水污染控制技術主講：李宏罡水污染控制技術1教學要求：1.掌握沉淀理論，理解各種沉淀類型的內在聯系和區別，并學會分析沉淀池的影響因素。2.了解各種沉淀池的適用范圍，掌握其相關的工程設計，并結合流體力學理解其設計要求。污水的物理處理教學要求：污水的物理處理2概述生活污水和工業廢水中都含有大量的漂浮物與懸浮物，其進入水處理構筑物會沉入水底或浮于水面，對設備的正常運行帶來影響，使其難以發揮應有的功效，必須予以去除。物理處理的去除對象：漂浮物、懸浮物。物理處理方法：篩濾、重力分離、離心分離。篩濾：篩網、格柵（去除漂浮物、纖維狀物質和大塊懸浮物）濾池、微濾機（去除中細顆粒懸浮物）。重力分離：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒徑懸浮物）、隔油池與氣浮池（去除密度小于1或接近1的懸浮物）。離心分離：離心機、旋流分離器（去除比重大、剛性顆粒）。本章主要就城市生活污水處理中使用的格柵、沉砂池、沉淀池進行講授。概述3一、格柵1.格柵:是一組平行的金屬柵條、帶鉤的塑料柵條或金屬篩網組成。安裝地點：污水溝渠、泵房集水井進口、污水處理廠進水口及沉砂池前。設置目的：根據柵條間距，截留不同粒徑的懸浮物和漂浮物，以減輕后續構筑物的處理負荷，保證設備的正常運行。柵渣：被截留的污染物，其含水率70～80％，容重750kg/m3。分類：平面格柵和曲面格柵（又稱回轉式格柵）。2.平面格柵1）格柵設計主要依靠水量大小、柵渣量多少來確定（機械清渣、人工清渣）。機械清渣采用回轉式、或柵條置于外側耙頭抓渣適于水量大、渣多或機械程度、自動化程度較高時采用；人工清渣適于水量小、少柵渣，當柵渣多為纖維狀物質而難于用耙清楚時，也多采用定時吊起柵渣人工清除。一、格柵1.格柵:是一組平行的金屬柵條、帶鉤的塑料柵條或金屬42）設計參數B、L、e和b的相關尺寸見p55表3－1。長度L：取決于水深，以200mm為一級增長值。當L>1000mm時，框架應加橫向肋條。柵條材質為A3鋼制，柵條偏差≦1/1000，總偏差≦2mm。柵條間隙e：10、15、20、25、30、40mm（細格柵）；50、60、70………150mm（中或粗格柵）。a.水泵前：人工清渣e≦20mm；對大中型泵站，采用機械清渣，e＝20～150mm。b.污水處理系統前：人工清渣e＝25～40mm，機械清渣e＝15～25mm。污水處理廠前可設粗細二道格柵，粗格柵e＝50～150mm，細格柵e＝15～40mm；當提升泵站前格柵e≦25mm時，泵后可不住設格柵。c.格柵數量：當每日渣量>0.2m3時，一般采用機械清渣，格柵臺組數不宜少于2臺。若僅為1臺時，應另設一條人工清渣格柵備用。2）設計參數5d.格柵安裝角度：一般45～75°,對人工清渣，為省力一般角度≦60°；對機械清渣，角度一般60～75°,特殊時為90°；對回轉式一般60～90°。e.流速：柵前渠道流速V＝0.4～0.9m/s，過柵流速0.6～1.0m/s，通過格柵水頭損失宜采用0.08～0.15m。f.高度：設水深h，格柵水頭損失h1，柵前渠道超高h2（一般采用0.3m），則后槽總高度H＝h1＋h2＋h。格柵工作臺高度：高出柵前最高設計水位0.5m工作臺寬度：人工清渣≧1.2m，機械清渣≧1.5m。g.柵條斷面形狀、尺寸：正方形20×20mm；圓形?=20；長方形10×50mm，迎水面半園矩形10×50mm。d.格柵安裝角度：一般45～75°,對人工清渣，為省力一般角63）設計參數柵槽寬度：已知B或Qmax、水深h、流速V，則柵條間隙數：n＝Amax(sinα)0.5/ehv，B＝en＋(n-1)，柵條數n－1，柵寬s。格柵的水頭損失：h1＝Rh。R為倍數，一般取3。h0＝ζ·V·sinα/2g，ζ＝β(s/e)4/3，為阻力系數；對圓形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半園β＝1.83，迎背面半園β＝1.67。柵槽總高度：H＝h1＋h2＋h，h2為超高。柵槽總長度：L＝L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1/tgα，式中：L1＝(B－B1)/2tgα1，L2＝L1/2，H1＝h2＋hL1為進水渠漸寬部分長度；L2為渠出水漸窄處長度。

