第四章污水的物理處理(1)第一節(jié)

格柵和篩網(wǎng)第二節(jié)

沉淀的基礎理論污水的物理處理技術概念：利用物理方面的重力和機械力作用的污水處理技術處理對象：漂浮物和懸浮物主要方法：篩濾截留法-格柵、過濾重力分離-沉砂、沉淀、隔油、氣浮離心分離法-離心分離機第一節(jié)

格柵和篩網(wǎng)作用：篩濾的目的是去除廢水中粗大的懸浮物和雜物(detritus)，以保護后續(xù)處理設施能正常運行的一種預處理方法。分類：篩濾的構件包括平行的棒、條、金屬網(wǎng)、格網(wǎng)或穿孔板。由平行的棒和條構成的稱為格柵(barscreen)；由金屬絲織物或穿孔板構成的稱為篩網(wǎng)(screen)。格柵由一組（或多組）平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，傾斜安裝在進水的渠道，或進水泵站集水井的進口處，以攔截污水中粗大的懸浮物及雜質。作用：去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設施能正常運行，減輕后續(xù)處理負荷。選用柵條間距的原則：不堵塞水泵和水處理廠站的處理設備。格柵的作用平面格柵：由柵條和框架組成。A型：柵條布置在框架的外側；B型：柵條布置在框架的內側（同側）。曲面格柵基本參數(shù)：寬度、長度、間隙凈寬、柵條至外邊框的距離型號表示方法安裝方式及相關參數(shù)：傾斜角α開口尺寸C柵槽寬度B等格柵的分類固定曲面格柵旋轉鼓筒式格柵曲面格柵按格柵柵條的凈間隙，可分為：粗格柵：50～100mm；中格柵：10～40mm；細格柵：1.5～10mm。人工清除設計面積應采用較大的安全系數(shù)，一般不小于進水渠道面積的2倍，以免清渣過于頻繁。與水平面傾角：30o~45o機械清除柵渣量大于0.2m3/d，過水面積一般應不小于進水管渠有效面積的1.2倍。與水平面傾角：60o~90o格柵的清渣方法人工和機械清理的格柵典型設計資料

格柵所截留的污染物數(shù)量當柵條間距為16~25mm時，柵渣截留量為0.10~0.05m3/（103m3污水）；當柵條間距為40mm左右時，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?；剞D耙式清渣機回轉式機械格柵循環(huán)齒耙格柵（帶鉤的塑料柵條）旋轉鼓筒式格柵上海松江東部污水處理廠上海松江東部污水處理廠XG型旋轉式格柵除污機回轉式固液分離機螺旋壓榨細格柵螺旋壓榨細格柵回轉式格柵除砂機及柵渣皮帶輸送機GL型格柵除污機齒耙式格柵除污機階梯式細格柵曝氣沉砂池前細格柵格柵的液位差自動控制設置格柵的一般特征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置得當，應使水流保持適當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最大流量時可高于1.2~1.4m/s漸擴α＝20°，沉底大于水頭損失格柵的設計與計算格柵形式的選擇尺寸計算水力計算柵渣量的計算及其處置方法格柵的設計與計算計算內容：包括尺寸計算、水力計算、

柵渣量計算、清渣機械選用。格柵的設計與計算

1.格柵的間隙數(shù)量n可由下式?jīng)Q定：式中：Qmax-最大設計流量，m3/s；

e-柵條間距，m；

h-柵前水深，m；最高0.5m

v-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s

α-格柵傾角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，ms-格條寬度，m3.柵后槽的總高度H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，一般取0.3m。通過格柵的水頭損失h2的計算：

h0-計算水頭損失，m；

v-污水流經(jīng)格柵的速度，m/s；ξ-阻力系數(shù)，當為矩形斷面時，β=2.42；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=3.36~1.32求定，一般采用k=3。格柵的設計與計算格柵的建筑尺寸4.格柵的總建筑長度L由下式?jīng)Q定

式中：l1-進水渠道漸寬部位的長度，m；

其中：B1-進水渠道寬度m；

α1-進水渠道漸寬部位的展開角度，一般α1=20°；H1-格柵前的渠道深度，ml2-格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長度,一般l2=0.5l1

。5.每日柵渣量W由下式?jīng)Q定式中：

W1-柵渣量，m3/103m3污水，取0.1~0.01;

