污水处理第02章预处理.doc

第二章 预 处 理
第一节 水质和水量调节
废水的水量和水质并不总是恒定均匀的，往往随着时间的推移而变化。生活污水随生活作息规律而变化，工业废水的水量水质随生产过程而变化。水量和水质的变化使得处理设备不能在最佳的工艺条件下运行，严重时甚至使设备无法工作，为此需要设置调节池，对水量和水质进行调节。
一、水量调节
废水处理中单纯的水量调节有两种方式：一种为线内调节(见图2-1)，进水一般采用重力流，出水用泵提升。调节池的容积可采用图解法计算，具体参见设计手册。实际上，由于废水流量的变化往往规律性差，所以调节池容积的设计一般凭经验确定。
集水井

泵房

调节池

图2-2 线外调节方式

另一种为线外调节(见图2-2)。调节池设在旁路上，当废水流量过高时，多余废水用泵打入调节池，当流量低于设计流量时，再从调节池流至集水井，并送去后续处理。
线外调节与线内调节相比，其调节池不受进管高度限制，但被调节水量需要两次提升，消耗动力大。
二、水质调节
水质调节的任务是对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出水质比较均匀，调节池也称均和池或匀质池。水质调节的基本方法有两种：
① 利用外加动力(如叶轮搅拌、空气搅拌、水泵循环)而进行的强制调节，设备简单，效果较好，但运行费用高。
② 利用差流方式使不同时间和不同浓度的废水进行自身水力混合，基本没有运行费，但设备结构较复杂。
图2-3为—种外加动力的水质调节池，采用压缩空气搅拌。在池底设有曝气管，在空气搅拌作用下，使不同时间进入池内的废水得以混合。这种调节池构造简单，效果较好，并可防止悬浮物沉积于池内。最适宜在废水流量不大、处理工艺中需要预曝气以及有现成压缩空气的情况下使用。如废水中存在易挥发的有害物质，则不宜使用该类调节他，此时可使用叶轮搅拌。
差流方式的调节池类型很多。如图2-4所示为一种折流调节池。配水槽设在调节池上部，池内设有许多折流板，废水通过配水槽上的孔口溢流至调节池的不同折流板间，从而使某一时刻的出水中包含不同时刻流入的废水，也即其水质达到了某种程度的调节。
另外如图2-5为一种构造较简单的差流式调节池。对角线上的出水槽所接纳的废水来自不同的时间，也即浓度各不相同，这样就达到了水质调节的目的。为防止调节池内废水短路，可在池内设置一些纵向挡板，以增强调节效果。
调节池的容积可根据废水浓度和流量变化的规律以及要求的调节均和程度来确定废水经过一定调节时间后平均浓度为
(2-1)
式中 qi——ti时段内的废水流量；
ci——ti时段内的废水平均浓度。
调节池所需体积V＝Σqiti，它决定采用的调节时间Σti。当废水水质变化具有周期性时，采用的调节时间应等于变化周期，如一工作班排浓液，一工作班排稀液，调节时间应为二个工作班。如需控制出流废水在某一合适的浓度以内，可以根据废水浓度的变化曲线用试算的方法确定所需的调节时间。
设各时段的流量和浓度分别为q1和c1，q2和c2，…，等等。则各相邻2时段内的平均浓度分别为(q1c1+ q2c2)/(ql+q2)，(q2c2+ q3c3)/(q2+q3)，依次类推。如果设计要求达到的均和浓度c/与任意相邻2时段内的平均浓度相比，均大于各平均值，则需要的调节时间即为2ti；反之，则再比较c/与任意相邻3时段的平均浓度，若c/均大于各平均值、则调节时间为3ti；依次类推，直至符合要求为止。
最后，还应考虑把调节池放在废水处理流程的什么位置。在某些情况下，将调节池设置在一级处理之后二级处理之前可能是适宜的，这样污泥和浮渣的问题就会少一些。假如将调节池设置在一级处理之前，在设计中就必须考虑设置足够的混合设备以防止悬浮物沉淀和废水浓度的变化，有时还应曝气以防止产生气味。
第二节 筛 滤
筛滤是去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。其中由平行的棒和条构成的称为格栅；由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网。它们所去除的物质则称为筛余物。其中格栅去除的是那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物；而筛网去除的是用格栅难以去除的呈悬浮状的细小纤维。
根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成人工清渣或机械清渣两类。当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少工人劳动量。
一、格栅
格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条。一般当格栅的水头损失达到10～15cm时就该清洗。
格栅按形状，可分为平面格栅和曲面格栅两种。按格栅栅条的间隙，可分为粗格栅(50～100mm)、中格栅(10～40mm)、细格栅(3～10mm)三种。新设计的废水处理厂一般都采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细三道格栅。
格栅的去除效率与格栅的设计很有关系。格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算。图2-6是格栅的示意图。
1． 格栅的间隙数 n可由下式确定：
(2-2)
Qmax——最大设计流量， m3/s
α——格栅安置的倾角，度，一般为60～70;
h ——栅前水深， m；
v ——过栅流速， m/s，最大设计流量时为0.8～1.0m/s，平均设计流量时为0.3m/s。
b--—栅条净间隙，m，粗格栅b＝50～100mm，中格栅b＝10～40mm，细格栅b＝3～10mm。
当栅条的间隙数为n时，则栅条的数目应为n-1。
2．格栅的建筑宽度B可由下式决定:
B＝S(n-1)+bn (m) (2-3)
式中S——栅条宽度，m。
3．通过格栅的水头损失h2由下式决定
h2＝k (2-4)
式中 g——重力加速度，m/s2；
k——考虑到由于格栅受筛余物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用经验式k=3.36v-1.32，一般采用k＝3；
ξ——阻力系数，其值与格栅栅条的端面形状有关，见表2-1所列。
表2-1 格栅的阻力系数计算公式
格栅断面形状 计算公式 数值
锐边矩形 β＝2．42

