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1、第4章 水的预处理与深度处理4.1 概述我国经济发展迅速，但环境污染日益严重，尤其是饮用水源污染尤为突出。据我国环境部门统计，82%的河流受到不同程度的污染，七大水系中，不适合做饮用水源的河段接近40%；城市水域中78%的河段不适合作饮用水源。目前，从水中检出的有机污染物已达2000余种，部分对人体有急性或慢性、直接或间接的毒害作用，其中许多是具有或被疑有致癌、致畸、致突变的物质。2004年中国环境状况公报报道，我国湖泊中富营养化水体的已达66%，巢湖、太湖、滇池的总氮、总磷和氨氮的浓度分别是20世纪80年代初的十几倍，蓝藻泛滥日益严重。2002年太湖的20个检测点位中，属类、类、类和劣类水质
2、的位点分别为5%、35%、5%和55%。滇池的外海为类水质，草海为劣类水质。草海和外海的营养状态指数分别为79.0和60.8，平均达72.8，属重度富营养状态。巢湖湖体高锰酸盐指数达到类水质标准，但由于总氮和总磷污染严重，湖体12个检测点位中，类、劣类水质各占一半。表4-1 2002年各湖体主要污染指标浓度值湖区COD总磷/（mg/L）总氮/（mg/L）营养状态质数（平均）太湖4.08.050.050.1681.487.0259.4滇池5.648.160.1211.0661.9411.4872.8巢湖4.625.550.1160.2311.543.2252.42003年我国地下水资源评价结果显
3、示，我国约一半城市市区的地下水污染较严重，地下水水质呈下降趋势。主要污染指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、硫酸盐、pH值等。三氮污染在全国各地区均较严重，矿化度和总硬度超标主要分布在东北、华北、西北和西南等地区，铁和锰超标主要在东北和南方地区。同时，各地都不同程度地存在着与饮用水水质有关的地方病区。全国约有7000多万人仍在饮用不符合饮用水水质标准的地下水。常规给水处理工艺，包括混凝、沉淀、过滤、消毒等。主要以去除水中的悬浮物、胶体和细菌等为目的，它对受污染水中的有机物、氨氮等污染物去除率很低。研究表明，水的浊度与有机物密切相关，如将水的浊度降低
4、至0.5NTU以下，有机物可减少80。因此，要提高饮用水水质，必须进行水的预处理或者深度处理。4.2 格栅与筛网4.2.1 格栅1.功能与原理城市污水与工业废水中大多含有大量的漂浮物和悬浮物，不同的行业废水，其污染物含量变化幅度很大，从几十到几千mg/L，甚至达数万mg/L。设置格栅的目的是用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，防止水泵、排水管以及后续处理构筑物的堵塞，保证处理设施和设备的正常运转。同时，也降低了后续构筑物的负荷。格栅每天截留的固体物质量约占污水中悬浮固体质量的10%。格栅多用于废水的前处理，一般安装在污水渠道、泵房集水井的进口处，或者
5、给水处理的取水构筑物的进口处。2. 格栅类型格栅由金属棒或栅条按一定间距平行排列而成。栅条形状有圆形、矩形、方形等。其中圆形栅条的水流阻力小，刚度较好矩形栅条采用较多。表4-2列出了常见格栅栅条断面形式与尺寸。表4-2 格栅栅条断面形式及尺寸格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅，平面格栅由栅条与框架组成，曲面格栅可分为固定曲面格栅与旋转鼓筒式格栅，固定曲面格栅一般利用渠道水流推动除渣桨板；旋转鼓筒式格栅，污水向鼓筒外流动，被格除的栅渣，由冲洗管冲入渣槽内排出。按栅条的间隙，格栅分为粗格栅（50100mm）、中格栅（1040mm）、细格栅（310mm）三种。为了拦截废水中的颗粒物，有时同时采用粗、
