第二章污水的物理處理(1)第一節(jié)

格柵及調(diào)節(jié)池第二節(jié)

絮凝沉淀的基礎(chǔ)理論第四節(jié)

沉淀澄清池及案例分析第三節(jié)

絮凝的工藝簡介第一節(jié)

格柵和篩網(wǎng)選用柵條間距的原則：不堵塞水泵和水處理廠、站的處理設(shè)備。格柵的作用格柵由一組（或多組）相平行的金屬柵條與框架組成，傾斜安裝在進(jìn)水的渠道，或進(jìn)水泵站集水井的進(jìn)口處，以攔截污水中粗大的懸浮物及雜質(zhì)。作用：去除可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正常運(yùn)行。格柵所截留的污染物數(shù)量與地區(qū)的情況、污水溝道系統(tǒng)的類型、污水流量以及柵條的間距等因素有關(guān)，可參考的一些數(shù)據(jù)：當(dāng)柵條間距為16~25mm時(shí)，柵渣截留量為0.10~0.05m3/103m3（污水）；當(dāng)柵條間距為40mm左右時(shí)，柵渣截留量為0.03~0.01m3/103m3（污水）；柵渣的含水率約為80%，密度約為960kg/m3。人工清除設(shè)計(jì)面積應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，一般不小于進(jìn)水渠道面積的2倍，以免清渣過于頻繁。與水平面傾角：45o~60o機(jī)械清除過水面積一般應(yīng)不小于進(jìn)水管渠的有效面積的1.2倍。與水平面傾角：60o~70o格柵的清渣方法格柵的工作原理XG型旋轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)回轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)螺旋壓榨細(xì)格柵螺旋壓榨細(xì)格柵回轉(zhuǎn)式格柵除砂機(jī)及柵渣皮帶輸送機(jī)GL型格柵除污機(jī)齒耙式格柵除污機(jī)階梯式細(xì)格柵曝氣沉砂池前細(xì)格柵格柵的液位差自動(dòng)控制格柵柵條斷面形狀過格柵渠道的水流流速污水過柵條間距的流速矩形圓形方形圓形的水力條件較方形好，但剛度較差。目前多采用斷面形狀為矩形的柵條。格柵柵條斷面形狀過格柵渠道的水流流速污水過柵條間距的流速一方面泥沙不至于沉積在溝渠底部另一方面截留的污染物又不至于沖過格柵通常采用0.4~0.9m/s格柵渠道的寬度要設(shè)置得當(dāng)，應(yīng)使水流保持適當(dāng)流速格柵柵條斷面形狀過格柵渠道的水流流速污水過柵條間距的流速為防止柵條間隙堵塞，一般采用0.6~1.0m/s最大流量時(shí)可高于1.2~1.4m/s漸擴(kuò)α＝20°沉底大于水頭損失格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算通過格柵的水頭損失h2的計(jì)算：式中：

h0——計(jì)算水頭損失，m；

v——污水流經(jīng)格柵的速度，m/s；ξ——阻力系數(shù)，其值與格柵柵條的斷面幾何形狀有關(guān)；α——格柵的放置傾角；g——重力加速度，m/s2；

k——考慮到由于格柵受污染物堵塞后，格柵阻力增大的系數(shù)，可用式：k=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。

城市污水一般取0.1~0.4m。格柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算格柵的建筑尺寸

1.格柵的間隙數(shù)量n可由下式?jīng)Q定：式中：qvmax——最大設(shè)計(jì)流量，m3/s；

d——柵條間距，m；

h——柵前水深，m；

v——污水流經(jīng)格柵的速度，m/s。

2.格柵的建筑寬度b由下式?jīng)Q定式中：b——格柵的建筑寬度；

s——柵條寬度，m。

3.柵后槽的總高度h總由下式?jīng)Q定式中：h——柵前水深，m；

h2——格柵的水頭損失，m；

h1——格柵前渠道超高，一般

h1=0.3m。格柵的建筑尺寸4.格柵的總建筑長度L由下式?jīng)Q定式中：L1——進(jìn)水渠道漸寬部位的長度，m；其中：b1——進(jìn)水渠道寬度m；