迎水面为半圆形的矩形 β＝1.83
圆 形 β＝1.79
迎水.背水面均为半圆型的矩形 β=1.67
正方形 ε＝0.64
注：表中为栅条的形状系数 c为收缩系数
4．栅后槽的总高度由下式决定：
H＝h+h1+h2 (2-5)
式中 h1——栅前渠道超高m，一般取0.3m。
5．栅槽总长度计算公式：
L＝l1+l2+1.0+0.5+H1/tgα (2-6)
式中l1＝=1.37(B-B1)(m)
l2=l1/2(m)
H1——栅前槽高，m， Hl＝h十h2;
l1——进水渠道渐宽部分长度，m；
B1——进水渠道宽度，m；
α1——进水渠展开角，一般用200；
l2——栅糟与出水渠连接渠的渐缩长度，m。
6．每日栅渣量计算；
（m3/d） (2-7)
式中 W1——栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值；
K总——废水流量总变化系数，对生活污水可参考表2-2。
表2-2 生活污水流量总变化系数
平均日流量L/s
4
6
10
15
25
40
70
120
2O0
400
750
1600
K总
2.3
2.2
2.1
2.0
1.89
1.80
1.69
1.59
1.51
1.40
1.30
1.20
二、筛网
一些工业废水含有较细小的悬浮物，它们不能被格栅截留，也难以用沉淀法去除。为了去除这类污染物，工业上常用筛网。选择不同尺寸的筛网，能去除和回收不同类型和大小的悬浮物，如纤维、纸浆、藻类等。
筛网过滤装置很多，有振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。下面只介绍前面两种。
振动筛网示意图见图2-7，它由振动筛和固定筛组成。污水通过振动筛时，悬浮物等杂质被留在振动筛上，并通过振动卸到固定筛网上，以进一步脱水。
水力筛网示意图见图2-8。它也是由运动筛和固定筛组成。运动筛水平放置，呈截顶圆锥形。进水端在运动筛小端，废水在从小端到大端流动过程中，纤维等杂质被筛网截留，并沿倾斜面卸到固定筛以进一步脱水。水力筛网的动力来自进水水流的冲击力和重力作用。因此水力筛网的进水端要保持一定压力，且一般采用不透水的材料制成，而不用筛网。水力筛网已有较多的应用实例，但还未有定型的产品。

