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1、第三章 污水的物理处理教学要求：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。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：1) 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） 。2) 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
2、 或接近 1 的悬浮物） 。3) 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。第一节 格栅格栅由一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。安装在污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水口及沉砂池前。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。被截留的污染物称为栅渣，其含水率 7080，容重 750kg/m3 。一、格栅分类平面格栅：按形状分为曲面格栅：粗格栅：大于 40mm按栅条间距分为 细格栅：1030mm密格栅：小于 10mm栅条间隙 e：10、15、20、2
3、5、30、40mm（细格栅） ；50 、60、70150mm（中或粗格栅） 。人工清渣：小型污水处理厂按清渣方式分为 机械清渣：栅渣量大于 0.2m3/d二、格栅的设计计算格栅的设计计算实际上主要是栅室、栅槽的设计计算，包括栅槽断面、水力计算、栅渣量计算机清渣机械的选用。1 注意的问题1) B、L、e 和 b 的相关尺寸见 p55 表 3-1。2) 长度 L：取决于水深，以 200mm 为一级增长值。当 L1000mm 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 。3) 水泵前：人工清渣 e20mm；对大中型泵站，采用机械清渣， e20150mm。4)
4、 污水处理系统前：人工清渣 e2540mm，机械清渣 e1525mm 。污水处理厂前可设粗细二道格栅，粗格栅 e50150mm，细格栅 e1540mm；当提升泵站前格栅e25mm 时，泵后可不设格栅。5) 格栅数量：当每日渣量0.2m 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。6) 格栅安装角度：一般 4575,对人工清渣，为省力一般角度60；对机械清渣，角度一般 6075,特殊时为 90；对回转式一般 6090。7) 流速：栅前渠道流速 V 0.40.9m/s，过栅流速 0.61.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.080.15m。流
5、速过大不仅过栅水头损失增加，还可能将已截流在格栅上的栅渣冲过格栅；流速过小栅槽内将发生沉淀。8) 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 Hh 1h 2h。9) 格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位 0.5m10) 工作台宽度：人工清渣1.2m ，机械清渣1.5m 。11) 栅条断面形状、尺寸：正方形 2020mm；圆形 =20；长方形 1050mm，迎水面半圆矩形 1050mm。2 设计计算（1）栅槽宽度：已知 B 或 Qmax、水深 h、流速 V，则栅条间隙数：nQ max(sin) 0.5/ehvBen (n-1)s其中：n1 为
6、栅条数，s 为栅条宽度。（2）格栅的水头损失：h1kh 0其中：k 为倍数，一般取 3。h0V sin/2g 为阻力系数：(s/e) 4/3圆形 1.79，矩形 2.42，迎面半园 1.83，迎背面半园 1.67。（3）栅槽总高度：Hh 1h 2h，h 2 为超高。（3）栅槽总长度：LL 1L 21.00.5H 1 /tg，L1(BB 1)/2tg 1L2L 1/2H1h 2h其中：L 1 为进水渠渐宽部分长度；L 2 为渠出水渐窄处长度； 1 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。（4）每日栅渣量：W QmaxW186400/K 总 100
7、0(m3/d)。其中：W 1 为栅渣量(m 3/103m3 污水)，一般取 0.010.1。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。第二节 沉淀理论污水中许多悬浮固体的密度比水大，因此，在水中他们可以自然地下沉，利用这一原理进行的废水固液分离过程称为沉淀。一、沉淀分类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，根据固体颗粒在沉淀过程中出现的不同物理现象将沉淀过程分为 4 类。1 自由沉淀当 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
8、沉砂池和初沉池中的沉淀。2 絮凝沉淀当 SS 浓度较高(50500mg/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。3 区域沉淀因 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。4 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。二、沉淀类型分析1 自由沉淀（1）颗粒在水中自由沉淀现象分析当固体颗粒静止处于水中时，要受到两个力
