第二章污水的物理处理 §21格栅和筛网 §211格栅 (1)作用:用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物,并保证后 续处理设施能正常运行。 (2)位置:一般在水泵的集水井之前(但有的根据需要分设两道格栅,位置可 以不同,有的在水泵后再设一道,但一般前一道格栅较宽,后一道格栅较 窄。若水泵前格栅的栅条间距小于或等于25mm,其后面的处理流程中可 不再设置格栅。 (3)分类: A型栅条布置在框架的外侧,适用于机械清渣和人工清渣 平面格栅B型栅条布置在框架的内侧,在格栅顶部设有起吊架 可将格栅吊起,进行人工清渣 按形状 固定曲面格栅:利用渠道水流速度推动除渣桨板 曲面格栅」旋转鼓筒式格栅:污水从鼓筒内向鼓筒外流动,被格除的 栅渣,由冲洗水管冲入渣槽(带网眼)内排出。 粗格栅(50-100mm) 按照间隔仲格栅(10-40mm) 细格栅(3-10mm) 人工清扫小型污水处理厂,格栅安装角度以a45~60为宜 按清渣方武机械清扫:渣量>02ma,格栅安装角度α一般为60~70, 主要有链条式、移动式伸缩臂、钢丝绳牵引式等 (4)格栅的设计与计算 图21格栅水力计算示意图
第二章 污水的物理处理 §2 1 格栅和筛网 §2 1 1 格栅 （1）作用：用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后 续处理设施能正常运行。 （2）位置：一般在水泵的集水井之前（但有的根据需要分设两道格栅，位置可 以不同，有的在水泵后再设一道，但一般前一道格栅较宽，后一道格栅较 窄。若水泵前格栅的栅条间距小于或等于 25mm，其后面的处理流程中可 不再设置格栅。 （3）分类： A 型:栅条布置在框架的外侧，适用于机械清渣和人工清渣 平面格栅 B 型:栅条布置在框架的内侧，在格栅顶部设有起吊架， 可将格栅吊起，进行人工清渣 按形状 固定曲面格栅：利用渠道水流速度推动除渣桨板 曲面格栅 旋转鼓筒式格栅：污水从鼓筒内向鼓筒外流动，被格除的 栅渣，由冲洗水管冲入渣槽（带网眼）内排出。 粗格栅（50-100mm） 按照间隔 中格栅（10-40mm） 细格栅（3-10mm） 人工清扫:小型污水处理厂，格栅安装角度以α45～600 为宜 按清渣方式 机械清扫:渣量>0.2m3 /d，格栅安装角度α一般为 60～700， 主要有链条式、移动式伸缩臂、钢丝绳牵引式等 （4）格栅的设计与计算 图 2-1 格栅水力计算示意图
d 1、格栅的间隙数 式中: vmax-最大设计流量,m3s d一栅条间距,m 栅前水深 V一污水流经的速度,ms 2、栅槽宽度b l)d·n(m) 式中:b一格栅的建筑宽度,m 栅条宽度,m h,=k ho h2=5sna·k 3、通过格栅的水头损失 式中:h一计算水头损失,m ⅴ一污水流经格栅的速度,m/s; ξ一阻力系数,其值与格栅删条的断面的几何形状有关,见表10-4,P15 a一格栅的放置倾角 g一重力加速度, k一考虑到由于格栅受污染物堵塞后,格栅阻力增大的系数,可用 式:k=3.36v-1.32求定,一般k=3。 4、栅后槽总高度h h+h,+ h2 式中:h一栅前水深 一格栅的水头损失,m: h一格栅前渠道超高,一般h=0.3m 5、格栅的总建筑长度L L=L1+L2+1.0+0.5+Hga 式中:L1一进水渠道渐宽部位的长度 其中:b一进水渠道宽度,m a一进水渠道渐宽部位的展开角度,一般a1=20°; L2一格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般L2=0.5L1 W=9=Wx86400 (m3/d) H一格栅前的渠道深度,m。 6、每日栅渣产量W
1、格栅的间隙数 n 式中：qvmax—最大设计流量，m3 /s d—栅条间距，m h—栅前水深，m V—污水流经的速度，m/s 2、栅槽宽度 b b=s(n-1)+d·n (m ) 式中：b—格栅的建筑宽度，m； s—栅条宽度，m； 3、通过格栅的水头损失 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，其值与格栅删条的断面的几何形状有关，见表 10-4，P15 α—格栅的放置倾角 g—重力加速度， k—考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用 式：k=3.36v-1.32 求定，一般 k=3。 4、栅后槽总高度 h 总 式中：h—栅前水深，m； h2—格栅的水头损失，m； h1—格栅前渠道超高，一般 h1=0.3m。 5、格栅的总建筑长度 L L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα 式中：L1—进水渠道渐宽部位的长度 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=200； 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。 6、每日栅渣产量 W dhv q a n V sin max • = h总 = h + h1 + h2 a k g v h h k h = = sin 2 2 2 2 0 1 1 1 2tg b b L − = ( / ) 1000 86400 max 1 3 m d K q W W Z V =
