污水的物理處理培訓(xùn)課件

污水的物理處理培訓(xùn)課件生活污水和工業(yè)廢水中都含有大量的漂浮物與懸浮物，其進入水處理構(gòu)筑物會沉入水底或浮于水面，對設(shè)備的正常運行帶來影響，使其難以發(fā)揮應(yīng)有的功效，必須予以去除。物理處理的去除對象：漂浮物、懸浮物。物理處理方法：篩濾：篩網(wǎng)、格柵（去除漂浮物、纖維狀物質(zhì)和大塊懸浮物），濾池、微濾機（去除中細顆粒懸浮物）。重力分離：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒徑懸浮物）、隔油池與氣浮池（去除密度小于1或接近1的懸浮物）。離心分離：離心機、旋流分離器（去除比重大、剛性顆粒）。本章主要就城市生活污水處理中使用的格柵、沉砂池、沉淀池進行講授。第一節(jié)格柵格柵由一組平行的金屬柵條、帶鉤的塑料柵條或金屬篩網(wǎng)組成。安裝在污水溝渠、泵房集水井進口、污水處理廠進水口及沉砂池前。根據(jù)柵條間距，截留不同粒徑的懸浮物和漂浮物，以減輕后續(xù)構(gòu)筑物的處理負(fù)荷，保證設(shè)備的正常運行。被截留的污染物稱為柵渣，其含水率70～80％，容重750kg/m3。一、格柵分類平面格柵：按形狀分為曲面格柵：粗格柵：大于40mm按柵條間距分為細格柵：10~30mm密格柵：小于10mm柵條間隙e：10、15、20、25、30、40mm（細格柵）；50、60、70………150mm（中或粗格柵）。人工清渣：小型污水處理廠按清渣方式分為機械清渣：柵渣量大于0.2m3/d二、格柵的設(shè)計計算格柵的設(shè)計計算實際上主要是柵室、柵槽的設(shè)計計算，包括柵槽斷面、水力計算、柵渣量計算機清渣機械的選用。1注意的問題B、L、e和b的相關(guān)尺寸見p55表3-1。長度L：取決于水深，以200mm為一級增長值。當(dāng)L>1000mm時，框架應(yīng)加橫向肋條。柵條材質(zhì)為A3鋼制，柵條偏差≦1/1000，總偏差≦2mm。水泵前：人工清渣e≦20mm；對大中型泵站，采用機械清渣，e＝20~150mm。污水處理系統(tǒng)前：人工清渣e＝25~40mm，機械清渣e＝15~25mm。污水處理廠前可設(shè)粗細二道格柵，粗格柵e＝50~150mm，細格柵e＝15~40mm；當(dāng)提升泵站前格柵e≦25mm時，泵后可不設(shè)格柵。格柵數(shù)量：當(dāng)每日渣量>0.2m3時，一般采用機械清渣，格柵臺組數(shù)不宜少于2臺。若僅為1臺時，應(yīng)另設(shè)一條人工清渣格柵備用。格柵安裝角度：一般45~75°,對人工清渣，為省力一般角度≦60°；對機械清渣，角度一般60~75°,特殊時為90°；對回轉(zhuǎn)式一般60~90°。流速：柵前渠道流速V＝0.4~0.9m/s，過柵流速0.6~1.0m/s，通過格柵水頭損失宜采用0.08～0.15m。流速過大不僅過柵水頭損失增加，還可能將已截流在格柵上的柵渣沖過格柵；流速過小柵槽內(nèi)將發(fā)生沉淀。高度：設(shè)水深h，格柵水頭損失h1，柵前渠道超高h2（一般采用0.3m），則后槽總高度H＝h1＋h2＋h。格柵工作臺高度：高出柵前最高設(shè)計水位0.5m工作臺寬度：人工清渣≧1.2m，機械清渣≧1.5m。柵條斷面形狀、尺寸：正方形20×20mm；圓形?=20；長方形10×50mm，迎水面半圓矩形10×50mm。2設(shè)計計算（1）柵槽寬度：已知B或Qmax、水深h、流速V，則柵條間隙數(shù)：n＝Qmax(sinα)0.5/ehvB＝en＋(n-1)s其中：n－1為柵條數(shù)，s為柵條寬度。（2）格柵的水頭損失：h1＝kh0其中：k為倍數(shù)，一般取3。