9、的作用：一是它本身的重力，向下；一是水对它的阻力，向上。如果固体颗粒密度比水大，那么它所受的重力将比水大，由于这一外力的推动，颗粒就会自然的向下运动，开始沉淀时，颗粒加速下沉，但颗粒一经开始运动，它就会受到与运动方向相反的阻力作用，该阻力由运动速度产生，且与运动速度正相关，即速度增加，阻力增大，当颗粒下沉速度加速到某一值，使颗粒所受阻力与重力相等时，颗粒便会以此时的下沉速度匀速下沉，直到完成整个自由沉淀过程。（2）颗粒在静水中的自由沉淀速度为研究颗粒在静水中的自由沉淀速度，需要做出如下规定：a 颗粒形状为球形；b 颗粒处于无限液体中，即其他颗粒和容器壁对其下沉不产生影响；c 自由沉淀速度是指匀
10、速时的最终沉淀速度。由牛顿第二定律得： mdu/dtF 1F 2F 3。F1 为重力：F1V g gF2 为浮力F2V g yF3 为下沉摩擦阻力F3CA y u 2 /2代入整理得：u ( g y)gd2/18，即斯托克斯公式。水深时间讨论：1) 颗粒沉速 u 的决定因素是 y y。这是颗粒在静水中能够从静止状态变为运动状态的原始推动力。 g 大于 y，u 大于 0，颗粒下沉； y 小于 y，u 小于 0，颗粒上浮； g= y，颗粒随机，不沉不浮。2) u 反比于水的粘滞度，所以同一颗粒在不同水质和水温条件下有不同的值，如水温升高， 下降，u 会增大3) u 与颗粒本身直径的平方成正比，因此
11、，在颗粒沉淀过程中进行适当搅拌或投加絮凝剂，促使颗粒互相碰撞，絮凝而使粒径增大，可获得事半功倍的效果。4) 在推导上述公式时，均假定颗粒为球形，直径为 d，但实际上废水中的悬浮固体不可能是球形，一般地说，非球形颗粒比同体积球形颗粒表面积大，因此在沉降过程中将受到大的阻力，使沉降速度比球形颗粒小。（3）沉淀试验与沉淀曲线在废水处理实践中，常常需要做沉淀试验，来求定达到某指定悬浮物固体所相应的沉淀速度。a 试验方案：80100mm 高度 H=15002000mm 取样 1200mm1# 2# 3# 4# 5# 6#t0 C0 C0 C0 C0 C0 C0t1 C11 C12 C13 C14 C15
12、 C16ti Ci1 Ci2 Ci3 Ci4 Ci5 Ci6tn Cn1 Cn2 Cn3 Cn4 Cn5 Cn61#6#为平行样。b 讨论：去除率为 ii= (C0C i) /C0100%沉速为 uiui=H/ti1) 在沉淀试验中取样高度是确定的，根据取样时间 ti 可计算出相应的沉淀速度，因此可得 u- 曲线。2) 根据沉淀试验，同样可以求得沉淀速度和相应的剩余悬浮固体百分数 Pi=（Ci/ti）100% 的曲线 u-P，根据斯托克斯公式任意 ui 都可计算出相应的颗粒粒径 di，因此从 u-P 曲线可直接得出 d-P 曲线，即废水中悬浮颗粒的粒度分布曲线。3) 根据沉淀历时 ti，从图上
13、查得的 i 并不是真正可能的悬浮固体去除率，因为在沉淀过程中历时 ti 取的是取样口以上少量的水样，这样，所以测得的悬浮物浓度 Ci 代表全部小于 di 颗粒的总浓度，因而所得的沉淀百分数 (C0C i) /C0100%只代表大于和等于 di的颗粒所占的百分数，然而从悬浮固体去除百分数角度考虑，有些小于 i 在历时 ti 时间内也会沉到取样口以下。c 沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取 H 以上所有取样口的水样。设水样中的 SS 浓度为 Ci，则出水中的剩余 SS 的比例为 PiC i/C0，SS 实际在 ti时的去除率为 1P i，作 P0ut 曲线，凡沉速 ut
14、u 0H/t 的所有颗粒都可能去除，其去除率为 1P 0；而沉速 ut0.15m/s 进行验算，保证沉掉 0.21mm 的砂，而不去除有机物。vminQ min/n 为单池过水断面面积。二、曝气沉砂池1) 使粘在砂粒上的污泥及有机物更好分离（通过摩擦作用实现） ，避免泥沙沉于初沉池而影响污泥的处理。2) 送入空气，使无机颗粒甩向外侧而沉淀。3) 预曝气，改善污水水质，减轻散发气味。1 构造横断面呈矩形，底坡 i0.1 0.5，坡向砂槽；砂槽上方设曝气器，器安装高度距池底0.60.9m。2 设计参数1) 旋流速度：0.250.3m/s；2) 水平流速：0.060.12 m/s；3) 水力停留时间
15、：13min；4) 池深 23m；宽深比 11.5；长宽比5；池长 1420m。5) 曝气量 0.10.2m3 空气/m 3 污水或 35m3 空气/m 2 h。3 设计计算池总有效容积v60Q maxt t 为最大设计流量时的水力停留时间。水平断面面积 AQ max/vv 为最大设计流量时的水平流速。池总宽BA/HH 为有效水深。池长LV/A 。曝气量q=3600DQmaxq 为每小时的曝气量，D 为单位污水量所需气量。检验水的流态旋流，其旋流速度v（v 12v 22）1/2污水每旋转一周推进的距离Lr2rtg式中 r0.5 倍池宽，即旋流半径； 为旋转角，tgv 1/v2。根据试验必须旋转 3 周（V 0.35m/s 时） ，能取得较好的效果。故要求 v1 tL 3L r。第四节 沉淀池一、概述1 分类初沉池：一级污水处理的主体构筑物，或作为二级处理的预处理，可去除 4055的 SS、2030的 BOD，降低后续构筑物负荷。 按工艺布置二沉池：生物处理装置后，用于泥水分离，它是生物处理的重要组成部分。经生物处理二沉池沉
