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第三章 污水的物理处理物理处理：不改变物质的化学性质的条件下利用过滤、重力分离、重心分离等物理方法去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物质。重点：沉淀的基本理论；沉淀池和浮上法的设计计算难点：斯托克斯定律、设计参数选择第一节 格栅和筛网一. 作用及分类：1.1 作用：拦阻大的悬浮物和杂质，防治后续的泵、管渠等设备被堵塞。1.2 分类：人工清理格栅 设计过水面积有效面积的2倍。倾角 4560 机械格栅 设计过水面积有效面积的1.2倍。倾角 6070选择机械或人工清渣依据？ 每日栅渣量是否大于0.2m3/d1.3 设计参数： 格栅栅条间隙/间距（水泵要求）：粗（40mm，保护型格栅）、中（1525mm主要作用）、细（410 mm） 栅前流速（0.4-0.8 m/s），过栅流速（0.6-1.0m/s），过栅水头损失（0.2-0.5m）1.4 设计基本原则：以不堵塞后续工艺为基准。 二. 格栅的设计计算2.1 根据水头损失选泵2.2 建筑尺寸计算 见书泵间隙间隙数栅条数宽度 总宽度每日栅渣量栅前水深与总的设计水量及栅前渠道设计有关，栅前渠道内污水流速一般为0.40.8m/s2.3 机械格栅除污机的选择 安装方式：固定式、移动式 有效间隙：粗、中、细 角度：倾斜安装、垂直安装、弧形 运动部件：（高）链式、伸缩臂式、循环齿耙式、曲面机械式、旋转式、钢丝绳牵引式、液压式等等不同型号适用不同废水（水质与水量）不同场合，考虑因素：经济（功率、价格）、有效格栅间隙、宽度、渠宽、安装角度、除渣速率。污水pH值等提问：第四污水处理厂是那个类型？见FTP上图片。高链式若采用机械格栅时，不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。三. 运行管理3.1 控制方式人工控制（按时或按需）自动定时（时间程序控制，需人监视随时调整）、水位差控制：污水通过栅渣有一定水头损失，当栅渣增多，水头损失增大，即栅前栅后水位差增大。用传感器测量水位差，当测得结果超过一定值，表示积累的栅渣较多需除。3.2 过栅流速的控制 栅前流速 ， 过栅流速 其中： B栅前渠道宽度；为栅距/栅条间隙；n栅条数量；Q入流污水流量；H1栅前水深；H2格栅工作水深具体情况可调整过栅流量、投入工作格栅台数等调节，流速范围根据具体污水情况确定。3.3 栅渣清除栅渣的含水率一般为80，容重为960kgm3。 利用液位差清除较好。 提问：是否值班人员都应经常现场巡检？什么可能使得液位计探头测量不准确？热蒸汽冷凝3.4 定期检查渠道的沉砂情况注意有无异常声音，栅条是否变形，应定期保养。3.5 卫生与安全a、强制通风，夏季保证每小时换气10次以上，或者预先通风或曝气。为什么？ 硫化氢、甲硫醇等恶臭有毒气体。b、及时运走栅渣，并清洗堆放处，栅渣压榨机排出的压榨液应及时导入污水渠道，严禁明槽流入或地面漫流。3.6 分析测量与记录判断格栅的拦污效率：记录栅渣量的容量或重量、初沉池和浓缩池的浮渣尺寸焚烧：含水率、有机分四、筛网振动、水力筛网作用：回收短小纤维捞毛机：1-200mm直径的纤维等杂物五、栅渣处理填埋、焚烧（820度以上）、堆肥；粉碎作为初沉污泥六、其他过滤：压力滤池、虹吸滤池、快滤池、生物滤池（生物方法）调节：水量调节池、集水井等、水质（化学法） 第二节 沉淀的基本理论一、概述原理：重力作用应用：1. 