三、筛余物的处置
收集的筛余物运至处置区填埋或与城市垃圾一起处理；当有回收利用价值时，可送至粉碎机或破碎机被磨碎后再用；对于大型系统，也可采用焚烧的方法彻底处理。
第三节 中 和
中和处理适用于废水处理中的下列情况。
①废水排入受纳水体前，其 PH值指标超过排放标准。这时应采用中和处理，以减少对水生生物的影响。
②工业废水排入城市下水道系统前，以免对管道系统造成腐蚀,在排入前对工业废水进行中和，比之对工业废水与其他废水混合后的大量废水进行中和要经济的多。
②化学处理或生物处理之前,对生物处理而言,需将处理系统的 pH维持在6.5～8.5范围内，以确保最佳的生物活力。
中和处理方法因废水的酸碱性不同而不同。针对酸性废水，主要有酸性废水与碱性废水相互中和、药剂中和及过滤中和三种方法。而对于碱性废水，主要有碱性废水与酸性废水相互中和、药剂中和两种。其中酸性废水的数量和危害都比碱性废水大得多。因此重点介绍酸性废水的中和处理。
酸性废水主要来源于化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗车间等。碱性废水主要来源于印染厂、造纸厂、炼油厂和金属加工厂等。
一、酸性废水的中和处理
(一)药剂中和法
药剂中和法能处理任何浓度、任何性质的酸性废水，对水质和水量波动适应性强，中和药剂利用率高。主要的药剂包括石灰、苛性钠、碳酸钠、石灰石、电石渣等；其中最常用的是石灰(CaO)。药剂的选用应考虑药剂的供应情况、溶解性、反应速度、成本、二次污染等因素。
中和药剂的投加量，可按化学反应式估算。
(2-8)
式中 Ga—总耗药量， kg/d；
Q— 酸性废水量, m3/d；
c1、c2——废水中酸的浓度和酸性盐的浓度， kg/m3；
α1 α2——中和lkg酸和酸性盐所需的碱量， kg/kg；
K ——不均匀系数；
α——中和剂的纯度，％。
但确定投加量比较准确的方法是通过试验绘制的中和曲线确定。
中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的2％，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一般可采用沉淀池进行分离。沉渣量可根据试验确定，也可按下式计算：
G＝Ga(Φ十e)十Q(S-c-d) (2-9)
式中 G——沉渣量， kg/ d
Φ——消耗单位药剂产生的盐量， kg/kg，
e——单位药剂中杂质含量， kg/kg；
S----废水中悬浮物浓废， kg/m3；
c—一中和后溶于废水中的盐量，kg/m3；
d——中和后出水悬浮物浓度， kg/m3。
石灰的投加可分为干法和湿法。干法可采用利用电磁振荡原理的石灰振荡设备投加，以保证投加均匀。它设备简单,但反应较慢，而且不易彻底，投药量大(需为理论量的1.4～1.5倍)。当石灰成块状时，则不宜用干投法，可采用湿投法，即将石灰在消解槽内先消解成40％～50％浓度后，投入乳液槽，经搅拌配成5％～10％浓度的氢氧化钙乳液，然后投加。消解槽和乳液槽中可用机械搅拌或水泵循环搅拌(不宜用压缩空气，以免 CO2与 CaO反应生成沉淀)，以防止产生沉淀。投配系统采用溢流循环方式，即输送到投配槽的乳液量大于投加量，剩余量溢流回乳液槽，这样可维持投配槽内液面稳定，易于控制投加量。
中和反应在反应池内进行。由于反应时间较快，可将混合池和反应池合并，采用隔板式或机械搅拌，停留时间采用5～10min。
投药中和法有两种运行方式：当废水量少或间断排出时，可采用间歇处理，并设置2～3个池子进行交替工作。而当废水量大时，可采用连续流式处理，并可采取多级串联的方式，以获得稳定可靠的中和效果。
(二)过滤中和法
过滤中和法是选择碱性滤料填充成—定形式的滤床，酸性废水流过此滤床即被中和。过滤中和法与投药中和法相比，具有操作方便，运行费用低及劳动条件好等优点，它产生的沉渣少．只有废水体积的0.1％，主要缺点是进水硫酸浓度受到限制。常用的滤料有石灰石、大理石、白云石三种，其中前两种的主要成分是 CaCO3，而第三种的主要成分是 CaCO3、MgCO3。
