污水的物理处理方法讲解课件.ppt

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,污水的物理处理技术,?,概念：利用物理方面的重力和机械力,作用的污水处理技术,?,处理对象：漂浮物和悬浮物,?,主要方法：,?,筛滤截留法,-,格栅、过滤,?,重力分离,-,沉砂、沉淀、隔油、气浮,?,离心分离法,-,离心分离机,第一节,格栅和筛网,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。,规模、污水,性质、后续构筑物,格栅的,作用,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。,水泵机组、曝气器、管道阀门、,配水设施，进出水口,格栅的种类,?,按栅条的间距,粗：,50-100mm,中：,10-40mm,细,:1.5-10mm,?,按清渣方式,:,人工和机械,?,形状：平面和曲面,人工清除,设计面积应采用较大,的安全系数，一般不小于,进水渠道面积的,2,倍，以,免清渣过于频繁。,与水平面倾角：,30,o,60,o,机械清除，,0.2m3/d,过水面积一般应不,小于进水管渠的有效面,积的,1.2,倍。,与水平面倾角：,60,o,90,o,格栅的清渣方法,人工和机械清理的格栅典型设计资料,格栅所截留的污染物数量,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,。,格栅的,工作原理,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,设置,格栅的一般特征,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,圆形的水力条件较,方形好，但刚度较差,目前多采用断面形,状为矩形的栅条,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,渐扩,20,，,沉底大于水头损失,格栅的设计与计算,?,格栅形式的选择,?,尺寸计算,?,水力计算,?,栅渣量的计算及其处置方法,格栅设计实例,?,已知,某污水处理厂的最大设计流量,Q=0.2,立方米,/,秒（,17280,吨,/,天），总变,化系数为,1.50,，求格栅的各部分尺寸。,?,规模较大，采用机械清洗形式,按规范和经验设定参数,?,栅前水深：,h=0.4m,?,过栅流速：,0.9m/s(p22,中格栅,),?,栅条间隙宽度：,b=0.021m(p14),?,格栅倾角,:a=60o,(p17),?,栅渣量：,0.07 m3/,（,103m3,污水,）,（当栅条间距为,1625mm,时，栅渣截留量为,0.100.05m3/,（,103m,3,污水）；,?,栅槽的宽度（）确定（,p23,）,s,（,n-1,）,+b*n=0.8,?,进水渠道渐宽部分长度：,L,1,=(B-B,1,)/2tga,1,=0.22m,（,a,1,由渠水流速而定，要求进水渠流,速为,0.77m/s),?,出水渠道渐窄部分的长度：,L,2,=L,1,/2=0.11,?,过栅水头损失（栅条断面为矩形）,如,p24,公式,h,2,0.097m,?,栅后槽总高度：,H=h,1,+h+h,2,=0.8m,?,栅槽总长度：,L=L,1,+L,2,+0.5+1.0+H/tga=2.24m,?,每日栅渣量：,W=0.8m,3,/d0.2m,3,/d,通过格栅的水头损失,h,2,的计算：,k,h,h,?,?,0,2,k,g,v,h,?,?,?,?,?,sin,2,2,0,式中：,h,0,计算水头损失，,m,；,v,污水流经格栅的速度，,m/s,；,阻力系数，其值与栅条断面的几何形状有关；,格栅的放置倾角；,g,重力加速度，,m/s,2,；,k,考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数，,可用式：,k,=3.36,v,-1.32,求定，一般采用,k,=3,。,城市污水一般取,0.10.4m,。,格,栅,的,设,计,与,计,算,格,栅,的,建,筑,尺,寸,1.,格栅的间隙数量,n,式中：,q,vmax,最大设计流,量，,m,3,/s,；,d,栅条间距，,m,；,h,栅前水深，,m,；,v,污水流经格栅,的速度，,m/s,。,2.,格栅的建筑宽度,b,式中：,b,格栅的建筑宽度；,s,栅条宽度，,m,。,3.,栅后槽的总高度,h,总,式中,:,h,栅前水深，,m,；,h,2,格栅的水头损失,m,；,h,1,格栅前渠道超高，,一般,h,1,=0.3m,。,n,d,n,s,b,?,?,?,?,),1,(,2,1,h,h,h,h,?,?,?,总,),/(,sin,max,v,v,h,d,q,n,?,?,?,?,?,格,栅,的,建,筑,尺,寸,4.,格栅的总建筑长度,L,式中：,L,1,进水渠道渐宽部位,的长度，,m,；,其中,:,b,1,进水渠道宽度,m,；,1,进水渠道渐宽部位的,展开角度，一般,1,=20,；,L,2,格栅槽与出水渠道连,接处的渐窄部位的长度，一般,L,2,=0.5,L,1,；,H,1,格栅前的渠道深度,m,。,5.,每日栅渣量,W,式中：,W,1,栅渣量，,m,3,/(10,3,m,3,污水,),；,K,Z,生活污水流量,总变化系数。,?,tg,/,5,.,0,0,.,1,1,2,1,H,L,L,L,?,?,?,?,?,1,1,1,t,g,2,?,b,b,L,?,?,1000,86400,Z,1,max,v,?,?,?,?,K,W,q,W,作用,用于废水处理或,短小纤维的回收,形式,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易沉物。,初次沉淀池：较经济地去除，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他颗粒的,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,撑，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、质量等不变,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。,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：,式中：,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.,水对自由颗粒的阻力,式中：,F,D,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,),(,L,S,L,S,g,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,g,V,g,V,g,V,F,),2,/,(,2,S,L,D,u,A,F,?,?,?,?,?,球状颗粒自由沉淀的沉速公式,当颗粒所受外力平衡时，,D,g,F,F,?,2,/,1,L,S,S,L,3,),(,4,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,d,g,u,即,),2,/,(,),(,2,S,L,L,S,u,A,g,V,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,3,4,1,6,1,d,A,d,V,?,?,，,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，颗粒主要受水的黏滞阻力,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）：,2,L,S,S,18,1,d,g,u,?,?,?,?,?,?,?,?,式中,:,水的动力黏度。