第1章不溶态污染物的分离技术与设备ppt课件.ppt
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1、第1章 不溶态污染物的分离设备,1.1 格栅1.1.1 格栅的作用 格栅是一种最简单的过滤设备,由一组或多组平行的金属栅条制成的框架,斜置于废水流经的渠道中。格栅设于污水处理厂所有处理构筑物之前,或设在泵站前,用于截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物,防止其后处理构筑物的管道阀门或水泵堵塞。,1.1.2 格栅的分类(1)按栅条净间隙 粗格栅(50100mm);中格栅(1040mm);细格栅(310mm)(2)按栅面形状 平面格栅;曲面格栅(3)按清渣方式 人工清渣;机械清渣,压榨机,链条式机械格栅,1.1.4 格栅的设计与计算(1)设计参数 格栅截留的栅渣量栅渣量与栅条间隙、废水特征、废水流量等因素
2、有关。当缺乏当地运行资料时,可按下列数据采用:格栅间隙1625mm,栅渣量0.100.05m3栅渣/1000m3废水;格栅间隙3050mm,栅渣量0.010.03m3栅渣/1000m3废水。栅渣的含水率一般为80%,容重约960kg/m3。栅渣的收集、装卸设备,应以其体积为考虑依据。废水处理厂内贮存栅渣的容器,至少为1天截留的栅渣量。,1.1.3 格栅的设计与计算(1)设计参数 水流通过格栅的水头损失 可通过计算确定,一般采用0.080.15m,栅后渠底比栅前相应降低0.080.15m。栅前渠道内水流速度一般采用0.40.9m/s,废水通过栅条间隙的流速可采用0.61.0m/s。,1.1.3
3、格栅的设计与计算(1)设计参数 格栅的倾角 人工清除栅渣30 45;机械清除栅渣60、75、90。,某公司平面格栅规格,1.1.3 格栅的设计与计算(2)设计计算 格栅设计计算的主要内容 格栅形式选择 格栅尺寸计算:包括栅条的间隙数、栅条断面形状、栅槽宽度(格栅宽度)、栅后槽总高度、栅槽总长度。水力计算:通过格栅的水头损失(设计水头损失、计算水头损失)。栅渣量计算 清渣机的选用、格栅间、工作台等。,1.1.3 格栅的设计与计算(2)设计计算 计算公式,1.1.3 格栅的设计与计算(2)设计计算 计算公式 a)格栅槽的宽度B 式中 B格栅槽的宽度,栅条宽度,栅条间隙数量;栅条间隙,max最大设计
4、流量,m3/s 格栅的倾角;栅前水深,m 过栅流速,/s,1.1.3 格栅的设计与计算(2)设计计算 计算公式 b)通过格栅的水头损失h1 式中 h1:通过格栅的水头损失,m;h0:计算水头损失,m g:重力加速度,9.81m/s2 k:系数,格栅受栅渣堵塞时,水头损失增大的倍数,一般取k=3:阻力系数,其值与栅条的断面形状有关,可按表1选用。,表1 格栅间隙的局部阻力系数,c)栅后槽总高度 h+h1+h2(1-5)式中:栅后槽总高度,m h:栅前水深,m h2栅前渠道超高,一般取0.3,d)栅槽总长度 式中 L栅槽总长度,m l1格栅前部渐宽段的长度,m l2格栅后部渐缩段的长度,m H1栅
5、前高度,m 1 进水渠渐宽段展开角度,一般取20 B格栅槽宽度,m B1进水渠宽度,m,e)每日栅渣量W 式中W:每日栅渣量,m3/d W1:栅渣量,m3栅渣/103 m3废水 K2:生活污水流量总变化系数,见下表2,表2 生活污水流量总变化系数K2,应用举例 某城市最大设计污水流量,Qmax=0.2m3/s,K2=1.5,试设计格栅与栅槽。解:格栅计算草图见图1。设栅前水深h=0.4m,过栅流速取v=0.9m/s,采用中格栅,栅条宽度s=10mm,栅条间隙,b=20mm格栅安装倾角=60 a)栅条的间隙数 26,b)栅槽宽度。栅条宽度 S 为0.01m。B=S(n-1)+bn=0.01(26