α1為渠道展開角，一般20°；B1為進水渠寬度。0.5與1.0為格柵前后的過渡段長度。每日柵渣量：W＝AmaxW1×86400/K總×1000(m3/d)。式中：W1為柵渣量(m3/103m3污水)，一般取0.01～0.1。粗格柵取小值，中格柵取中值，細格柵取大值。K總為生活污水變化系數，見p59表3－3。例題：見p59例3－1。3）設計參數7二、沉淀理論1.沉淀類型：沉淀是實現固液分離或泥水分離的重要環節，由于沉淀的對象和空間不同，其沉淀形式也各異—自由沉淀、絮凝沉淀、區域沉淀、壓縮沉淀。自由沉淀：指SS濃度不高，沉淀過程中顆粒間互不碰撞、呈單顆粒狀態，各自獨立地完成沉淀過程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。絮凝沉淀(干涉沉淀)：當SS濃度較高(50～500mg/L)時，沉淀過程中顆粒間可能互相碰撞產生絮凝作用，使顆粒粒徑與質量逐漸加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。二、沉淀理論1.沉淀類型：8區域沉淀（成層、擁擠沉淀）：因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間互相妨礙、干擾，沉速大的顆粒也無法超越沉速小的顆粒，各自保持相對位置不變，顆粒群以整體向下速度沉降，并與上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。壓縮沉淀：顆粒間相互支撐，上層顆粒在重力作用下擠壓下層顆粒間的間隙水，使污泥得到濃縮。如二沉池泥斗和濃縮池的過程。2沉淀類型分析1）自由沉淀：假設顆粒為球形，由牛頓第二定律得：mdu/dt＝F1－F2－F3。式中；F1為重力，Vgρg；F2為浮力，Vgρy。F3為下沉摩擦阻力，CAρyu2/2。帶入整理得：u＝(ρg－ρy)gd2/18μ，即斯托克斯公式。區域沉淀（成層、擁擠沉淀）：因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間9可見沉速u與ρg－ρy以及d2成正比，與μ成反比。但由于污水中的顆粒為非球形，直接采用斯托克斯公式會油很大誤差，需要修正。具體修正方法如下：多個沉降柱試驗法：見p63，沉降柱6～8個，d＝80～100mm，h＝1500～2000mm，出水口位于1200mm處，出泥口在底部，進水SS濃度為C0，經沉淀t1、t2、t3…ti…tn時，分別在1～8號沉淀柱取水樣100ml，得出水SS濃度C1～C8，并作出η～t的關系曲線以及η～ui的關系曲線（見圖3～9）。沉速ui是指在沉淀時間ti內能從水面恰好下沉到水深H處的最小顆粒的沉淀速度。對于u≧ui的顆粒，可在時間ti內全部沉淀去除；而對u<ui的顆粒，在時間ti內能否被沉淀去除取決于顆粒所在位置，因而此方法存在誤差。可見沉速u與ρg－ρy以及d2成正比，與μ成反比。但由10沉降柱修正試驗法：試驗方法同前，在每根沉降柱上開多個取樣口，取H以上所有取樣口的水樣。設水樣中的SS濃度為Ci，則出水中的剩余SS的比例為Pi＝Ci/C0，SS實際在ti時的去除率為1－Pi，作的P0～ut曲線，凡沉速ut≧u0＝H/t的所有顆粒都可能去除，其去除率為1－P0；而沉速ut<u0＝H/t的顆粒能被去除的比例為ut/u0，其在t時刻去除該顆粒的效率為∫ut/u0dp；故總去除率為(1－P0)+∫ut/u0dp。所以η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp。例題（見p65例3－2）沉降柱修正試驗法：試驗方法同前，在每根沉降柱上開多個取樣口，112）絮凝沉淀試驗思路同前，柱略高略粗，取樣口間距500mm，取樣時間間隔5或10min，則SS在ti時的去除率為η＝(1－Ci/C0)×100%。記算去除率，并記錄與表中（見表3－6）。具體計算見例3－3，首先計算臨界沉速，后在圖上作中間曲線，找出其與t時刻的交點，計算對應沉速，后計算去除率。η＝η1＋u1/u0(η1－η2）＋u2/u0(η2－η3）＋….3)區域沉淀和壓縮沉淀安排在第八章講解。2）絮凝沉淀123.理想沉淀池原理從上面分析可以看出，沉淀理論與實際沉淀池的運動規律有所差距，為合理表征實際沉淀狀態，提出了“理想沉淀池”概念。理論假設條件：a.污水在池內沿水平方向作等速流動，速度為v。b.在流入區顆粒沿AB斷面均勻分布，并處于自由沉淀狀態，其水平分速等于v。c.顆粒沉到池底即認為被去除。3.理想沉淀池原理131）平流式理想沉淀池①平流式理想沉淀池分流入區、流出區、沉淀區和底部的污泥區。從圖中可以看出，必存在一種從A點進入、以流速為u0的顆粒，最后剛好在出水口D點沉入池底污泥區。根據幾何相似原理，則u0/v=H/L，即u0＝vH/L。所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I軌跡的顆粒）；凡沉速小于u0者、且在對角線AD以上者，均不能被去除（代表Ⅱ軌跡的顆粒）；凡沉速小于u0者、且在對角線AD以下者，仍可以被去除（代表虛線Ⅱ軌跡的顆粒）。設沉速ut<ut的顆粒質量為dP，則可被沉淀去除的量為ut/utdP，故總去除率η＝(1－P0)+1/u0∫utdp，用百分數表示為η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp，與前者分析推導結果相同，說明理論上是可行的。1）平流式理想沉淀池14②將實際數據Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內最長沉淀時間為：t＝L/v=H/u0。沉淀池容積V＝Qt＝HLB，因Q＝HBL/t＝HA/t=Au0。故Q/A=u0＝q。Q/A的物理意義：在單位時間內通過沉淀池單位表面積的流量，即表面負荷率或溢流率，用q表示(m3/m2s或m3/m2h)。表面負荷的數值等于顆粒沉速u0。由L/v=h/ut，h＝utL/v,則沉速ut為的顆粒去除率為：