α1——進(jìn)水渠道漸寬部位的展開角度，一般α1=20°；

L2——格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長度，一般

L2=0.5L1；H1-格柵前的渠道深度，m。5.每日柵渣量W由下式?jīng)Q定式中：

W1——柵渣量，m3/103m3污水；

KZ——生活污水流量總變化系數(shù)。作用用于廢水處理或短小纖維的回收形式振動(dòng)篩網(wǎng)水力篩網(wǎng)篩網(wǎng)填埋焚燒（820℃以上）堆肥將柵渣粉碎后再返回廢水中，作為可沉固體進(jìn)入初沉池。格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：第二節(jié)水質(zhì)和水量調(diào)節(jié)

目的是什么？如何選擇調(diào)節(jié)的水量大小？使用的情況—分類分質(zhì)處理2023/5/7262023/5/727均和水質(zhì)的基本方法有兩種：（1）利用壓縮空氣、葉輪攪拌和水泵循環(huán)而進(jìn)行的強(qiáng)制混合和均化；（2）利用差流方式使不同時(shí)間不同濃度的廢水混合而進(jìn)行的自身水力混合。一般而言，前者的設(shè)備較簡單，但運(yùn)行費(fèi)較高；后者需要修建復(fù)雜的池型，但基本上沒有運(yùn)行費(fèi)用。

2.1調(diào)節(jié)池的作用調(diào)節(jié)池是克服流量的變化而采用的一種方法，改善下游工藝的性能，減少下游設(shè)施的規(guī)模和費(fèi)用。它主要用于調(diào)節(jié)：(1)早季流量以減小高峰流量和負(fù)荷;(2)生活污水集水系統(tǒng)受雨季的流入和滲入水量;(3)雨水和生活污水合流制系統(tǒng)的合流水量。含調(diào)節(jié)池的典型廢水處理廠的流程圖2023/5/7282023/5/7292.2調(diào)節(jié)池的特點(diǎn)流量調(diào)節(jié)池可設(shè)置在沉砂池之后、初級(jí)沉降之后、在有高級(jí)處理時(shí)也用于二級(jí)處理之后。應(yīng)用流量調(diào)節(jié)帶來的主要優(yōu)點(diǎn)有:因?yàn)橄藳_擊負(fù)荷或使沖擊負(fù)荷降至最低，稀釋了抑制物質(zhì)，穩(wěn)定了pH值，增強(qiáng)了生物處理能力；通過改善固體負(fù)荷的穩(wěn)定性，生物處理后的二次沉淀池的出水質(zhì)量和污泥濃縮性能得到改善;減少出水過濾的表面面積，改善了過濾器的性能，較低的水力負(fù)荷使過濾器反洗的周期比較均勻；在化學(xué)處理中：團(tuán)體負(fù)荷的穩(wěn)定改善了化學(xué)藥劑的投加控制，使得工藝過程更加可靠。除改善多種處理方式和工藝的性能外,調(diào)節(jié)流量對于提高超負(fù)荷處理廠的性能是一種有吸引力的選擇。2023/5/730調(diào)節(jié)池的缺點(diǎn)調(diào)節(jié)流量的缺點(diǎn)包括:需要較大的土地面積或場地;調(diào)節(jié)設(shè)施可能必須加蓋,以便控制臭味，防止鄰近住宅區(qū)受到影響；需要增加操作和維護(hù);增加了基建投資。2023/5/731調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)需要考慮的問題調(diào)節(jié)流量設(shè)施的設(shè)計(jì)涉及下列問題:(1)調(diào)節(jié)設(shè)施應(yīng)設(shè)置在處理工藝流程圖的什么地方?應(yīng)該采用什么類型的調(diào)節(jié)流程,在線還是離線?(2)要求多大的調(diào)節(jié)池容積?(3)在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的特點(diǎn)是什么?(4)如何控制沉積的固體和可能產(chǎn)生的臭味?2023/5/7322.3調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)2023/5/7332.3調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)2023/5/734平均日流量累計(jì)曲線上述圖形中的平均日處理量指斜率，而曲線是每小時(shí)處理量的和。2023/5/735需要調(diào)節(jié)容量日平均流量疊加曲線實(shí)際進(jìn)水量曲線調(diào)節(jié)池內(nèi)的BOD的值調(diào)節(jié)池內(nèi)的BOD值2023/5/736調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)作用2023/5/737調(diào)節(jié)BOD質(zhì)量負(fù)荷及流量第三節(jié)