6、-1)+0.0226=0.8m c)进出水渠渐宽部分长度。进水渠宽度0.65m,渐宽部分展开角 则进水渠内流速0.77m/s。,d)过格栅的水头损失。采用格栅栅条断面为矩形,取k=3,则,e)栅槽总长度f)栅后槽总高度 取栅前渠道超高h2=0.3m,栅前槽高H1=h+h2=0.7m,则 H=h+h1+h2=0.4+0.097+0.3=0.8(m)g)每日栅渣量 取W1=0.07m3栅渣/1000m3废水,可得 采用机械清渣。,1.2 沉砂池设备1.2.1 沉砂池作用 沉砂池的工作原理是以重力分离或离心分离为基础,即通过控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度,使相对密度大的无机颗粒下沉,而有机悬浮颗
7、粒则随水流带走。作用:去除废水中比重较大的无机颗粒,如泥砂、煤渣等。一般设在泵站之后,防止后续处理构筑物管道的堵塞,缩小污泥处理构筑物的容积,提高污泥有机组分的含量,提高污泥作为肥料的价值。一般城市污水处理厂设置,工业废水视情况而定。,1.2 沉砂池设备1.2.2 沉砂池分类 平流式沉砂池 曝气沉砂池 多尔沉砂池 钟式沉砂池等。,1.2.3 沉砂池设计(1)平流式沉砂池 平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成,见图1-2。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便等优点。,图1-2 平流式沉砂池,平流式沉砂池的设计要求及参数 平流式沉砂池的设计参数按去除相对
8、密度2.65,粒径大于0.2mm的砂粒确定。主要参数有:a)沉砂池的个数或分格数不得少于两个,并按并联设计。当废水量较小时,可考虑单格工作,一格备用;当废水流量大时,则两格同时工作。b)设计流量的确定:当废水以自流方式流入沉砂池时,应按最大设计流量计算;当废水用水泵抽送进入池内时,应按工作水泵的最大可能组合流量计算;当用于合流制处理系统时,应按降雨时的设计流量计算。,c)流速:0.15m/s30s,一般为3060s。e)有效水深:0.6m,超高0.3m。f)池底坡度一般为0.010.02,并可根据除砂设备要求,考虑池底的形状。g)沉砂量:生活污水0.010.02L/d人;城市废水按沉砂30m3
9、/106m3废水计,沉砂含水率约为60%;容重1500kg/m3,贮砂斗的容积按2日以内的沉砂量考虑,斗壁与水平面倾角为5560。,平流式沉砂池的设计计算a)沉砂池水流部分的长度L,沉砂池两闸板之间的长度即为水流部分长度.L=vt式中 L沉砂池水流部分的长度,m v最大设计流量时的流速,m/s 最大设计流量时的停留时间,s,b)沉砂池过水断面面积A 式中 A沉砂池过水断面面积,m Qmax最大设计流量,m/sc)沉砂池总宽度B式中 B池总宽度,m h2 设计有效水深,m,d)沉砂斗所需容积V 式中 V沉砂斗所需容积,清除沉砂的时间间隔,d X 城市废水的沉砂量,一般取废水30m3沉砂/106m
10、3废水;KZ生活污水流量总变化系数.1.21.3 e)沉砂池总高度H H=h1+h2+h3 式中 H沉砂池总高度,m h1超高,取0.3m h3贮砂斗的高度,m,f)核算最小流量时,废水流经沉砂池的最小流速是否在规定的范围内。vmin0.15m/s 则设计符合要求。式中 Qmin最小流量,m3 n最小流量时工作的沉砂池座数;最小流量时沉砂池中水流断面面积,m2,平流式沉砂池的排砂装置 平流式沉砂池常用的排砂方式与装置主要有重力排砂与机械排砂两类。为砂斗加底闸,进行重力排砂,排砂管直径200mm。右图为砂斗加贮砂罐及底闸,进行重力排砂。砂斗中的沉砂经碟阀2进入钢制贮砂罐,贮砂罐中的上清液经旁通水
