第四章 污水的物理处理(1)1

按格栅栅条的净间隙，可分为：粗格栅：50～100mm；中格栅：10～40mm；细格栅：3～10mm。人工清除设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水渠道面积的2倍，以免清渣过于频繁。与水平面倾角：30º~45º机械清除栅渣量大于0.2m3/d，过水面积一般应不小于进水管渠有效面积的1.2倍。与水平面倾角：60º~70º格栅的清渣方法过格栅渠道的水流流速一方面泥沙不至于沉积在沟渠底部另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅通常采用0.4~0.9m/s格栅渠道的宽度要设置得当，应使水流保持适当流速污水过栅条间距的流速污水过栅条间距的流速为防止栅条间隙堵塞一般采用0.6~1.0m/s最大流量时可取0.8~1.0m/s，平均设计流量时为0.3m/s渐扩α1＝20°格栅的设计与计算计算内容：包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算、清渣机械选用。格栅的设计与计算1.格栅的间隙数量n可由下式决定：式中：Qmax-最大设计流量，m3/s；e-栅条间距，m；h-栅前水深，m；最高0.5mv-污水流经格栅的速度，m/sα-格栅倾角2.格栅的建筑宽度B由下式决定式中：B-格栅的建筑宽度，ms-格条宽度，m3.栅后槽的总高度H由下式决定式中：h-栅前水深，m；h1-格栅的水头损失，m；h2-格栅前渠道超高，一般取0.3m。vhne/sinQmaxnnse)1(B21hhhH通过格栅的水头损失h1的计算：khh01sin220gvhh0-计算水头损失，m；v-污水流经格栅的速度，m/s；ξ-阻力系数，当为矩形断面时，β=2.42；α-格栅的放置倾角；g-重力加速度，m/s2；k-考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用式：k=3.36~1.32求定，一般采用k=3。格栅的设计与计算3/4)(esβξ格栅的建筑尺寸4.格栅的总建筑长度L由下式决定式中：l1-进水渠道渐宽部位的长度，m；其中：B1-进水渠道宽度m；α1-进水渠道渐宽部位的展开角度，一般α1=20°；H1-格栅前的渠道深度，ml2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般l2=0.5l1。5.每日栅渣量W由下式决定式中：W1-栅渣量，m3/103m3污水，取0.1~0.01;K总-生活污水流量总变化系数(表3-3)。tgllL1215.00.1H1112tglBB1000864001max总KWWQ格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关，可参考的一些数据：当栅条间距为16~25mm时，栅渣截留量为0.10~0.05m3/103m3污水；当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.03~0.01m3/103m3污水；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。填埋焚烧（820℃以上）堆肥将栅渣粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉池。格栅、筛网截留的污染物的处置方法：沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，即在重力作用下沉淀去除，以达到固液分离的一种物理过程。沉淀处理工艺的四种用法沉砂池：用以去除污水中的无机易沉物初次沉淀池：较经济的去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷，保证后续处理设备正常运转二次沉淀池：用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。污泥浓缩池：将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。时间固液分界面高度1.悬浮颗粒的重力F1F1---颗粒的重力，是促使沉淀的作用力式中：V-颗粒的体积；ρg-颗粒的密度；g-重力加速度。2.水对自由颗粒的浮力为：ρy-液体的密度3.下沉过程受到的摩擦阻力：C-阻力系数；A-自由颗粒的投影面积；u-颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。悬浮颗粒在水中的受力分析gggdgVF631)2/23uACFyyygdVgF632球状颗粒自由沉淀的沉速公式自由沉淀可由牛顿第二定律表达：321FFFdtdum246)(223udCdgdtdumyyg2/13)(4yCdguyg得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：当受力达到平衡后：当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。若在层流状态下，C=24/Re，,带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：2181dguygμ是水的动力粘度。yeduR由上式可知，颗粒沉降速度u与下述因素有关：斯托克斯定律当ρgρy时，颗粒以速度u下沉；当ρg与ρy相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；ρgρy时，颗粒以速度u上浮。u与颗粒直径d2成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。u与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。2181dguyg水流状态：层流状态：Re1时，——Stokes式过渡状态：1Re103时，——Fair式紊流状态：103Re105时，λ=0.44——Newton式Re2434.0324eeRR例题:油珠的直径为80微米，密度为0.8克/厘米3，水温20℃，计算油珠在水中的浮升速度。解：油珠直径d=0.008厘米，20℃时水的粘滞系数µ=O.0101克/厘米·秒。代入斯托克斯方程（stocks方程）：则：（厘米/秒）由µ计算雷诺数Re上述计算符合斯托克斯定律。0691.0008.00101.018)18.0(9812su10547.00101.0008.00691.0duRse注意：应用斯托克斯公式要求围绕颗粒的水流呈层流状态，颗粒呈圆球形等，因此有很大局限性，通常并不以它来计算颗粒的沉速，可是它有助于理解影响沉速或上浮速度的诸因素。在实际工作中，一般通过观测颗粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒径(一般用于探求d0.1毫米的颗粒)。当然，所求得的粒径只是名义上的尺寸，因为颗粒往往不是球形。