6、中两道格栅，或者粗、中、细三道格栅。格栅清渣方式分人工清渣和机械清渣。图4-1为人工清除格栅。人工清除的格栅用于小型处理站，需要截留的污染物量不应大于0.2m3/d。对截留污染物较多的处理站，多采用机械清渣的格栅。我国常用机械格栅有圆周回转式、钢丝绳牵引式、移动式、链条式等。圆周回转式的构造简单，运行可靠，容易检修，但占地面积较大；钢丝绳牵引式机械格栅的适用范围广泛，但钢丝绳易腐蚀，一般采用不锈钢丝绳。图4-1 人工清除格栅示意图3. 几个主要参数栅距、过栅流速和水头损失是格栅主要的工艺参数。废水来源不同，废水水质及所含栅渣的尺度也不同，栅距的选择可根据废水中污物的组成、含砂量等实际水质情况而
7、定。在运行管理中，运行人员可根据所测数据及管理经验摸索出适合废水处理的栅距。过栅流速的控制。污水在栅前渠道流速一般应控制在=0.40.8m/s，过栅流速应控制在0.61.0m/s。过栅流速太大，容易把需要截留下来的软性栅渣冲走；过栅流速太小，污水中较大的粒状物质则可能在栅前渠道内沉积。栅前流速和过栅流速可按下式估算栅前流速 （4-1）过栅流速 （4-2）式中 Qmax入流污水流量（m3/s）；B栅前渠道的宽度（m）；h1栅前渠道的水深（m）；h2格栅的工作水深（m）；格栅的栅距（m）；n格栅栅条数。4.2.2 格栅维护管理格栅除污机是污水处理站最易发生故障的设备之一。格栅日常管理主要是及时清运
8、栅渣，保持格栅通畅。平时加强检查维修，对格栅应定期油漆保养。日常巡检时，认真检查格栅各部分的运行状况，注意有无异常声音，及时调换与调整，并进行记录。对每天截留的栅渣量进行分析，一般用容量表示。可根据栅渣量的变化，间接判断格栅的拦截效率。检查包括电动机的绝缘性，轴承、齿轮的发热情况，传动件的张紧度、磨损程度；主体构件的变形、磨损、振动情况；钢丝绳的损伤程度等。应及时查清故障原因，进行处理。在格栅运行时，当过栅流速过高时，增加投入工作的格栅台数，将其降至要求的范围内；当过栅流速低于最低值时，减少工作的格栅台数。同时，要经常检查并调节栅前的流量阀门，保证过栅流量的均匀分配。一般可以通过过栅水头损失来
9、自动控制清污，必要时进行人工清污，及时清砂并排除集砂故障。水头损失的控制栅渣清除。格栅前后水位差为过栅水头损失，与过栅流速有关，一般为0.20.5m。若过栅水头损失增大，说明污水过栅流速增大，可能是过栅水量增加，或者格栅局部被堵死。如过栅水头损失减小，说明过栅流速降低，很可能是由于较大颗粒物质在栅前渠道内的沉积，需要及时清除。格栅与后续单元的联动。格栅的截污效率直接影响到后续处理过程的运转，对格栅的运转要引起足够的重视。格栅的不良运转，将对后续处理单元产生一系列的影响，在碰到后续单元的堵塞、积砂、大量浮渣、设备磨损等问题时，应从预处理单元找原因。当格栅出现问题时，将可能对后续处理单元产生以下影
10、响：1）流走的栅渣太多，初沉池浮渣量增多，难以清除，挂在出水堰板上影响均匀出水，增加恶臭；如采用链条式刮泥机，丝状物将在链条上缠绕，阻力增大，损坏设备。2）大量栅渣进入曝气池会在表曝机或水下搅拌设备桨板上缠绕，阻力增大；二沉池浮渣增加，挂在出水堰板上影响均匀出水；生物滤池配水管堵塞严重，或生物转盘上栅渣缠绕。3）极易从格栅流走的常是破布条、塑料袋等，它们进入浓缩池将在浓缩机栅条上缠绕，增加阻力，影响浓缩效果；在上清液出流堰板上缠绕，影响出流均匀，还可能堵塞排泥管路或排泥泵。进入消化池，极易堵塞的是换热器，一旦堵塞，清理非常困难。杂物如进入离心脱水机，会使转鼓产生振动或噪声，破布片、毛发有时会塞
