第四章 污水的物理處理(1)1

格柵由一組（或多組）平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，傾斜安裝在進(jìn)水的渠道，或進(jìn)水泵站集水井的進(jìn)口處，以攔截污水中粗大的懸浮物及雜質(zhì)。,作用：去除可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門(mén)的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正常運(yùn)行，減輕后續(xù)處理負(fù)荷。,選用柵條間距的原則：不堵塞水泵和水處理廠(chǎng)站的處理設(shè)備。,按格柵柵條的凈間隙，可分為：,粗格柵：50100mm；中格柵：1040mm；細(xì)格柵：310mm。,格柵的清渣方法,過(guò)格柵渠道的水流流速,通常采用0.40.9m/s,格柵渠道的寬度要設(shè)置得當(dāng)，應(yīng)使水流保持適當(dāng)流速,污水過(guò)柵條間距的流速,污水過(guò)柵條間距的流速,為防止柵條間隙堵塞一般采用0.61.0m/s,最大流量時(shí)可取0.81.0m/s，平均設(shè)計(jì)流量時(shí)為0.3m/s,漸擴(kuò)120,格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算,計(jì)算內(nèi)容：包括尺寸計(jì)算、水力計(jì)算、柵渣量計(jì)算、清渣機(jī)械選用。,格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算,1.格柵的間隙數(shù)量n可由下式?jīng)Q定：式中：Qmax-最大設(shè)計(jì)流量，m3/s；e-柵條間距，m；h-柵前水深，m；最高0.5mv-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s-格柵傾角,2.格柵的建筑寬度B由下式?jīng)Q定式中：B-格柵的建筑寬度，ms-格條寬度，m3.柵后槽的總高度H由下式?jīng)Q定式中：h-柵前水深，m；h1-格柵的水頭損失，m；h2-格柵前渠道超高，一般取0.3m。,通過(guò)格柵的水頭損失h1的計(jì)算：,h0-計(jì)算水頭損失，m；v-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s；-阻力系數(shù)，當(dāng)為矩形斷面時(shí)，=2.42；-格柵的放置傾角；g-重力加速度，m/s2；k-考慮到由于格柵受污染物堵塞后，格柵阻力增大的系數(shù)，可用式：k=3.361.32求定，一般采用k=3。,格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算,格柵的建筑尺寸,4.格柵的總建筑長(zhǎng)度L由下式?jīng)Q定式中：l1-進(jìn)水渠道漸寬部位的長(zhǎng)度，m；其中：B1-進(jìn)水渠道寬度m；1-進(jìn)水渠道漸寬部位的展開(kāi)角度，一般1=20；H1-格柵前的渠道深度，m,l2-格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長(zhǎng)度,一般l2=0.5l1。5.每日柵渣量W由下式?jīng)Q定式中：W1-柵渣量，m3/103m3污水，取0.10.01;K總-生活污水流量總變化系數(shù)(表3-3)。,格柵所截留的污染物數(shù)量與地區(qū)的情況、污水溝道系統(tǒng)的類(lèi)型，污水流量以及柵條的間距等因素有關(guān)，可參考的一些數(shù)據(jù)：,當(dāng)柵條間距為1625mm時(shí)，柵渣截留量為0.100.05m3/103m3污水；當(dāng)柵條間距為40mm左右時(shí)，柵渣截留量為0.030.01m3/103m3污水；柵渣的含水率約為80%，密度約為960kg/m3。,填埋焚燒（820以上）堆肥將柵渣粉碎后再返回廢水中，作為可沉固體進(jìn)入初沉池。,格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：,沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，即在重力作用下沉淀去除，以達(dá)到固液分離的一種物理過(guò)程。,沉淀處理工藝的四種用法,時(shí)間,固液分界面高度,1.懸浮顆粒的重力F1F1-顆粒的重力，是促使沉淀的作用力式中：V-顆粒的體積；g-顆粒的密度；g-重力加速度。,2.水對(duì)自由顆粒的浮力為：y-液體的密度3.