预处理沉砂池 2. 进入生物处理前的初步处理初沉池 3. 生物处理后固液分离二沉池 4. 污泥处理污泥浓缩池二、沉淀类型根据凝聚性能和浓度及比重，分为四种类型：自由沉淀：浓度不高、颗粒物理性质不变、单独沉淀、沉淀轨迹为直线（沉砂池）絮凝沉淀：互相絮凝聚合增大加快沉降，轨迹为曲线（化学混凝）区域沉淀：颗粒浓度较高，整体下沉，有泥水界面（二沉池、污泥浓缩池）压缩沉淀：高浓度颗粒沉降，团块结构，互相支撑挤压、有浓缩作用（二沉池污泥斗、污泥浓缩池）一、 自由沉淀及其理论基础假定条件：书中123力平衡沉速，阻力系数雷诺指数 或，其中 水的动力粘滞度，水的运动粘度层流区（斯托克斯区）Re2，b=24, n=1.0, d=0.060.1, 过渡区（爱伦区） 2Re500, b=0.4, n=0.0, d.2, 一般而言，自由沉淀中颗粒运动属于层流区，b24，n1.0，d=0.060.1，代入上述公式，可得：斯托克斯定律（1） 0, 0，下沉沉淀法0, 0，悬浮态混凝沉淀或絮凝沉淀法，或浮上法0, 0，上浮浮上法；（2）与d2成正比，即随d2增大而增大，增加颗粒直径有助于提高沉速（上浮速度），提高去除效率；（3）与成反比，而随TL升高而下降，所以随TL升高而增大*：着重在于理解沉淀规律四、沉淀池的工作原理理想沉淀（四个假定：水平、垂直、分布均匀、去除概念）：进口区沉淀区出口区污泥区去除率10-1210-1310-1410-1510-16最小沉速与表面负荷率数值上相等，但其物理意义不同。设问：二者区别？单位不同，意义不同，沉速只表示垂直方向上单位时间的位移；表面负荷率则表示单位面积的沉淀池在单位时间内的水流量。*只在理想沉淀池中存在，且沉淀效率与A有关，与H无关，因此沉淀池宜采样大的表面积A及较浅的水深H。（浅池原理）设问：池深的考虑因素主要决定于哪些因素？a 在池底设置机械排泥装置所需要的深度；b 为防止将已沉淀的颗粒从池底再冲起，必须使水平分速限制在一定范围内（水平流速，为沉淀池的设计参数之一）。第三节 沉砂池一. 概述作用：去除污水中的砂子、煤渣等比重比较大的颗粒。原理：自由沉淀类型：平流式、竖流式、曝气池等二. 设计原则和主要参数2.1 并联式，备用2.2 最大流量设计原则2.3 砂粒比重2.65，粒径0.2mm以上（表105）2.4 沉砂量30m3/106m3污水（城市污水），含水率60左右，容重1500kg/m3，当含水率大于95%，容重约等于1000 kg/m3等于1t/m32.5 贮砂斗容积按2日沉砂量计算，斗壁倾角大于或等于55，排砂管直径大于或等于200mm2.6 超高大于或等于0.3m2.7 图中h3与h3的差别（见书）三、平流式与曝气式的区别与联系 沉砂池类型设计参数平流式曝气式水平流速0.15-0.3 m/s0.08-0.12 m/s停留时间30-60 s4-6 min；1-3 min（雨天）；10-30 min（预曝气）有效水深0.25-1.0m不大于1.2 m2-3 m 池宽不小于0.6m长宽比约为5，大于5则应设置横向挡板；池宽/深1-1.5池底坡度0.01-0.020.1-0.5曝气无穿孔管曝气，距池底0.6-0.9m，有调节阀门效率决定参数水平流速旋流速度，旋转圈数控制方式调节水深，改变池数曝气强度（单位池容的曝气量）特点效果稳定、简单可靠可有效去除部分有机物，沉淀的砂粒较为纯净（原理？）