h0＝ζ·V·sinα/2gζ為阻力系數(shù)：ζ＝β(s/e)4/3圓形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半園β＝1.83，迎背面半園β＝1.67。（3）柵槽總高度：H＝h1＋h2＋h，h2為超高。（3）柵槽總長度：L＝L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1/tgα，L1＝(B－B1)/2tgα1L2＝L1/2H1＝h2＋h其中：L1為進水渠漸寬部分長度；L2為渠出水漸窄處長度；α1為渠道展開角，一般20°；B1為進水渠寬度；0.5與1.0為格柵前后的過渡段長度。（4）每日柵渣量：W＝QmaxW1×86400/K總×1000(m3/d)。其中：W1為柵渣量(m3/103m3污水)，一般取0.01～0.1。粗格柵取小值，中格柵取中值，細格柵取大值；K總為生活污水變化系數(shù)，見p59表3-3。例題：見p59例3-1。第二節(jié)沉淀理論污水中許多懸浮固體的密度比水大，因此，在水中他們可以自然地下沉，利用這一原理進行的廢水固液分離過程稱為沉淀。一、沉淀分類沉淀是實現(xiàn)固液分離或泥水分離的重要環(huán)節(jié)，由于沉淀的對象和空間不同，其沉淀形式也各異，根據(jù)固體顆粒在沉淀過程中出現(xiàn)的不同物理現(xiàn)象將沉淀過程分為4類。1自由沉淀當(dāng)SS濃度不高，沉淀過程中顆粒間互不碰撞、呈單顆粒狀態(tài)，各自獨立地完成沉淀過程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。2絮凝沉淀水深當(dāng)SS濃度較高(50~500mg/L)時，沉淀過程中顆粒間可能互相碰撞產(chǎn)生絮凝作用，使顆粒粒徑與質(zhì)量逐漸加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。水深3區(qū)域沉淀時間因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間互相妨礙、干擾，沉速大的顆粒也無法超越沉速小的顆粒，各自保持相對位置不變，顆粒群以整體向下速度沉降，并與上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。時間4壓縮沉淀顆粒間相互支撐，上層顆粒在重力作用下擠壓下層顆粒間的間隙水，使污泥得到濃縮。如二沉池泥斗和濃縮池的過程。二、沉淀類型分析1自由沉淀（1）顆粒在水中自由沉淀現(xiàn)象分析當(dāng)固體顆粒靜止處于水中時，要受到兩個力的作用：一是它本身的重力，向下；一是水對它的阻力，向上。如果固體顆粒密度比水大，那么它所受的重力將比水大，由于這一外力的推動，顆粒就會自然的向下運動，開始沉淀時，顆粒加速下沉，但顆粒一經(jīng)開始運動，它就會受到與運動方向相反的阻力作用，該阻力由運動速度產(chǎn)生，且與運動速度正相關(guān)，即速度增加，阻力增大，當(dāng)顆粒下沉速度加速到某一值，使顆粒所受阻力與重力相等時，顆粒便會以此時的下沉速度勻速下沉，直到完成整個自由沉淀過程。（2）顆粒在靜水中的自由沉淀速度為研究顆粒在靜水中的自由沉淀速度，需要做出如下規(guī)定：a顆粒形狀為球形；b顆粒處于無限液體中，即其他顆粒和容器壁對其下沉不產(chǎn)生影響；c自由沉淀速度是指勻速時的最終沉淀速度。由牛頓第二定律得：mdu/dt＝F1－F2－F3。F1為重力：F1＝VgρgF2為浮力F2＝VgρyF3為下沉摩擦阻力F3＝CAρyu2/2代入整理得：u＝(ρg－ρy)gd2/18μ，即斯托克斯公式。討論：顆粒沉速u的決定因素是ρy－ρy。這是顆粒在靜水中能夠從靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)的原始推動力。