K總-生活污水流量總變化系數(shù)(表3-3)。格柵設計實例已知某污水處理廠的最大設計流量Q=0.2立方米/秒（17280噸/天），總變化系數(shù)為1.50，求格柵的各部分尺寸。規(guī)模較大，采用機械清洗形式按規(guī)范和經(jīng)驗設定參數(shù)柵前水深：h=0.4m過柵流速：0.9m/s(p22中格柵)柵條間隙寬度：b=0.021m(p14)格柵傾角:a=60o(p17)柵渣量：0.07m3/（103m3污水）（當柵條間距為16~25mm時，柵渣截留量為0.10~0.05m3/（103m3污水）；柵槽的寬度（Ｂ）確定（p23）Ｂ＝s（n-1）+b*n=0.8ｍ進水渠道漸寬部分長度：

L1=(B-B1)/2tga1=0.22m（a1由渠水流速而定，要求進水渠流速為0.77m/s)出水渠道漸窄部分的長度：

L2=L1/2=0.11ｍ過柵水頭損失（柵條斷面為矩形）如p24公式

h2＝0.097m柵后槽總高度：H=h1+h+h2=0.8m柵槽總長度：L=L1+L2+0.5+1.0+H/tga=2.24m每日柵渣量：W=0.8m3/d>0.2m3/d46

篩網(wǎng)的去除效果，可相當于初次沉淀池的作用，目前普遍采用的生物脫氮除磷工藝處理城鎮(zhèn)污水，許多污水處理廠都存在碳源不足問題，采用細篩網(wǎng)或格網(wǎng)代替初次沉淀池即可節(jié)省占地，又可以保留有效的碳源。篩網(wǎng)作用用于廢水處理或短小纖維的回收形式振動篩網(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，作為可沉固體進入初沉池格柵、篩網(wǎng)截留的污染物的處置方法：第二節(jié)

沉淀的基礎理論沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉降性能，在重力作用下產生下沉作用，以達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易沉物。初次沉淀池：較經(jīng)濟地去除，減輕后續(xù)生物處理構筑物的有機負荷。二次沉淀池：用來分離生物處理工藝中產生的生物膜、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一步濃縮，以減小體積，降低后續(xù)構筑物的尺寸及處理費用等。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，顆粒各自單獨進行沉淀,顆粒沉淀軌跡呈直線。沉淀過程中,顆粒的物理性質不變。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，顆粒的質量、形狀、沉速是變化的?；瘜W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）；顆粒的沉降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狀結構，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。時間固液分界面高度自由沉淀及其理論基礎

分析的假定沉淀過程中顆粒的大小、形狀、質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,因受重力作用產生加速運動,經(jīng)過很短的時間后,顆粒的重力與水對其產生的阻力平衡時,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，下沉；重力等于浮力時，相對靜止；重力小于浮力時，上浮。1.懸浮顆粒的重力F1F1---顆粒的重力，是促使沉淀的作用力

式中：

V-顆粒的體積；

ρg-顆粒的密度；

g-重力加速度。2.水對自由顆粒的浮力為：ρy-液體的密度3.下沉過程受到的摩擦阻力：

C-阻力系數(shù)；

A-自由顆粒的投影面積；

u-顆粒在水中的運動速度，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顆粒所受外力平衡時，即因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過程中其周圍的繞流速度亦小時，顆粒主要受水的黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計，顆粒運動是處于層流狀態(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動公式（亦稱斯托克斯定律）：式中:μ——水的動力黏度。由上式可知，顆粒沉降速度us與下述因素有關：斯托克斯定律:當ρs〉ρL時，ρs-ρL為正值，顆粒以us下沉；當ρs與ρL相等時，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，ρs-ρL為負值，顆粒以us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。水流狀態(tài)：層流狀態(tài)：Re<1時，——Stokes式過渡狀態(tài)：1<Re<103

時，——Fair式紊流狀態(tài)：103<Re<105時，λ=0.44——Newton式例題:

油珠的直徑為80微米，密度為0.8克/厘米3，水溫20℃，計算油珠在水中的浮升速度。解：油珠直徑d=0.008厘米，20℃時水的粘滯系數(shù)μ=O.0101克/厘米·秒。代入斯托克斯方程（stocks方程）：則：（厘米/秒）由μ計算雷諾數(shù)Re

上述計算符合斯托克斯定律。注意：

應用斯托克斯公式要求圍繞顆粒的水流呈層流狀態(tài)，顆粒呈圓球形等，因此有很大局限性，通常并不以它來計算顆粒的沉速，可是它有助于理解影響沉速或上浮速度的諸因素。

