污水的物理处理

,废水中污染物的存在形态,废水中污染物,构成各种污染指标,:,如,COD TP TN SS,等,可沉降态（,100,),胶体态和超胶体态,(0.08-100,),溶解态,(0.08,),容易通过物理方法较快地去除,生物去除缓慢,较容易地被混凝 、过滤等方法去除,生物降解比较慢,不太容易被预方法去除,生物降解比较快,城市污水处理,一级处理,只去除漂浮物和易沉物，使城市污水排入水体时不致立即出现不洁现象。,二级处理,去除漂浮物和易沉物外，进而稳定污水中的有机物，基本上消除污水的耗氧性能。使水体接纳污水后不至于出现严重缺氧情况，水体生态系统将基本上维持原有的平衡状态。,深度处理,降低出水中的氮、磷化合物浓度。,城市污水二级处理典型工艺,格栅,初沉池,污泥浓缩池,污泥消化池,提升泵,曝气池,二沉池,污泥脱水,气柜,沼气发电机,进水,出水,外运,高碑店城市污水处理一期工艺流程,污泥回流,第二章 污水的物理处理,第一节,格栅和筛网,第二节 沉淀的基础理论,第三节 沉砂池,第四节 沉淀池,第五节 隔油池,第六节 气浮法,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。,格栅的,作用,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,0.100.05m,3,/10,3,m,3,污水；,当栅条间距为,40mm,左右时，栅渣截留量为,0.030.01 m,3,/10,3,m,3,污水；,栅渣的含水率约为,80%,，密度约为,960kg/m,3,。,1,、按栅条净间歇：粗格栅，中格栅，细格栅,2,、按格栅形状：平面格栅，曲面格栅,格栅的种类,人工清除,与水平面倾角：,4560,机械清除,与水平面倾角：,6070,格栅的清渣方法,人工清渣格栅,示意图,格栅,操作平台,滤水板,移动式伸缩臂,机械格栅,示意图,耙斗,格栅,行走轮,格栅的,工作原理,XG,型旋转式格栅除污机,回转式固液分离机,螺旋压榨细格栅,螺旋压榨细格栅,回转式格栅除砂机及栅渣皮带输送机,GL,型格栅除污机,齿耙式格栅除污机,阶梯式细格栅,曝气沉砂池前细格栅,格栅的液位差自动控制,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,矩形,圆形,方形,圆形的水利条件较方,形好，但刚度较差。,目前多采用断面形,式为矩形的栅条。,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,一方面泥沙不至于,沉积在沟渠底部,另一方面截留的污染,物又不至于冲过格栅,通常采用,0.40.9m/s,格栅渠道的宽度要设置得当，,应使水流保持适当流速,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,为防止栅条间隙堵塞,一般采用,0.61.0m/s,最大流量时可高,于,1.21.4m/s,格 栅 的 设 计 与 计 算,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,筛网,填埋,焚烧（,820,以上）,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,沉淀的基础,理论,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,沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物,初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷,二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。,污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。,自由沉淀,悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。,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,悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。,絮凝沉淀,区域沉淀或,成层沉淀,压缩沉淀,悬浮颗粒浓度较高（,5000mg/L,以上）；颗粒的沉降受到周围其它颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。,悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。,自由沉淀及其理论基础,分,析,的,假,定,沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等,不变,颗粒为球形,颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和,其他颗粒影响。,静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用,产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的,重力与水对其产生的阻力平衡时，颗粒即成,等速下沉。,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,F,g,F,g,-,是促使沉淀的作用力，,是颗粒的重力与水的浮力,之差：,F,g,-,水中颗粒受到的作用力；,V-,颗粒的体积；,S,-,颗粒的密度；,L,-,水的密度；,g-,重力加速度。,2.,颗粒受到的摩擦阻力为：,与颗粒在运动方向上的投影面积,A,及动压,1/2,lu2,有关,。,式中：,F,3,-,水对颗粒的阻力；,-,阻力系数；,A-,自由颗粒的投影面积；,u,S,-,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）：,是水的动力粘度。,由上式可知，颗粒沉降速度,u,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,u,下沉；,当,S,与,L,相等时，,u,S,=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,u,上浮，可用浮上法去除。,u,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。,u,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；,Q-,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，其沉速即是颗粒的自由沉降速度,u,。,一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速,v,等于水流速度；,颗粒运动的轨迹为其水平分速,v,和沉速,u,的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为,i=u/v,。,设,u,0,为某一指定颗粒的最小沉降速度。