排水工程物理处理.ppt
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1、水质工程学II(污水处理工艺计算),参考书,排水工程(第四版)张自杰主编 中国建筑工业出版社污水处理厂设计与运行 曾科、卜秋平等主编 化学工业出版社城市污水处理厂的建设与管理 卜秋平、陆少鸣等主编 化学工业出版社给水排水新技术与工程 汪大晕、雷乐成等主编 化学工业出版社城市污水厂处理设施设计计算 崔玉川、刘振江等主编 化学工业出版社活性污泥工艺简明原理及设计计算 周雹 中国建筑工业出版社生物膜法污水处理技术 刘雨,赵庆良等.中国建筑工业出版社,期刊、网站,中国给水排水给水排水Water researchEnvironmental science&technologyEnvironment in
2、ternationalEnvironmental pollution.,要求,考试:60分考勤:10分作业:15分演讲:15分(读书小结:3000字),概 论,第一节 城市污水的性质与污染指标,一、城市污水的组成 家庭污水 1.生活污水 公共场所污水(如宾馆)医院污水(经消毒预处理)2.工业污水(经预处理达标排放)和工业废水 3.初期雨水,二、污水的物理性质及指标1、水温:10-20 热污染:T,耗氧V,DO;化学反应加快(腐蚀、臭加剧);细菌繁殖加速,消毒剂、混凝剂增加;加速藻类繁殖富营养化2、色度:生活污水(灰色)3、臭味:鱼腥臭、氨臭、腐肉臭、腐蛋臭、腐甘蓝臭、粪臭4、固体含量:悬浮(S
3、S)胶体 溶解(DS),三、污水的化学性质及指标1、无机物及指标pH值:6-9 1)抑制生物生长;2)同溶解性固体的危害N/P:有机P、无机P 富营养化硫酸盐、硫化物、氯化物:SO42-250mg/L腹泻,S2-黑臭氰化物、砷化物重金属离子:Hg、Cr、Pb、Cd(镉)、As、五毒1)富集;2)与有机物结合毒性增强;3)慢性中毒,2、有机物碳水化合物蛋白质与尿素:N的主要来源脂肪和油类:脂难降解,无毒 矿物油难降解、有毒酚:难降解有机酸、碱:可降解,但有毒或抑制作用表面活性剂:硬性洗涤剂(烷基苯磺酸盐ABS)难降解 软性洗涤剂(烷基苯芳基LBS)易降解有机农药:难降解取代苯类化合物,3、有机物
4、污染指标BOD;COD;TOD;THOD;TOC THODTODCODcrBODuBOD5TOC4、污水的生物性质及指标大肠菌群数与大肠菌群指标病毒细菌总数,第二节 水体自净的基本规律与水环境法规与标准,一、水体的自净作用1、水体自净2、水体自净的作用机理1)物理净化作用:释稀、混合、沉淀、挥发、浓度降低总量不变2)化学净化作用:氧化还原反应、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚,C,总量不变3)生物化学作用:有机物无机化,有害物无害化,C,总量减少。,第二节 水体自净的基本规律与水环境法规与标准,二、河流氧垂曲线方程菲利普斯方程1、氧垂曲线:,第二节 水体自净的基本规律与水环境法规与标准,2、菲利普
5、斯方程(1)有机物耗氧动力学,第二节 水体自净的基本规律与水环境法规与标准,2、菲利普斯方程(2)溶解氧变化过程动力学,亏氧速率,复氧速率,第二节 水体自净的基本规律与水环境法规与标准,3、菲利普斯方程工程意义(1)分析溶解氧变化动态,推求河流的自净过程及其环境容量,进而确定可排入河流的有机物最大量。(2)推算氧垂点位置及达到时间。,二、我国水环境法规与标准1、法规:水污染防治法;水法2、水环境标准:1)水环境质量标准(GB3838-2002)2)污水综合排放标准(GB8978-88)3)城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002),城镇污水厂污染物排放标准GB18918-2002,1
6、0,30,20,城市污水性质,第三节 污水处理基本方法与系统,一、方法 1、按原理分:物理法:分离悬浮状固体污染物,沉淀、筛滤、离心、气浮、过滤化学法:化学反应,分离回收污水中各种形态的污染物:中和、氧化还原、离子交换生物化学法:好氧、厌氧,2.按生物处理方法分.好氧生物处理法:活性污泥法:水体自净的人工强化,污泥在曝气池内呈悬浮状,和污水充分接触。生物膜法:土壤自净(如灌溉农田)的人工强化,微生物附着在其体物质表面呈膜状,并让它和污水接触而净化的方法。自然生物处理:氧化塘、湿地.厌氧生物处理法:UASB、UFB 去除对象:溶解性,胶体状的有机物和有毒物质(酚、腈、醛),3、按处理程序划分:一
7、级处理:除SS BOD 20-30%SS 50-60%(一级半处理):用反应池代替初沉池,进行混凝沉淀SS 80-90%BOD COD 50-60%二级处理:除胶体、TS(BOD、COD)90%SS BOD可除至15-30mg/L三级处理:除难降解有机物、N、P,第一章 污水的物理处理设施,任务:去除污水中悬浮物质和不溶的污染物质方法:筛滤截留、重力分离(沉淀、上浮)、离心分离等构筑物和设备:格栅、筛网、沉砂池、沉淀池,第一节 格 栅,格栅分类,按栅条间隙分:粗(50-100mm)、中(10-40mm)、细(3-10mm)按形状分:平面格栅:栅条与框架构成曲面格栅:固定曲面式、旋转鼓筒式按清渣
8、方式分:人工、机械,格栅的清渣方法,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0.100.05m3/(103m3污水);当栅条间距为40mm左右时,栅渣截留量为0.030.01 m3/(103m3污水);栅渣的含水率约为80%,密度约为960kg/m3。,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
9、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,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,格 栅 的 设 计 与 计 算,通过格栅的水头损失h2的计算:,式中:h0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/s2;k考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数,可用式:k=3.36v-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:qvmax最大设计流量,m3/s;d栅条间距,m;h栅前