ρg大于ρy，u大于0，顆粒下沉；ρy小于ρy，u小于0，顆粒上浮；ρg=ρy，顆粒隨機，不沉不浮。u反比于水的粘滯度，所以同一顆粒在不同水質(zhì)和水溫條件下有不同的值，如水溫升高，μ下降，u會增大u與顆粒本身直徑的平方成正比，因此，在顆粒沉淀過程中進行適當(dāng)攪拌或投加絮凝劑，促使顆?；ハ嗯鲎玻跄沽皆龃?，可獲得事半功倍的效果。在推導(dǎo)上述公式時，均假定顆粒為球形，直徑為d，但實際上廢水中的懸浮固體不可能是球形，一般地說，非球形顆粒比同體積球形顆粒表面積大，因此在沉降過程中將受到大的阻力，使沉降速度比球形顆粒小。（3）沉淀試驗與沉淀曲線在廢水處理實踐中，常常需要做沉淀試驗，來求定達到某指定懸浮物固體所相應(yīng)的沉淀速度。a試驗方案：φ80~100mm高度H=1500~2000mm取樣1200mm1#2#3#4#5#6#t0C0C0C0C0C0C0t1C11C12C13C14C15C16……tiCi1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6……tnCn1Cn2Cn3Cn4Cn5Cn61#~6#為平行樣。b討論：去除率為ηiηi=[(C0－Ci)/C0]?100%沉速為uiui=H/ti在沉淀試驗中取樣高度是確定的，根據(jù)取樣時間ti可計算出相應(yīng)的沉淀速度，因此可得u-η曲線。根據(jù)沉淀試驗，同樣可以求得沉淀速度和相應(yīng)的剩余懸浮固體百分?jǐn)?shù)Pi=（Ci/ti）?100%的曲線u-P，根據(jù)斯托克斯公式任意ui都可計算出相應(yīng)的顆粒粒徑di，因此從u-P曲線可直接得出d-P曲線，即廢水中懸浮顆粒的粒度分布曲線。根據(jù)沉淀歷時ti，從圖上查得的ηi并不是真正可能的懸浮固體去除率，因為在沉淀過程中歷時ti取的是取樣口以上少量的水樣，這樣，所以測得的懸浮物濃度Ci代表全部小于di顆粒的總濃度，因而所得的沉淀百分?jǐn)?shù)[(C0－Ci)/C0]?100%只代表大于和等于di的顆粒所占的百分?jǐn)?shù)，然而從懸浮固體去除百分?jǐn)?shù)角度考慮，有些小于ηi在歷時ti時間內(nèi)也會沉到取樣口以下。c沉降柱修正試驗法：試驗方法同前，在每根沉降柱上開多個取樣口，取H以上所有取樣口的水樣。設(shè)水樣中的SS濃度為Ci，則出水中的剩余SS的比例為Pi＝Ci/C0，SS實際在ti時的去除率為1－Pi，作P0~ut曲線，凡沉速ut≧u0＝H/t的所有顆粒都可能去除，其去除率為1－P0；而沉速ut<u0＝H/t的顆粒能被去除的比例為ut/u0，其在t時刻去除該顆粒的效率為∫ut/u0dp；故總?cè)コ蕿?1－P0)+∫ut/u0dp。所以η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp。2絮凝沉淀試驗思路同前，柱略高略粗，取樣口間距500mm，取樣時間間隔5或10min，則SS在ti時的去除率為η＝(1－Ci/C0)×100%。記算去除率，并記錄于表中（見表3－6）。具體計算見例3-3，首先計算臨界沉速，后在圖上作中間曲線，找出其與t時刻的交點，計算對應(yīng)沉速，后計算去除率，η＝η1＋u1/u0(η1－η2）＋u2/u0(η2－η3）＋….三、理想沉淀池原理從上面分析可以看出，沉淀理論與實際沉淀池的運動規(guī)律有所差距，為合理表征實際沉淀狀態(tài)，提出了“理想沉淀池”概念。假設(shè)條件：污水在池內(nèi)沿水平方向作等速流動，速度為v。在流入?yún)^(qū)顆粒沿AB斷面均勻分布，并處于自由沉淀狀態(tài)，其水平分速等于v。顆粒沉到池底即認(rèn)為被去除。