第2章-水的物理化学处理方法

12345水中粗大颗粒物质的去除水中悬浮物质和胶体物质的去除水中溶解物质的去除水中有害微生物的去除水的其他物理化学处理方法粒径在0.1或1mm以上第一节水中粗大颗粒物质的去除去除方法筛滤截留沉降离心相应设备格栅筛网微滤机离心机旋流分离器预处理1.格栅、筛网、微滤机1.1格栅1.1.1格栅的结构格栅的缝隙：进水泵站前大于50mm沉砂池或沉淀池前15~30mm，最大为40mm若水泵前格栅缝隙不大于25mm，则处理系统前不再设格栅。1.1.2格栅的分类•按栅条间隙分粗格栅细格栅中格栅平面格栅曲面格栅•按格栅形状分•按清除方式分人工清除格栅水力清除格栅机械清除格栅简单格栅水头损失机械格栅回转式机械格栅实物回转式格栅无动力水力格栅格栅设计安装要求水流速度保持在0.6~1.0m/s之间，一般可取0.7m/s(平均流量时)。水头损失达10~15cm时应予清捞。为了避免造成壅水现象，栅后的渠底应比栅前低10~15cm。如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁通道。旁通道进口处设有间距为75~l00mm的垂直栅条。格栅倾角一般采用45~75度。1.2筛网孔径小于10mm的筛网主要用于工业废水的预处理，它可将尺寸大于3mm的漂浮物截留在网上。孔径小于0.1mm的细筛网则用于处理后出水的最终处理或作为重复利用水的处理。转鼓式旋转式转盘式振动筛转鼓式筛网的示意图占地面积小过滤能力大操作方便1231.3微滤机去除藻类、水蚤等浮游生物工业用水的过滤处理、工业废水中有用物质的回收污水的最终处理微滤机结构示意图转鼓池水槽出水集渣斗排渣冲洗设备平流式竖流式曝气式2.沉砂池去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65t/立方米的砂粒曝气沉砂池特点：向池内通入空气，避免沉渣发臭，集曝气与沉砂为一体，不但可使沉砂中有机物降低至5%以下，而且有预曝气的功能。不少于两格曝气沉砂池计算要点1、总有效容积V(m3)由最大设计流量Q(m3/s)和相应的停留时间t(min)计算；V=Q·t2、过水断面积A(m2)由Q和相应的水平流速v(m/s)计算；A=Q/v3、池长L(m)用V和A计算；L=V/A4、池总宽B(m)由A和有效水深h2(m)计算；B=A/h25、空气需要量q(m3/h)由Q和1m3废水所需空气量a(m3/m3)确定。q=a·Q·36002~5min0.06~0.12m/s2~3m1~2m0.1m3例题：某城市污水的最大流量为1m3/s。试设计一个曝气沉砂池。解：取污水在池内的停留时间t＝3min。则池子总容积V为：V＝Q×t×60＝1×3×60＝180（m3）取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s，则水流断面积A：A＝Q/v＝1/0.1＝10（m2）设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4（m)池长L＝V/A＝180/10＝18（m）取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量：q＝0.1×1×3600＝360m3利用宽深比来进行计算更合理分离因素α压力式水力旋流器重力式水力旋流器离心力产生方式类型水旋分离设备器旋分离设备α=离心力重力Fc=（m–m0)v2/rG=（m–m0)grn2/900——离心机3.离心分离水力旋流器压力式水流旋流器重力式水力旋流器也称水力旋流沉淀池。废水由切线方向进入池内，造成旋流。与压力式旋流器相比，这种水力旋流沉淀池直径要大得多，离心力的作用减弱，颗粒的分离主要是由重力决定的。在这两种力的作用下，颗粒被抛向池壁并沉于池底，定期由抓斗排渣。压力式水力旋流器的表面负荷比较高，可达1000m3/m2·h，但水力旋流沉淀池的表面负荷一般只有25~30m3/m2·h。离心机按转速的大小8000r/min以下低速离心机10000~25000r/min高速离心机25000~150000r/min超速离心机离心机分离容器几何形状转筒式离心机管式离心机盘式离心机板式离心机第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除（一）沉淀理论基础沉降类型自由沉降絮凝沉降拥挤沉降压缩沉降颗粒参数下沉速度产生条件初沉池初期沉淀初沉池后期沉淀和二沉初期二沉池后期污泥浓缩池不变，离散状态尺寸质量渐大颗粒相对位置不变颗粒挤压不受干扰渐大界面沉速沉速加上重力挤压1、自由沉降特性：悬浮物为低浓度离散颗粒，如沙砾、铁屑等，沉降不受周围其他颗粒的影响。