第二章-污水的物理处理.pptx

v物理处理法去除的对象是污水中的漂浮物和悬浮物，主要是通过重力或机械力作用，例如：筛滤截留法筛网、格栅、过滤重力分离法-沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等离心分离法-旋流分离器、离心机等第二章第二章 污水的物理处理污水的物理处理 一、格栅的作用与种类格栅：是由一组(或多组)相互平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道。作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保护后续处理设施能正常运行。主要参数：是确定栅条间隙宽度，一般以不阻塞水泵和污水处理厂（站）的设备，保证整个污水处理系统正常运转维原则。一般可设置粗细两道格栅，第一道格栅间隙大一些，栅条间距采用16-40mm；第二道格栅间隙较小，栅条间距采用1.5-10mm。按清渣方式，可分为人工清理格栅和机械格栅。第一节 格栅与筛网二、格栅的种类按栅条净间隙，可分为：粗格栅（50-100mm）；中格栅（10-40mm）；细格栅（1.5-10mm）。按格栅形状，可分为：平面格栅、曲面格栅。按清渣方式，可分为人工清理格栅和机械格栅。旋转格栅平面格栅平面格栅移动式伸缩臂机械格栅 中等深度的宽大格栅，现有类型耙斗适用于污水除污。1.不清污时，检修方便。2.可不停水检修。3.钢丝绳在水面以上运行，寿命长。1.需三套电机、减速器、构造较复杂。2.移动时，耙齿与栅条间隙的对位较困难。圆周回转式机械格栅 深度较浅的中小型格栅1.结构简单，制造方便2.动作可靠，容易检修1.配置圆弧型格栅，制造较困难。2.占地面积较大。钢丝绳牵引式机械格栅 固定是适用于中小型格栅，深度范围较大。移动式适用于宽大格栅。1适用范围广泛。2.无水下固定部件的设备，检修维护方便。1.钢丝绳干湿交替，易腐蚀。2.有水下固定部件的设备，检修维护需停水。类型适用范围优点缺点链条式机械格栅 深度不大的中小型格栅。清除长纤维、带状物。1.结构简单，制造方便2.占地面积小1.杂物进入链条和链条之间是一卡住。2.套筒滚子造价高，耐腐蚀差。曲面格栅图2-6 曲面格栅格栅平面图h h1 1h hH H1 1h h2 2 h h2 21 12 2b b1 1b b2 2b bL L2 210001000H H1 1/tg/tgL L1 1500500二、格栅的设计与计算 通过格栅的水头损失h2按下式计：h2=h0*k h2=*(v2/2g)*sin*k 式中：h0 计算水力损失，m。v 污水流经格栅的速度，m/s。阻力系数。格栅倾斜角度。g 重力加速度，m/s2 k 格栅阻力增大系数，一般取k=3。格栅的建筑尺寸分别由下式求得：1.格栅间隙数量：2.格栅建筑宽度：b=s(n 1)+d*n (m)3.栅后槽的总高度：h总=h+h1+h2(m)4.格栅的总建筑长度：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tg(m)5.每日栅渣量：W=qVmax*W1*86400/(KZ*1000)(m3/d)v三、筛网v 筛网的去处效果相当于初次沉淀池的效果，目前应用于废水处理或短小纤维回收的筛网主要有两种形式：振动筛网和水力筛网。图2-8 振动筛网示意图进水出水渣槽旋转筒蒸汽或高压空气管筛网v 转筒式筛网转筒式筛网 图2-9 水力筛网构造示意图v 水力筛网水力筛网 第二节 沉淀的理论基础一、概述 沉淀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。一般有以下几种用法：用于废水的预处理，如沉砂池；用于污水进入生物处理前的初步处理，如初沉池；用于生物处理后的固液分离，如二沉池；用于污泥处理阶段的污泥浓缩。二、沉淀类型 根据水中颗粒的凝聚性能和浓度，沉定通常可以分成四种不同的类型：1.自由沉淀 自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。2.絮凝沉淀 絮凝沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，但沉淀过程中悬浮固体之间有相互絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉淀，颗粒的沉降轨迹呈曲线。絮凝沉淀示意图 0 0 3.区域沉淀（或成层沉淀）悬浮颗粒浓度较高，颗粒的沉降受到周围其它颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，育成清水之间有清晰的界面。4.压缩沉淀 发生在高浓度的沉降过程中，颗粒间已挤集成团块结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水分在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。三、自由沉淀及其理论基础 为分析简便起见，假定：1.颗粒为圆球形；2.