m 2.5m 3.0m 3.5m 4.0m 3.0 1.0 1.17 1.33 2.5 1.0 1.20 1.40 1.60 2.0 1.0 1.25 1.50 1.75 2.0 1.5 1.33 1.67 2.00 2.33 2.67 1.0 2.0 2.5 3.0 3.50 4.0 e.污泥区容积按 2d污泥量计算。采用机械排泥时，可按4h泥量计算；人工排泥应按每天排泥量计算。初沉池排泥静水头,1.5,m；二沉 池排泥静水头为：活性污泥法,0.9,m，膜法,0.9,m。,f.污泥斗斜壁与水平面倾角：方斗,60,，圆斗,55,。,g.排泥管d,200,mm，采用多泥斗时应设单独闸阀和排泥管。h.沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口设调节闸门，以调节流量；出口堰也如此。i.重力排泥时，污泥斗的排泥管一般采用铸铁管，其下端伸入斗内，顶端敞口，伸出水面，以便与大气连通；在水下0.91.5m处接水平排泥管，污泥借静水压力排出,。,2.平流式沉淀池,构造:由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。,流入有侧向配水槽、挡流板组成，起均匀布水的作用。挡板入水深度,0.25,m，高处水面0.150.2m，距流入槽0.51.0m。流出由出水槽和挡板组成。流出槽为自由溢流堰，其要求水平，以保证出流均匀，控制沉淀池水位。堰口采用锯齿形，最大负荷,2.9,L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。为改善出水水质，可设多出水槽，以降低出水负荷。,缓冲层：避免已沉淀污泥被水流搅起。污泥区：贮存、浓缩和排泥作用。,排泥装置与方法：利用进水压力。底坡I0.010.02；机械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮体含水率为99，密度接近1，不宜挂起，而只能采用泵抽吸（p80图330），目前少用。,设计参数 a.长宽比以35为宜，对大型沉淀池宜设导流墙；L/H=812，L一般3050m。b.采用机械排泥时，池宽应根据排泥设备确定，此时底坡一般0.010.02；刮泥机行进速度1.2m/min，一般0.60.9 m/min.c.表面负荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。,计算 当无沉淀试验资料时，按沉淀时间与表面负荷计算。a.池子总面积：A3600.Q,max,/q。b.有效水深：h,2,qt。（初沉池t12h，二沉池1.52.5h）c.沉淀区有效容积：V,1,A h,2,或Q,max,t。d.沉淀区长度：L3.6vt，v为最大设计流量时的水平流速，一般小于5mm/s。e.沉淀区总宽度：BA/L。f.沉淀池座数：nB/b，b为每座宽度，一般510m。g.污泥区容积：按人算，WSNt/1000。S为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算，W Q,max,.24(C,0,C,1,).100t/r(100p)Q,max,.(C,0,C,1,).86400.100t/K,z,r(100p)。h.池子总高度：H h,1,h,2,h,3,h,4,，h,1,为超高，取0.3m；h,3,为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。h,4,泥斗区高度。i.泥斗容积：V,2,h,4,(f,1,+f,2,+f,1,0.5,f,2,0.5,)/3。f,1,为斗上口面积，f,2,为斗下口面积。,而对有沉淀试验数据时 因u,0,q，A Q,max,/q=Q,max,/u,0,h,2,qt=u,0,t 其它计算同前。,例题：p82例34,3.辐流式沉淀池,构造：一般为圆形，可分为中心进水周边出水、周边进水周边出水二种。均由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。流入区设穿孔整流板，穿孔率为1020。流出区设出水堰，堰前设挡板，拦截浮渣。,设计参数 a.D/H一般取612，D,16,m。b.池底底坡0.050.1。采用机械刮泥时，若D 20m，一般采用单臂中心传动刮泥机；反之采用周边传动刮泥机。刮泥机转速13周/h，或外周线速度3.0m/min，一般1.5m/min。c.周边进水的沉淀效率高，起设计表面负荷可提高1倍左右，即34 m,3,/m,2,h。d.若为静水压力排泥，其设计参见p84图334，要求排泥槽泥面低于沉淀池水面0.3m。