1 環境污染治理設備 2 典型水處理設備的設計與應用 3 5 1格柵 一種最簡單的過濾設備 有一組或多組平行的金屬柵條制成的框架 斜置于廢水流經的渠道中 用于截留廢水中的粗大懸浮物 防止堵塞其后的管道閥門或水泵 5 1 1格柵的類型及應用1 按形狀 平面 曲面 2 按柵條間隙 粗 50 100mm 中 10 40mm 細 3 10mm 3 按清渣方式 人工清除 機械清除 4 5 5 1 2格柵的設計計算1 格柵的選擇A 格柵的柵條間隙當格柵設于廢水處理系統之前時 采用機械清除格柵 柵條間隙為16 25mm 采用人工清除格柵 柵條間隙為25 40mm 當格柵設于水泵前時 柵條間隙數據見表1 1 B 柵條的斷面形狀柵條的斷面形狀可按表1 2選用 圓形斷面水利條件好 阻力小 但剛度差 一般多采用矩形斷面 6 7 C 清渣方式柵渣清除方式 一般按所需清渣的量而定 每日柵渣量大于0 2m3時 應采用機械格柵除渣機 2 設計參數A 格柵截留的柵渣量柵渣量與柵條間隙 廢水特征 廢水流量 排水體制等因素有關 當缺乏運行資料時 可按下列數據采用 格柵間隙16 25mm 柵渣量0 10 0 05m3柵渣 1000m3廢水 格柵間隙30 50mm 柵渣量0 03 0 01m3柵渣 1000m3廢水 8 B 水流通過格柵的水頭損失一般采用0 08 0 15m 柵后渠底比柵前降低0 08 0 15m 柵前渠道內水流速度一般采用0 4 0 9m s 廢水通過柵條間隙的流速可采用0 6 1 0m s C 格柵的傾角一般450 750 人工清渣時取低值 格柵設有工作臺 其高度高出柵前最高設計水位0 5m 工作臺設有按轉裝置和沖洗設備 其正面寬度如下 當人工清渣時 不小于1 2m 當機械清渣時 不小于1 5m 9 3 結構尺寸的計算 圖1 1 10 5 2沉砂池 去除廢水中比重較大的無機顆粒 1 平流式沉砂池 11 平流式沉砂池重力排砂法 平單口泵吸式排砂法 12 2 曝氣沉砂池 可對沉砂中的有機物進行處理 13 3 多爾沉砂池 14 4 鐘式沉砂池 利用機械力控制流態與流速 加速砂粒沉淀 并使有機物隨水流帶走的沉砂裝置 15 5 3調節池 用于調解處理水量 水質 水溫 酸度等的構筑物1 調節池的類型A 按結構分 磚石結構 混凝土結構 鋼結構B 按廢水混合方法分 水泵強制循環 空氣攪拌 機械攪拌 水利混合等 目前常用的是利用調節池的特殊結構進行差時混合 即水利混合 主要有對角線出水調節池和折流調節池 16 17 18 19 2 調節池的計算 廢水經過一定時間的調節后 其平均濃度可按下式計算 式中 C T小時內廢水的平均濃度 mg L q T小時內廢水的平均流量 m3 h Ci 廢水在ti時段內的平均濃度 mg L qi 廢水在ti時段內的平均流量 m3 h ti 各時段時間 所需調節池的容積為 若采用對角線出水調節池時 20 5 4除油裝置1 隔油池 利用自然上浮法進行油水分離的裝置 常用類型 平流式 平行板式 傾斜式 小型A 平流式隔油池B 平行板式隔油池C 傾斜式隔油池D 小型隔油池 21 22 23 24 25 26 27 4快濾池 28 快濾池 一種通過具有一定空隙率的粒狀物料床層的機械篩濾 沉淀及接觸 絮凝等作用 實現液固分離的水處理設備 用途 廢水的預處理和最終處理 一 快濾池組成及過濾機理組成 快濾池本體 管廊濾池本體 濾料層 承托層 配水系統 洗砂排水槽 管廊 原水進水 清水出水 沖洗排水等主要管道和與其相配的控制閘閥 29 30 過濾機理 1 遷移機理 懸浮顆粒脫離流線而與濾料接觸的過程 主要包括篩濾 攔截 慣性 沉淀 布朗運動 水利作用等 主要影響因素有 水流狀況 濾層空隙形狀 及顆粒本身的性質 粒度 形狀 密度等 31 2 附著機理 由遷移過程與濾料接觸的懸浮顆粒 附著在濾料表面上不再脫離 其主要機理包括接觸凝聚 靜電引力 