（1）由公式计算得到过流量（2）由试验作图得到过流量（1）由公式计算得到过流量牛顿提出：落入静止流体中的颗粒会进行加速运动，直到作用于颗粒上的摩擦阻力与颗粒的牵引力相等为止，这时颗粒作匀速运动。浮力Fb重力Fg平衡态浮力重力阻力Fd合力Fn=Fg-Fb=(ρs-ρ)gVs阻力Fd=CDρAsu2/2公式导出当Fn=Fd时，颗粒将以等速下沉，对球形均质颗粒有：CDρAsu2/2=(ρs-ρ)gVs由于CD不是常数，随表征水流紊乱情况的雷诺数Re而改变，当Re≦2时有：CD＝24/Re，Re=φρud/代入上式则导出StokesFormula公式gdCuDs)(342StokesFormula2)(18dgusµ：水的动力粘度，Pa·sd:颗粒直径，m:颗粒密度，kg·m-3g：重力加速度，m·s-2S对于雷诺数不同的水流环境，颗粒沉降情况差别很大，必须通过沉降实验来确定水样的沉降性能。H0=1.5~2.0mφ100mm沉淀实验装置试验在沉淀柱中进行，首先将沉淀柱装满待分析的悬浮液。然后，悬浮液开始沉降，经过一定时间后，从水深为H处取水样，测量其悬浮物浓度。这时u0＝H/t0（2）自由沉降实验得到过流率u绘制沉淀时间与沉淀效率的关系曲线、颗粒沉速与沉淀效率E的关系曲线；H—有效水深ρ0—水样中悬浮物的原始浓度沉降开始后，在时间为t1时从水深为H处取一水样，测出其悬浮物浓度为ρ1，则沉速大于u1=H1/t1的所有颗粒均已通过取样点，沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比例为x1=ρ1/ρ0。对于指定的沉淀时间t0，沉速为u0，这时在整个有效深度(H)上，沉速u≥u0的颗粒在t0时可全部去除，而沉速uu0的颗粒则只有一部分去除，其去除的比例为：h／H=ut0/u0t0=u/u0000011xudxuxE例题：某废水静置沉淀试验数据如表1，试验有效水深H＝1.8m，求此废水在负荷为25m3/m2·d的悬浮物质理论总沉降去除率。解：沉淀时间（min）6080100130200240420Ci/C0%6360565237269沉降速度cm/min32.521.5510.830.48指定的颗粒沉降速度为u0：25m3/m2·d＝25×100cm/（24×60min）＝1.74cm/minΔX（％）6610101066u1.51.2210.850.70.480.16u•ΔX97108.572.81上述面积总和：46悬浮物质总去除率为：E＝（1－0.54）＋46/1.74＝0.72＝72％通过公式E=（1-x0)+1/u0udxx00按照试验结果所绘制的各参数之间的相互关系的曲线，统称为沉降曲线。对于不同类型的沉淀，它们的沉淀曲线的绘制方法是不同的。例：自由沉淀型的沉淀曲线Tmin20406080100E%0306090120150沉淀时间与沉淀效率关系曲线例：自由沉淀型的沉淀曲线Umm/s20406080100E%00.050.100.150.200.25颗粒沉速与沉淀效率关系曲线对于自由沉淀过程，E-U曲线与实验水深无关。2、絮凝沉降目前尚没有适当的数学关系式来描述絮凝沉淀。在悬浮物沉降过程中，悬浮颗粒因互相碰撞凝聚而使尺寸变大，沉速随池深增加而增加。在絮凝沉淀过程中，对于一定的颗粒，不同水深将有不同的沉淀效率，水深增大，沉淀效率也增高，这是因为絮凝后颗粒的沉速加大。所以，E—u曲线与试验水深有关。这与自由沉降过程是不同的。絮凝沉降实验3、拥挤沉降和压缩沉降当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间隙相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗粒下沉所置换的液体体积的上涌也会对周围颗粒的下沉产生影响。因此，颗粒的实际沉降速度应是自由沉降时的沉速减去液体的上涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清而下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，这种沉降过程称之为压缩沉降（成层沉降）。