沉淀的基礎(chǔ)理論沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產(chǎn)生下沉作用，以達(dá)到固液分離的一種過程。沉淀處理工藝的四種用法

沉砂池：用以去除污水中的無機(jī)易沉物。初次沉淀池：較經(jīng)濟(jì)地去除，減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷。二次沉淀池：用來分離生物處理工藝中產(chǎn)生的生物膜、活性污泥等，使處理后的水得以澄清。污泥濃縮池：將來自初沉池及二沉池的污泥進(jìn)一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構(gòu)筑物的尺寸及處理費(fèi)用等。自由沉淀懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮固體之間互不干擾，顆粒各自單獨(dú)進(jìn)行沉淀，顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中，顆粒的物理性質(zhì)不變。發(fā)生在沉砂池中。根據(jù)水中懸浮顆粒的凝聚性能和濃度，沉淀可分成四種類型懸浮顆粒濃度不高；沉淀過程中懸浮顆粒之間有互相絮凝作用，顆粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀軌跡呈曲線。沉淀過程中，顆粒的質(zhì)量、形狀、沉速是變化的?；瘜W(xué)絮凝沉淀屬于這種類型。絮凝沉淀區(qū)域沉淀或成層沉淀壓縮沉淀懸浮顆粒濃度較高（5000mg/L以上）；顆粒的沉將受到周圍其他顆粒的影響，顆粒間相對位置保持不變，形成一個(gè)整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中發(fā)生。懸浮顆粒濃度很高；顆粒相互之間已擠壓成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，互相接觸，互相支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出，使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中及濃縮池中污泥的濃縮過程存在壓縮沉淀。自由沉淀及其理論基礎(chǔ)分析的假定沉淀過程中顆粒的大小、形狀、質(zhì)量等不變顆粒為球形顆粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他顆粒影響。靜水中懸浮顆粒開始沉淀時(shí)，因受重力作用產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過很短的時(shí)間后，顆粒的重力與水對其產(chǎn)生的阻力平衡時(shí)，顆粒即等速下沉。懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力時(shí)，下沉；重力等于浮力時(shí)，相對靜止；重力小于浮力時(shí)，上浮。

1.懸浮顆粒在水中受到的力Fg

Fg——是促使沉淀的作用力，是顆粒的重力與水的浮力之差：式中：

Fg——水中顆粒受到的作用力；

V——顆粒的體積；

ρS——顆粒的密度；

ρL——水的密度；

g——重力加速度。2.根據(jù)牛頓定律，水對自由顆粒的阻力為：式中：

FD——水對顆粒的阻力；

λ′——阻力系數(shù)；

A——自由顆粒的投影面積；

uS——顆粒在水中的運(yùn)動(dòng)速度，即顆粒沉速。懸浮顆粒在水中的受力分析球狀顆粒自由沉淀的沉速公式當(dāng)顆粒所受外力平衡時(shí)，即因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的繞流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的粘滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，λ′=24/Re，帶入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式（亦稱斯托克斯定律）：μ是水的動(dòng)力粘度。由上式可知，顆粒沉降速度uS與下述因素有關(guān)：斯托克斯定律當(dāng)ρS大于ρL時(shí)，ρS-ρL為正值，顆粒以u(píng)S下沉；當(dāng)ρS與ρL相等時(shí)，uS=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；ρS小于ρL時(shí)，ρS-ρL為負(fù)值，顆粒以u(píng)S上浮，可用浮上法去除。uS與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。uS與μ成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。沉淀池的工作原理理想沉淀池分為：進(jìn)口區(qū)域、沉淀區(qū)域、出口區(qū)域、污泥區(qū)域四個(gè)部分沉淀區(qū)過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度均相同，水平流速為v；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，下沉速度為u；在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個(gè)過水?dāng)嗝嫔?；顆粒一經(jīng)沉到池底，即認(rèn)為已被去除。理想沉淀池的幾個(gè)假定：由上述假定得到的懸浮顆粒自由沉降跡線：式中：v——顆粒的水平分速；qv——進(jìn)水流量；A′——沉淀區(qū)過水?dāng)嗝婷娣e，H×b；H——沉淀區(qū)的水深；b——沉淀區(qū)寬度。當(dāng)某一顆粒進(jìn)入沉淀池后另一方面，顆粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是顆粒的自由沉降速度u。一方面隨著水流在水平方向流動(dòng)，其水平流速v等于水流速度；顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡為其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀過程中，是一組傾斜的直線，其坡度為i=u/v。設(shè)u0為某一指定顆粒的最小沉降速度。當(dāng)顆粒沉速u≥u0時(shí)，無論這種顆粒處于進(jìn)口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即左上圖中的跡線xy與x′y′。當(dāng)顆粒沉速u1<u0時(shí)，位于水面的顆粒不能沉到池底，會(huì)隨水流出，如左下圖中軌跡xy″所示；而當(dāng)其位于水面下的某一位置時(shí)，它可以沉到池底而被去除，如圖中軌跡x′y所示。說明對于沉速u1小于指定顆粒沉速u0的顆粒，有一部分會(huì)沉到池底被去除。

