水的物理化学处理法.ppt

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1、1,第十章 污水的物理处理,3,定义格栅由一组（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。,第一节 格栅和筛网,4,5,6,上海天山水质净化厂,7,8,按栅条的间隙大小可分为：粗格栅：间距50100 mm 中格栅：间距1040 mm 细格栅：间距310 mm 超细格栅：间距0.51 mm按形状分为：平面格栅 曲面格栅按清渣方式分为：人工清渣：适宜于中、小厂 机械清渣：适宜于大厂,格栅种类

2、,10,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,11,12,13,一、沉淀法是利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力场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,第二节 沉淀的基础理论,14,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,15,二、自由沉淀及其理论基础,分析的假定,16,悬浮在水中的颗粒受到二种力的作用：重力和阻力。,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,17,1.悬浮颗粒在水中受到的力Fg（Fg是促使沉淀的作用力，是 颗粒的重力与水的浮力之差）式中：Fg：水中颗粒受到的作用力；V：颗

3、粒的体积；S：颗粒的密度；L：水的密度；g：重力加速度。,2.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为：式中：FD：水对颗粒的阻力；：阻力系数；A：自由颗粒的投影面积；uS：即颗粒沉速。,悬浮颗粒在水中的受力分析：,18,球状颗粒自由沉淀的沉速公式：,当颗粒所受外力平衡时，等速下沉。,即,因,得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：,19,在层流状态下，代入上式得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：,20,层流和湍流：层流是流体的一种流动状态。流体在管内流动时，其质点 沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。在这种流动中，流体微团的轨迹没有明显的不规则脉动。

4、当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。,SUPPLEMENT,21,雷诺系数,雷诺根据实验结果指出，水流流动型态由下列因素决定：（1）流速。流速小时容易出现层流，流速大时则发生紊流；（2）管道直径。在其他条件不变的情况下，管道直径小易发生层流，直径大易发生紊流；（3）

5、粘滞性。粘滞性大的水体易发生层流，粘滞性小的水体易发生紊流。,雷诺把这几个因素综合在一起，得出：Re=vd/式中：Re为雷诺数，d为管道直径，v为管道中平均流速，为液体的密度，为液体动力粘度。,雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re4000为紊流状态，Re=20004000为过渡状态。,SUPPLEMENT,22,颗粒处于自由沉淀状态；沉淀区过水端面上各点的水流速度相等，水平流速为 v；进水区颗粒物分布均匀；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。,三、沉淀池

6、的工作原理,理想沉淀池的几个假定,23,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。,式中：Q：进水流量 A：沉淀区过水断面面积 H：沉淀区水深 b：沉淀区宽度,24,v,u0,A,B,C,D,H,L,a,b,c,理想沉淀池示意图,25,凡是沉速小于u0的颗粒从A点下沉肯定不能沉到池底，而沉速大于等于u0的颗粒则能沉到池底，u0称为“截留沉速”。截留沉速实际上反映了沉淀池所能全部去除颗粒中最小颗粒的沉速。,26,根据图中运动轨迹的相似三角形关系，可以得到：,最后可得到：,式中：q：表面负荷或溢流率（m3/m2h）。,27,理想沉淀池中，沉淀

7、池的表面负荷q在数值上等于颗粒的截留沉速u0，但二者的含义不同；表面负荷表示单位表面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位为m3/m2h；截留沉速反应了沉淀池所能去除全部颗粒中最小颗粒的沉速，单位为m/h。,28,对于uu0的颗粒可全部去除，uu0的颗粒部分去除。对沉速为ui（uiu0）而言，去除率E为：,由此公式可以看出：颗粒在理想沉淀池中的去除率仅与沉淀池的表面负荷有关，而与其它因素如水深、水平流速以及沉淀时间等无关。,29,E仅与q有关；当E一定时，沉速ui越大，则q越大，即产水量越大；当q一定时，ui越大，则E越大；在ui一定时，增加A，则E提高，对容积一定的沉淀池而言，池身浅时，表面