式中:W1一栅渣量,m3/103m Kz一生活污水流量总变化系数。 §2.12筛网 (1)作用:去除细小悬浮物(纤维、纸浆、藻类),沉淀难以去除 工业废水的预处理或深度处理 给水处理水库水、湖泊水除藻类 (1)类型 振动筛网 常用类型 水力筛网 电动机 污水 固定卿 振动筛 出水 振动筛网:污水由渠道流在振动筛网上,在这离进行水和悬浮物的分离,并利用 机械振动,将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上,进一步 滤去附在纤维上的水滴。 图22振动式筛网示意图 力旋转斧网 固定网 水力筛网:运动筛网呈截顶圆锥形,中心轴呈水平状态,锥体则呈倾斜方向。废 水从圆锥体的小端进入,水流在从小端到大端的流动过程中,纤维状污染物被筛 网截留,水则从筛网的细小孔中流入集水装置。由于整个筛网呈圆锥体,被截留 的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上,一进一步滤去水滴。 图23水力筛网构造示意图 (3)筛网的设计计算 A、根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径 (污水中悬浮物粒径为2至3mm,所以筛网之网眼尺寸应小于2mm) B、根据生产条件、产品性能以及价格,决定筛网种类,确定水力负荷 q(m/min·m2); C、计算筛网面积,选定筛网台数 A=Q/q
式中：W1—栅渣量，m3 /103m3； Kz—生活污水流量总变化系数。 §2.1 2 筛网 （1）作用：去除细小悬浮物（纤维、纸浆、藻类），沉淀难以去除 工业废水的预处理或深度处理 给水处理水库水、湖泊水除藻类 （1） 类型 振动筛网 常用类型 水力筛网 振动筛网：污水由渠道流在振动筛网上，在这离进行水和悬浮物的分离，并利用 机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步 滤去附在纤维上的水滴。 图 2-2 振动式筛网示意图 水力筛网：运动筛网呈截顶圆锥形，中心轴呈水平状态，锥体则呈倾斜方向。废 水从圆锥体的小端进入，水流在从小端到大端的流动过程中，纤维状污染物被筛 网截留，水则从筛网的细小孔中流入集水装置。由于整个筛网呈圆锥体，被截留 的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上，一进一步滤去水滴。 图 2-3 水力筛网构造示意图 （3）筛网的设计计算 A、根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径； （污水中悬浮物粒径为 2 至 3mm，所以筛网之网眼尺寸应小于 2 mm） B、根据生产条件、产品性能以及价格，决定筛网种类，确定水力负荷 q（m3 /min·m2）； C、计算筛网面积，选定筛网台数 A=Q/q
§22沉淀理论 §22.1概述 污水中的悬浮物质,可在重力作用下沉淀去除; 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能,沉淀分为4种类型 (1)自由沉淀: 悬浮物质浓度不高 颗粒之间互不碰撞,呈单颗粒状态 沉速不变,各自独立完成沉淀过程 (2)絮凝沉淀 悬浮物质浓度为50-500mg 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用; 颗粒的粒径与质量逐渐加大,沉速不断加快; (3)区域沉淀(成层沉淀,拥挤沉淀): 悬浮物质浓度大于500mg/L 相邻颗粒之间互相妨碍、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 颗粒群结合成一个整体向下沉淀 形成清晰的液一固界面,沉淀显示为界面下沉 (4)压缩沉淀: 颗粒间互相支承,上层颗粒在重力作用下,挤出下层颗粒的间隙水,使污泥 得到浓缩;活性污泥在二沉池中的沉淀具备上述四种类型的沉淀过程 §222沉淀类型的分析 (1)自由沉淀 A、自由沉淀速率 自由沉淀可用牛顿第二定律,假设颗粒为球形 +F2 F3 FI