11、管流回沉砂池,最后,沉砂经碟阀3入运砂车。这种排砂方法的优点是排砂的含水率低,排砂量容易计算,缺点是沉砂池需要高架或挖小车通道。,图1-3 单口泵吸式排砂机 1.贮砂罐;2、3.手动或电动碟阀 4.旁通管;5.运砂小车,图1-4为机械排砂法的一种单口泵吸式排砂机。沉砂池为平底,砂泵2、真空泵5、吸砂管7、旋流分离器6,均安装在行走桁架1上。桁架沿池长方向往返行走排砂。经旋流分离器分离的水分回流到沉砂池,沉砂可用小车、皮带运送器等运至晒砂场或贮砂池。这种排砂方法自动化程度高,排砂含水率低,工作条件好,池高较低。中、大型污水处理厂应采用机械排砂。,图 1-4 单口泵吸式排砂机1-桁架;2-砂泵3-
12、桁架行走装置;4-回转装置;5-真空泵;6-旋流分离器;7-吸砂管;8-齿轮;9-操作台,实例 已知设计人口数为130000,最大设计流量200L/s,最小设计流量100L/s,每2日除砂一次,每人每日沉砂量为0.02L,超高取0.3m。试设计平流式沉砂池。解:设计流速v=0.3m/s,最大流量时停留时间t=30s。a)沉砂池长度L L=vt=0.330=9(m)b)沉砂池水流断面面积A c)沉砂池有效水深 采用两个分格,每格宽度b=0.6m,总宽度B=1.2m。,d)沉砂斗所需容积V e)沉砂斗各部分尺寸计算 沉砂池的每一分格设2个沉砂斗,则共有4个沉砂斗。每个沉砂斗容积V1为:设砂斗中贮砂
13、高度为h3,斗底尺寸为0.50.6m2,斜壁与水平面夹角为55,则有:,解之得h3=1.44m。,沉砂斗的实际高度应比贮砂高度大些,取砂斗实际高度为1.84m。沉砂斗上部尺寸为3.10.6m2。f)验算最小流速vmin g)沉砂池的进水部分 沉砂池一般设置细格栅,格栅间隙0.020.025m。沉砂池按远期流量一次设计,施工时,为避免因近远期水量的变化,或提升水泵的剩余水头等因素,造成池内水量小、扬程高的现象,应考虑在沉砂池进水部分采取消能和整流措施。当沉砂池采用进水井进水时,可取进水井流速v00.2m/s,则可得进水井断面面积,即得进水井宽度,此即为栅前渠道的宽度。沉砂池有效宽度B即为格栅栅槽
14、宽度。按格栅计算公式,可求得沉砂池进水格栅尺寸。,h)贮砂池计算与布置 贮砂池直接设于高架沉砂池的下面,池底为5%斜坡,坡向一端设有不锈钢格栅,以利沉渣脱水。脱水后的沉渣用车定期外运。沉砂池计算草图见图1-5,图1-5平流式沉砂池计算草图,2.2 曝气沉砂池,普通平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中约夹杂有15%的有机物,对被有机物包覆的砂粒,截留效果也不佳,沉砂易于腐化发臭,增加了沉砂后续处理的难度。日益广泛使用的曝气沉砂池,则可以在一定程度上克服这些缺点。图1-6为曝气沉砂池的断面图。曝气沉砂池的水流部分是一个矩形渠道,在沿池壁一侧的整个长度距池底0.60.9m处安设曝气装置,曝气沉砂池的下部设
15、置集砂槽,池底有i=0.10.5的坡度,坡向另一侧的集砂槽,以保证砂粒滑入。,图1-6 曝气沉砂池剖面图1.压缩空气管;2.空气扩散板,2.2 曝气沉砂池,曝气沉砂池,2.2.1 曝气沉砂池的设计参数废水在曝气沉砂池过水断面周边的最大旋转速度为0.250.30m/s,在池内的水平前进流速为0.080.12m/s。如考虑预曝气的作用,可将曝气沉砂池过水断面增大34倍。最大设计流量时,废水在池内的停留时间为。如考虑预曝气,则可延长池身,使停留时间为1030min。有效水深取23m,宽深比取1.01.5,长宽比取5。若池长比池宽大得多时,则应考虑设置横向挡板,池的形状应尽可能不产生偏流或死角。,2.
