第二章 污水的物理处理

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1、第二章 污水的物理处理,第一节 格栅和筛网,格栅由一组（或多组）相 平行的金属栅条与框架组 成，倾斜安装在进水的渠 道，或进水泵站集水井的 进口处，以拦截污水中粗 大的悬浮物及杂质。,作用：去除可能堵塞水泵 机组及管道阀门的较粗大 悬浮物，并保证后续处理 设施能正常运行。,选用栅条间距的原则： 不堵塞水泵和水处理厂 站的处理设备。,格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道 系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关， 可参考的一些数据：,当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为 0.100.05m3/103m3污水； 当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为 0.030.01 m3/10

2、3m3污水； 栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。,格栅的清渣方法,XG型旋转式格栅除污机,上海松江东部污水处理厂,上海松江东部污水处理厂,上海松江东部污水处理厂,上海天山水质净化厂,GL型格栅除污机,上海石洞口污水处理厂,上海嘉定水质净化厂 曝气沉砂池前细格栅,格栅运行的控制,格栅栅条 断面形状,过格栅渠道 的水流流速,污水过栅条 间距的流速,格栅栅条 断面形状,过格栅渠道 的水流流速,污水过栅条 间距的流速,格栅栅条 断面形状,过格栅渠道 的水流流速,污水过栅条 间距的流速,格 栅 的 设 计 与 计 算,通过格栅的水头损失h2的计算：,h0-计算水头损失，m； v-污水流经

3、格栅的速度，m/s； -阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关，见表10-4； -格栅的放置倾角； g-重力加速度，m/s2； 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，一般采用k=3。 城市污水一般取0.10.4m。,格 栅 的 设 计 与 计 算,格 栅 的 建 筑 尺 寸,1.格栅的间隙数量n可由下 式决定： 式中：qvmax-最大设计流 量，m3/s； d-栅条间距，m； h-栅前水深，m； v-污水流经格栅的速 度，m/s,2.格栅的建筑宽度b由下式决定 式中：b-格栅的建筑宽度，m s-栅条宽度，m 3.栅后槽的总高度h总由下

4、式决定 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。,格 栅 的 建 筑 尺 寸,4.格栅的总建筑长度L由下 式决定 式中：L1-进水渠道渐宽部位 的长度，m； 其中：b1-进水渠道宽度m； 1-进水渠道渐宽部位的展开 角度，一般1=20； 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。,5.每日栅渣量W由下式 决定 式中： W1-栅渣量，m3/103m3污 水； KZ-生活污水流量总变化 系数。,作用 用于废水处理或 短小纤维的回收,型式 振动筛网 水力筛网,填埋 焚烧（820以上

5、） 堆肥 将栅渣粉碎后再返回废水中，作为 可沉固体进入初沉池。,格栅、筛网截留的污染物的处置方法：,第二节 沉淀的理论基础,沉淀法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。,沉淀处理工艺的四种用法,根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型,自由沉淀及其理论基础,分 析 的 假 定,悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力,重力大于浮力时，下沉； 重力等于浮力时，相对静止； 重力小于浮力时，上浮。,配图说明,1.悬浮颗粒在水中受到的 力Fg Fg-是促使沉淀的作用力， 是颗粒的重力与水的浮力 之差： 式中： Fg-水中颗粒受到的作用力； V-颗粒的

6、体积； S-颗粒的密度； L-水的密度； g-重力加速度。,2.根据牛顿定律，水对自 由颗粒的阻力为： 式中： FD-水对颗粒的阻力； -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， 即颗粒沉速。,悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析,球状颗粒自由沉淀的沉速公式,当颗粒所受外力平衡时，,即,因,得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：,当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。 在层流状态下，=24/Re，带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：,是水的动力

7、粘度。,由上式可知，颗粒沉降速度uS与下述因素有关：,斯托克斯定律,当S大于L时，S-L为正值，颗粒以uS下沉； 当S与L相等时，uS=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除； S小于L时，S-L为负值，颗粒以uS上浮，可用浮上法去除。 uS与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。 uS与成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。,沉降试验与沉降曲线,水中的悬浮固体并非单一均匀的球形颗粒，而是大小、形状和密度都各不相同的颗粒群，其浓度和絮凝性能也因水质类型和不同来源而异。因此，在实际应用中通常需要通过沉降试验来判