η＝h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB=ut/Q/A=ut/q=ut/u0。所以，平流式理想沉淀池的去除率取決于表面負荷及顆粒沉速ut，而與t無關。②將實際數據Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內最長沉淀時間為15③豎流式理想沉淀池（自學。分析方法同前，但結果有差距，p＝100－p0）。④實際沉淀池與理想沉淀池之間的差距（自學）a.深度方向水流速度分布不均勻對去除率沒有影響。b.寬度方向水流速度分布不均勻是降低沉淀池去除率的主要原因。c.紊流對去除率的影響：減慢沉速，降低去除率；擾動底部沉淀物，降低去除率。③豎流式理想沉淀池（自學。分析方法同前，但結果有差距，p＝116三、沉砂池功能和任務：去除比重比較大的無機顆粒（ρ≧2.65，d≧0.21mm，或65目的砂），以減輕對設備的磨損，降低或減輕構筑物（沉淀池）的負荷。設置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。常見類型：平流式沉砂池、曝氣沉砂池和多爾沉砂池等。設計規范要求：①組數不少于2組，一備一用；②設計流量：自流按最大設計流量設計，提升泵站按工作水泵最大組合流量設計，合流制系統按降雨時的設計流量設計；③沉砂量15～30m3/106m3污水，含水率60％；④砂斗容積≤2日沉砂量，斗壁與水平面傾角≧55°。三、沉砂池功能和任務：去除比重比較大的無機顆粒（ρ≧2.65171.平流式沉砂池。構造：由入流渠、出流渠、閘板、砂斗組成。設計參數：A.Vmax≤0.3ms，Vmin≤0.15ms。（為什么？）B.水力停留時間：Qmax不少于30s，一般30～60s。C.有效水深h≤1.2m，一般采用0.25～1.0m；池寬≧0.6m。D.進水頭部應采取消能和整流措施。E.池底底坡一般為0.01～0.02。F.沉砂池超高不宜小于0.3m。排砂方式：重力排砂，排砂管d≧200mm。對大中型污水處理廠，一般采用機械排砂。優缺點：構造簡單、處理效果好，但重力排砂時構筑物需高架。1.平流式沉砂池。18計算公式：見p73池長：L＝vt，V為最大設計流量時的停留時間；水流斷面面積：A＝Qmax/v；池總寬：B＝A/h2；h2為設計有效水深；沉砂斗容積：V＝86400Qmaxtx1/105K總，x1為城市污水沉砂量，取3m3/105m3污水；沉砂池總高度：H＝h1＋h2＋h3；h1為超高，取0.3m。h3為砂斗高度；檢驗：按最小流速>0.15m/s進行驗算，保證沉掉0.21mm的砂，而不去除有機物。Vmin＝Qmin/nω。ω為單池過水斷面面積。計算公式：見p73192.曝氣沉砂池（可去除11％的有機物）構造：橫斷面呈矩形，底坡i＝0.1～0.5，坡向砂槽；砂槽上方設曝氣器，器安裝高度距池底0.6～0.9m。目的：a.使粘在砂粒上的污泥及有機物更好分離（通過摩擦作用實現），避免泥沙沉于初沉池而影響污泥的處理。b.送入空氣，使無機顆粒甩向外側而沉淀。c.預曝氣，改善污水水質，減輕散發氣味。設計參數：a.旋流速度：0.25～0.3m/s；b.水平流速：0.06～0.123m/s；c.水力停留時間：1～3min；d.池深：2～3m；寬深比1～1.5；長寬比≤5；池長14～20m。e.曝氣量：0.1～0.2m3空氣/m3污水或3～5m3空氣/m2h。2.曝氣沉砂池（可去除11％的有機物）20計算a.池總有效容積：v＝60Qmaxt，t為最大設計流量時的水力停留時間。b.水平斷面面積A＝Qmax/v，v為最大設計流量時的水平流速.c.池總寬：B＝A/H，H為有效水深。d.池長L＝V/A。e.曝氣量：q=3600DQmax，q為每小時的曝氣量，D為單位污水量所需氣量。檢驗水的流態：旋流。其旋流速度V＝（V12＋V22）1/2。污水每旋轉一周推進的距離：Lr＝2πrtgφ，式中r＝0.5倍池寬，即旋流半徑；φ為旋轉角，tgφ＝V1/V2。根據試驗必須旋轉3周（V≤0.35m/s時），能取得較好的效果。故要求V1t＝L≤3Lr。3.多爾沉砂池自學。4.鐘式沉砂池自學。計算a.池總有效容積：v＝60Qmaxt，t為最大設計流21四、沉淀池1.概述分類：按工藝布置分：初沉池和二沉池。初沉池是一級污水處理的主體構筑物，或作為二級處理的預處理，可去除40～55％的SS、20～30％的BOD，降低后續構筑物負荷。二沉池位于生物處理裝置后，用于泥水分離，它是生物處理的重要組成部分。經生物處理＋二沉池沉淀后，一般可去除70～90％的SS和65～95％的BOD。按池內水流流態分：平流式、輻流式和豎流式。結構：各種沉淀池均含有五個區：進水、沉淀、緩沖、污泥與出水區。四、沉淀池1.概述22優缺點和適用條件平流式：沉淀效果好，耐沖擊負荷與溫度變化，施工簡單，造價較低。但配水不易均勻，采用多個泥斗排泥時每個泥斗需單獨設排泥管，操作量大；采用鏈式刮泥設備，因長期浸泡水中而生銹。適用條件：大中型污水處理廠和地下水位高、地質條件差的地區。豎流式：排泥方便，管理簡單，占地面積少。但池深大，施工困難，對沖擊負荷與溫度變化適應能力差，造價高，池徑不宜過大，否則布水不均。適于小型污水處理廠輻流式：機械排泥，運行效果較好，管理較方便，排泥設備已定型。但排泥設備復雜，對施工質量要求高。適于地下水位較高地區和大中型污水處理廠。一般規定：a.沉淀池數目不應少于2座，宜按并聯運行設計。b.沉淀池的超高h≧0.3m，其緩沖層高度一般采用0.3～0.5m。c.初沉池應設撇渣設施。優缺點和適用條件23d.有效水深H、沉淀時間t與表面負荷率的關系如下：表面負荷率q沉淀時間t（h）（m3/m2·