8、积越大，E也越大，此即“浅池理论”。,讨 论,30,式中：P0：沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；1-P0：沉速大于等于u0的颗粒去除百分数。,沉淀池对颗粒物总的去除率为：,31,悬浮颗粒物在沉淀过程中相互碰撞、聚合，逐渐长大，沉速增大，其运动轨迹为一曲线。,v,v,ui,ui,絮凝沉淀示意图,四、絮凝沉淀,32,絮凝沉淀的沉淀效率只能根据沉淀实验加以计算。实验方法为中点取样法。实验所使用的沉淀柱应近可能与沉淀池深度相等，侧面有取样口。沉淀柱示意图,33,先测起始悬浮物浓度。水样搅匀，注入沉淀柱中。隔一定时间取样测悬浮物浓度。得一组时间t和去除率 E的数据。处理数据：作E-t和E

9、-u曲线。,中点取样法,34,沉砂池作用,沉砂池工作原理,沉砂池型式,第三节 沉砂池,35,一、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。沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2 mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。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200 mm。沉砂池的超高不宜小于0.3 m。,36,平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简

10、单，工作稳定。,1、平流式沉砂池,37,构造 入流渠、沉砂区、出流渠、沉砂斗等部分组成。优点 截留效果好，工作稳定，构造简单，排砂方便。缺点 流速不易控制，沉砂中有机性颗粒含量较多，排砂常需要洗砂处理，不适应流量变化等。,38,39,污水流速 v=0.150.3m/s;停留时间 t=3060s;有效水深 H=0.251.0m;池宽B0.6m;池底坡度为0.010.02。,平流式沉砂池的系统参数,40,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；能耗大、气味大。,2、曝气沉砂池,曝气沉砂池是一个长型渠道，沿渠道

11、壁一侧的整个长度上，距池底约60-90 cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有的坡度，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。,曝气沉砂池构造,41,42,43,44,水平流速：v=0.080.12m/s；旋流速度：0.250.3m/s；停留时间：t=46min；池的有效水深：23m 宽/深=12；长/宽=5；曝气强度：0.10.2m3(气)/m3(水)。,曝气沉砂池的设计参数,45,沉淀池,第四节 沉淀池,1、沉淀池分类,46,沉淀池,47,平流式,竖流式,辐流式,48,2、沉淀池特点与适用条件,49,进水区：使水流的进入保持平稳，以提

12、高沉淀效率。出水区：使水流的流出保持平稳，以提高沉淀效率。沉淀区：沉淀进行的主要场所。贮泥区：贮存、浓缩与排放污泥。缓冲区：避免水流带走沉在池底的污泥。,3、沉淀池组成,缓冲区,50,4、沉淀池的运行方式,51,进水区 使水流均匀的分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动，一般设置整流措施。出水区 设置堰口，使出水均匀。堰的负荷为：初沉池：250m3/m2d 二沉池：130250m3/m2d沉淀区 一般纵向分格，改善水流条件。污泥区 设污泥斗、排泥管，排泥应及时。,（1）平流式沉淀池,5、沉淀池的一般设计原则及设计参数,52,53,平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）,54,平流式沉淀池的构造及工

13、作特点（出水）,55,56,竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。为使池内配水均匀，池径不易过大，一般4-7 m,不大于10 m。竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于3，通常取2。竖流式沉淀池的中心管如下图所示。,（2）竖流式沉淀池,57,沉淀区的表面积：A=Qmax/q 式中：Qmax:最大设计流量(m3/h)q:表面负荷(m3/m2h)沉淀区有效水深：h2=qt 式中：t:停留时间(h)沉淀区有效容积：V=Ah2 沉淀池长度：L=vt3.6 式中：v：水平流速(mm/s),设计计算,58,沉淀池总宽：B=A/L 沉淀池只数：n=B/b 式中：b：每只沉淀池宽度(m)污泥区容积：V=

14、SNT/1000 式中：S：每人每日的污泥量(L/d)N：设计人口数 T：污泥贮存时间(d),59,沉淀池总高度：h=h1+h2+h3+h4 式中：h1:沉淀池超高(m)h2:沉淀区有效水深(m)h3:缓冲层高度(m)h4:污泥区高度(m)污泥斗容积：,式中：S1、S2污泥斗的上、下口面积(m2),60,Class Exercise,1、水体自净有哪几种类型？2、设置沉砂池的目的是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？3、试说明沉淀有哪几种类型？各有何特点？,61,Class Exercise,1、水体自净有哪几种类型？2、设置沉砂池的目的是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池

15、有何区别？3、试说明沉淀有哪几种类型？各有何特点？,62,设计参数池中废水在中心管的流速v0不应大于30 mm/s，水流由反射板流出的速度不应大于40 mm/s。评价该池抗冲击负荷能力差，池形小，仅适用于小型污水处理厂。,竖流式沉淀池的工作原理，见 p54.,63,64,辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100 m,池周水深1.5-3.0 m。有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。,（3）辐流式沉淀池,65,辐流式沉淀池剖面,中心进水,周边进