；能耗较大曝气池原理：水流螺旋剪切悬浮颗粒相互碰撞及摩擦气泡上升冲刷作用曝气强度越大，旋转圈数越多，沉砂效率越高；水平流速越大，圈数越少，效率越低 0.2mm以上的砂粒的95有效去除，污水在池内至少旋转？三圈。四、设计计算贮砂斗各部分尺寸为重点。步骤：选择合适的设计参数（水平流速/表面水力负荷）计算核算空气量（曝气池）五、其他类型沉砂池涡流式沉砂池、漩流式曝气沉砂池、六、运行维护6.1 配水与配气、排泥：怎样自动化运行？6.2 排砂操作：根据沉砂量的多少及变化规律，合理安排排砂次数，保证及时排砂。 重力排砂（阀门控制）：排砂间隙过长，排砂管会？堵塞，怎么办？用气泵反冲洗，疏通；间隙时间过短会？排砂含水率增加，增加处置难度 砂泵排砂：类似（涡流式） 刮砂机：刮板卡住，原因？ 行走太快/次数太少，间隙太长。 砂量及粒径大小取决于排水系统的情况合流制系统，下雨时砂量会？增大很多（为什么？雨水冲刷管道，雨水本身带入），应该？增加排砂次数，或连续排砂6.3 清除浮渣、卫生与安全（注意换气，随时处置沉砂）6.4 分析测量与记录 除砂量、含砂量、排砂筛分分析、排砂的有机分、曝气量（曝气式）等第四节 沉淀池一、概述作用：分离悬浮物，去除BOD、SS（初沉池，二沉池）原理：自由沉淀、絮凝沉淀（初沉池）、成层沉淀、压缩沉淀（二沉池）类型：平流式、竖流式、辐流式（水流方式不一样，各有优缺点和适用条件，见表107）组成部分：进水、出水、沉淀、贮泥、缓冲运行方式：间歇式（进水、静置、出水）；连续式二、一般设计原则和参数2.1 设计流量与只数（与沉砂池类似）提问：池的只数？设计流量？雨水与污水合流设计流量按降雨时的设计，为什么？沉淀时间为什么不小于30min。2.2 经验设计参数：用途不同，参数选取不同2.3 有效水深、沉淀时间、表面水力负荷间关系 表面负荷与池深无关（沉淀基本理论）设问：对不对？ 所需沉淀时间随池深增大而增加，为什么？ 相同池深，随表面水力负荷减小，沉淀时间增加，为什么？2.4 几何尺寸（经验参数）超高、缓冲层、贮泥斗斜壁倾角（形状）、排泥管直径2.5 出水部分堰流、堰口水平、出水堰负荷、出水整流装置2.6 贮泥斗容积及排泥部分初沉池：2d，二沉池： 2h 设问：为什么？排泥部分：不同用途所需压力不同三、平流式3.1 构造：进水整流 出水控制高度及均匀分布：出水堰板的溢流负荷（出流堰的单位长度溢流量）相等 初沉池：250 m3/md 二沉池：130-250 m3/md 为什么？ 水位宜在堰高二分之一处，调整堰口水平装置，可否用传感器测定水流变化或构筑物内的不均沉降？堰前收渣和排除、多斗式排泥无需机械刮泥3.2 设计计算建筑尺寸计算，选择参数：水平流速和沉淀时间或者表面负荷。复核指标：长宽比3-5，长深比8-12，有效水深2-3m注意事项：设计容积必须大于所需容积，复核部分指标当SN未知，污泥容积：容重，当含水率达到95以上，为1。为含水率的分子值沉淀效率，分别为沉淀前后的悬浮物浓度。总变化系数日变化系数时变化系数日变化系数最大日污水量/平均日污水量；时变化系数最大日最大时污水量/最大日平均时污水量四、竖流式与辐流式竖流式：水流从下反向上，悬浮颗粒的运动状态提问！当处于絮凝沉淀类型时？