h）H＝2.m2.5m3.0m3.5m4.0m3.0－－1.01.171.332.5－1.01.201.401.602.01.01.251.501.752.01.51.331.672.002.332.671.02.02.53.03.504.0e.污泥區容積按≤2d污泥量計算。采用機械排泥時，可按4h泥量計算；人工排泥應按每天排泥量計算。初沉池排泥靜水頭≧1.5m；二沉池排泥靜水頭為：活性污泥法≧0.9m，膜法≧0.9m。d.有效水深H、沉淀時間t與表面負荷率的關系如下：24f.污泥斗斜壁與水平面傾角：方斗≧60°，圓斗≧55°。

g.排泥管d≧200mm，采用多泥斗時應設單獨閘閥和排泥管。h.沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口設調節閘門，以調節流量；出口堰也如此。i.重力排泥時，污泥斗的排泥管一般采用鑄鐵管，其下端伸入斗內，頂端敞口，伸出水面，以便與大氣連通；在水下0.9～1.5m處接水平排泥管，污泥借靜水壓力排出。f.污泥斗斜壁與水平面傾角：方斗≧60°，圓斗≧55252.平流式沉淀池構造:由進水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區以及排泥裝置組成。流入有側向配水槽、擋流板組成，起均勻布水的作用。擋板入水深度≧0.25m，高處水面0.15～0.2m，距流入槽0.5～1.0m。流出由出水槽和擋板組成。流出槽為自由溢流堰，其要求水平，以保證出流均勻，控制沉淀池水位。堰口采用鋸齒形，最大負荷≧2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。為改善出水水質，可設多出水槽，以降低出水負荷。2.平流式沉淀池26緩沖層：避免已沉淀污泥被水流攪起。污泥區：貯存、濃縮和排泥作用。排泥裝置與方法：利用進水壓力。底坡I＝0.01～0.02；機械刮渣速度1m/min（初沉池）。如二沉池采用平流式沉淀池，因污泥絮體含水率為99％，密度接近1，不宜掛起，而只能采用泵抽吸（p80圖3－30），目前少用。設計參數a.長寬比以3～5為宜，對大型沉淀池宜設導流墻；L/H=8～12，L一般30～50m。b.采用機械排泥時，池寬應根據排泥設備確定，此時底坡一般0.01～0.02；刮泥機行進速度≤1.2m/min，一般0.6～0.9m/min.c.表面負荷：最大水平流速，初沉池3mm/s，二沉池5mm/s。緩沖層：避免已沉淀污泥被水流攪起。污泥區：27計算當無沉淀試驗資料時，按沉淀時間與表面負荷計算。a.池子總面積：A＝3600.Qmax/q。b.有效水深：h2＝qt。（初沉池t＝1～2h，二沉池1.5～2.5h）c.沉淀區有效容積：V1＝Ah2或Qmaxt。d.沉淀區長度：L＝3.6vt，v為最大設計流量時的水平流速，一般小于5mm/s。e.沉淀區總寬度：B＝A/L。f.沉淀池座數：n＝B/b，b為每座寬度，一般5～10m。g.污泥區容積：按人算，W＝SNt/1000。S為每人每天產泥量，取0.3～0.8L；N為人口數；t為二次清泥時間間隔（d）。按進出水SS濃度計算，W＝Qmax.24(C0－C1).100t/r(100－p)＝Qmax.(C0－C1).86400.100t/Kzr(100－p)。h.池子總高度：H＝h1＋h2＋h3＋h4，h1為超高，取0.3m；h3為緩沖層高度，無刮泥機時取0.5m，有則取0.3m。h4泥斗區高度。i.泥斗容積：V2＝h4(f1+f2+f10.5f20.5)/3。f1為斗上口面積，f2為斗下口面積。計算28而對有沉淀試驗數據時因u0＝q，A＝Qmax/q=Qmax/u0h2＝qt=u0t其它計算同前。例題：p82例3－4而對有沉淀試驗數據時293.輻流式沉淀池構造：一般為圓形，可分為中心進水周邊出水、周邊進水周邊出水二種。均由進水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區以及排泥裝置組成。流入區設穿孔整流板，穿孔率為10～20％。流出區設出水堰，堰前設擋板，攔截浮渣。設計參數a.D/H一般取6～12，D≧16m。b.池底底坡0.05～0.1。采用機械刮泥時，若D≤20m，一般采用單臂中心傳動刮泥機；反之采用周邊傳動刮泥機。刮泥機轉速1～3周/h，或外周線速度≤3.0m/min，一般1.5m/min。c.周邊進水的沉淀效率高，起設計表面負荷可提高1倍左右，即3～4m3/m2·

h。d.若為靜水壓力排泥，其設計參見p84圖3－34，要求排泥槽泥面低于沉淀池水面0.3m。3.輻流式沉淀池30計算a.沉淀池表面積、座數及單池直徑：A1＝Qmax/n.q，D＝(4A1/π)0.5

。b.沉淀池有效水深：h2＝qt。c.池子總高度：H＝h1＋h2＋h3＋h4＋h5，h1為超高，取0.3m；h3為緩沖層高度，無刮泥機時取0.5m，有則取0.3m。44為底坡落差，h5為泥斗高度。d.污泥區容積：按人算，W＝SNt/1000n。S為每人每天產泥量，取0.3～0.8L；N為人口數；t為二次清泥時間間隔（d）。按進出水SS濃度計算，W＝Qmax.24(C0－C1).100t/r(100－p)＝Qmax.(C0－C1).86400.100t/Kzr(100－p)n。e.泥斗容積：V1＝πh5/3.(r12