下沉過(guò)程受到的摩擦阻力：C-阻力系數(shù)；A-自由顆粒的投影面積；u-顆粒在水中的運(yùn)動(dòng)速度，即顆粒沉速。,懸浮顆粒在水中的受力分析,球狀顆粒自由沉淀的沉速公式,自由沉淀可由牛頓第二定律表達(dá)：,得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：,當(dāng)受力達(dá)到平衡后：,當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周?chē)睦@流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。若在層流狀態(tài)下，C=24/Re，,帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式（亦稱(chēng)斯托克斯定律）：,是水的動(dòng)力粘度。,由上式可知，顆粒沉降速度u與下述因素有關(guān)：,斯托克斯定律,當(dāng)gy時(shí)，顆粒以速度u下沉；當(dāng)g與y相等時(shí)，u=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；gy時(shí)，顆粒以速度u上浮。u與顆粒直徑d2成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。u與成反比，隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。,例題:油珠的直徑為80微米，密度為0.8克/厘米3，水溫20，計(jì)算油珠在水中的浮升速度。解：油珠直徑d=0.008厘米，20時(shí)水的粘滯系數(shù)=O.0101克/厘米秒。代入斯托克斯方程（stocks方程）：則：（厘米/秒）由計(jì)算雷諾數(shù)Re上述計(jì)算符合斯托克斯定律。,注意：應(yīng)用斯托克斯公式要求圍繞顆粒的水流呈層流狀態(tài)，顆粒呈圓球形等，因此有很大局限性，通常并不以它來(lái)計(jì)算顆粒的沉速，可是它有助于理解影響沉速或上浮速度的諸因素。在實(shí)際工作中，一般通過(guò)觀(guān)測(cè)顆粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒徑(一般用于探求d0.1毫米的顆粒)。當(dāng)然，所求得的粒徑只是名義上的尺寸，因?yàn)轭w粒往往不是球形。,地面水中投加混凝劑后形成的礬花，或者生活污水中的有機(jī)性懸浮物，或者活性污泥等，在沉降過(guò)程中，絮狀體互相碰撞凝聚，使顆粒尺寸變大，因此沉速將隨深度而增加，如下圖中2曲線(xiàn)所示。,自由沉淀與絮凝沉淀的軌跡l一離散顆粒，2一絮凝顆粒,因此，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度，而且與深度有關(guān)。所以試驗(yàn)用的沉淀柱的高度應(yīng)當(dāng)與擬采用的實(shí)際沉淀池的高度相同，而且要盡量避免礬花因劇烈攪動(dòng)造成破碎，影響沉淀效果。,絮凝沉淀理論,1,當(dāng)水中的懸浮物濃度較高時(shí)，在沉降過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生顆粒彼此干擾的擁擠沉淀現(xiàn)象。沉淀的顆?？梢允悄垡院蟮牡\花，或是曝氣池出流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙。擁擠沉淀的特點(diǎn)：在沉淀過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)清水和渾水的交界面，沉淀過(guò)程也就是交界面的下沉過(guò)程，因此也稱(chēng)成層沉淀。,擁擠沉淀理論,污泥開(kāi)始沉淀時(shí)，沉淀柱中污泥濃度是均勻一致的。沉淀一段時(shí)間后，在下沉的污泥與上層澄清液之間出現(xiàn)明顯的分界面(界面1-1)，位于澄清液層A下面的稱(chēng)為受阻沉降層B。在此層中若取樣分析，將發(fā)現(xiàn)污泥濃度是均勻一致的，并且具有一定的均勻沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。,在形成界面1-1及受阻沉降層的同時(shí)，在沉淀柱底部懸浮固體開(kāi)始?jí)嚎s，出現(xiàn)壓縮層D。在此層中懸浮固體的濃度也是均勻的，該層與其鄰層的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。在受阻沉降層與壓縮層之間有一過(guò)渡層C，在此層中由于泥層逐漸變濃，界面的沉降速度逐漸減小。