沉降过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；3.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，经很短时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力相平衡时，颗粒即呈等速下沉。受力分析见下图：L L S S FgFg F FD D 悬浮颗粒在水中受到的力，即颗粒的重力和在水中受的浮力之差：Fg=V*s*g-V*L*g=V*g(s-L)式中：V 颗粒的体积；s、L 颗粒与水的密度；g 重力加速度。同时，根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为：FD=*A*(L*us2/2)式中: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。当颗粒所受外力平衡时：Fg=FD在层流状态下：=24/Re 上式表明：1、当（1）s L 下沉；（2）s=L悬浮状态;（3）s L 上浮2、下降速度与粒径平方成正比；3、下降速度与水的动力粘度成反比，水温上升，沉降速度增大。得出球状颗粒自由沉降公式：四、沉淀池的工作原理 理想沉淀池的四点假设：（1）沉淀区过水断面水速相同，水平速度为：v；（2）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为：u；（3）在进口区域，悬浮物颗粒均匀分布在整个过水断面；（4）颗粒一经沉降到池底，即认为被去除；当某一颗粒进入沉淀池后，一方面是随水在水平方向的流动（v），另一方面又在重力的作用下下沉(u)。在沉降过程中是一组倾斜的直线，其坡度：i=u/v 其水平流速V=Q/H*B缓冲区缓冲区 设u0 为某一指定颗粒的最小沉降速度。可以看出：当uu0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。当u u0时，只有位于水面下某一位值的颗粒才会被去除。设沉速为u1 的颗粒占全部颗粒的dP%,其中(h/H)*dP%的颗粒将沉到池底被除去。在同一沉淀时间，由下式成立：h=u1*t,H=u0*th/H=u1/u0 即：（h/H）dP=（u1/u0）dP对于沉速为u1（u1 u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：故，沉淀池对悬浮物的去除率包括uu0、u u0两部分，为：式中：P0 沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；P0 沉速 u0的颗粒去除百分数。从轨迹相似三角形知 v/u0=L/H，与V=Q/H*B 可得：u0=q=Q/A Q/A 反映沉淀效率的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，用q表示，表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/m2*h。第三节第三节 沉砂池沉砂池沉砂池的工作原理是以重力分离为基础的，从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒。设计原则和主要参数城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水应根据水质情况而定。城市污水厂的沉砂池的个数或分格数应不小于，并联运行。设计流量应按分期建设考虑。当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，应按降雨时得设计流量计算。沉砂池去除的沙粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。城市污水沉沙量：按每106 m3 沉砂30 m3计算，含水率：60%，容重：1500kg/m3。储砂斗容积按日沉沙量计算，斗壁倾角不应小于55，排沙管直径不应小于200mm。沉砂池超高不以小于0.3m。一、平流式沉砂池设计参数 污水最大流速0.3m/s，最小流速0.15m/s。在大流量时,停留时间不小于30s,一般为30-60s。水深不大于1.2m，一般0.25-1.0m，宽度不小于0.6m。池底坡度0.01-0.02，当设置除砂设备时，应按其要求考虑池底形状。计算公式 长度L L=vt 式中：v、t最大设计流量下的速度和停留时间 水流断面积A A=qVmax/v 式中：qVmax 最大设计流量，m3/s 池总宽度b b=A/h2 式中：h2 设计有效水深，m 储砂斗容积V V=qVmax*X*T*86400/(kZ*106)储砂斗容积V V=Qmax*X*T*86400/(kZ*1000)式中：X城市污水的沉砂量，一般取0.03 L/m3（污水）T排砂时间间隔，kZ 生活污水流量总变化系数储砂斗尺寸及储砂室高度 应结合实际情况设计,但斗壁与水平面角度不宜小于60 池总高度h h=h1+h2+h3 式中：h1 超高，h3 储砂斗高度 核算最小流速 vmin vmin=qVmin/n1*Amin 式中：qVmin设计最小流量 n1最小流量时工作的沉砂池数目 Amin 最小流量时沉砂池中的水流断面面积 污水在池中存在两种运动形式,其一为水平流动(流速一般取0.1m/s)。