+r1r2+r22

),r1、r2為泥斗上下半徑。泥斗以上錐體部分容積：V2＝πh4/3.(R2+r1R+r12

)。具體計算見p85例3－5和圖3－35。計算31對周邊進水（周邊出和中間出）沉淀池，其效率提高。原因：中間進水的進水筒流速V≧100mm/s。流速大，污泥難絮凝，且易沖擊或擾動池底。構造：周邊進水，中間出水。出水位置：R處（即周邊）、1/2R處、1/3R、1/4R處。其中以周邊最好。其在流入槽底均勻開設布水孔；導流絮凝區設擋流板，使布水均勻，污泥絮凝沉淀區流速小而改善沉淀效果。對周邊進水（周邊出和中間出）沉淀池，其效率提高。32設計計算布水孔孔徑50～100mm，孔內流速0.3～0.8m/s（Vn），即Vn＝（2tν)0.5Gm。式中Gm2＝(V12－V22/2tν)2

式中t為導流絮凝區平均停留時間，取360～720s；ν為運動粘滯系數；Gm為導流絮凝區平均速度梯度，取10～30s－1；V1為配水孔水流收縮斷面流速，V1＝Vn/ε=Vn；V2為導流絮凝區平均下向流速，V2＝Q1/f，Q1為單池最大設計流量。為便于施工和安裝，當導流絮凝區槽寬B≧0.4m時，與配水槽等寬，此時要檢驗Gm，若Gm＝10～30s－1時滿足，否則調整B。同時還要對堰口負荷機械校核，q1＝Q1/（2×3.6πD），要求q1<4.34L/s.m。設計計算334.豎流式沉淀池1）構造：由進水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區以及排泥裝置組成。排泥為重力排泥，錐體角度陡，α＝55～60°。水流經中心管流入，經反射板布水折向上流。中心管下口設喇叭口和反射板。沉淀區顆粒沉速受向上水流流速和向下重力沉速二者之和的影響，即u－v上時，顆粒能被去除,此時去除率少1/u0∫utdp,但顆粒在上升過程中碰撞次數增加，顆粒變大，沉速隨之增大，又提高了顆粒的去除率。4.豎流式沉淀池342）設計參數D/H≤3，一般4～7m,不宜大于8m,最大<10m。中心管內流速<30mm/s。反射板距泥面距離至少0.3m，喇叭口直徑及高度為中心管直徑的1.35倍。反射板直徑為喇叭口直徑的1.30倍；其反射板水平夾角為17°，中心管下端至反射板表面間的間隙高0.25～0.5m，縫隙中污水流速在初沉池中一般不大于30mm/s，在二沉池中不大于20mm/s。當D>7m時，采用周邊出水；當D≧7m時，應增加集水支渠。排泥管為200mm，其在初沉池中排泥三通管口的水下深度h≧1.5m；對膜法污泥h≧1.2m；對活性污泥h≧0.9m（即與污泥性質有關）；排泥管下端距池底距離小于0.2m，管上端超出水面距離大于0.4m。3）計算（參見p90）4）例題p91例3－7。2）設計參數355.斜板（管）沉淀池理論基礎：根據理想沉淀池的結論：L/H=V/U，當L、V不變時，池深H越淺，則U越小，即可被沉淀去除的懸浮顆粒粒徑越小。或者當U、V不變時，如進水深度分為三層，則長度只需原來的1/3就可將沉速U的顆粒去除；或深為H/3時，水平流速增大到3V時，仍能將沉速U的顆粒去除。即把沉淀池分成n層，可把處理能力提高n倍——淺池理論。該理論的關鍵在于水動力學條件——無水動力擾動。對排水，因污泥絮體密度小于1，實現有一定難度，而對給水相對容易些。適用范圍與優缺點：去除率高，停留時間短，占地面積小，但因污泥粘附，易導致堵塞，在缺氧條件下會發生厭氧硝化，影響沉淀效果（上海曹楊污水處理廠使用效果不理想）。該法在給水和工業廢水化學處理中常用。5.斜板（管）沉淀池36分類：側向流、同向流和逆向流三類。設計例題p93，自學。分類：側向流、同向流和逆向流三類。37