地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的有机性悬浮物，或者活性污泥等，在沉降过程中，絮状体互相碰撞凝聚，使颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，如下图中2曲线所示。自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹l一离散颗粒，2一絮凝颗粒因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。所以试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的高度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。絮凝沉淀理论1当水中的悬浮物浓度较高时，在沉降过程中，会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉淀现象。沉淀的颗粒可以是凝聚以后的矾花，或是曝气池出流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙。拥挤沉淀的特点：在沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程，因此也称成层沉淀。拥挤沉淀理论污泥开始沉淀时，沉淀柱中污泥浓度是均匀一致的。沉淀一段时间后，在下沉的污泥与上层澄清液之间出现明显的分界面(界面1-1)，位于澄清液层A下面的称为受阻沉降层B。•在此层中若取样分析，将发现污泥浓度是均匀一致的，并且具有一定的均匀沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。在形成界面1-1及受阻沉降层的同时，在沉淀柱底部悬浮固体开始压缩，出现压缩层D。•在此层中悬浮固体的浓度也是均匀的，该层与其邻层的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。在受阻沉降层与压缩层之间有一过渡层C，在此层中由于泥层逐渐变浓，界面的沉降速度逐渐减小。当沉淀时间继续延长，界面1-1以匀速下沉，界面2-2以匀速上升。•到t=t2时，界面1-l与2-2相遇，B、C两层消失了，只剩下A和D层，此时污泥具有一均匀浓度C2,称之为临界浓度。•接着压缩开始，D层高度逐渐减小，但很缓慢，因为被压缩出来的水必须从不断减小的颗粒间空隙流出，最后直到完全压实为止，污泥浓度为Cu。下图表明界面位置随时间变化的情况。各层的沉降速度均可由沉降曲线上各点的切线斜率绘出，例如达到临界浓度C2时的界面沉速为v2。AB及CD都为直线，B至C为过渡区，沉速逐渐减小。C至D所需的压缩时间很长。缓慢的搅拌有利于压缩，使挤压出来的水较易从污泥空隙中流出来。在连续流的沉淀池中，因为不断有新的污泥进入，不断由上部溢流澄清水及底部排出浓缩污泥，因此A、B、C、D各层均将保留着。污水在池内沿水平方向等速流动，水平流速为v，从入口到出口时间为t；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于水的水平流速v；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上，处于自由沉淀状态；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。理想沉淀池的几个假定：理想沉淀池原理当某一颗粒进入沉淀池后另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度；颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。必然存在某一粒径沉速为u0的颗粒，刚好能沉至池底1.当颗粒沉速u≥u0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。2.当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图中轨迹II所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中II虚线轨迹所示。说明对于沉速u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。在同一沉淀时间t，下式成立：故对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：tuHtuh0；0000001/PPudPudPuu%dPHh设沉速为uu0的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的颗粒将会从水中沉到池底而去除。0//uuHhdPuudPHh0P0为沉速小于u0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。•而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及uu0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：00001)1(PudPuP式中：P0-沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；（1-P0）沉速≥u0的颗粒去除百分数。图3-13的运动迹线中存在着如下的关系：将上式带入式A’为沉淀池过水断面面积，A为沉淀池表面积，单位m2。Q/A的物理意义-反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/m2·h。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的表面负荷率。Aq/QbHAv/'/QQHLuv//0)/(0HLuvAu/0QAubHHLu00)/(Q中并简化后得出：理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，不决定于沉淀时间t与池的体积V。00001)1(PudPuP沉淀池对悬浮物的去除率为：Au/0Q辐流理想沉淀池辐流沉淀池的去除率也可采用下式计算：00001)1(PudPuP经推导计算可得：竖流理想沉淀池P0为utv的颗粒占所有悬浮颗粒的比值。01P凡是沉速ut≥v的那些颗粒，才能被沉淀去除；而utv的所有颗粒，都不能被沉淀去除，因此竖流沉淀池的去除率：实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差在池深和池宽方向都存在水流分布不均匀的问题；由于风力、水流、池壁等造成紊流，使实际沉淀池的去除率低于理想沉淀池。1.池深方向水平流速分布不均对去除率没有影响2.池宽方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主要原因3.紊流的存在，使颗粒不能匀速下沉，使沉速减慢或加速，影响去除率。目前还不能用理论精确分析。