16、2.1 曝气沉砂池的设计参数曝气装置安装在池的一侧,距池底约0.60.9m,空气管上应设置调节空气的阀门,曝气穿孔管孔径为2.56.0mm,曝气量为0.2m3/m3废水或35m3/(m2h)。曝气沉砂池的进水口应与水在沉砂池内的旋转方向一致,出水口常用淹没式,出水方向与进水方向垂直,并宜考虑设置挡板。,2.2.2 曝气沉砂池的设计计算曝气沉砂池总有效容积V 水流断面面积A池子总宽度B,沉砂池长度L每小时所需的空气量q式中 q每小时所需空气量,m3/h 每小时每立方米废水所需空气量,m3;0.2 空气量的计算,也可按单位池长所需的空气量进行计算。单位池长所需的空气量见表,供参考。,曝气沉砂池,(
17、3)应用举例某废水处理厂最大设计流量Qmax=1.2m3/s,含砂量为0.02L/m3废水,废水在池中的停留时间t=2.0min,废水在池内的水平流速v1=0.1m/s。若每2日排砂一次。试确定曝气沉砂池的有效尺寸及砂斗尺寸。曝气沉砂池的容积(m3)沉砂池设计成两格,每格容积为(m3)每格沉砂池水流断面面积(m2)设曝气沉砂池过水断面形状如图1-7所示,池宽2.4m,池底坡度0.5,超高,全池总深3.9m。,曝气沉砂池实际过水断面面积:(m2)池长(m)沉砂斗容量(砂斗断面为矩形,长度同沉砂池)(m3)每格沉砂池实际沉砂量(m3)7.2(m3)设曝气管浸水深度为2.5m,查表1-6可得单位池长
18、所需空气量为28m3/(mh),则所需空气量为(m3/min)式中(1+15%)为考虑到进出口条件而增加的池长。取供气量为13 m3/min,则每格沉砂池供气量为6.513 m3/min。,曝气沉砂池,1.3 气浮设备,1.3.1 气浮原理 气浮法是设法使水中产生大量的微气泡,以形成水、气、去除物的三相混合体,在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下,促进微细气泡粘附在被去除的微小颗粒上后,因粘合体密度小于水而上浮到水面,从而使去除物被分离。气浮分离必须具备的三个基本条件:1)必须在水中产生足够数量的细微气泡;2)必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体;3)必须使气泡
19、能够与悬浮粒子相粘附。,1.3.2 空气的溶解、释放及气泡性质(1)空气的溶解 N=KL(C*-C)=KLC(气体传质方程)V=KTp(亨利定律),1.3.2 空气的溶解、释放及气泡性质(2)溶解空气的释放。高效释放器都有一个共同特点,就是使溶气水在尽可能短的时间内达到最大的压力降,并在主消能室(即孔盒内)具有尽可能高的紊流速度梯度。,1.3.2 空气的溶解、释放及气泡性质(3)细微气泡的性质 a)气泡直径 b)气泡密度 c)气泡的均匀性 d)气泡稳定时间,溶气利用率 是指能同悬浮粒子发生粘附的气泡量占溶解空气量的百分比。常规压力溶气气浮的溶气利用率通常不超过20,其原因在于释放的空气大部分以
20、大直径的无效气泡逸散。在这种情况下,即便将溶气压力提得很高,也不会明显提高气浮效果。相反,如能用性能优良的释放器获得性质良好的细微气泡,就完全能够在较低的溶气压力下使溶气利用率大幅度提高,从而实现气浮工艺所追求的低压、高效、低能耗的目标。,1.3.3 气浮法分类 1)布气气浮法(分散空气气浮法)。该法利用机械剪切刀,将混合于水中得空气粉碎成细小气泡。例如水泵吸水管吸气气浮,射流气浮,扩散板曝气气浮及叶轮气浮等,皆属此类。2)电气浮法。该法在水中设置正负电极,当通上直流电后,一个电极(阴极)上即产生初生态微小气泡,同时,还产生电解混凝等效应。2 3)生物及化学气浮法。该法利用生物的作用或在水中投
21、加化学药剂絮凝后放出气体。4)溶气气浮法(溶解空气气浮法)。该法在一定压力下使空气溶解于水并达到饱和状态,而后达到气浮作用。根据气泡析出于水时所处的压力情况,溶气气浮法又分压力溶气气浮法和溶气真空气浮法两种。,1.3.4 溶气气浮,(1)概述 溶气气浮是使空气在一定压力作用下,溶解于水中,并达到过饱和的状态,然后再突然使溶气水在常压下将空气以微细气泡的形式从水中逸出,进行气浮。溶气气浮形成的气泡细小,其初粒度为80左右。而且在操作过程中,还可以人为地控制气泡与废水的接触时间。因此,溶气气浮的净化效果较好,特别在含油废水、含纤维废水处理方面已得到广泛应用。根据气泡在水中析出所处压力的不同,溶气气
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