第四章、污水的生物處理教學要求掌握活性污泥法的基本原理及其微生物指標，理解其反應動力學，了解活性污泥處理系統的運行方式及其工藝，掌握曝氣理論及其工程技術措施，掌握曝氣池的設計計算。第四章、污水的生物處理教學要求38一、活性污泥法的基本原理1.基本概念與流程活性污泥：是由多種好氧微生物、夾帶某些兼性厭氧微生物與廢水中的固體物質、膠體等混凝交織在一起的呈黃褐色絮體。活性污泥法：是以活性污泥為主體的污水生物處理技術。實質：人工強化下微生物的新陳代謝(包括分解和合成)，一、活性污泥法的基本原理1.基本概念與流程39水污染控制技術主講：李宏罡水污染控制技術40教學要求：1.掌握沉淀理論，理解各種沉淀類型的內在聯系和區別，并學會分析沉淀池的影響因素。2.了解各種沉淀池的適用范圍，掌握其相關的工程設計，并結合流體力學理解其設計要求。污水的物理處理教學要求：污水的物理處理41概述生活污水和工業廢水中都含有大量的漂浮物與懸浮物，其進入水處理構筑物會沉入水底或浮于水面，對設備的正常運行帶來影響，使其難以發揮應有的功效，必須予以去除。物理處理的去除對象：漂浮物、懸浮物。物理處理方法：篩濾、重力分離、離心分離。篩濾：篩網、格柵（去除漂浮物、纖維狀物質和大塊懸浮物）濾池、微濾機（去除中細顆粒懸浮物）。重力分離：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒徑懸浮物）、隔油池與氣浮池（去除密度小于1或接近1的懸浮物）。離心分離：離心機、旋流分離器（去除比重大、剛性顆粒）。本章主要就城市生活污水處理中使用的格柵、沉砂池、沉淀池進行講授。概述42一、格柵1.格柵:是一組平行的金屬柵條、帶鉤的塑料柵條或金屬篩網組成。安裝地點：污水溝渠、泵房集水井進口、污水處理廠進水口及沉砂池前。設置目的：根據柵條間距，截留不同粒徑的懸浮物和漂浮物，以減輕后續構筑物的處理負荷，保證設備的正常運行。柵渣：被截留的污染物，其含水率70～80％，容重750kg/m3。分類：平面格柵和曲面格柵（又稱回轉式格柵）。2.平面格柵1）格柵設計主要依靠水量大小、柵渣量多少來確定（機械清渣、人工清渣）。機械清渣采用回轉式、或柵條置于外側耙頭抓渣適于水量大、渣多或機械程度、自動化程度較高時采用；人工清渣適于水量小、少柵渣，當柵渣多為纖維狀物質而難于用耙清楚時，也多采用定時吊起柵渣人工清除。一、格柵1.格柵:是一組平行的金屬柵條、帶鉤的塑料柵條或金屬432）設計參數B、L、e和b的相關尺寸見p55表3－1。長度L：取決于水深，以200mm為一級增長值。當L>1000mm時，框架應加橫向肋條。柵條材質為A3鋼制，柵條偏差≦1/1000，總偏差≦2mm。柵條間隙e：10、15、20、25、30、40mm（細格柵）；50、60、70………150mm（中或粗格柵）。a.水泵前：人工清渣e≦20mm；對大中型泵站，采用機械清渣，e＝20～150mm。b.污水處理系統前：人工清渣e＝25～40mm，機械清渣e＝15～25mm。污水處理廠前可設粗細二道格柵，粗格柵e＝50～150mm，細格柵e＝15～40mm；當提升泵站前格柵e≦25mm時，泵后可不住設格柵。c.格柵數量：當每日渣量>0.2m3時，一般采用機械清渣，格柵臺組數不宜少于2臺。若僅為1臺時，應另設一條人工清渣格柵備用。2）設計參數44d.格柵安裝角度：一般45～75°,對人工清渣，為省力一般角度≦60°；對機械清渣，角度一般60～75°,特殊時為90°；對回轉式一般60～90°。e.流速：柵前渠道流速V＝0.4～0.9m/s，過柵流速0.6～1.0m/s，通過格柵水頭損失宜采用0.08～0.15m。f.高度：設水深h，格柵水頭損失h1，柵前渠道超高h2（一般采用0.3m），則后槽總高度H＝h1＋h2＋h。格柵工作臺高度：高出柵前最高設計水位0.5m工作臺寬度：人工清渣≧1.2m，機械清渣≧1.5m。g.柵條斷面形狀、尺寸：正方形20×20mm；圓形?=20；長方形10×50mm，迎水面半園矩形10×50mm。d.格柵安裝角度：一般45～75°,對人工清渣，為省力一般角453）設計參數柵槽寬度：已知B或Qmax、水深h、流速V，則柵條間隙數：n＝Amax(sinα)0.5/ehv，B＝en＋(n-1)，柵條數n－1，柵寬s。格柵的水頭損失：h1＝Rh。R為倍數，一般取3。h0＝ζ·V·sinα/2g，ζ＝β(s/e)4/3，為阻力系數；對圓形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半園β＝1.83，迎背面半園β＝1.67。柵槽總高度：H＝h1＋h2＋h，h2為超高。柵槽總長度：L＝L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1/tgα，式中：L1＝(B－B1)/2tgα1，L2＝L1/2，H1＝h2＋hL1為進水渠漸寬部分長度；L2為渠出水漸窄處長度。