,當(dāng)沉淀時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，界面1-1以勻速下沉，界面2-2以勻速上升。到t=t2時(shí)，界面1-l與2-2相遇，B、C兩層消失了，只剩下A和D層，此時(shí)污泥具有一均勻濃度C2,稱(chēng)之為臨界濃度。接著壓縮開(kāi)始，D層高度逐漸減小，但很緩慢，因?yàn)楸粔嚎s出來(lái)的水必須從不斷減小的顆粒間空隙流出，最后直到完全壓實(shí)為止，污泥濃度為Cu。,下圖表明界面位置隨時(shí)間變化的情況。各層的沉降速度均可由沉降曲線(xiàn)上各點(diǎn)的切線(xiàn)斜率繪出，例如達(dá)到臨界濃度C2時(shí)的界面沉速為v2。,AB及CD都為直線(xiàn)，B至C為過(guò)渡區(qū)，沉速逐漸減小。C至D所需的壓縮時(shí)間很長(zhǎng)。緩慢的攪拌有利于壓縮，使擠壓出來(lái)的水較易從污泥空隙中流出來(lái)。在連續(xù)流的沉淀池中，因?yàn)椴粩嘤行碌奈勰噙M(jìn)入，不斷由上部溢流澄清水及底部排出濃縮污泥，因此A、B、C、D各層均將保留著。,污水在池內(nèi)沿水平方向等速流動(dòng)，水平流速為v，從入口到出口時(shí)間為t；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，顆粒的水平分速等于水的水平流速v；在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔?，處于自由沉淀狀態(tài)；顆粒一經(jīng)沉到池底，即認(rèn)為已被去除。,理想沉淀池的幾個(gè)假定：,理想沉淀池原理,當(dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后,另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度u。,必然存在某一粒徑沉速為u0的顆粒，剛好能沉至池底,當(dāng)顆粒沉速u(mài)u0時(shí)，無(wú)論這種顆粒處于進(jìn)口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。當(dāng)顆粒沉速u(mài)u0時(shí)，位于水面的顆粒不能沉到池底，會(huì)隨水流出，如圖中軌跡II所示；而當(dāng)其位于水面下的某一位置時(shí)，它可以沉到池底而被去除，如圖中II虛線(xiàn)軌跡所示。說(shuō)明對(duì)于沉速u(mài)小于指定顆粒沉速u(mài)0的顆粒，有一部分會(huì)沉到池底被去除。,在同一沉淀時(shí)間t，下式成立：故對(duì)于沉速為u1（u1u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：,設(shè)沉速為uu0的顆粒占全部顆粒的dP%，其中的顆粒將會(huì)從水中沉到池底而去除。,P0為沉速小于u0的顆粒占全部懸浮顆粒的比值。,而沉淀池能去除的顆粒包括uu0以及uu0的兩部分，故沉淀池對(duì)懸浮物的去除率為：,式中：P0-沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分?jǐn)?shù)；（1-P0）沉速u(mài)0的顆粒去除百分?jǐn)?shù)。,圖3-13的運(yùn)動(dòng)跡線(xiàn)中存在著如下的關(guān)系：將上式帶入式A為沉淀池過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，A為沉淀池表面積，單位m2。Q/A的物理意義-反映沉淀池效力的參數(shù)，一般稱(chēng)為沉淀池的表面負(fù)荷率，或稱(chēng)沉淀池的過(guò)流率，用符號(hào)q表示：理想沉淀池中，u0與q在數(shù)值上相同，但它們的物理概念不同：u0的單位是m/h；q表示單位面積的沉淀池在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的流量，單位是m3/m2h。故只要確定顆粒的最小沉速u(mài)0，就可以求得理想沉淀池的表面負(fù)荷率。,中并簡(jiǎn)化后得出：,理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積A有關(guān)，不決定于沉淀時(shí)間t與池的體積V。,沉淀池對(duì)懸浮物的去除率為：,輻流理想沉淀池,輻流沉淀池的去除率也可采用下式計(jì)算：,經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算可得：,豎流理想沉淀池,P0為utv的顆粒占所有懸浮顆粒的比值。,凡是沉速u(mài)tv的那些顆粒，才能被沉淀去除；而