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第十章污水的物理处理水和污水中杂质颗粒尺寸和处理方法物理处理城市污水处理一般流程筛滤截留－格栅和筛网重力分离－沉淀、气浮离心分离－漩流分离、离心机物理处理第一节格栅和筛网一、格栅的定义、作用格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房、集水井的进口处或污水处理厂的前端，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。作用：去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备。格栅的作用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。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：45º~60º机械清除过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。与水平面倾角：60º~70º格栅的清渣方法旋转式格栅除污机上海松江东部污水处理厂上海天山水质净化厂上海松江东部污水处理厂转鼓式机械格栅二、格栅分类•按形状：平面、曲面格栅•按栅条间隙：粗（50-100mm)、中(10-40mm)、细(3-10mm)格栅。•按清渣方式：人工清渣、机械清渣（栅渣量0.2m3，用链条、钢丝绳等带动齿耙清渣）如果格栅放在泵房的前面，栅条的间距选取可根据不同型号的污水泵要求来选取。格栅栅条断面形状过格栅渠道的水流流速污水过栅条间距的流速矩形圆形方形圆形的水利条件较方形好，但刚度较差。目前多采用断面形式为矩形的栅条。格栅栅条断面形状过格栅渠道的水流流速污水过栅条间距的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格栅栅条断面形状过格栅渠道的水流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最大流量时可高于1.2‾1.4m/s渐扩α＝20°沉底大于水头损失三、格栅的设计计算格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算以及清渣机械的选用。通过格栅的水头损失h2的计算：khh⋅=02αξsin220⋅=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，其值与格栅栅条的断面几何形状有关，见表10-4；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=3.36v-1.32求定，一般采用k=3。城市污水一般为0.1‾0.4m。格栅的设计与计算格栅的建筑尺寸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；b-栅条间距，m；h-栅前水深，m；v-污水流经格栅的速度，m/s2.格栅的建筑宽度B由下式决定式中：B-格栅的建筑宽度，mS-栅条宽度，m3.栅后槽的总高度H由下式决定式中：h-栅前水深，m；h2-格栅的水头损失，m；h1-格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。)(/sinmax个vhbQn⋅⋅⋅=α)()1(mnbnsB⋅+−=21hhhH++=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°；L2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般L2=0.5L1；H1-格栅前的渠道深度，m。5.每日栅渣量W由下式决定式中：W1-栅渣量，m3/103m3污水；KZ-生活污水流量总变化系数。)(/5.00.1121mtgHLLLα++++=1112αtgBBL−=)/(10008640031maxdmKWQWZ××⋅=格栅设计计算例题例1-1已知某城市污水处理厂最大设计污水量qvmax=0.2m3/s，KZ=1.5，计算格栅各部尺寸。解：设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.9m/s，取用中格栅，栅条间隙d=20mm，格栅安装倾角α=60°。（1）栅条的间隙数n：（2）格栅的建筑宽度B：栅条宽度S=10mm个26)9.0*4.0*02.0/(60sin*2.0/sinmax==⋅⋅⋅=oναhbQnmnbnSB8.026*02.012601.01=+−=⋅+−=）（）（(3)进水渠渐宽部分长度L1若进水渠宽B1=0.65m,进水渠内流速0.77m/s,渐宽部分展开角α1=20°（4）栅槽与出水渠道连接处渐宽部分长度L2（5）过栅水头损失h2mtgtgBBL22.0202/65.08.02/111=−=−=o）（）（αm11.02/LL12==k**sing2k*hh202ανξ==34)(bSβξ=m097.03*60sin81.9*29.0)02.001.0(42.2h2342==°（6）栅后槽总高度h总取栅前水深h=0.4m，栅前渠道超高h1=0.3m（7）栅槽总长度L（8）每日栅渣量WW1取0.07m/103m3采用机械清渣mhhhH8.0097.03.04.021=++=++=m24.260tgH15.0LLL121=++++=°dmKWQWZ/8.0)1000/(8640031max=∗∗∗=作用用于废水处理或短小纤维的回收型式振动筛网水力筛网筛网填埋焚烧（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：第二节沉淀的理论基础沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。沉淀处理工艺的四种用法沉砂池：用以去除污水中的无机性易沉物初次沉淀池：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。自由沉淀悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。絮凝沉淀区域沉淀或成层沉淀压缩沉淀悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉将受到周围其它颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。自由沉淀及其理论基础分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变颗粒为球形颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒影响。静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时，颗粒即成等速下沉。悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。配图说明1.悬浮颗粒在水中受到的力FgFg-是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：式中：Fg-水中颗粒受到的作用力；V-颗粒的体积；ρS-颗粒的密度；ρL-水的密度；g-重力加速度。2.根据牛顿定律，水对自由颗粒的阻力为：式中：FD-水对颗粒的阻力；λ′-阻力系数；A-自由颗粒的投影面积；uS-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)(LSLSggVgVgVFρρρρ−⋅=⋅⋅−⋅⋅=)2/('2SLDuAF⋅⋅⋅=ρλ球状颗粒自由沉淀的沉速公式当颗粒所受外力平衡时，DgFF=即)2/(')(2SLLSuAgV⋅⋅⋅=−⋅ρλρρ2/1'3)(4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⋅⋅−=LdguLSSρλρρ234161dAdVππ==，因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：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。在层流状态下，λ′=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）：2181dguLSS⋅⋅−⋅=μρρμ是水的动力粘度。10-1010-910-710-4粒度（m）真溶液胶体溶液（？）悬浮液沉淀法颗粒沉降速度uS与下述因素有关：2181dguLSS⋅⋅−⋅=μρρ斯托克斯定律当ρS大于ρL时，ρS-ρL为正值，颗粒以uS下沉；当ρS与ρL相等时，uS=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；ρS小于ρL时，ρS-ρL为负值，颗粒以uS上浮，可用浮上法去除。uS与颗粒直径d的平方成正比，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。uS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。沉淀池的工作原理理想沉淀池进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；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；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：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：式中：v-颗粒的水平分速；Qv-进水流量；A′-沉淀区过水断面面积，H×b；H-沉淀区的水深；b-沉淀区宽度。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。bHQAQv×==/'/设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。I.当颗粒沉速ut≥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，即图10-19a中的迹线xy与x′y′。II.当颗粒沉速utu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图10-19b中轨迹xy″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，如图中轨迹x′y所示。说明对于沉速ut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ut（utu0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：而沉淀池能去除的颗粒包括u≥u0以及utu0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：tuHtuht⋅=⋅=0；∫∫⋅=⋅0000001/ptptdPuudPuu∫⋅+−=00001)1(ptdPuuPη%dPHh⋅设沉速为ut的颗粒占全部颗粒的dP%，其中的的颗粒将会从水中沉到池底而去除。0//uuHht=dPuudPHht0=⋅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10-19的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：将上式带入式Qv/A-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过流率或表面负荷率。理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，即与池的体积V无关。AQq/=bHQAQv×==/'/HLuv//0=)/(0HLuv⋅=AQu/0=AubHHLuQ⋅=⋅⋅⋅