α1為渠道展開角，一般20°；B1為進水渠寬度。0.5與1.0為格柵前后的過渡段長度。每日柵渣量：W＝AmaxW1×86400/K總×1000(m3/d)。式中：W1為柵渣量(m3/103m3污水)，一般取0.01～0.1。粗格柵取小值，中格柵取中值，細格柵取大值。K總為生活污水變化系數，見p59表3－3。例題：見p59例3－1。3）設計參數46二、沉淀理論1.沉淀類型：沉淀是實現固液分離或泥水分離的重要環節，由于沉淀的對象和空間不同，其沉淀形式也各異—自由沉淀、絮凝沉淀、區域沉淀、壓縮沉淀。自由沉淀：指SS濃度不高，沉淀過程中顆粒間互不碰撞、呈單顆粒狀態，各自獨立地完成沉淀過程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。絮凝沉淀(干涉沉淀)：當SS濃度較高(50～500mg/L)時，沉淀過程中顆粒間可能互相碰撞產生絮凝作用，使顆粒粒徑與質量逐漸加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。二、沉淀理論1.沉淀類型：47區域沉淀（成層、擁擠沉淀）：因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間互相妨礙、干擾，沉速大的顆粒也無法超越沉速小的顆粒，各自保持相對位置不變，顆粒群以整體向下速度沉降，并與上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。壓縮沉淀：顆粒間相互支撐，上層顆粒在重力作用下擠壓下層顆粒間的間隙水，使污泥得到濃縮。如二沉池泥斗和濃縮池的過程。2沉淀類型分析1）自由沉淀：假設顆粒為球形，由牛頓第二定律得：mdu/dt＝F1－F2－F3。式中；F1為重力，Vgρg；F2為浮力，Vgρy。F3為下沉摩擦阻力，CAρyu2/2。帶入整理得：u＝(ρg－ρy)gd2/18μ，即斯托克斯公式。區域沉淀（成層、擁擠沉淀）：因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間48可見沉速u與ρg－ρy以及d2成正比，與μ成反比。但由于污水中的顆粒為非球形，直接采用斯托克斯公式會油很大誤差，需要修正。具體修正方法如下：多個沉降柱試驗法：見p63，沉降柱6～8個，d＝80～100mm，h＝1500～2000mm，出水口位于1200mm處，出泥口在底部，進水SS濃度為C0，經沉淀t1、t2、t3…ti…tn時，分別在1～8號沉淀柱取水樣100ml，得出水SS濃度C1～C8，并作出η～t的關系曲線以及η～ui的關系曲線（見圖3～9）。沉速ui是指在沉淀時間ti內能從水面恰好下沉到水深H處的最小顆粒的沉淀速度。對于u≧ui的顆粒，可在時間ti內全部沉淀去除；而對u<ui的顆粒，在時間ti內能否被沉淀去除取決于顆粒所在位置，因而此方法存在誤差。可見沉速u與ρg－ρy以及d2成正比，與μ成反比。但由49沉降柱修正試驗法：試驗方法同前，在每根沉降柱上開多個取樣口，取H以上所有取樣口的水樣。設水樣中的SS濃度為Ci，則出水中的剩余SS的比例為Pi＝Ci/C0，SS實際在ti時的去除率為1－Pi，作的P0～ut曲線，凡沉速ut≧u0＝H/t的所有顆粒都可能去除，其去除率為1－P0；而沉速ut<u0＝H/t的顆粒能被去除的比例為ut/u0，其在t時刻去除該顆粒的效率為∫ut/u0dp；故總去除率為(1－P0)+∫ut/u0dp。所以η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp。例題（見p65例3－2）沉降柱修正試驗法：試驗方法同前，在每根沉降柱上開多個取樣口，502）絮凝沉淀試驗思路同前，柱略高略粗，取樣口間距500mm，取樣時間間隔5或10min，則SS在ti時的去除率為η＝(1－Ci/C0)×100%。記算去除率，并記錄與表中（見表3－6）。具體計算見例3－3，首先計算臨界沉速，后在圖上作中間曲線，找出其與t時刻的交點，計算對應沉速，后計算去除率。η＝η1＋u1/u0(η1－η2）＋u2/u0(η2－η3）＋….3)區域沉淀和壓縮沉淀安排在第八章講解。2）絮凝沉淀513.理想沉淀池原理從上面分析可以看出，沉淀理論與實際沉淀池的運動規律有所差距，為合理表征實際沉淀狀態，提出了“理想沉淀池”概念。理論假設條件：a.污水在池內沿水平方向作等速流動，速度為v。b.在流入區顆粒沿AB斷面均勻分布，并處于自由沉淀狀態，其水平分速等于v。c.顆粒沉到池底即認為被去除。3.理想沉淀池原理521）平流式理想沉淀池①平流式理想沉淀池分流入區、流出區、沉淀區和底部的污泥區。從圖中可以看出，必存在一種從A點進入、以流速為u0的顆粒，最后剛好在出水口D點沉入池底污泥區。根據幾何相似原理，則u0/v=H/L，即u0＝vH/L。所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I軌跡的顆粒）；凡沉速小于u0者、且在對角線AD以上者，均不能被去除（代表Ⅱ軌跡的顆粒）；凡沉速小于u0者、且在對角線AD以下者，仍可以被去除（代表虛線Ⅱ軌跡的顆粒）。設沉速ut<ut的顆粒質量為dP，則可被沉淀去除的量為ut/utdP，故總去除率η＝(1－P0)+1/u0∫utdp，用百分數表示為η%＝(100－P0)+100/u0∫utdp，與前者分析推導結果相同，說明理論上是可行的。1）平流式理想沉淀池53②將實際數據Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內最長沉淀時間為：t＝L/v=H/u0。沉淀池容積V＝Qt＝HLB，因Q＝HBL/t＝HA/t=Au0。故Q/A=u0＝q。Q/A的物理意義：在單位時間內通過沉淀池單位表面積的流量，即表面負荷率或溢流率，用q表示(m3/m2s或m3/m2h)。表面負荷的數值等于顆粒沉速u0。由L/v=h/ut，h＝utL/v,則沉速ut為的顆粒去除率為：