,由上式可知，颗粒沉降速度,u,s,与下述因素有关：,2,L,S,S,18,1,d,g,u,?,?,?,?,?,?,?,?,斯托克斯定律,:,当,s,大于,L,时，,s,-,L,为正值，颗粒以,u,s,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,s,上浮，可用,浮上法去除。,u,s,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,s,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,分为：,进口区域、沉淀区域、出口区,域、污泥区域四个部分,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,v,进水流量；,A,沉淀区过水断面,面积，,H,b,；,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,i,=,u/v,),/(,/,b,H,q,A,q,v,v,v,?,?,?,设,u,0,为某一指定颗粒的最,小沉降速度。,I.,当颗粒沉速,u,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，即左上图中的,迹线,xy,与,x,y,。,II.,当颗粒沉速,u,u,0,时，位于,水面的颗粒不能沉到池底，,会随水流出，如左下图中,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,x,y,所示。,说明对于沉速,u,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,u,u,0,以及,u,1,u,0,的两部分，故,沉,淀池对悬浮物的去除率,为：,t,u,H,t,u,h,?,?,?,?,0,1,；,?,?,?,?,?,0,0,0,1,0,0,0,1,d,1,d,/,u,u,P,u,u,P,u,u,?,?,?,?,?,0,0,0,0,d,1,),1,(,u,P,u,u,P,?,P,H,h,d,?,设沉速为,u,1,的颗粒占全部颗粒的,d,P,，其中的,的颗,粒将会从水中沉到池底而去除。,0,1,/,/,u,u,H,h,?,P,u,u,P,H,h,d,d,0,1,?,?,式中：,P,0,沉速小于,u,0,的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例；,（,1-,P,0,）,沉速,u,0,的颗粒去除率。,上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：,将上式带入式中,并简化后得出,q,v,/,A,反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷,率，或称沉淀池的过流率，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,求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。,H,L,u,v,/,/,0,?,),/,(,0,H,L,u,v,?,?,A,q,q,/,v,?,b,H,q,A,q,v,?,?,?,/,/,v,v,A,q,u,/,v,0,?,A,u,b,H,H,L,u,q,?,?,?,?,?,?,0,0,v,),/,(,重要结论,?,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。,?,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，只要确定颗,粒的最小沉速,u,0,，就可以求得表面负,荷率。,沉淀的基础理论,要点,?,沉淀池的应用具体工艺名称,?,沉淀的类型,?,自由沉淀的沉速公式,-,斯托克斯公式,?,沉淀效率,-,百分去除率,?,沉淀池工作原理：,2,个结论,第三节,沉,砂,池,沉砂池,的作用,沉砂池的,工作原理,沉砂池的,几种形式,从污水中去除砂子、煤渣等密,度较大的无机颗粒，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、,旋流式沉砂池等,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,只能使相对密度大的无机颗粒下,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，个数或分格数应不小于,2,；,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,沉砂池去除的砂粒相对密度为,2.65,，粒径为,0.2mm,以上。,城市污水的沉砂量可按每,10,6,m,3,污水沉砂,30m,3,计算，其含水率约为,60%,，容重约,1500kg/m,3,。,贮砂斗的容积应按,2d,沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于,55,o,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。,平流式沉砂池的系统参数,平流沉砂池设计步骤,?,沉砂部分的长度,?,水流断面积,?,池的总宽度,?,贮砂斗的容积、尺寸,3.,池总宽度,b,式中：,h,2,设计有效水深。,4.,贮砂斗所需容积,V,式中,:,X,城市污水的沉砂量,一般采用,30m,3,/,(10,6,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,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,vmax,最大设计流,量，,m,3,/s,。,v,t,L,?,v,q,A,/,max,v,?,2,/,h,A,b,?,6,z,v,10,86400,m,ax,?,?,?,?,?,k,T,X,q,V,7.,池总高度,h,式中,:,h,1,超高，,m,；,h,2,有效水深,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,5.,贮砂斗个部分尺寸计算,设贮砂斗底宽,b,1,=0.5m,；斗,壁与水平面的倾角为,60,o,；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,1,3,2,60,tg,2,b,h,b,?,?,?,),(,2,1,2,1,3,3,1,1,S,S,S,S,h,V,?,?,?,?,3,2,1,h,h,h,h,?,?,?,min,1,min,v,min,/,A,n,q,v,?,?,2,/,),2,(,06,.,0,06,.,0,2,3,2,3,3,b,b,L,h,l,h,h,?,?,?,?,?,?,?,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,：,曝气沉砂池的构造,曝气沉砂池是一个长形渠道，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,0.25-0.3m/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。,曝气沉砂池实景,水平流速一般取,0.080.12m/s,。,污水在池内的停留时间为,46min,；雨天最大流量时为,13 min,。,如作为预曝气，停留时间为,1030min,。,池的有效水深为,25m,，池宽与池深比为,12,，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。,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,