原水進(jìn)入沉淀池，在進(jìn)水區(qū)被均勻分配在A-B截面上其水平流速為：考察頂點(diǎn)，流線III：正好有一個(gè)沉降速度為的顆粒從池頂沉淀到池底，稱為截留速度。

u≥的顆粒可以全部去除，u<的顆粒只能部分去除對用直線Ⅲ代表的一類顆粒而言，流速和都與沉淀時(shí)間有關(guān)（2-9）

（2-10）令（2-9）和（2-10）相等，代入（2-8）得：

（2-11）2023/5/7532023/5/754一般稱為“表面負(fù)荷”或“溢流率”。表面負(fù)荷在數(shù)值上等于截留速度，但含義不同。

2.4.2理想沉淀池理論由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長、水平流速、沉淀時(shí)間）無關(guān)。（1）E一定，u越大，表面負(fù)荷越大，或q不變但E增大。與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。（2）u一定，增大A，可以增加產(chǎn)水量Q或增大E。當(dāng)容積一定時(shí)，增加A，可以降低水深――“淺池理論”。2023/5/755顆粒沉淀實(shí)驗(yàn)—絮凝實(shí)驗(yàn)去除率的計(jì)算2023/5/756t=0t=tih2023/5/757顆粒沉淀實(shí)驗(yàn)

在t1

時(shí)，uu1

的顆粒全部去除

u<u1

的顆粒部分去除

hi/h=uit1/(u0t1)=ui/u02023/5/758

在同一沉淀時(shí)間t，下式成立：故對于沉速為u1（u1<u0）的全部懸浮顆粒，可被沉淀于池底的總量為：而沉淀池能去除的顆粒包括u≥u0以及u1<u0的兩部分，故沉淀池對懸浮物的去除率為：設(shè)沉速為u1的顆粒占全部顆粒的dP，其中的的顆粒將會(huì)從水中沉到池底而去除。式中：P0——沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分?jǐn)?shù)；（1-P0）——沉速≥u0的顆粒去除百分?jǐn)?shù)。上頁圖的運(yùn)動(dòng)跡線中的相似三角形存在著如下的關(guān)系：

將上式帶入式中并簡化后得出

qv/A——反映沉淀池效力的參數(shù)，一般稱為沉淀池的表面負(fù)荷率，或稱沉淀池的過流率，用符號(hào)q表示：理想沉淀池中，u0與q在數(shù)值上相同，但它們的物理概念不同：u0的單位是m/h；q表示單位面積的沉淀池在單位時(shí)間內(nèi)通過的流量，單位是m3/（m2·h）。故只要確定顆粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的過流率或表面負(fù)荷率。理想沉淀池的沉淀效率與池的水面面積A有關(guān)，與池深H無關(guān)，即與池的體積V無關(guān)。理想沉淀池理論由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與其它因素（如水深、池長、水平流速、沉淀時(shí)間）無關(guān)。（1）E一定，u越大，表面負(fù)荷越大，或q不變但E增大。與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。（2）u一定，增大A，可以增加產(chǎn)水量Q或增大E。當(dāng)容積一定時(shí)，增加A，可以降低水深――“淺池理論”。2023/5/761

2.2.3沉淀實(shí)驗(yàn)分析

非凝聚性顆粒的沉淀實(shí)驗(yàn)分析非凝聚性顆粒在靜水中的沉淀實(shí)驗(yàn)，用一個(gè)圓筒進(jìn)行，如圖2-5所示。在圓筒水面h處開一個(gè)取樣口，要求顆粒在在水中均勻分布，濃度為C0；然后在分別在t1,、t2、…tn時(shí)