状态适用：废水中含大量无机悬浮物且水量不大构造：中心管流速（设计参数之一）、深宽比、形状辐流式：周边进出水、中心进出水、刮泥机 适用：废水中含大量无机悬浮物且水量又大，直径一般大于16m，甚至有60m的，水深一般23m 回转式刮泥机：中心传动（直径小于20m），周边驱动（小于20m）；全桥（大池）、半桥（小池）浮渣挡板、浮渣斗、浮渣刮板五、斜流式构造：浅池理论（10-13公式L/H=/0，不变，H减小，最小沉速0减小），分隔n层，则可减小至/n 所以，在沉淀区加斜板或斜管可提高沉淀效率组成：斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区、污泥区类型：同向流、异向流（根据斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向）应用：优点（沉淀效率高、停留时间短、占地少） 六、影响沉淀的因素水平流速不得大于冲刷速度（足以将已经沉下的污泥重新冲刷起来的流速，初沉池一般为50mm/s，下雨时增大）表面负荷越小沉淀效率越高。对不对？水力停留时间合适，才可获得较高沉淀效率。出水堰板的溢流负荷（单位堰板长度在单位时间内所能溢流的污水量）小于10m3/mh 是否与前矛盾？入流污水的特征，污水越新鲜越好，为什么？因为严重腐败的污水在初沉池内会产生气体，使污泥上浮，影响沉淀效果。工业废水尤其厉害。此外其SS突然增大也可能造成密度流造成上层死区和下层扰动温度升高时会产生什么情形？ 1腐败导致沉淀效果降低；2 但是同时温度升高使污水粘度降低，使颗粒易于与污水分离，从而提高沉淀效果（斯托克斯定律，温度与沉淀的关系）；3 冬天温度降低，水密度增大使污泥与其密度差变小从而难以沉淀。 在保证不严重腐败的前提下，总沉淀效果将随温度升高而提高，27摄氏度时的沉速是10摄氏度时的1.5倍以上。此外，温度变化产生内部的密度流使污水紊动不稳定，效果降低。如冬天低温污水不流经下部：短路，之后可能翻转再短路；风力主要对直径大的辐流式（30m直径以上）或宽度较大的平流式。短路和紊动七、提高沉淀池效果的有效途径斜流（浅池原理）、曝气搅动（自然絮凝）、回流活性污泥（生物絮凝）、调节池中的预曝气等八、运行管理望闻问切观察、闻气味（听声音）、记录、检查间隔排泥、连续排泥、排浮渣刮泥周期与排泥周期是否一致要看用的什么刮泥机。确定排泥时间：当开始排泥时，从排泥管取样口连续取样分析其含固量降至基本为零即为排泥时间。沉淀池的形式与刮泥机的特点（行车式刮泥机、链条式刮泥机、）第五节 隔油和破乳一、概述1.1 来源1.2 状态：悬浮态，乳化态，溶解态破乳：消除乳化剂的作用乳化油即可转化为悬浮态的油，从而易于去除。这个过程叫破乳。一吨油品5106m2油膜1.3 危害：破坏生态系统二、隔油池平流式、斜流式平流：水平速度慢，25mm/s，为什么？避免搅拌破坏油水分离。与平流式沉淀池比加盖板和集油管。斜流：可分离油滴直径更小，停留时间30min，仅为平流的1/4-1/2，为什么？ 隔油池效率：70-80，气浮法较好。撇油装置，自动液位差三、应对方法乳化来源：生产工艺中的人为乳化液；洗涤剂；乳化剂废水状态：水包油、油包水处理：就地隔油处理以避免乳化；破乳：化学法（加药剂）；物理方法（搅拌、改变温度、过滤等）四、其他自动油水分离器、同向流隔油池、浮油吸收机、带式除油机、水力旋流式油水分离器等。原理：密度差、动力或非动力第六节 浮上法一、概述适用范围：密度小于或等于溶液密度的颗粒与污水的分离（固液，液液）设问？