吸附 分子引力等 3 脫落機理 在反沖洗時 濾料呈流態化 附著在濾料上的懸浮物受高速反沖水的沖刷而脫落 反沖洗效果主要取決于沖洗強度和時間 32 2 過濾效率的影響因素1 濾料的影響A 粒度過濾效率與粒徑dn n 1 3 成反比 粒度越小 過濾效率越高 阻力越大 B 形狀表面積大的濾料 過濾效率越高 因此 角狀濾料比球形濾料的過濾效率高 C 空隙率較小的空隙率會產生較高的過濾效率和阻力損失 較大的空隙率能提供較大的納污空間和較長的過濾時間 但懸浮物容易穿透 D 厚度濾床越厚 過濾效率越高 操作周期越長 E 表面性質濾料表面不帶電或帶相反電荷有利于懸浮物的吸附和凝聚 投加電解質或調節pH值可改變濾料表面的電位 33 2 懸浮物的影響A 粒度粒度越大 越易濾除 可投加絮凝劑 提高過濾效果 B 形狀異性顆粒比表面積大 去除效率比球形顆粒大 C 密度主要沉淀 慣性和布朗運動 對過濾影響小 D 濃度過濾效率隨濃度增加而降低 濃度越高 越易穿透 阻力損失增加越快 E 溫度影響密度和粘度 降低溫度對過濾不利 F 表面性質懸浮物的絮凝特性 電位等取決于表面特性 添加絮凝及可改善表面特性 34 二 快濾池設計1 濾床種類和濾料選擇 1 濾床的種類用于給水和廢水過濾的快濾池 按所用濾床層分為單層濾料 雙層濾料和三層濾料濾池 1 單層濾料濾池一般適用于給水 在廢水處理中 一般只用于較清潔廢水的處理 2 雙層濾料濾池屬反粒度過濾 截留雜質能力強 產水能力大 適用于給水和廢水過濾處理中使用 3 三層濾料濾池整個濾層都能發揮截留雜質的作用 過濾阻力小 過濾時間長 35 36 2 濾料的選擇濾料選擇應滿足以下要求1 機械強度高 避免反沖洗過程中很快地磨損和破碎 一般磨損率應小于4 破碎率應小于1 2 化學穩定性好濾料鹽酸可溶濾上限值有規定 如日本不大于3 5 美國不大于5 3 不含對人體有害有毒物質不含對生產有害 影響生產的物質 4 盡量選擇吸附能力強 截污能力大 產水量高 過濾水質好的濾料 目前應用最為廣泛的是石英沙和無煙煤 37 水處理用無煙煤濾料CJ24 2 881適用范圍本標準適用于生活飲用水過濾用無煙煤濾料 用于工業用水過濾的無煙煤濾料可參照執行 2無煙煤濾料的技術要求2 1無煙煤濾料的破碎率和磨損率之和不應大于3 百分率按質量計 下同 2 2無煙煤濾料的平均密度一般不小于1 4g cm3 不大于1 6g cm3 使用中對平均密度有特殊要求者除外 38 2 3無煙煤濾料應不含可見泥土 頁巖和外來碎屑 濾料的水浸出液應不含有毒物質 含泥量不應大于4 密度大于1 8g cm3的物質含量不應大于8 2 4無煙煤濾料的鹽酸可溶率不應大于3 5 2 5無煙煤濾料的粒徑2 5 1用作雙層濾料的無煙煤粒徑范圍為0 8 1 8mm 用作三層濾料的無煙煤粒徑范圍為0 8 1 6mm 2 5 2在各種粒徑范圍的無煙煤濾料中 小于指定下限粒徑的不應大于3 大于指定上限粒徑的不應大于2 2 5 3無煙煤濾料的有效粒徑和不均勻系數 由使用單位確定 39 2 濾速與濾池面積 1 濾速普通快濾池用于給水和清凈廢水的濾速可采用5 12m h 粗砂快濾池用于處理廢水的流速可采用3 7 37m h 雙層濾料濾池的濾速采用4 8 24m h 三層濾料濾池與雙層濾料濾池一般相同 2 濾池面積 式中 Q 設計流量 m3 hv 設計濾速 m h F Q V 40 3 濾池個數及尺寸濾池的個數涉及造價 沖洗效果和運行管理 應經過技術經濟比較后確定 一般25 30平方米設計一個快濾池 表5 14 但不能少于兩個 每個濾池的面積為 f F N濾池的形狀可為正方形或矩形 一般情況下 單池面積小于30m2時 長寬比為1 1 單池面積大于30m2時 長寬比為1 25 1 1 5 1 濾池高度包括超高 0 25 0 3 濾層上的水深 1 5 2m 其總高度一般為3 3 5m 41 