1平流式理想沉淀池平流式理想沉淀池分流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、沉淀區(qū)和底部的污泥區(qū)。從圖中可以看出，必存在一種從A點進入、以流速為u0的顆粒，最后剛好在出水口D點沉入池底污泥區(qū)。根據(jù)幾何相似原理，則u0/v=H/L，即u0＝vH/L。ut大于u0沉入池底（代表I軌跡的顆粒）；ut小于u0、且在對角線AD以上不能被去除（代表Ⅱ軌跡的顆粒）；ut小于u0、且在對角線AD以下仍可以被去除（代表虛線Ⅱ軌跡的顆粒）。設(shè)沉速ut<u0的顆粒質(zhì)量為dP，則可被沉淀去除的量為ut/u0dP，故總?cè)コ师牵?1－P0)+1/u0∫utdp，用百分?jǐn)?shù)表示為η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp，與前者分析推導(dǎo)結(jié)果相同，說明理論上是可行的。討論：（1）將實際數(shù)據(jù)Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內(nèi)最長沉淀時間為：t＝L/v=H/u0沉淀池容積V＝Qt＝HLB，Q＝HBL/t＝HA/t=Au0所以Q/A=u0＝q。Q/A的物理意義：在單位時間內(nèi)通過沉淀池單位表面積的流量，即表面負(fù)荷率或溢流率，用q表示(m3/m2s或m3/m2h)。表面負(fù)荷的數(shù)值等于顆粒沉速u0。（2）沉速ut的顆粒去除率由L/v=h/ut，h＝utL/v則沉速ut為的顆粒去除率為：η＝h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB=ut/Q/A=ut/q=ut/u0。重要結(jié)論：平流式理想沉淀池的去除率取決于表面負(fù)荷及顆粒沉速ut，而與t無關(guān)。2豎流式理想沉淀池自學(xué)3實際沉淀池與理想沉淀池的差距自學(xué)深度方向水流速度分布不均勻?qū)θコ蕸]有影響。寬度方向水流速度分布不均勻是降低沉淀池去除率的主要原因。紊流對去除率的影響：減慢沉速，降低去除率；擾動底部沉淀物，降低去除率。第三節(jié)沉砂池功能和任務(wù)：去除比重比較大的無機顆粒（ρ≧2.65，d≧0.21mm，或65目的砂），以減輕對設(shè)備的磨損，降低或減輕構(gòu)筑物（沉淀池）的負(fù)荷。設(shè)置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。常見類型：平流式沉砂池、曝氣沉砂池和多爾沉砂池等。設(shè)計規(guī)范要求：①組數(shù)不少于2組，一備一用；②設(shè)計流量：自流按最大設(shè)計流量設(shè)計，提升泵站按工作水泵最大組合流量設(shè)計，合流制系統(tǒng)按降雨時的設(shè)計流量設(shè)計；③沉砂量15~30m3/106m3污水，含水率60％；④砂斗容積≤2日沉砂量，斗壁與水平面傾角≧55°。一、平流沉砂池優(yōu)缺點：構(gòu)造簡單、處理效果好，但重力排砂時構(gòu)筑物需高架。1構(gòu)造入流渠、出流渠、閘板、砂斗組成。2設(shè)計參數(shù)vmax≤0.3m/s，vmin≤0.15m/s。水力停留時間最大流量時不少于30s，一般30～60s。有效水深h≤1.2m，一般采用0.25~1.0m；池寬≧0.6m。進水頭部應(yīng)采取消能和整流措施。池底底坡一般為0.01~0.02。沉砂池超高不宜小于0.3m。排砂方式：重力排砂，排砂管d≧200mm。對大中型污水處理廠，一般采用機械排砂。