10、水深,m;v污水流经格栅的速度,m/s。,格 栅 的 建 筑 尺 寸,4.格栅的总建筑长度L 式中:L1进水渠道渐宽部位的长度,m;其中:b1 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;L2 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般L2=0.5L1;H1 格栅前的渠道深度,m。,格栅除污机适用条件及特点比较,格栅设计计算例题,某污水处理厂Qmax=0.3 m3/s,Kz=1.4,栅条间隙e=20mm,过栅流速0.9m/s,栅前水深0.4m,安装倾角60度,栅渣量0.06 L/m3,求栅条间隙数n,每日栅渣量W?A n=26,W=0.8 m3/d B n=39,W=1.1
11、1 m3/d C n=30,W=1.01 m3/d D n=32,W=1.04 m3/d,格栅设计计算例题,某污水处理厂Qmax=0.3 m3/s,Kz=1.4,栅条间隙e=20mm,过栅流速0.9m/s,栅前水深0.4m,安装倾角60度,栅渣量0.06 L/m3,求栅条间隙数n,每日栅渣量W?A n=26,W=0.8 m3/d B n=39,W=1.11 m3/d C n=30,W=1.01 m3/d D n=32,W=1.04 m3/d,作业1:,已知某污水厂 Qmax=0.5m3/s(0.6/0.7)Kz=1.38(1.35/1.32),请分别设计粗、细格栅的各部分尺寸。,第二节 沉淀理
12、论,一、概述 污水中的悬浮物质,可在重力的作用下沉淀去除。这是一种物理过程,简便易行,效果良好,是污水处理的重要技术之一。,自由沉淀:当悬浮物质浓度不高时,在沉淀的过程中,颗粒之间互不碰撞,呈单颗粒状态,各自独立地完成沉淀过程。典型例子是砂粒在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初沉池中的沉淀过程。自由沉淀过程可用牛顿第二定律及斯托克斯公式描述。,絮凝沉淀:(也称干涉沉淀),当悬浮物质浓度为50500mg/L时,在沉淀过程中,颗粒与颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用,使颗粒的粒径与质量逐渐加大,沉淀速度不断加快,故实际沉速很难用理论公式计算,主要靠试验测定:这类沉淀的典型例子是活性污泥在二沉
13、池中的沉淀。,4种类型:,区域沉淀:(或称成层沉淀,拥挤沉淀)。当悬浮物质浓度大于5000mg/L以上时,在沉淀过程中,相邻颗粒之间互相妨碍、干扰,沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒,各自保持相对位置不变,并在聚合力的作用下,颗粒群结合成一个整体向下沉淀,与澄清水之间形成清晰的液-团界面,沉淀显示为界面下沉。典型例子是二次沉淀池下部的沉淀过程及浓缩池开始阶段。,压缩沉淀:区域沉淀的继续,即形成压缩。颗粒间互相支承,上层颗粒在重力作用下,挤出下层颗粒的间隙水,使污泥得到浓缩。典型的例子是活性污泥在二次沉淀池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。,二、沉淀类型分析 1.自由沉淀,将关系式代入后整理得:,当
14、加速度 颗粒等速下沉:,其中C为阻力系数:,式中:,从该式可知:,颗粒沉速u的决定因素是g-y,当gy时,u呈正值,颗粒下沉;g=y时,u=0,颗粒在水中随机,不沉不浮。沉速u与颗粒的直径d2成正比,所以增大颗粒直径 d,可大大地提高沉淀(或上浮)效果。u与成反比,决定于水质与水温,在水质相同的条件下,水温高则值小,有利于颗粒下沉(或上浮)。由于污水中颗粒非球形,上式不能直接用于工艺计算,需要加非球形修正。,自由沉淀的试验方法,试验方法参考给水工程第四版pg294-295pt 为所有沉速小于ut 的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率;dpt是具有沉速ut的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率
15、;,P0为沉速小于u0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值(即剩余量)。,2.絮凝沉淀,絮凝沉淀试验是在一个直径为150200mm,高度为20002500mm,在高度方向每隔500mm设取样口的沉淀简内进行,见图(a)。将已知悬浮物浓度为C0及水温的水样注满沉淀筒,搅拌均匀后开始计时,每隔一定时间间隔,如10,20,30,120min,同时在各取样口取水样50100mL,分析各水样的悬浮物浓度,并计算出各自的去除率,并记如下表:,根据上表,在直角坐标纸上。纵坐标为取样口深度(m),横坐标为取样时间(min),将同一沉淀时间,不同深度的去除率标于其上,然后把去除率相等的各点连接成等去除率曲线,见上图(b)
16、。从图(b)中可求出与不同沉淀时间、不同深度相对应的总去除率。,例:已知某城市污水的絮凝沉淀试验得到的等去除率曲线,求解沉淀时间30min,深度2m处的总去除率。,3.区域沉淀与压缩 区域沉淀与压缩试验:直径为100150mm,高度为1000 2000mm的沉淀筒,将巳知悬浮物浓度Co(Co5000mgL)的污水,装入沉淀筒内(深度为Ho),搅拌均匀后,开始计时,水样会很快形成上清液与污泥层之间的清晰界面。污泥层内的颗粒之间相对位置稳定,沉淀表现为界面的下沉,而不是单颗粒下沉,沉速用界面沉速表达。,界面下沉的初始阶段,由于浓度较稀,沉速是悬浮物浓度的函数Cf(C),呈等速沉淀,见下图A段。随着
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