η＝h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB=ut/Q/A=ut/q=ut/u0。所以，平流式理想沉淀池的去除率取決于表面負荷及顆粒沉速ut，而與t無關。②將實際數據Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內最長沉淀時間為54③豎流式理想沉淀池（自學。分析方法同前，但結果有差距，p＝100－p0）。④實際沉淀池與理想沉淀池之間的差距（自學）a.深度方向水流速度分布不均勻對去除率沒有影響。b.寬度方向水流速度分布不均勻是降低沉淀池去除率的主要原因。c.紊流對去除率的影響：減慢沉速，降低去除率；擾動底部沉淀物，降低去除率。③豎流式理想沉淀池（自學。分析方法同前，但結果有差距，p＝155三、沉砂池功能和任務：去除比重比較大的無機顆粒（ρ≧2.65，d≧0.21mm，或65目的砂），以減輕對設備的磨損，降低或減輕構筑物（沉淀池）的負荷。設置位置：泵站、倒虹管和初沉池前。常見類型：平流式沉砂池、曝氣沉砂池和多爾沉砂池等。設計規范要求：①組數不少于2組，一備一用；②設計流量：自流按最大設計流量設計，提升泵站按工作水泵最大組合流量設計，合流制系統按降雨時的設計流量設計；③沉砂量15～30m3/106m3污水，含水率60％；④砂斗容積≤2日沉砂量，斗壁與水平面傾角≧55°。三、沉砂池功能和任務：去除比重比較大的無機顆粒（ρ≧2.65561.平流式沉砂池。構造：由入流渠、出流渠、閘板、砂斗組成。設計參數：A.Vmax≤0.3ms，Vmin≤0.15ms。（為什么？）B.水力停留時間：Qmax不少于30s，一般30～60s。C.有效水深h≤1.2m，一般采用0.25～1.0m；池寬≧0.6m。D.進水頭部應采取消能和整流措施。E.池底底坡一般為0.01～0.02。F.沉砂池超高不宜小于0.3m。排砂方式：重力排砂，排砂管d≧200mm。對大中型污水處理廠，一般采用機械排砂。優缺點：構造簡單、處理效果好，但重力排砂時構筑物需高架。1.平流式沉砂池。57計算公式：見p73池長：L＝vt，V為最大設計流量時的停留時間；水流斷面面積：A＝Qmax/v；池總寬：B＝A/h2；h2為設計有效水深；沉砂斗容積：V＝86400Qmaxtx1/105K總，x1為城市污水沉砂量，取3m3/105m3污水；沉砂池總高度：H＝h1＋h2＋h3；h1為超高，取0.3m。h3為砂斗高度；檢驗：按最小流速>0.15m/s進行驗算，保證沉掉0.21mm的砂，而不去除有機物。Vmin＝Qmin/nω。ω為單池過水斷面面積。計算公式：見p73582.曝氣沉砂池（可去除11％的有機物）構造：橫斷面呈矩形，底坡i＝0.1～0.5，坡向砂槽；砂槽上方設曝氣器，器安裝高度距池底0.6～0.9m。目的：a.使粘在砂粒上的污泥及有機物更好分離（通過摩擦作用實現），避免泥沙沉于初沉池而影響污泥的處理。b.送入空氣，使無機顆粒甩向外側而沉淀。c.預曝氣，改善污水水質，減輕散發氣味。設計參數：a.旋流速度：0.25～0.3m/s；b.水平流速：0.06～0.123m/s；c.水力停留時間：1～3min；d.池深：2～3m；寬深比1～1.5；長寬比≤5；池長14～20m。e.曝氣量：0.1～0.2m3空氣/m3污水或3～5m3空氣/m2h。2.曝氣沉砂池（可去除11％的有機物）59計算a.池總有效容積：v＝60Qmaxt，t為最大設計流量時的水力停留時間。b.水平斷面面積A＝Qmax/v，v為最大設計流量時的水平流速.c.池總寬：B＝A/H，H為有效水深。d.池長L＝V/A。e.曝氣量：q=3600DQmax，q為每小時的曝氣量，D為單位污水量所需氣量。檢驗水的流態：旋流。其旋流速度V＝（V12＋V22）1/2。污水每旋轉一周推進的距離：Lr＝2πrtgφ，式中r＝0.5倍池寬，即旋流半徑；φ為旋轉角，tgφ＝V1/V2。根據試驗必須旋轉3周（V≤0.35m/s時），能取得較好的效果。故要求V1t＝L≤3Lr。3.多爾沉砂池自學。4.鐘式沉砂池自學。計算a.池總有效容積：v＝60Qmaxt，t為最大設計流60四、沉淀池1.概述分類：按工藝布置分：初沉池和二沉池。初沉池是一級污水處理的主體構筑物，或作為二級處理的預處理，可去除40～55％的SS、20～30％的BOD，降低后續構筑物負荷。二沉池位于生物處理裝置后，用于泥水分離，它是生物處理的重要組成部分。經生物處理＋二沉池沉淀后，一般可去除70～90％的SS和65～95％的BOD。按池內水流流態分：平流式、輻流式和豎流式。結構：各種沉淀池均含有五個區：進水、沉淀、緩沖、污泥與出水區。四、沉淀池1.概述61優缺點和適用條件平流式：沉淀效果好，耐沖擊負荷與溫度變化，施工簡單，造價較低。但配水不易均勻，采用多個泥斗排泥時每個泥斗需單獨設排泥管，操作量大；采用鏈式刮泥設備，因長期浸泡水中而生銹。適用條件：大中型污水處理廠和地下水位高、地質條件差的地區。豎流式：排泥方便，管理簡單，占地面積少。但池深大，施工困難，對沖擊負荷與溫度變化適應能力差，造價高，池徑不宜過大，否則布水不均。適于小型污水處理廠輻流式：機械排泥，運行效果較好，管理較方便，排泥設備已定型。但排泥設備復雜，對施工質量要求高。適于地下水位較高地區和大中型污水處理廠。一般規定：a.沉淀池數目不應少于2座，宜按并聯運行設計。b.沉淀池的超高h≧0.3m，其緩沖層高度一般采用0.3～0.5m。c.初沉池應設撇渣設施。優缺點和適用條件62d.有效水深H、沉淀時間t與表面負荷率的關系如下：表面負荷率q沉淀時間t（h）（m3/m2·

h）H＝2.m2.5m3.0m3.5m4.0m3.0－－1.01.171.332.5－1.01.201.401.602.01.01.251.501.752.01.51.331.672.002.332.671.02.02.53.03.504.0e.污泥區容積按≤2d污泥量計算。采用機械排泥時，可按4h泥量計算；人工排泥應按每天排泥量計算。初沉池排泥靜水頭≧1.5m；二沉池排泥靜水頭為：活性污泥法≧0.9m，膜法≧0.9m。d.有效水深H、沉淀時間t與表面負荷率的關系如下：63f.污泥斗斜壁與水平面傾角：方斗≧60°，圓斗≧55°。

g.排泥管d≧200mm，采用多泥斗時應設單獨閘閥和排泥管。h.沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口設調節閘門，以調節流量；出口堰也如此。