3計算公式池長L＝vtv為最大設(shè)計流量時的停留時間；水流斷面面積A＝Qmax/v；池總寬B＝A/h2h2為設(shè)計有效水深；沉砂斗容積V＝86400Qmaxtx1/105K總x1為城市污水沉砂量，取3m3/105m3污水；沉砂池總高度H＝h1＋h2＋h3h1為超高，取0.3m，h3為砂斗高度；檢驗：按最小流速>0.15m/s進行驗算，保證沉掉0.21mm的砂，而不去除有機物。vmin＝Qmin/nωω為單池過水?dāng)嗝婷娣e。二、曝氣沉砂池使粘在砂粒上的污泥及有機物更好分離（通過摩擦作用實現(xiàn)），避免泥沙沉于初沉池而影響污泥的處理。送入空氣，使無機顆粒甩向外側(cè)而沉淀。預(yù)曝氣，改善污水水質(zhì)，減輕散發(fā)氣味。1構(gòu)造橫斷面呈矩形，底坡i＝0.1～0.5，坡向砂槽；砂槽上方設(shè)曝氣器，器安裝高度距池底0.6～0.9m。2設(shè)計參數(shù)旋流速度：0.25~0.3m/s；水平流速：0.06~0.12m/s；水力停留時間：1~3min；池深2~3m；寬深比1~1.5；長寬比≤5；池長14~20m。曝氣量0.1~0.2m3空氣/m3污水或3~5m3空氣/m2h。3設(shè)計計算池總有效容積v＝60Qmaxtt為最大設(shè)計流量時的水力停留時間。水平斷面面積A＝Qmax/vv為最大設(shè)計流量時的水平流速。池總寬B＝A/HH為有效水深。池長L＝V/A。曝氣量q=3600DQmaxq為每小時的曝氣量，D為單位污水量所需氣量。檢驗水的流態(tài)旋流，其旋流速度v＝（v12＋v22）1/2污水每旋轉(zhuǎn)一周推進的距離Lr＝2πrtgφ式中r＝0.5倍池寬，即旋流半徑；φ為旋轉(zhuǎn)角，tgφ＝v1/v2。根據(jù)試驗必須旋轉(zhuǎn)3周（V≤0.35m/s時），能取得較好的效果。故要求v1t＝L≤3Lr。第四節(jié)沉淀池一、概述1分類初沉池：一級污水處理的主體構(gòu)筑物，或作為二級處理的預(yù)處理，可去除40～55％的SS、20～30％的BOD，降低后續(xù)構(gòu)筑物負(fù)荷。按工藝布置二沉池：生物處理裝置后，用于泥水分離，它是生物處理的重要組成部分。經(jīng)生物處理＋二沉池沉淀后，一般可去除70～90％的SS和65～95％的BOD。平流式按池內(nèi)水流流態(tài)輻流式豎流式2優(yōu)缺點和適用條件平流式：沉淀效果好，耐沖擊負(fù)荷與溫度變化，施工簡單，造價較低。但配水不易均勻，采用多個泥斗排泥時每個泥斗需單獨設(shè)排泥管，操作量大；采用鏈?zhǔn)焦文嘣O(shè)備，因長期浸泡水中而生銹。適用條件：大中型污水處理廠和地下水位高、地質(zhì)條件差的地區(qū)。豎流式：排泥方便，管理簡單，占地面積少。但池深大，施工困難，對沖擊負(fù)荷與溫度變化適應(yīng)能力差，造價高，池徑不宜過大，否則布水不均。適于小型污水處理廠。輻流式：機械排泥，運行效果較好，管理較方便，排泥設(shè)備已定型。但排泥設(shè)備復(fù)雜，對施工質(zhì)量要求高。適于地下水位較高地區(qū)和大中型污水處理廠。3一般規(guī)定沉淀池數(shù)目不應(yīng)少于2座，宜按并聯(lián)運行設(shè)計。沉淀池的超高h≧0.3m，其緩沖層高度一般采用0.3～0.5m。初沉池應(yīng)設(shè)撇渣設(shè)施污泥區(qū)容積按≤2d污泥量計算。采用機械排泥時，可按4h泥量計算；人工排泥應(yīng)按每天排泥量計算初沉池排泥靜水頭≧1.5m；二沉池排泥靜水頭為：活性污泥法≧0.9m，膜法≧0.9m。污泥斗斜壁與水平面傾角：方斗≧60°，圓斗≧55°。排泥管d≧200mm，采用多泥斗時應(yīng)設(shè)單獨閘閥和排泥管。沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口設(shè)調(diào)節(jié)閘門，以調(diào)節(jié)流量；出口堰也如此。