滤料的选择与废水中含何种酸和含酸浓度密切相关。因滤料的中和反应发生在滤料表面，如生成的中和产物溶解度很小，就会沉淀在滤料表面形成外壳，影响中和反应的进一步进行。以处理含硫酸废水为例，当采用石灰石为滤料时，硫酸浓度不应超过1～2g／L，否则就会生成硫酸钙外壳，使中和反应终止。当采用白云石为滤料时，由于 MgSO4 溶解度很大，故产生的沉淀仅为石灰石的一半，因此废水含硫酸浓度可以适当提高，不过白云石有个缺点就是反应速度比石灰石慢，这影响了它的应用。当处理含盐酸或硝酸的废水时，因生成的盐溶解度都很大，则采用石灰石、大理石、白云石作滤料均可。
中和滤池主要有普通中和滤池、升流式滤池和滚筒中和滤池三种类型。
普通中和滤池为固定床形式。按水流方向分平流式和竖流式两种。目前较常用的为竖流式，它又可分为升流式和降流式两种，见图2-9。普通中和滤池滤料粒径一般为30～50mm，不能混有粉料杂质。当废水中含有可能堵塞滤料的杂质时，应进行预处理。
升流式中和滤池(见图2-10)与普通中和滤池相比，粒径小，滤速高，中和效果好。在升流式中和滤池中,废水自下向上运动，由于流速高，滤料呈悬浮状态，滤层膨胀，类似于流化床，滤料间不断发生碰撞摩擦，使沉淀难以在滤料表面形成，因而进水含酸浓度可以适当提高，生成的 CO2气体也容易排出，不会使滤床堵塞；此外，由于滤料粒径小，比表面大，相应接触面积也大，使中和效果得到改善。升流式中和滤池要求布水均匀，因此池子直径不能太大，并常采用大阻力配水系统和比较均匀的集水系统。
为了使小粒径滤料在高滤速下不流失，可将升流式滤池设计成变截面形式，上部放大，称为变速升流式中和滤池。这样既保持了较高的流速，使滤层全部都能膨胀，维持处理能力不变，又保留小滤料在滤床中，使滤料粒径适用范围增大。
滚筒式中和滤池如图2-11所示。滚筒用钢板制成，内衬防腐层。筒为卧式，长度为直径的6～7倍。装料体积占筒体体积的一半，筒内壁设有挡板，带动滤料一起翻滚，使沉淀物外壳难以形成，并加快反应速度。为避免滤料流失，在滚筒出水处设有穿孔板。
滚筒式中和滤池能处理的废水含硫酸浓度可大大提高，而且滤料也不必破碎到很小的粒。但它构造复杂，动力费用高，设备噪声大，负荷率低（约为36m3/m2·h）
(三)利用碱性废水中和法
如厂内或区内也有碱性废水排出，则可利用碱性废水来中和酸性废水，达到以废治废的目的。此时应进行中和能力的计算，即参与反应的酸和碱的当量数应相同。如碱量不足，还应补充碱性药剂；如酸量不足，则应补充酸来中和碱。必须注意对于弱酸或弱碱,由于反应生成盐的水解，尽管反应达到等当量点，但溶液并非中性， pH值取决于生成盐的水解度.
废水水质和水量的变化决定了采用何种中和设备。
①当水质和水量较稳定或后续处理对 pH值要求较宽时，可直接在集水井、管道或混合槽中进行连续中和反应。
②当水质和水量较稳定而后续处理对 pH值要求高时，可设连续流中和池。中和池容积可按下式计算：
V＝(Q1+Q2)t
式中 Q1 Q2----酸性、碱性废水设计流量， m3／h；
t——中和时间，一般取1～2h。
③当水质、水量变化较大，连续流很难满足出水 pH要求时，可采用间歇式中和池。在间歇池内完成混合、反应、沉淀、排泥等操作。池体积可按污水排放周期(如一班或一昼夜)中的废水量来计算。
二、碱性废水的中和处理
(一)利用废酸性物质中和法
废酸性物质包括含酸废水、烟道气等。烟道气中CO2含量可高达24％，此外有时还含有SO2和 H2S，故可用来中和碱性废水。
利用酸性废水中和法和利用碱性废水中和酸性废水原理基本相同，可参见上文。
用烟道气中和碱性废水一般在喷淋塔中进行，如图2-12所示。废水从塔顶布水器均匀喷出，烟道气则从塔底鼓入，两者在填料层间进行逆流接触，完成中和过程。使碱性废水和烟道气都得到净化。根据资料介绍，用烟道气中和碱性废水，出水的 pH值可由10～12降到中性。该法的优点是以废治废，投资省，运行费用低，缺点是出水中的硫化物、耗氧量和色度都会明显增加，还需进一步处理。
(二)药剂中和法
常用的药剂是硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。硫酸的价格较低，应用最广。盐酸的优点是反应物溶解度高，沉渣量少，但价格较高。用无机酸中和碱性废水的工艺流程与设备，和药剂中和酸性废水的基本相同，在此不再赘述。用 CO2中和碱性废水，采用设备与烟道气处理碱性废水类似，均为逆流接触反应塔。用CO2做中和剂可以不需pH控制装置，但由于成本较高，在实际工程中使用不多，一般均用烟道气。