第1章不溶态污染物的分离技术与设备

第1章不溶态污染物的分离设备1.1格栅1.1.1格栅的作用格栅是一种最简单的过滤设备，由一组或多组平行的金属栅条制成的框架，斜置于废水流经的渠道中。格栅设于污水处理厂所有处理构筑物之前，或设在泵站前，用于截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物，防止其后处理构筑物的管道阀门或水泵堵塞。1.1.2格栅的分类（1）按栅条净间隙粗格栅（50—100mm）；中格栅（10—40mm）；细格栅（3—10mm）（2）按栅面形状平面格栅；曲面格栅（3）按清渣方式人工清渣；机械清渣压榨机链条式机械格栅1.1.4格栅的设计与计算（1）设计参数①格栅截留的栅渣量栅渣量与栅条间隙、废水特征、废水流量等因素有关。当缺乏当地运行资料时，可按下列数据采用：格栅间隙16～25mm，栅渣量0.10～0.05m3栅渣/1000m3废水；格栅间隙30～50mm，栅渣量0.01～0.03m3栅渣/1000m3废水。栅渣的含水率一般为80%，容重约960kg/m3。栅渣的收集、装卸设备，应以其体积为考虑依据。废水处理厂内贮存栅渣的容器，至少为1天截留的栅渣量。1.1.3格栅的设计与计算（1）设计参数②水流通过格栅的水头损失可通过计算确定，一般采用0.08～0.15m，栅后渠底比栅前相应降低0.08～0.15m。栅前渠道内水流速度一般采用0.4～0.9m/s，废水通过栅条间隙的流速可采用0.6～1.0m/s。1.1.3格栅的设计与计算（1）设计参数③格栅的倾角人工清除栅渣30～45°；机械清除栅渣60、75、90°。某公司平面格栅规格1.1.3格栅的设计与计算（2）设计计算①格栅设计计算的主要内容格栅形式选择格栅尺寸计算：包括栅条的间隙数、栅条断面形状、栅槽宽度（格栅宽度）、栅后槽总高度、栅槽总长度。水力计算：通过格栅的水头损失（设计水头损失、计算水头损失）。栅渣量计算清渣机的选用、格栅间、工作台等。1.1.3格栅的设计与计算（2）设计计算②计算公式1.1.3格栅的设计与计算（2）设计计算②计算公式a）格栅槽的宽度B式中B——格栅槽的宽度，ｍｓ——栅条宽度，ｍｎ——栅条间隙数量；ｂ——栅条间隙，ｍＱmax——最大设计流量，m3/sα——格栅的倾角；ｈ——栅前水深，mｖ——过栅流速，ｍ/sbnnsB)1(bhvQnsinmax1.1.3格栅的设计与计算（2）设计计算②计算公式b）通过格栅的水头损失h1式中h1：通过格栅的水头损失，m；h0：计算水头损失，mg：重力加速度，9.81m/s2k：系数，格栅受栅渣堵塞时，水头损失增大的倍数，一般取k=3ξ：阻力系数，其值与栅条的断面形状有关，可按表1选用。01hkhsin220gvh表1格栅间隙的局部阻力系数ξc)栅后槽总高度ＨＨ＝h+h1+h2（1-5）式中Ｈ：栅后槽总高度，mh：栅前水深，mh2——栅前渠道超高，一般取0.3ｍd）栅槽总长度式中L——栅槽总长度，ml1——格栅前部渐宽段的长度，ml2——格栅后部渐缩段的长度，mH1——栅前高度，mα1——进水渠渐宽段展开角度，一般取20°B——格栅槽宽度，mB1——进水渠宽度，mtgHllL1215.00.11112tgBBl212ll21hhHe）每日栅渣量W式中W：每日栅渣量，m3/dW1：栅渣量，m3栅渣/103m3废水K2：生活污水流量总变化系数，见下表210008640021maxKWQW表2生活污水流量总变化系数K2③应用举例某城市最大设计污水流量，Qmax=0.2m3/s，K2=1.5，试设计格栅与栅槽。解：格栅计算草图见图1。设栅前水深h=0.4m，过栅流速取v=0.9m/s，采用中格栅，栅条宽度s=10mm，栅条间隙，b=20mm格栅安装倾角=60°a）栅条的间隙数≈269.04.002.060sin2.0sinomaxbhvQnb）栅槽宽度。栅条宽度S为0.01m。