3 濾層與承托層設計濾層設計包括濾料的種類 粒度和厚度的選擇 濾料一般選用石英砂和無煙煤 濾層包括納污層和保護層 納污層一般0 5m 保護層約0 2m 承托層的作用一是防止濾料流失 二是沖洗時起一定的均勻布水作用 層托層一般采用天然卵石鋪墊而成 42 4 濾池沖洗系統設計1 沖洗強度的確定在20 水溫下 沖洗強度一般按表5 16確定 2 配水系統的設計配水均勻性對沖洗效果影響很大 配水系統分類 大阻力配水系統一條干管和多條帶孔支管組成 呈 豐 字型 小阻力配水系統采用多孔濾板 濾磚 格柵等方式配水 43 44 3 沖洗水供應系統設計供水方式沖洗水泵投資省 操作不便 耗電多高位水箱造價高 操作簡單 水泵小 耗電省A 高位水箱設計水箱中的水深不宜超過3m 以免沖洗強度相差過大 水箱在沖洗間歇期充滿 水箱容積為單個濾池沖洗水量的1 5倍 45 46 水箱底部高出濾池排水槽頂的高度為H0 h1 h2 h3 h4 h5式中 h1 沖洗水箱至濾池的沿程損失與局部損失之和 h2 配水系統阻力損失h3 承托層阻力損失h4 濾料層阻力損失h5 備用水頭 一般為1 5 2m 47 4 濾池沖洗排水設備的設計A 沖洗排水槽斷面型狀如圖所示排水量Q qab槽頂距濾料層表面高度He mL0 2 5x 0 07式中 m 濾層最大膨脹率 L0 濾層厚度 m 槽底厚度 m B 集水渠集水渠的布置形式式濾池面積大小而定 一般沿池壁一側布置 48 5 管廊布置A 進水 清水 沖洗水和集水渠 全部布置在管廊內 結構簡單 施工方便 B 沖洗水和清水渠布置于管廊內 進水和清水渠布置于濾池另一側 節省管件 施工檢修方便 操作不方便 造價稍高 C 進水 沖洗水及清水管均采用金屬管道 排水渠單獨設置 常用于濾池單行排列 D 對大型濾池 用虹吸管代替排水或進水支管 稱雙虹吸快濾池 49 50 51 52 53 生物膜法廢水處理設備 54 生物膜法廢水處理 屬好氧生物處理方法 主要依靠固著于載體表面的微生物來凈化有機物 特點 生物膜對污水水質 水量的變化有較強的適應性 管理方便 不會發生污泥膨脹 微生物固著在載體表面 時代時間較長的高級微生物也能增值 生物相更為豐富 穩定 產生的剩余污泥少 能處理低濃度污水 生物膜載體增加了系統的投資 載體材料的比表面積小 反應裝置容積負荷有限 空間效率低 在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低 55 分類按生物膜與廢水的接觸方式不同 可分為 A 填充式廢水和空氣沿固定生長生物膜的載體 填料或轉盤 表面流過 并使他們充分接觸 典型設備生物濾池 生物轉盤 B 浸漬式生物膜載體完全浸沒在水中 通過鼓風曝氣供氧 若載體固定 則為接觸氧化法 若載體流化 則為生物流化床 56 2 1生物膜法基本原理1 生物膜的形成 在生物膜構筑物中 填充著很多掛膜的固體介質 濾料或填料 當污水通過填料時 填料截留了污水中的懸浮物質 并將污水中的膠體物質吸附在表面上 在供氧充足的條件下 其中的有機物質使微生物很快得到繁殖 這些微生物由于進一步吸附了污水中的懸浮物 膠體和溶解狀態的物質 逐漸形成生物膜 生物膜從開始形成到成熟要經歷潛伏和生長兩個階段 一般的城市污水在20 左右的條件下大致需要30天左右的時間 57 2 生物膜凈化原理由細菌 真菌和原生動物組成的生物膜呈蓬松的絮狀結構 具有很大的表面積和很強的吸附能力 棲息在生物膜上的微生物已吸附和沉淀在膜上的有機物為營養 將一部分有機物合成為細胞物質 成為生物膜中新的活性物質 另一部分成為分解代謝的產物 在分解代謝過程中放出能量 供微生物繁殖生長 生物膜老化脫落后進入污水中 在二池沉淀池中沉淀下來成為污泥 澄清水后排出池外 生物膜的生物相組成雖有機負荷 水利負荷 廢水成分 Ph值 溫度 供氧情況及其它影響因素的變化而變化 58 2 