同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的断面出产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。挡板挡板i=0.1-0.5i=0.1-0.5曝气沉砂池示意图曝气沉砂池示意图空气管空气管特点：一是沉砂中含有有机物的量低于5%；二是由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分解等作用。二、曝气沉砂池1.构造及工作原理2.设计参数设计参数 水平流速0.08-0.12m/s，一般取0.1m/s;停留时间：2-4min；雨天最大流量时1-3min；作为预曝气时，10-30min;有效水深2-3m，尺宽与池深比为1-1.5,长度比可达5；曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径2.5-6.0mm，距池底约0.6-0.9m，每组穿孔曝气管应有调节阀门；曝气量一般为0.1-0.2m3(空气）/m3(污水）。曝气沉砂池的形状应尽可能的不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，防止产生短流。三、旋流沉砂池三、旋流沉砂池利用机械力控制水流流态与流速、加速砂粒的沉淀，并使有机物随水流带走得沉砂装置。设计参数：（1）水力停留时间：不应小于30s；（2）水力表面负荷：150-200m3/m2.h;（3）有效水深：1-2.0m;（4）池经与池深比：2.0-2.5m。第四节第四节 沉淀池沉淀池 沉淀池主要功能是分离悬浮物，分类如下:从处理功能划分:初次沉淀池用于生物处理之前，可去除部分有机物及悬浮物 二次沉淀池-用于生物处理之后，是生物处理工艺的组成部分 从结构形式：平流式、竖流式、辐流式沉淀池三种流态沉淀池三种流态平流式平流式竖流式竖流式辐流式辐流式一、沉淀池的一般设计原则及参数1设计流量 沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。在合流制的污水处理系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时，应按水泵的最大组合流量作为设计流量。在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不小于30min。2，沉淀池的只数：对城市污水厂，沉淀池的只数应不少于2只。3沉淀池的经验设计参数 对于城市污水处理厂，如无污水沉淀性能的实测资料时，可参照(表2-5)经验参数选用。4沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系，见(表2-6)所示。5沉淀池的几何尺寸 沉淀池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.30.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60，圆斗不宜小于55；排泥管直径不小于200mm。6沉淀池出水部分 一般采用堰流，在堰口保持水平。出水堰的负荷为：对初沉池，应不大于 29Usm；对二次沉淀池，一般取1.52.9L/sm。有时亦可采用多槽出水布置，以提高出水水质。7贮泥斗的容积 一般按不大于2日的污泥量计算。对二次沉淀池，按贮泥时间不超过2小时计。8排泥部分 沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初次沉淀池应不小于 14.71kPa(1.5mH20)；活性污泥法的二沉池应不小于8.83kPa(0.9mH20)；生物膜法的二沉池应不小于11.77kPa(1.2mH20)一、平流式沉淀池一、平流式沉淀池 平流式沉淀池由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲区、污泥区以及排泥装置等组成。入流装置由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成，起均匀布水和消能作用。流出装置由流出槽与挡板组成。流出槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，即保证流水均匀，又可控制沉淀池水位。如需阻挡浮渣随水流走，出流堰可采用潜孔出流。缓冲层的作用是避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击符合。污泥区起储存、浓缩、排泥的作用。排泥装置一般有静水压力法和机械排泥法。