B=S(n-1）+bn=0.01（26-1）+0.02×26=0.8mc）进出水渠渐宽部分长度。进水渠宽度0.65m，渐宽部分展开角则进水渠内流速0.77m/s。22.020265.08.02111tgtgBBl)(11.0222.0212mll201d）过格栅的水头损失。采用格栅栅条断面为矩形，取k=3，则mgvbskgvkkhh097.060sin81.929.0)02.001.0(42.23sin2)(sin2234234201e）栅槽总长度f）栅后槽总高度取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽高H1=h+h2=0.7m，则H=h+h1+h2=0.4+0.097+0.3=0.8（m）g）每日栅渣量取W1=0.07m3栅渣/1000m3废水，可得采用机械清渣。)d/m(8.010005.18640007.02.01000K86400WQW321max)(24.2607.05.00.111.022.05.00.1121mtgtgHllLo1.2沉砂池设备1.2.1沉砂池作用沉砂池的工作原理是以重力分离或离心分离为基础，即通过控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。作用：去除废水中比重较大的无机颗粒，如泥砂、煤渣等。一般设在泵站之后，防止后续处理构筑物管道的堵塞，缩小污泥处理构筑物的容积，提高污泥有机组分的含量，提高污泥作为肥料的价值。一般城市污水处理厂设置，工业废水视情况而定。1.2沉砂池设备1.2.2沉砂池分类平流式沉砂池曝气沉砂池多尔沉砂池钟式沉砂池等。1.2.3沉砂池设计（1）平流式沉砂池平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成，见图1-2。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便等优点。图1-2平流式沉砂池①平流式沉砂池的设计要求及参数平流式沉砂池的设计参数按去除相对密度2.65，粒径大于0.2mm的砂粒确定。主要参数有：a)沉砂池的个数或分格数不得少于两个，并按并联设计。当废水量较小时，可考虑单格工作，一格备用；当废水流量大时，则两格同时工作。b)设计流量的确定：当废水以自流方式流入沉砂池时，应按最大设计流量计算；当废水用水泵抽送进入池内时，应按工作水泵的最大可能组合流量计算；当用于合流制处理系统时，应按降雨时的设计流量计算。c）流速：0.15m/sv0.3m/s。这样的流速范围，可基本保证无机颗粒沉降去除，而有机物不能下沉。d）HRT:30s，一般为30～60s。e）有效水深:1.2m，一般采用0.25～1.0m，每格池宽0.6m，超高0.3m。f）池底坡度一般为0.01～0.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底的形状。g）沉砂量:生活污水0.01～0.02L/d·人；城市废水按沉砂30m3/106m3废水计,沉砂含水率约为60%;容重1500kg/m3，贮砂斗的容积按2日以内的沉砂量考虑，斗壁与水平面倾角为55°～60°。②平流式沉砂池的设计计算a）沉砂池水流部分的长度L,沉砂池两闸板之间的长度即为水流部分长度.L=vt式中L——沉砂池水流部分的长度，mv——最大设计流量时的流速，m/sｔ——最大设计流量时的停留时间，sb)沉砂池过水断面面积A式中A——沉砂池过水断面面积,mQmax——最大设计流量，m/sc)沉砂池总宽度B式中B——池总宽度，mh2——设计有效水深，mvQAmax2hABd)沉砂斗所需容积V式中V——沉砂斗所需容积，ｔ——清除沉砂的时间间隔，dX——城市废水的沉砂量，一般取废水30m3沉砂/106m3废水；KZ——生活污水流量总变化系数.1.2~1.3e)沉砂池总高度HH=h1+h2+h3式中H——沉砂池总高度，mh1——超高，取0.3mh3——贮砂斗的高度，m6max1086400ZKtXQVf)核算最小流量时，废水流经沉砂池的最小流速是否在规定的范围内。