2生物濾池 以土壤自凈原理為依據 在污水灌溉的實踐基礎上發展起來的人工生物處理技術 是對上述過程的強化 生物濾池的基本工藝如圖 進入生物濾池的污水需經過預處理去除懸浮物等可能堵塞濾料的污染物 并使水質均化 在生物濾池后設二沉池 以截留污水中脫落的生物膜 保證出水水質 59 生物濾池的主要特征濾料固定 廢水自上而下流過濾料層 由于和不同層面的微生物接觸的廢水水質不同 因而微生物組成也不同時微生物的食物鏈長 產生的污泥量少 當負荷低時 出水水質可高度硝化 生物濾池運行簡易 靠自然通風供氧 運行費用低 生物濾池在發展過程中 從低負荷發展為高負荷 突破了傳統采用的濾料層高度 擴大了應用范圍 目前使用較多的生物濾池有普通生物濾池 高負荷生物濾池 塔式生物濾池三種 60 2 2 1普通生物濾池普通生物濾池又叫滴濾池 是生物濾池早期的類型 即第一代生物濾池 1 構造由池體 濾床 布水裝置和排水系統組成 1 池體平面形狀多為方形 矩形和圓形池壁多采用磚砌或混凝土建造 池壁帶小孔 以促進濾層的內部通風為防止風吹而影響廢水的均勻分布 池壁頂應高出濾層表面0 4 0 5m 濾池壁下部通風總面積不應小于濾池表面積的1 61 62 2 濾床濾床由濾料組成 濾料對生物濾池有很大影響 濾料要求 強度高 耐腐蝕 質輕 顆粒均勻 比表面積大 空隙率高 過去常用球狀濾料 如碎石 爐渣 焦炭等 濾床分為工作層和承托層兩層 工作層 粒徑25 40mm 厚度為1 3 1 8m 承托層 粒徑60 100mm 厚度為0 2m 63 近年來 常采用塑料濾料 其表面積可達100 200m2 m3 空隙率可達80 90 濾料粒徑的選擇對濾池工作影響較大 濾料粒徑小 比表面積大 但空隙率小 增加了通風阻力 濾料粒徑大 比表面積小 影響污水和生物膜的接觸面積 粒徑的選擇還應綜合考慮有機負荷和水力負荷的影響 當負荷較高時 采用較大的粒徑 64 3 布水裝置布水裝置的作用是將污水均勻分布到整個濾池表面 并應具有適應水量變化 不易堵塞和易于清通等特點 根據結構分類 可分為固定式和活動式兩種 4 排水系統排水系統設與池體的底部 包括滲水裝置 集水渠和總排水渠等 65 66 5 普通生物濾池的特點優點 A 處理效果好 BOD5的去除率可達95 以上 B 運行穩定 易于管理 節省能源 缺點 A 負荷低 占地面積大 處理水量小 B 濾池易堵塞 以滋生蚊蠅 衛生條件差 該濾池一般適用處理每日污水量不高于1000m3的小城鎮污水和工業有機廢水 67 2 2 2高負荷生物濾池 高負荷生物濾池是為解決普通生物濾池在凈化功能和運行中存在的實際負荷低 易堵塞等問題而開發出來的 1 高負荷生物濾池的工藝流程主要采用處理水回流技術來保證進入的BOD5值低于200mg L 處理水回流后具有下列作用 A 均化與穩定進水水質 B 加大水力負荷 加速生物膜的更新 抑制厭氧層發育 使生物膜保持較高活性 C 抑制蚊蠅的滋生 減輕臭味的散發 68 69 如圖所示為單池系統幾種有代表性的流程流程1 將生物濾池出水直接回流 有助于生物膜的接種和更新 提高初沉池的沉淀效果 但回流生物膜易堵塞濾料 流程2 可避免加大初沉池的容積 流程3 能提高初沉池的效果 但提高了初沉池的負荷 流程4 的特點是不設二沉池 濾池出水直接回流到初沉池 以提高初沉池效果 兼行二沉池的功能 70 當原污水濃度較高或對處理水質要求較高時 可以考慮二段濾池處理系統 二段式生物濾池的有機物去除率可達90 以上 但負荷不均是其主要缺點 一段負荷高 生物膜生長快 脫落的生物膜易于沉積并產生堵塞現象 二段負荷低 生物膜生長不佳 沒有充分發揮凈化功能 為此可采用交替式二段生物濾池 兩種流程定期交替運行 71 72 2 高負荷生物濾池的設計高負荷生物濾池構造如圖所示 其平面形狀多為圓形 采用旋轉布水裝置 濾料粒徑一般為40 100mm 空隙率較高 其工作層