油类三类物质是否都可以用浮上法分离？溶解态不可。工艺过程：细微气泡产生污染物呈悬浮态二者粘附上浮分离，浮渣清理应用：油水分离；回收物质；取代二沉池，可避免活性污泥膨胀（187页）为什么？因为没有污泥沉积；剩余活性污泥浓缩。二、类型按照生产微细气泡的方法分类：电解法：水电解，适用脆弱絮状悬浮物（气泡小），小量工业废水处理分散空气法：微气泡曝气（微孔板分散）；剪切气泡（外力，高速旋转混合器或叶轮机切割）溶解空气法：利用压强差。真空浮上法（常压预先机械曝气溶气，释放的过程；） 加压溶气浮上法（加压溶气于水，减压释放的过程）三、加压溶气浮上法主要设备：水泵、溶气罐、浮上池（压力溶气系统、空气释放系统、气浮分离设备/气浮池）空气进入溶气罐：空压机或射流器三种流程（图1036，37，38）：按溶气载体的来源全溶气：全部入流废水部分溶气：部分入流废水；省电和设备，但压力较高回流溶气：部分澄清液回流；提问：图10-34-38中差别，类别，化学药剂的作用？（52页）（一）、原理水气颗粒混合体系产生颗粒浮上现象。三相关系浮上效率1. 外在条件温度升高，压力增大，溶解度升高。空气析出：气泡核小而多、直径越小越好。2. 内在能量条件表面能（三相界面张力关系）推论：颗粒能否粘附与（湿润角）有关。亲水性物质；憎水性物质（疏水性物质）哪种易于用浮上法去除？怎样用浮上法去除亲水性物质和疏水性不强的物质？加混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂等化学药剂。3. 粘附形式气泡与颗粒的相对大小（吸附、顶托、裹夹）4. 上浮速度斯托克斯定律，但d与s不同？（二）组成及设计1. 设备选型压力溶气系统：加压水泵（溶气罐压力和管路水力损失）、溶气罐类型（填料式溶气罐）、空气供给设备（空压机供气）空气释放系统：溶气释放装置（图103448中用的是？）、溶气水管路2. 构筑物工艺设计气浮池：气浮所需空气量（气固比A/S）、加压溶气水量（回流比R）、溶气罐尺寸（工作压力、接触时间、过流密度I）、建筑尺寸（接触室上升流速及水力停留时间、分离室表面负荷率、分离室水力停留时间）一般而言，A/S增大，可提高气浮效率，促使浮渣浓缩，降低浮渣总量。正确？(1) 选择A/S溶气罐工作压力，Qr与P相关复核计算，注意单位1.3：空气密度（20摄氏度，一个大气压），kg/m3p：绝对压力，atm。，pa：表压，kPaf：溶气罐中空气的饱和百分比ca：大气压力下，以体积表示的空气在水中的溶解度，mL/L设Qr，Qr代表溶气水量。求p并复核或反之(2) 溶气罐计算：过流密度I、接触时间T相关复核(3) 气浮池计算：停留时间T与流速或负荷率复核考虑因素：水深（二室相同）、单格池宽与池长、施工方便3. 新型气浮装置涡流溶气气浮、组合式高效气浮、两级气浮、高效浅层气浮等生化产气气浮法、化学产气气浮法*总结重力分离（斯托克斯定律、三相分离原理）设计计算：（注意单位，经验数值选取，复核等）格栅：过栅流速0.6-1.0 m/s沉砂：水平流速0.08-0.12 m/s沉淀：水平流速5 mm/s 表面负荷隔油：水平流速2-5 mm/s浮上：表面负荷/上升流速10-20mm/s向下平均流速1.0-3.0mm/s 水力停留时间，建筑尺寸的合适比例，施工方便，供气量等。运行管理：控制参数，影响因素，排泥或排渣（望闻问切）