§2.2 沉淀理论 §2.2.1 概述 污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除； 根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，沉淀分为 4 种类型： （1）自由沉淀： 悬浮物质浓度不高； 颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态； 沉速不变，各自独立完成沉淀过程； （2）絮凝沉淀： 悬浮物质浓度为 50-500mg/L； 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用； 颗粒的粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快； （3）区域沉淀（成层沉淀，拥挤沉淀）： 悬浮物质浓度大于 500mg/L； 相邻颗粒之间互相妨碍、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； 颗粒群结合成一个整体向下沉淀； 形成清晰的液—固界面，沉淀显示为界面下沉； （4）压缩沉淀： 颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥 得到浓缩；活性污泥在二沉池中的沉淀具备上述四种类型的沉淀过程； §2.2.2 沉淀类型的分析 （1）自由沉淀 A、自由沉淀速率 自由沉淀可用牛顿第二定律， 假设颗粒为球形； F2 F1 F3
程中的摩接阻加 A-颗粒在垂直面上的投影面积 d-颗粒的直径 4一hQ检等速下沉时C-阻力系数 μ-液体的粘滞度 Px-p p-颗粒的密度 F-颗粒的量量,F马型 P,-液体的密度 的芳m24Re=c n=2-2g2 184 )液区s5E=04Re 3g(-P png B、沉淀颗粒去除率 1)沉淀实验: 取直径80-100mm,高度为1500-2000mm的沉淀筒n个 将已知悬浮物浓度Co的水样,注入各沉淀筒,搅拌均匀后实验; 取样点设在水深H=1200mm处 在沉淀时间为t1,t2,t:tn时,分别在各取样筒内,取出 取样点以上的全部水样,分析各水样悬浮物的浓度,为C1,C2,CCn 悬浮物的剩余量为x0=CCo,相应的去除量为1-x0 制作剩余量x0与u关系曲线; 2)颗粒去除率计算: 若要求去除颗粒的沉速为u=t u≥uo的所有颗粒物均被沉淀去除,去除量为:1-xo
B、沉淀颗粒去除率 1）沉淀实验： 取直径 80-100mm，高度为 1500-2000mm 的沉淀筒 n 个； 将已知悬浮物浓度 C0 的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后实验； 取样点设在水深 H=1200mm 处； 在沉淀时间为 t1,t2,…ti…tn时，分别在各取样筒内，取出 取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，为 C1,C2,…Ci…Cn ； 悬浮物的剩余量为 x0= Ci/C0 ，相应的去除量为 1- x0 ； 制作剩余量 x0 与 ui 关系曲线； 2）颗粒去除率计算： 若要求去除颗粒的沉速为 u0=H/t； utu0 的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：1- x0； ; 6 , ; 6 , ; ; , / ; 3 2 2 3 1 1 1 2 3 yg g d F F g d F F tm u m s F F F dt du m − = − = − − − = − − 颗粒的浮力 颗粒的重量 沉淀时间 颗粒质量 颗粒沉速 ; ; ; ; ; ; 液体的密度 颗粒的密度 液体的粘滞度 阻力系数 颗粒的直径 颗粒在垂直面上的投影面积 − − − − − − yg C d A ; 8 4 2 2 , , 2 2 2 2 2 3 3 u CA d u C C d u F F y y y = = = −下沉过程中 受到的摩擦阻力 2 2 1 3 2 2 18 Re Re 24 Re 2 3 4 : 0, : 6 4 2 ( ) u gd du C C g u dt du d u C d g dt du m g y y y g y g y y − = ) = = − = = = − − 层流区 作用力达平衡时 颗粒等速下沉时 2 1 5 3 ( ) 3 500 Re 10 0.44 − = ) y g g y u C 紊流区 ( ) d g u du C y g y y 3 1 2 2 225 4 Re Re 10 2) 2 Re 500 − = = = 过渡区 0 0 0 P t dP u u