平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）（进水）平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）（出水）2、平流式沉淀池的设计：沉淀区面积：A=Qmax/q 式中：Qmax 最大设计流量 q 表面水力负荷m3/(m2*h)初沉1.5-3 m3/(m2*h);二沉1-2m3/(m2*h)有效水深:h2=q*t t 沉降时间。初沉1-2h;二沉1.5-2.5h 沉淀区有效容积:V1=A*h2=Qmax t*3600池长:L=v*t*3.6(一般L取3050m)v 水流速度池宽:B=A/L (一般长宽比不小于4:1)污泥区容积:V=SNt/1000 式中:S 每人每日产生的污泥量L/(p*d)N 设计人口 t 两次排泥的时间间隔 总高度:H=h1+h2+h3+h4 式中:h1 超高 h3 缓冲层高 h4 污泥区高度二、竖流沉淀池 1.工作原理 当颗粒属于絮凝沉淀时，颗粒在上升过程中会相互碰撞，促进絮凝，下沉速度增大，增加了去除效率。2.构造 池径 D 气泡与悬浮颗粒粘附的条件 液体表面分子与液体内部分子所受的分子引力不平衡,这种不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面积的趋势，这种力称为流体的表面张力；表面分子具有的这种能量称为表面能。而在气浮的过程中，液、气、固三项介质的表面也产生表面张力（称界面张力），既具有表面能（称界面能E）。其关系如下：E=*S 式中：界面张力系数；S 界面面积 当液、气、固相对稳定后(如图),气泡与悬浮颗粒粘附前、后的界面能缩小值为:E=水-气（1-COS）接触角(也称润湿角)当E 值越大,表明挤开气泡和颗粒之间的水膜所作的功越大,气泡与颗粒粘附的越牢固。上式表明:并不是水中所有的污染物颗粒都可以与气泡粘附,能否粘附于该类物质的接触角有关。当0时，E0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），不易与气泡粘附，不能用气浮法去除；当180时，E2水-气，这类物质憎水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除；细小气泡与悬浮颗粒的粘附形式有：气颗粒吸附、气泡顶托、气泡裹夹等。2“颗粒-气泡”复合体的上浮速度 当为层流时，“颗粒-气泡”复合体的上浮速度可按斯托克斯公式计算：上=g*(L-S)*d2/18 上式表明：“颗粒-气泡”复合体的上浮速度取决于水与复合体的密度差以及复合体的有效直径。3化学药剂的投加对气浮效果的影响 混凝剂：改变污水中悬浮颗粒的亲水性能，使细小颗粒絮凝成较大絮体。浮选剂：大多是极性（亲水）-非极性（疏水）分子组成，使亲水性物质 转化为疏水性物质。种类有：松香油、石油、表面活性剂等。助凝剂：提高颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。抑制剂：有选择性的抑制某些物质的上浮，而不影响其他物质上浮。三、压力溶气浮上法系统的组成及设计 1.压力溶气浮上法系统的组成与设计 压力溶气浮上法系统由压力溶气系统、空气释放系统和气浮分离设备组成。压力溶气系统：包括：加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备（空压机或射流器）及其他附属设备。压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式有多种，以填料溶气罐最为常用。影响其效率的因素主要有：填料特征、填料层高度、罐内液位高、布水方式和温度等。主要工艺参数如下：过流密度：25005000m3/(m2*d)填料层高度：0.81.3m 液位的控制高度：0.61.0m 溶气罐的承压能力：0.6MPa 空气释放系统：由溶气释放装置和溶气水管路组成。常用装置有：减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。气浮池：提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附、并使带气颗粒与水分离。有平流式和竖流式两种形式。溶气水 原水 排水 排渣 2.设计计算 气浮所需空气量:qVg=qV*R*ac*式中:qV 气浮池设计流量；R 实验条件下的回流比；ac 实验条件下的释气量；水温校正系数 溶气罐 溶气罐直径：一般的，对于空罐，I选用10002000m3/(m2*d)；对于填料罐，I选用25005000m3/(m2*d)。溶气罐高：h=2h1+h2+h3+h4 式中:h1 罐顶、底封头高度；h2 布水区高度，0.2 0.3m；h3 储水区高度，一般取1.0m；h4 填料层高度。气浮池 接触室的表面积：Ac=(qV+qVR)/c （上流速度c应提前确定）分离室的表面积：As=(qV+qVR)/s （分离速度c应提前确定）气浮池净容积：V=(Ac+As)H 以池内停留时间（t）进行复核，一般要求t为10 20min。