池内各过水断面的水平流速相同进水中的悬浮颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速与水流相同，并以等速下沉悬浮颗粒落到池底即认为被除去ACB4、理想沉淀池简化的理想状态：理想的沉淀池示意图Hh沉淀区污泥区LuOO'xx'进水区出水区过流率q0的计算如果沉淀池容积为V（m3），池表面积为A（m2），进水流量为Q（m3/s）t0=H/u0V=HAV=Qt0u0=Q/A令q0=Q/A过流率q0：也称之为表面负荷，可以看作每天每1m2的沉淀池表面积上所流经的水量（m3/m2·s)。（二）普通沉淀池类型辐射式平流式竖流式池型优点缺点适用条件平流式对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；施工简单，造价低采用多斗排泥时，操作工作量大，采用机械排泥时，机械设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀。适用于地下水位较高及地质较差的地区；适用于大、中、小型污水处理厂竖流式排泥方便、占地面积小池子深度大，施工困难；对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；造价高，池径不宜太大适用于水量不大的小型污水处理厂。辐流式采用机械排泥，运行较好，管理简单，排泥设备已有定型产品池内水流不易稳定；机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高。适用于地下水位较高的地区；适用于大型污水处理厂。平流式沉淀池示意图㈠平流式沉淀池⒈构造Q沉淀区污泥区进水区出水区出水堰穿孔挡板导流板普通平流池入流区和出流区的设计基本要求：使污水尽可能地在沉淀区各个断面均匀分布，既有利于沉降，又要使出水中不携带过多的悬浮物。入流区：挡板需高出水面0.15~0.2m，淹没深度不小于0.2m，距离进水口0.5~1.0m。（1）为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在10~15%；（2）孔口的边长或直径应为50~150mm；（3）最上一排孔口的上缘应在水面以下0.12~0.15m处；（4）最末一排的下缘应在污泥层以上0.3~0.5m处。用穿孔墙进行配水需要注意什么问题？孔径要相等，分布均匀，淹没深度在0.15~0.2m出流区：出流堰前若设挡板，可用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.3~0.4m，距溢流堰0.25~0.5m。经验数据表面负荷q=2-3m3/(m2h)停留时间t=1.5-2.0h最大水平流速V=5-7mm/s①沉淀区尺寸长度L2=vt深度H=ut池宽度B=A断/h2池数（n≮2）n=B/b长款比以3~5为宜②污泥区容积Q---废水设计流量，m3/hρ1和ρ2---分别为进水和出水的悬浮固体浓度，kg/m3γ---污泥密度，kg/m3，当污泥主要为有机物且含水率在95%以上时，可取1000kg/m3。T---排泥周期，一般取1~2d。V=Q（ρ0-ρ）×24γ（1－P）×T（二）竖流沉淀池竖流式沉淀池示意图进水排泥出水竖流式沉淀池设计要点池直径与沉淀区深度的比值不超过3；池子直径一般为4~7m，不超过10m；中心管流速不大于30mm/s；沉淀区上升流速不应大于设计的颗粒截流速度；上升流速0.3~0.5mm/s；沉淀时间1.5~2.0h；适用：小水量。中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图（三）辐流式沉淀池辐流式沉淀池设计要点沉淀池面积按过流率计算A=Q/u；池深按停留时间计算H=u·t；污泥斗坡度0.05~0.10。其他辐流式沉淀池其他辐流式沉淀池水量的大小水中悬浮物质的物理性质及其沉降特性处理厂的总体布置与地形地质情况等考虑以下因素：沉淀池类型的选择4、斜板斜管沉淀池水流断面积A=Q/uu=Q/A若处理水量不变，则可大大提高沉降效率t=H/u保持颗粒沉速不变，有效水深减小，沉淀时间缩短，从而沉淀池体积减小。浅池沉降原理：若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池