11、满转鼓与蜗壳之间的空间，使设备过载。应该注意的是，当除污机的齿耙或链条倾斜或搁煞时，不要强行开机，以免损坏机器。污水在输送过程中腐化，特别在夏季，会产生一些恶臭有毒气体，将会在格栅间大量释放，不仅恶化环境，且会危及值班人员的安全。栅渣要及时运走处理，栅渣堆放处应经常清洗，以防止腐败产生恶臭，格栅间必须有通风措施。4.2.3 筛网污、废水中含有较细小的难以去除的悬浮物，尤其是工业废水中的纤维类悬浮物、食品工业的动植物残体碎屑，它们不能用格栅截留，也难以沉淀去除，或者给水处理水库水、湖泊水中的藻类，常用筛网进行分离。筛网具有简单、高效、运行费用低廉等优点。一般由金属丝或纤维丝编织而成。选择不同尺寸
12、的筛网，能去除和回收不同类型和尺度的纤维、纸浆、藻类等悬浮物。筛网对污水BOD的去除效率与初次沉淀池差不多。筛网分离装置有多种，如振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。振动筛网由振动筛和固定筛组成。污水通过振动筛时，悬浮物等杂质被留在振动筛上，通过振动卸到固定筛网上，以进一步脱水。水力筛网由运动筛网和固定筛网组成。运动筛网一般水平放置，呈截顶圆锥形。进水端在运动筛网小端，废水在由小端到大端流动过程中，纤维等杂质被筛网截留，沿倾斜面卸到固定筛以进一步脱水。水力筛网的动力来自进水水流的冲击力和重力作用。因而水力筛网的进水端必须保持一定压力，一般由不透水的材料制成。微滤机多用于给水处
13、理中藻类去除率大于60%，造纸废水回收纤维，SS回收率大于80%。4.2.4 格栅与筛网的设计格栅与筛网的设计方法基本相同，筛网的设计主要是选型。格栅一般设计为两个平行格栅，应该防止栅前垒水，栅后渠底应比栅前渠底低，栅前渠道的断面尺寸由栅前流速与栅前水深确定。1.设计参数过栅流速：0.61.0m/s，栅前渠道内流速：0.40.9m/s，栅前倾角：45 75，90，水头损失一般为：0.080.15m。栅渣量标准与格栅间隙大小有关。当栅条间隙e =1625mm时，栅渣量为0.100.05m3渣/103m3污水；当栅条间隙e =3050mm时：栅渣量为0.030.01 m3渣/103m3污水。栅渣含
14、水率约80%，容重约960kg/m3；当栅渣量0.2m3/d，则应采用机械清渣。2.设计计算1）栅槽宽度BB=S（n-1） en （4-3） （4-3）式中 B栅槽宽度（m）；n格栅间隙数（个）；e栅条净间隙（m）；Qmax 最大设计流量（m3/s）；格栅倾角（）；h栅前水深（m）；v过栅流速（m/s）。2）过栅水头损失 （4-4）式中 h1过栅水头损失（m）；h0计算水头损失（m）；k水头损失增大系数，k=3；阻力系数，；栅条为矩形断面=2.42；栅条为圆形断面=1.79。3）栅槽总高度 H=h+h1+h2 （4-5）式中 H栅槽总高度（m）；h栅前水深（m）；h2栅前渠道超高（m），一般h2=0.3m。4）栅槽总长度 （4-6） 式中 L栅槽总长度（m）；l1渐扩部分长度（m）；（m）；B1进水渠道宽度；1进水渠道展开角；l2渐缩部分长度（m）；l2=l1；H1栅前槽高（m），H1=hh2。5）栅渣量 （4-7）式中 栅渣量（m3/d）；栅渣量标准（m3/d或m3/103 m3污水）；总变化系数。