16、水,66,中心进水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,67,进水槽,刮泥装置,出水堰,出水槽,68,69,70,浅池原理,在池有效容积不变的情况下，增大池表面积，可以提高去除率，而池身变浅，此即“浅池原理”。,（4）斜流式沉淀池,71,斜流式沉淀池构造,72,73,按水流方向与污泥的相对运动方向可分为：同向流、异向流和侧向流三种形式。,斜流式沉淀池的形式,斜流式沉淀池分类,74,主要应用于给水处理，特别是侧向流斜流式沉淀池，可以由平流式沉淀池改造而得到，已成为主流池型，使产水率大为提高。在废水处理中应用较少。一般在初沉池中可使用。该池具有沉淀效率高，停留时间短，占地面积小等优点。,斜流式沉淀

17、池应用,75,安装中的斜板/斜管沉淀池,76,含油废水的来源,第五节 隔油池,77,油的状态,P 62,78,油 污 染 对 环 境 的 危害,含油废水排入城市沟道，对沟、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。,含油废水排入水体后将在水面上产生油，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。,含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长,甚至导致农作物枯死。,79,其结构与平流式沉淀池基本相同；废水进入池中，油滴上浮形成浮油，悬浮颗粒下沉形成污泥；一般设刮油刮泥设备；表面设置盖

18、板，以防火、防雨和保温；去除油滴的最小直径为100150um；平流式隔油池构造简单，便于运行管理，除油效果稳定，但池体大，占地面积大。,1、平流式隔油池,p63,80,81,多采用波纹型斜板，玻璃钢制成，板间距为2050mm，倾斜角为45；斜板隔油池分离效率较高，可去除的油滴的最小直径为80um，停留时间一般不大于30min。,2、斜板隔油池,82,83,Class Exercise,平流式沉淀池设计流量为720m3/h，要求沉速等于和大于0.4 mm/s的颗粒全部去除，按理想沉淀池条件求：（1）所需沉淀池表面积；（2）沉速为0.1mm/s的颗粒可去除百分之几？,解：所需沉淀池表面面积A:沉速

19、为0.01mm/s的颗粒的去除率：,85,基本方法通过某种方法产生大量的微小气泡，使其与固液颗粒粘附，形成密度小于水的气浮体，共同上浮，以达分离之目的。,基本条件水中产生大量的微小气泡水中污染物形成悬浮状态气泡与悬浮颗粒产生粘附作用,目的去除密度接近于或小于水的微小固液颗粒。,第六节 气浮池,86,应用给水处理中处理低温、高藻及含浮游生物水；含油废水的油水分离；污水中有用物质的回收，如造纸废水中纸浆回收；取代二次沉淀池；剩余活性污泥的浓缩。,87,浮上法的类型,88,1、电解浮上法,当水中通以直流电时，水中产生微小气泡，该气泡非常小。电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱

20、絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产，目前使用较少。,89,90,分散空气浮上法,2、分散空气浮上法,91,92,93,从溶解空气和析出条件来看,溶解空气浮上法,3、溶解空气浮上法,94,95,原理 高压溶气，常压释放。流程 全加压溶气流程 部分加压溶气流程 部分回流加压溶气流程,4、加压溶气气浮,96,97,98,99,（1）空气在水中的溶解度与压力的关系,4、加压溶气浮上法的基本原理,100,（2）气泡与悬浮颗粒的粘附条件（p72-73）

21、,上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。当0时，cos1，E0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。当180时，cos-1，E2水-气，这类物质憎水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除。,101,当流态为层流时，即Re1时，则“颗粒-气泡”复合体的上升速度可按斯托克斯公式计算：式中：d：“颗粒-气泡”复合体的直径；s：“颗粒-气泡”复合体的表观密度。上述公式表明，v上取决于水与复合体的密度差与复合体的有效直径。“颗粒-气泡”复合体上粘附的气泡越多，则s越小，d越大，因而上浮速度亦越快。,

22、(3)“颗粒-气泡”复合体的上浮速度,102,(4)化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,103,(4)化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,104,(4)化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,105,(4)化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,106,(4)化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,107,本章小结,108,Thank you for your attention!,