,计算 a.沉淀池表面积、座数及单池直径：A,1,Q,max,/n.q ，D(4 A,1,/,),0.5,。b.沉淀池有效水深：h,2,qt。c.池子总高度：H h,1,h,2,h,3,h,4,h,5,，h,1,为超高，取0.3m；h,3,为缓冲层高度，无刮泥机时取0.5m，有则取0.3m。4,4,为底坡落差，h,5,为泥斗高度。d.污泥区容积：按人算，WSNt/1000n。S为每人每天产泥量，取0.30.8L；N为人口数；t为二次清泥时间间隔（d）。按进出水SS浓度计算，W Q,max,.24(C,0,C,1,).100t/r(100p)Q,max,.(C,0,C,1,).86400.100t/K,z,r(100p)n。e.泥斗容积：V,1,h,5,/3.(r,1,2,+r,1,r,2,+r,2,2,),r,1,、r,2,为泥斗上下半径。泥斗以上锥体部分容积：V,2,h,4,/3.(R,2,+r,1,R+r,1,2,)。,具体计算见p85例35和图335。,对周边进水（周边出和中间出）沉淀池，其效率提高。,原因：中间进水的进水筒流速V,100,mm/s。流速大，污泥难絮凝，且易冲击或扰动池底。,构造：周边进水，中间出水。出水位置：R处（即周边）、1/2R处、1/3R、1/4R处。其中以周边最好。其在流入槽底均匀开设布水孔；导流絮凝区设挡流板，使布水均匀，污泥絮凝沉淀区流速小而改善沉淀效果。,设计计算,布水孔孔径50100mm，孔内流速0.30.8m/s（V,n,），,即V,n,（2t,),0.5,G,m,。式中,G,m,2,(,V,1,2,V,2,2,/2t,),2,式中t为导流絮凝区平均停留时间，取360720s；,为运动粘滞系数；,G,m,为导流絮凝区平均速度梯度，取1030s,1,；,V,1,为配水孔水流收缩断面流速，,V,1,V,n,/,=V,n,；,V,2,为导流絮凝区平均下向流速，,V,2,Q,1,/f，Q,1,为单池最大设计流量。,为便于施工和安装，当导流絮凝区槽宽B,0.4,m时，与配水槽等宽，此时要检验,G,m,，若,G,m,10 30s,1,时满足，否则调整B。同时还要对堰口负荷机械校核，q,1,Q,1,/（23.6,D），要求q,1,4.34L/s.m。,4.竖流式沉淀池,1）构造：由进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置组成。排泥为重力排泥，锥体角度陡，,5560。,水流经中心管流入，经反射板 布水折向上流。中心管下口设 喇叭口和反射板。,沉淀区颗粒沉速受向上水流流 速和向下重力沉速二者之和的 影响，即uv,上,时，颗粒能被 去除,此时去除率少1/u,0,u,t,dp,但颗粒在上升过程中碰撞次数增加，颗粒变大，沉速随之增大，又提高了颗粒的去除率。,2）设计参数,D/H 3，一般47m,不宜大于8m,最大10m。,中心管内流速7m时，采用周边出水；当D,7m时，应增加集水支渠。,排泥管为200mm，其在初沉池中排泥三通管口的水下深度h,1.5,m；对膜法污泥h,1.2,m；对活性污泥h,0.9,m（即与污泥性质有关）；排泥管下端距池底距离小于0.2m，管上端超出水面距离大于0.4m。,3）计算（参见p90）,4）例题 p91例37。,5.斜板（管）沉淀池,理论基础：根据理想沉淀池的结论：L/H=V/U，当L、V不变时，池深H越浅，则U越小，即可被沉淀去除的悬浮颗粒粒径越小。或者当U、V不变时，如进水深度分为三层，则长度只需原来的1/3就可将沉速U的颗粒去除；或深为H/3时，水平流速增大到3V时，仍能将沉速U的颗粒去除。即把沉淀池分成n层，可把处理能力提高n倍浅池理论。该理论的关键在于水动力学条件无水动力扰动。对排水，因污泥絮体密度小于1，实现有一定难度，而对给水相对容易些。,适用范围与优缺点：去除率高，停留时间短，占地面积小，但因污泥粘附，易导致堵塞，在缺氧条件下会发生厌氧硝化，影响沉淀效果（上海曹杨污水处理厂使用效果不理想）。该法在给水和工业废水化学处理中常用。,分类：侧向流、同向流和逆向流三类。,设计例题 p93，,自学。,第四章、污水的生物处理,教学要求,掌握活性污泥法的基本原理及其微生物指标，理解其反应动力学，了解活性污泥处理系统的运行方式及其工艺，掌握曝气理论及其工程技术措施，掌握曝气池的设计计算。,一、活性污泥法的基本原理,1.基本概念与流程,活性污泥：是由多种好氧微生物、夹带某些兼性厌氧微生物与废水中的固体物质、胶体等混凝交织在一起的呈黄褐色絮体。,活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。,实质：人工强化下微生物的新陈代谢(包括分解和合成)，,