在實際工作中，一般通過觀測顆粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒徑(一般用于探求d<0.1毫米的顆粒)。當然，所求得的粒徑只是名義上的尺寸，因為顆粒往往不是球形。地面水中投加混凝劑后形成的礬花，或者生活污水中的有機性懸浮物，或者活性污泥等，在沉降過程中，絮狀體互相碰撞凝聚，使顆粒尺寸變大，因此沉速將隨深度而增加，如下圖中2曲線所示。自由沉淀與絮凝沉淀的軌跡

l一離散顆粒，2一絮凝顆粒因此，懸浮物的去除率不僅取決于沉淀速度，而且與深度有關。所以試驗用的沉淀柱的高度應當與擬采用的實際沉淀池的高度相同，而且要盡量避免礬花因劇烈攪動造成破碎，影響沉淀效果。絮凝沉淀理論1當水中的懸浮物濃度較高時，在沉降過程中，會產生顆粒彼此干擾的擁擠沉淀現(xiàn)象。沉淀的顆?？梢允悄垡院蟮牡\花，或是曝氣池出流水中的活性污泥，或是高濁度水中的泥沙。擁擠沉淀的特點：在沉淀過程中，會出現(xiàn)一個清水和渾水的交界面，沉淀過程也就是交界面的下沉過程，因此也稱成層沉淀。擁擠沉淀理論污泥開始沉淀時，沉淀柱中污泥濃度是均勻一致的。沉淀一段時間后，在下沉的污泥與上層澄清液之間出現(xiàn)明顯的分界面(界面1-1)，位于澄清液層A下面的稱為受阻沉降層B。在此層中若取樣分析，將發(fā)現(xiàn)污泥濃度是均勻一致的，并且具有一定的均勻沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。在形成界面1-1及受阻沉降層的同時，在沉淀柱底部懸浮固體開始壓縮，出現(xiàn)壓縮層D。在此層中懸浮固體的濃度也是均勻的，該層與其鄰層的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。在受阻沉降層與壓縮層之間有一過渡層C，在此層中由于泥層逐漸變濃，界面的沉降速度逐漸減小。當沉淀時間繼續(xù)延長，界面1-1以勻速下沉，界面2-2以勻速上升。到t=t2時，界面1-l與2-2相遇，B、C兩層消失了，只剩下A和D層，此時污泥具有一均勻濃度C2,稱之為臨界濃度。接著壓縮開始，D層高度逐漸減小，但很緩慢，因為被壓縮出來的水必須從不斷減小的顆粒間空隙流出，最后直到完全壓實為止，污泥濃度為Cu。下圖表明界面位置隨時間變化的情況。各層的沉降速度均可由沉降曲線上各點的切線斜率繪出，例如達到臨界濃度C2時的界面沉速為v2。

AB及CD都為直線，B至C為過渡區(qū)，沉速逐漸減小。C至D所需的壓縮時間很長。緩慢的攪拌有利于壓縮，使擠壓出來的水較易從污泥空隙中流出來。

在連續(xù)流的沉淀池中，因為不斷有新的污泥進入，不斷由上部溢流澄清水及底部排出濃縮污泥，因此A、B、C、D各層均將保留著。污水在池內沿水平方向等速流動，水平流速為v，從入口到出口時間為t；懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉，顆粒的水平分速等于水的水平流速v；在沉淀池的進口區(qū)域，水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個過水斷面上，處于自由沉淀狀態(tài)；顆粒一經(jīng)沉到池底，即認為已被去除。理想沉淀池的幾個假定：理想沉淀池原理平流理想沉淀池流入?yún)^(qū)、沉淀區(qū)、流出區(qū)、污泥區(qū)當某一顆粒進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，其水平流速v等于水流速度；顆粒運動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。必然存在某一粒徑沉速為u0的顆粒，剛好能沉至池底當顆粒沉速u≥u0時，無論這種顆粒處于進口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。當顆粒沉速u<u0時，位于水面的顆粒不能沉到池底，會隨水流出，如圖中軌跡II所示；而當其位于水面下的某一位置時，它可以沉到池底而被去除，如圖中II虛線軌跡所示。

說明對于沉速u小于指定顆粒沉速u0的顆粒，有一部分會沉到池底被去除。

在同一沉淀時間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：

設沉速為u<u0的顆粒占全部顆粒的dP%，其中的顆粒將會從水中沉到池底而去除。設P0為沉速小于u0的顆粒占全部懸浮顆粒的比值。而沉淀池能去除的顆粒包括u≥u0以及u<u0的兩部分，故沉淀池對懸浮物的去除率為：式中：P0-沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的百分數(shù)；

（1-P0）沉速≥u0的顆粒去除百分數(shù)。

圖3-13的運動跡線中存在著如下的關系：

將上式帶入式