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
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
• 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
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750kgm3 ·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
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
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>1000m时,框架应加横向肋条。栅条材质为A3钢制, 栅条偏差≡1/1000,总偏差三2mm 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 凊渣,e=20~150mm b.污水处理系统前:人工清渣ε=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>0.2m3)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
• 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
d.格栅安装角度:一般45~75°,对人工清渣,为省力一般角度 ≤60°;对机械清渣,角度一般60~75°,特殊时为90° 对回转式一般60~90° e.流速:栅前渠道流速ⅴ=04~0.9ms,过栅流速0.6~1.0m/s, 通过格栅水头损失宜采用0.08~0.15m f高度:设水深h,格栅水头损失h1’栅前渠道超高h2(一般采 用0.3m),则后槽总高度H=h1+h,+h 500 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a=20;长方形 10×50mm,迎水面半园矩形10×50mm
d.格栅安装角度：一般45～75° ,对人工清渣，为省力一般角度 ≦60 °；对机械清渣，角度一般60～75 ° ,特殊时为90 ° ； 对回转式一般60～90 ° 。 e.流速：栅前渠道流速V＝0.4～0.9m/s，过栅流速0.6～1.0m/s， 通过格栅水头损失宜采用0.08～0.15m。 f.高度：设水深h，格栅水头损失h1 ，栅前渠道超高h2（一般采 用0.3m），则后槽总高度H＝ h1＋h2＋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20×20mm；圆形ø=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Qn、水深h、流速V,则栅条间隙数: n=Amax(sina)05/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 V·sina/2g,=β se)43 为阻力系数;对圆形β=1.79 矩形β=242,迎面半园β=183,迎背面半园β=167。 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/ga, 式中:L1=(B一B1)2tg1,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。 a1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/Ka×100mn3/d) 式中:W1为栅渣量(m3/103m3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。Kκ为生活污 水变化系数,见p59表3-3。 例题:见p59例3-1
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 ＝ ζ·V ·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 上清水 态,各自独立地完成沉淀过程。如 自由沉淀带(第一类型) 沉砂池和初沉池中的沉淀。 絮凝(千涉)沉淀带第二类型) 絮凝沉淀(干涉沉淀):当S浓度较菜 高(50~500mg/)时,沉淀过程中颗 区域沉淀3 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 压编(第四类型) 加快。如活性污泥在二沉池中的沉 淀
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
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: F2 ·假设颗粒为球形,由牛顿第二定律得: mdu/dt=F-F-F 式中;F1为重力,Vgpa;F2为浮力,Vgp F3为下沉摩擦阻力,CApu2/2 带入整理得:u=(p,-p)gd2/18μ,即斯托 克斯公式
• 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 /18μ，即斯托 克斯公式
可见沉速u与p2-p以及d2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 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…ttn时,分别在1~8号沉淀柱取 水样100ml,得出水Ss浓度C1~C3,并作出n~t的 关系曲线以及n~u的关系曲线(见图3~9)。沉速 u是指在沉淀时间t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的颗粒,可在 时间t内全部沉淀去除;而对u<u的颗粒,在时间t 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
• 可见沉速u与ρg － ρy以及d 2成正比，与μ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t 1 、t 2、t 3… 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 ≧ ui的颗粒，可在 时间t i内全部沉淀去除；而对u < ui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