,当颗粒沉速,u,1,u,0,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,10-19a,中的迹线,xy,与,xy,。,当颗粒沉速,u,1,u,0,时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图,10-19b,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,u,1,小于指定颗粒沉速,u,0,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,u,1,（,u,1,u,0,）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,uu,0,以及,u,1,u,0,的两部分，故,沉,淀池对悬浮物的去除率,为：,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：,P,0,-,沉速小于,u,0,的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；,（,1-P,0,）,-,沉速,u,0,的颗粒去除百分数。,图,10-19,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,Q/A-,反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面水力负荷，,或称沉淀池的溢流率，用符号,q,表示：,理想沉淀池中，,u,0,与,q,在数值上相同，但它们的物理概念不同：,u,0,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,m,3,/m,2,h,。,故只要确定颗粒的最小沉速,u,0,，就可以求得理,想沉淀池的溢流率或表面水力负荷。,理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积,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,b,H,H,b,L,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,从污水中去除砂子、煤渣等比重较,大的无机颗粒，以免这些杂质影响,后续处理构筑物的正常运行。,平流式、竖流式、曝气沉砂池,以重力或离心力分离为基础，即将,进入沉砂池的污水流速控制在只能,使比重大的无机颗粒下沉，而有机,悬浮颗粒则随水流带走。,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,m,3,污水沉砂,0.03L,计算，其含水率约为,60%,，容重约,1500kg/m,3,。,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,200mm,。,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 设 计,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：,q,v,max,-,最大设计流量，,m,3,/s,。,3.,池总宽度,b,式中：,h,2,-,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,0.03L/m,3,（污水）；,T-,排砂时间的间隔，,d,；,k,z,生活污水流量的总变化,系数。,平流式沉砂池的计算公式,5.,贮砂斗各部分尺寸计算,设贮砂斗底宽,b,1,=0.5m,；,斗壁与水平面的倾角为,60,；,则贮砂斗的上口宽,b,2,为：,贮砂斗的容积,V,1,：,式中：,h,3,-,贮砂斗高度，,m,；,S,1,，,S,2,-,贮砂斗上口和下口的面积。,6.,贮砂室的高度,h,3,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：,h,1,-,超高，,m,；,h,3,-,贮砂斗高度，,m,。,8.,核算最小流速,v,min,式中：,q,v,min,-,设计最小流量，,m,3,/s,；,n,1,-,最小流量时工作的沉砂池数目,A,min,-,最小流量时沉砂池中的水,流断面面积，,m,2,。,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,曝气沉砂池的工作原理,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。,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,24min,；当雨天最大流量时为,13min,。如作为预曝气，停留时间为,1030min,；,池的有效水深为,23m,，池宽与池深比为,11.5,，池的长宽比可达,5,，当池长宽比大于,5,时，应考虑设置横向挡板；,曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为,2.56.0mm,，距池底约为,0.60.9m,，并应有调节阀门；,每立方米污水所需曝气量宜为,0.1,0.2m3,，或每平方米池表面积曝气量,3-5m3/h,曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。,曝气沉砂池的设计参数：,1.,总有效容积,V,式中：,v-,总有效容积,m3,Qmax-,最大时设计流量,m3/s,t-,最大设计流量时停留时间,2.,池断面面积,A,式中：,q,vmax,-,最大设计流量时水平流速，,m/s,。,3.,池总宽度,B,式中：,H-,有效水深，,m,。,4.,池长,5.,所需曝气量,q,式中：,D-,单位体积污水需要曝,气量,m3/m3,曝气沉砂池的设计,设计计算,某城市污水处理厂的最大设计流量为,0.8m,3,/s,，求曝气式沉砂池的总有效容积，水流断面积，池总宽度，池长以及每小时所需曝气量。,平流式水力旋流沉砂池,上海石洞口污水处理厂,上海石洞口污水处理厂,工作流态：,Pista360,旋流沉砂池不同于其它旋流沉砂池，进水渠道改进成为一条封闭的充满流倾斜进水渠，进水直接进入沉砂池底部，由于射流的作用，在池内形成旋流，同时在中心轴向桨板的定速旋转驱动下于中部形成一个向上的推动力，使水流在垂直面亦形成环流。在垂面环流和射流的共同作用下，水流在沉砂池中以螺旋状前进，砂粒在离心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底。积于池底的砂粒由于垂面环流的水平推动作用向池中心汇集跌入积砂斗，部分较轻的有机物则在中部上升水流的作用下重新进入水中。水流在分选区内回转一周,(360),后，进入与进水渠同流向但位于分选区上部的出水渠道。去除的沉砂跌入砂斗盖板中心的开孔并存于砂斗内，为防止砂粒板结，桨板驱动轴下端的叶片砂粒流化器不停搅动，砂粒便定时由砂泵抽出池外。,PISTA,沉砂池,PISTA,沉砂池构造,PISTA,沉砂池应用实例,上海白龙港污水处理厂,深圳盐田污水处理厂,其它旋流沉砂池,钟氏旋流沉砂池应用实例,上海松江东部污水处理厂,