重力排泥時，污泥斗的排泥管一般采用鑄鐵管，其下端伸入斗內(nèi)，頂端敞口，伸出水面，以便與大氣連通；在水下0.9～1.5m處接水平排泥管，污泥借靜水壓力排出。二、平流式沉淀池1構(gòu)造進水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區(qū)以及排泥裝置組成。進水區(qū)由側(cè)向配水槽、擋流板組成，起均勻布水的作用。擋板入水深度≧0.25m，高處水面0.15~0.2m，距流入槽0.5~1.0m。出水區(qū)由出水槽和擋板組成。流出槽為自由溢流堰，其要求水平，以保證出流均勻，控制沉淀池水位。堰口采用鋸齒形，最大負(fù)荷≧2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。為改善出水水質(zhì)，可設(shè)多出水槽，以降低出水負(fù)荷。緩沖層：避免已沉淀污泥被水流攪起。污泥區(qū)：貯存、濃縮和排泥作用。排泥裝置與方法：利用進水壓力。底坡I＝0.01～0.02；機械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮體含水率為99％，密度接近1，不宜掛起，而只能采用泵抽吸（p80圖3-30），目前少用。2設(shè)計參數(shù)長寬比以3～5為宜，對大型沉淀池宜設(shè)導(dǎo)流墻；L/H=8～12，L一般30～50m。采用機械排泥時，池寬應(yīng)根據(jù)排泥設(shè)備確定，此時底坡一般0.01～0.02；刮泥機行進速度≤1.2m/min，一般0.6～0.9m/min。表面負(fù)荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。3設(shè)計計算當(dāng)無沉淀試驗資料時，按沉淀時間與表面負(fù)荷計算。池子總面積A＝3600Qmax/q。有效水深h2＝qt。（初沉池t＝1~2h，二沉池1.5~2.5h）沉淀區(qū)有效容積V1＝Ah2或Qmaxt沉淀區(qū)長度L＝3.6vtv為最大設(shè)計流量時的水平流速，一般小于5mm/s。沉淀區(qū)總寬度B＝A/L沉淀池座數(shù)n＝B/bb為每座寬度，一般5~10m污泥區(qū)容積按人算W＝SNt/1000S為每人每天產(chǎn)泥量，取0.3～0.8L；N為人口數(shù)；t為二次清泥時間間隔（d）。按進出水SS濃度計算W＝Qmax24(C0－C1)100t/r(100－p)＝86400Qmax(C0－C1)100t/Kzr(100－p)池子總高度H＝h1＋h2＋h3＋h4h1為超高，取0.3m；h3為緩沖層高度，無刮泥機時取0.5m，有則取0.3m。h4泥斗區(qū)高度。泥斗容積V2＝h4(f1+f2+f10.5f20.5)/3f1為斗上口面積，f2為斗下口面積。有沉淀試驗數(shù)據(jù)因u0＝q，A＝Qmax/q=Qmax/u0h2＝qt=u0t其它計算同前。三、輻流式沉淀池1構(gòu)造一般為圓形，可分為中心進水周邊出水、周邊進水周邊出水二種。均由進水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區(qū)以及排泥裝置組成。流入?yún)^(qū)設(shè)穿孔整流板，穿孔率為10~20％。流出區(qū)設(shè)出水堰，堰前設(shè)擋板，攔截浮渣。2設(shè)計參數(shù)D/H一般取6~12，D≧16m。池底底坡0.05~0.1。采用機械刮泥時，若D≤20m，一般采用單臂中心傳動刮泥機；反之采用周邊傳動刮泥機。刮泥機轉(zhuǎn)速1～3周/h，或外周線速度≤3.0m/min，一般1.5m/min。周邊進水的沉淀