总的去除率:7=(100-x)+ 100 的颗粒去除量应 例2-2某废水中的悬浮物质浓度不高,且均为离散颗粒,在一有效水深H为18m 的沉淀柱内作沉淀试验,结果如下 时间t 取样浓度C 189 180 解: (1)计算各沉降时间下,水中残余颗粒所占百分数与相应沉降速度; 时间t(min)608010013020024042 残余颗粒百分数 CC0(%) 沉降速度 0.030.0250.02001550.010.008300048 uFH/t ( (2)画残余颗粒百分数与沉降速度间的关系曲线如图 图2-18残余颗粒百分数与沉降速度关系曲线 (3)计算指定的颗粒沉速: =25(m3/m2d)=0.0174(mmin) 由图查得:小于指定沉速uo的颗粒与全部颗粒的比值xo=54%;
ut<u0 的颗粒去除量应 例 2-2 某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效水深 H 为 1.8m 的沉淀柱内作沉淀试验，结果如下： 试求此废水在一负荷为 25m3 /m2 .d 的沉淀设备内悬浮物质的理论总沉降去除率。 解： （1） 计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应沉降速度； 时间 t（min） 60 80 100 130 200 240 420 残余颗粒百分数 C/C0（%） 63 60 56 52 37 26 9 沉降速度 u=H/t （m/min） 0.03 0.025 0.02 0.0155 0.01 0.0083 0.0048 （2） 画残余颗粒百分数与沉降速度间的关系曲线如图； （3）计算指定的颗粒沉速： u0=25 (m3 /m2 .d)=0.0174(m/min) 由图查得：小于指定沉速 u0 的颗粒与全部颗粒的比值 x0=54%； = − + 0 0 0 0 100 : (100 ) x utdx u 总的去除率 x 27 277 2727 取样浓度 C 300 189 180 168 56 111 78 （mg/L） 时间 t 0 60 80 100 130 200 240 420 （min）
(4)公式中的积分部分t可由图求出,相当于各矩形面积n,△之和 △X 00150.0122 0.0l 0.0085 0.0070 0.0048 ly·Ax=0.46%=00046 100 00)+ 100 (100x)+∑ 100×0.0046 (100-54)+ 0.0174 (5)悬浮物质的理论总沉降去除率 (2)絮凝沉淀 A、特点 在沉淀过程中,颗粒变大,沉速变大; 悬浮物的去除率不仅与沉速有关,而且与深度和时间有关 无理论描述公式,只能通过实验预测沉淀效果 B、沉淀实验: 1)在时间t,不同深度测C1,算出不同高度的去除百份率(Co-C/Co); 2)绘制去除百分率等值线 3)计算颗粒去除率 例2-3某一废水在有效水深为1.8m的沉淀柱内进行沉降试验。由沉淀柱不同沉 淀时间、不同深度的悬浮去除率表示于图2-16中。去除百分数曲线用这些数据 内插法绘制的。求沉淀时间为60min时的悬浮物总去除率。 1028 68 1523 52 32 12030 时间min) b 图2-16餐凝沉降的等效率曲线
由公式中的积分部分 udx可由图求出， 相当于各矩形面积u x之和 x 0 0 (4) x （%） 6 6 10 10 10 6 6 ut 0.015 0.0122 0.01 0.0085 0.0070 0.0048 0.0016 ut x (%) 0.09 0.07 0.10 0.09 0.07 0.03 0.01 （5）悬浮物质的理论总沉降去除率： （2）絮凝沉淀 A、特点： 在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大； 悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度和时间有关； 无理论描述公式，只能通过实验预测沉淀效果； B、沉淀实验： 1）在时间 ti，不同深度测 Ci，算出不同高度的去除百份率（C0-Ci/ C0 ）； 2）绘制去除百分率等值线； 3）计算颗粒去除率 例 2-3 某一废水在有效水深为 1.8m 的沉淀柱内进行沉降试验。由沉淀柱不同沉 淀时间、不同深度的悬浮去除率表示于图 2-16 中。去除百分数曲线用这些数据 内插法绘制的。求沉淀时间为 60min 时的悬浮物总去除率。 解： ut x = 0.46% = 0.0046 72% 0.0174 100 0.0046 (100 54) 100 (100 ) 100 (100 ) 0 0 0 0 0 0 = = − + = − + = − + u x u u dx x u x t x t