vmin≥0.15m/s则设计符合要求。式中Qmin——最小流量，m3n——最小流量时工作的沉砂池座数；ω——最小流量时沉砂池中水流断面面积，m2nQvminmin③平流式沉砂池的排砂装置平流式沉砂池常用的排砂方式与装置主要有重力排砂与机械排砂两类。为砂斗加底闸，进行重力排砂，排砂管直径200mm。右图为砂斗加贮砂罐及底闸，进行重力排砂。砂斗中的沉砂经碟阀2进入钢制贮砂罐，贮砂罐中的上清液经旁通水管流回沉砂池，最后，沉砂经碟阀3入运砂车。这种排砂方法的优点是排砂的含水率低，排砂量容易计算，缺点是沉砂池需要高架或挖小车通道。图1-3单口泵吸式排砂机1.贮砂罐;2、3.手动或电动碟阀4.旁通管；5.运砂小车图1-4为机械排砂法的一种单口泵吸式排砂机。沉砂池为平底，砂泵2、真空泵5、吸砂管7、旋流分离器6，均安装在行走桁架1上。桁架沿池长方向往返行走排砂。经旋流分离器分离的水分回流到沉砂池，沉砂可用小车、皮带运送器等运至晒砂场或贮砂池。这种排砂方法自动化程度高，排砂含水率低，工作条件好，池高较低。中、大型污水处理厂应采用机械排砂。图1-4单口泵吸式排砂机1-桁架；2-砂泵3-桁架行走装置；4-回转装置；5-真空泵；6-旋流分离器；7-吸砂管；8-齿轮；9-操作台④实例已知设计人口数为130000，最大设计流量200L/s，最小设计流量100L/s，每2日除砂一次，每人每日沉砂量为0.02L，超高取0.3m。试设计平流式沉砂池。解：设计流速v=0.3m/s，最大流量时停留时间t=30s。a)沉砂池长度LL=vt=0.3×30=9（m）b)沉砂池水流断面面积Ac)沉砂池有效水深采用两个分格，每格宽度b=0.6m，总宽度B=1.2m。2max67.03.02.0mvQA，合理）mmBAh2.1(588.02.167.02d)沉砂斗所需容积Ve)沉砂斗各部分尺寸计算沉砂池的每一分格设2个沉砂斗，则共有4个沉砂斗。每个沉砂斗容积V1为:设砂斗中贮砂高度为h3，斗底尺寸为0.5×0.6m2，斜壁与水平面夹角为55°，则有：313.142.54mVV3.16.025.05.0552331htghVo32.51000202.0130000mV解之得h3=1.44m。沉砂斗的实际高度应比贮砂高度大些，取砂斗实际高度为1.84m。沉砂斗上部尺寸为3.1×0.6m2。f)验算最小流速vming)沉砂池的进水部分沉砂池一般设置细格栅，格栅间隙0.02～0.025m。沉砂池按远期流量一次设计，施工时，为避免因近远期水量的变化，或提升水泵的剩余水头等因素，造成池内水量小、扬程高的现象，应考虑在沉砂池进水部分采取消能和整流措施。当沉砂池采用进水井进水时，可取进水井流速v0≥0.2m/s，则可得进水井断面面积，即得进水井宽度，此即为栅前渠道的宽度。沉砂池有效宽度B即为格栅栅槽宽度。按格栅计算公式，可求得沉砂池进水格栅尺寸。，合格）smsmnQv/15.0)(/(3.0558.06.011.0minminh)贮砂池计算与布置贮砂池直接设于高架沉砂池的下面，池底为5%斜坡，坡向一端设有不锈钢格栅，以利沉渣脱水。脱水后的沉渣用车定期外运。沉砂池计算草图见图1-5图1-5平流式沉砂池计算草图2.2曝气沉砂池普通平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中约夹杂有15%的有机物，对被有机物包覆的砂粒，截留效果也不佳，沉砂易于腐化发臭，增加了沉砂后续处理的难度。日益广泛使用的曝气沉砂池，则可以在一定程度上克服这些缺点。图1-6为曝气沉砂池的断面图。曝气沉砂池的水流部分是一个矩形渠道，在沿池壁一侧的整个长度距池底0.6～0.9m处安设曝气装置，曝气沉砂池的下部设置集砂槽，池底有i=0.1～0.5的坡度，坡