8、断其沉降性能，并按试验数据绘制沉降曲线。,在沉淀池的设计计算时，需要根据要求达到的沉降效率，在沉降曲线上查得相应的沉降时间和沉降速度这两个基本设计参数，因此，沉降曲线是沉淀池设计的基本依据。,自由沉降试验和沉降曲线,自由沉降适用于悬浮固体浓度较低，且为非絮凝性或弱絮凝性的水质状况。试验是在设有一个取样口的透明沉降柱中进行的。柱的内径为100mm，有效高度为1.52.0m。取样口可设在工作水深为H的底部，也可设在H/2的中部，目前趋向于采用中点取样法，这是因为：随着沉降时间的延长，沉降柱内的悬浮固体浓度形成上稀下浓的线性不均匀性分布态势，而我们测定的是沉降柱内整个水层的残留SS浓度，用H/2处的

9、SS浓度代表柱内的SS平均浓度，能减小采用底部取样带来的沉降效率的负偏差。具体见教材。,沉淀池的工作原理,理想沉淀池,进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域,沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u； 在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。,理想沉淀池的几个假定：,由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：,式中：v-颗粒的水平分速； qv-进水流量； A-沉淀区过水断面面积，Hb； H-沉淀区的水深； b-沉淀区宽度。,当某一颗粒进入沉淀池后,另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，

10、其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。,设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。 当颗粒沉速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，即图a中的迹线xy与xy。 当颗粒沉速u1u0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图b中轨迹xy所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中轨迹xy所示。 说明对于沉速u1小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。,在同一沉淀时间t，下式成立： 故 对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的 总量为： 而沉淀池能去除的颗粒包括uu0以及 u1u0的两部分，故沉 淀池对悬浮物的去除率为：,

11、设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的 的颗 粒将会从水中沉到池底而去除。,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； （1-P0）-沉速u0的颗粒去除百分数。,图中的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系： 将上式带入式 qv/A-反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率， 或称沉淀池的过流率，用符号q表示： 理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同： u0的单位是m/h；q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/m2h。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理 想沉淀池的过流率或表面负荷率。 理想沉淀池的沉淀效率与池的水面

12、面积A有关，与池深H无关， 即与池的体积V无关。,中并简化后得出,第三节 沉砂池,沉砂池 的作用,沉砂池的 工作原理,沉砂池的 几种型式,沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数：,城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的只数或分格数应不小于2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。 设计流量应按分期建设考虑。 最大时流量、最大组合流量、合流制流量 沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。 城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。 贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200m

13、m。 沉砂池的超高不宜小于0.3m。,平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。,平流式沉砂池,污水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s; 最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s,一般为3060s; 有效水深应不大于1.2m,一般采用0.251.0m,池宽不小于0.6m； 池底坡度一般为0.010.02,当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。,平 流 式 沉 砂 池 的 系 统 参 数,1.长度L 式中：v-最大设计流量时的 速度，m/s; t-最大设计流量时的停留时 间，s。 2.水流断面面积A 式中： qvmax-最大设计流量，m3/

14、s。,3.池总宽度b 式中： h2-设计有效水深，m。 4.贮砂斗所需容积V 式中：X-城市污水的沉砂 量，一般采用30m3/106m3 （污水）； T-排砂时间的间隔，d； kz 生活污水流量的总变化 系数。,平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式,5.贮砂斗个部分尺寸计算 设贮砂斗底宽b1=0.5m； 斗壁与水平面的倾角为60； 则贮砂斗的上口宽b2为： 贮砂斗的容积V1： 式中：h3-贮砂斗高度，m； S1，S2-贮砂斗上口和下口的面积。 6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度 i=6%，坡向砂斗，则,7.池总高度h 式中：h1-超高，m； h3-贮砂斗高度，m。 8.核算最

15、小流速vmin 式中： qvmin-设计最小流量，m3/s； 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，m2。,平 流 式 沉 砂 池 的 计 算 公 式,沉砂中含有机物的量低于5% 由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。,曝气沉砂池的特点：,曝气沉砂池是一个长型渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约6090cm处设置曝气装置； 在池底设置沉砂斗，池底有i=0.10.5的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽。 为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。,曝气沉砂池的构造：,曝气沉砂池剖面示意,污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断面上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。 由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净，有机物含量只有5%左右，长期搁置也不至于腐化。,曝气沉砂池的工作原理,上海嘉定水质净化厂,上海曲阳水质净化厂,水平流速一般取0.080.12m/s； 污水在池内的停留时间为46min；当雨天最大流量时为13min。如作为预曝气，停留时间为1030m