60min时底部取样口悬浮物的去除百分数为48% %的颗粒沉速具有大于或等于1800/(60×60)=0.5mm/s; 沉速小于05mm/s的颗粒只有部分沉到底部,而且按u/u0的比例除去; 去除率48%-50%50%65%,65%80%的中心高度分别为17m1.3m,0.7m; 在48%50%的颗粒具有一平均沉降速度:1700mm/60×60=0.47mms, 在50%-65%的颗粒具有一平均沉降速度:1300mm/60×60=0.35mm/s; 在65%80%的颗粒具有一平均沉降速度:700mm60×60=0.21 E=E0+(P)+(P)+…+(Pn) 0.47 0.35 0.2 0s(50-48)+ 565-50)+05(80-65 或=E0+(P)+(P2)+…+m(Pn) 0.7 E=48+-(50-48) 以后的增量之间颗粒沉速很小,可以忽略不计算: (3)拥挤沉淀和压缩沉淀 A、特点: 发生在SS浓度较高的情况 在水的沉淀过程中,会出现一个清水和浑水的交界面,沉淀过程也就是交界 面的下沉过程 出现四个区(清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区) 存在一由等速沉降转入降速沉降的临界点 B、沉降过程曲线 1)临界点图解近似求解法 清水区 面A 等速沉降区u=(c) 高 度 过渡区 压缩区 时间
60min 时底部取样口悬浮物的去除百分数为 48%； 48%的颗粒沉速具有大于或等于 1800/（6060）=0.5mm/s; 沉速小于 0.5mm/s 的颗粒只有部分沉到底部，而且按 u/u0 的比例除去； 去除率 48%-50%,50%-65%，65%-80%的中心高度分别为 1.7m,1.3m,0.7m; 在 48%-50%的颗粒具有一平均沉降速度:1700mm/6060=0.47mm/s; 在 50%-65%的颗粒具有一平均沉降速度:1300mm/6060=0.35mm/s; 在 65%-80%的颗粒具有一平均沉降速度:700mm/6060=0.2mm/s; 以后的增量之间颗粒沉速很小,可以忽略不计算: （3）拥挤沉淀和压缩沉淀 A、特点： 发生在 SS 浓度较高的情况； 在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界 面的下沉过程； 出现四个区（清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区） 存在一由等速沉降转入降速沉降的临界点； B、沉降过程曲线 1）临界点图解近似求解法 65% (80 65) 1.8 0.7 (65 50) 1.8 1.3 (50 48) 1.8 1.7 48 ( ) ( ) ... ( ) (80 65) 0.5 0.2 (65 50) 0.5 0.35 (50 48) 0.5 0.47 48 ( ) ( ) ... ( ) 2 2 1 1 0 0 2 0 2 1 0 1 0 = = + − + − + − = + + + + = + − + − + − = + + + + E P H h P H h P H h E P u u P u u P u u E E n n n n 或
2)沉降过程曲线的相似性,与水深无关 H O\O=OBOB Al A BI H2 B2 §22.3理想沉淀池原理 目的:分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果; 理想沉淀池的基本假设: 污水在池内沿水平方向作等速流动 颗粒为自由沉淀; 颗粒沉到底即认为被去除 (1)平流式理想沉淀池(如图)
2）沉降过程曲线的相似性，与水深无关； §2.2.3 理想沉淀池原理 目的：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果； 理想沉淀池的基本假设： 污水在池内沿水平方向作等速流动； 颗粒为自由沉淀； 颗粒沉到底即认为被去除； （1）平流式理想沉淀池（如图） t H1 H2 A1 A2 B1 B2 H 2 1 2 1 OA /OA2 = OB1 /OB 2 1 OA /OA = OB /OB
流入区 沉淀区 流出区 L D 污泥区 平流理想沉淀池示意图 当u1≥4颗粒可在D叔以前沉淀,见轨迹l 人流区位置靠近水面处,则不能去除见轨迹; 4鄹校襁裤韋近池底位置,就能被去除,见轨迹Ⅳ; 污水的水平确即颗粒的水平分速 颗粒去除旁5区 d L-沉淀区长度; 从A点进入的颗粒,它们的运动轨迹是水平流速ⅴ和颗粒沉速u的矢量和。这 些颗粒中必存在某一粒径的颗粒,其沉速为u0,刚好能沉至池底
从 A 点进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速 v 和颗粒沉速 u 的矢量和。这 些颗粒中必存在某一粒径的颗粒，其沉速为 u0， 刚好能沉至池底。 ; ; , ; ; 0 0 0 沉淀区长度 沉淀区水深 污水的水平流速 即颗粒的水平分速 颗粒沉速 − − − − = = L H vu L H u v L H vu = − + 0 0 0 0 0 0 100 (100 ) , , ; , , ; , ; x t t t u dx u x IV II u u u u D I 颗粒去除率 入流区位置靠近池底位置 就能被去除 见轨迹 入流区位置靠近水面处 则不能去除 见轨迹 当 当 颗粒可在 点以前沉淀 见轨迹