环保设备原理与设计12预处理设备沉砂2013版NXPowerLite

©BIPT环保设备原理与设计多媒体教案陈家庆教授©BIPT第1章不溶态污染物的分离技术与设备§1.1预处理设备(拦污)§1.2预处理设备(沉砂)§1.3重力沉降规律与设备§1.4浮力浮上法分离原理与设备§1.5过滤分离机理与设备§1.6离心分离规律与设备©BIPTNO.5讲授提纲§1.2预处理设备(沉砂)2014/1/3©BIPTGritremovalcombinedwithscreeningisaprerequisiteofwastewatertreatmenttomaketheongoingeffluentamanageableandconsistentmediumenteringthenextphaseoftreatment.Ideally,screeningorcomminution[破碎]ofthemainflowwillbeperformedpriortogritremoval.Incaseswheregritisremovedfromentirelyrawsewage,additionalwashingandclassificationisnecessarybeforedewatering.©BIPT预处理中的砂水分离设备主要是沉砂池及其配套的机械设备。沉砂池适用于合流制城市污水及某些工业废水的预处理，以避免砂粒对后续处理工艺、设备和管道的不利影响。作用机理是离散颗粒沉淀理论，即以Stokes自由沉淀速度公式为基础，通过将进入沉砂池的水速控制在只能使比重大的泥砂、煤渣等无机颗粒下沉，而有机悬浮物则随水流带走。沉砂池的运行效率应包括除砂效率和有机物分离效率两个方面。一、沉砂池(gritchamber)二、排砂设备三、砂水分离及输送设备©BIPT一、沉砂池常用的沉砂池有平流式沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和涡流沉砂池等，具体的池型选择应该根据工程特点来考虑。进水中砂粒粒径d的大小差别很大，从d＜0.6mm到d＞5mm不等。不同沉砂池对不同粒径范围砂粒的去除效率不同，如平流式沉砂池对于粗砂的去除效率要高于曝气沉砂池，但对于细砂的截留效率则远低于曝气沉砂池。严格而言，在进行沉砂池的设计时应考虑不同地区砂粒中的粒径级配，但客观上这一点却不太可能实现。©BIPT因此，工程实际中设计沉砂池时一般都遵循如下规定：①按去除相对密度2.65、粒径d0.2mm的砂粒进行。②沉砂池的座数或分格数≥2个，并宜按并联系列设计；水量较少时可考虑单格工作，一格备用；水量大时则两格同时工作。③生活污水的沉砂量按0.01～0.02L/(人•d)、工业废水按106m3废水产生沉砂30m3计；沉砂含水率约为60％，容重1500kg/m3。虽然通常以对d＞0.2mm砂粒的去除效率来衡量沉砂池系统的效率，但由于不同沉砂池对这一类砂粒的去除效率并不相同，因此有必要对不同类型沉砂池的实际除砂效率进行测定。国内目前几乎看不到此类对比试验，使得对不同池型去除效率的了解仅能得自有关的推荐数据，这在一定程度上难以反映出真实情况。©BIPT但是，目前我国所建的很多中小型污水处理厂大都取消了初沉池，有些是为了不减少后续生化处理的碳源(如污水中的BOD5值较低)，有些则主要是因为对初沉污泥的处理缺乏信心，同时也是为了节省建设投资。初沉池取消后，原来的初沉污泥便以悬浮固体的方式直接进入曝气池，对系统的净化功能产生重要影响，故对沉砂池的选型与设计参数的选取提出了新要求。由于在传统工艺流程中，沉砂池之后一般设置初沉池，初沉池较长的停留时间(1～2h)弥补了按现行规范所设计沉砂池池内水平流速过快、停留时间过短的不足。大量来不及在沉砂池内沉淀的小颗粒杂质在初沉池内仍然可以得到有效沉淀，从而保证了曝气池、二沉池等构筑物的正常运行。©BIPT1.1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，具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排砂较方便等优点。图7-26平流沉砂池工艺图480480闸板闸槽栏杆D=200D=2001-1剖面2211©BIPT设计参数①流量Q：按Qmax设计；自流时，按最大流量；泵输送时，按泵的最大组合流量②分格数n：n≥2③水平流速v：0.15~0.3m/s④停留时间：t≥30~60s平流式沉砂池的设计设计内容：(1)工艺尺寸计算；(2)结构尺寸计算；(3)进出水区确定；(4)工艺设备。【书中P38-39】©BIPT①长度L(m)：L=v·t②过水面积F（m2）：F=Q/v③池宽B(m)：B=F/h2单格宽：b=B/n；h2为有效水深校核最小流速Vmin≥0.15m/s(1)工艺尺寸计算(2)结构尺寸计算进、出水区结构及尺寸；贮砂斗所需容积、结构。310TXNV结合单格宽、砂斗壁倾角，确定砂斗上、下底宽a、a2和高使设计的砂斗容积等于或不小于所需砂斗容积。（生活污水）©BIPT水平流速是影响砂粒去除效率的关键因素。平流式沉砂池必须保持一定的水平流速，水平流速过快会导致小粒径砂粒的带出，而流速过慢又可能会导致水中有机物的沉降。表1国外某公司推荐的沉砂池表面积粒径沉降速度(m/s)需要面积(m2/m3)目数直径(mm)200.8330.0751.55×10-4280.5950.0532.14×10-4350.4170.0383.07×10-4480.2950.0264.35×10-4650.2080.0196.14×10-41000.1470.0148.72×10-41500.1500.011.22×10-4©BIPT(a)平面z=2m(b)平面y=2.5m不同截面的速度场云图计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)©BIPT1.2曝气沉砂池(Aeratedgritchamber)普通沉砂池因池内水流分布不均，流速多变，致使对无机颗粒的选择性截留效率不高，有机物分离效率也较低，致使沉砂容易厌氧分解而腐败发臭，增加了后续处理的难度。曝气沉砂池自20世纪50年代出现，目前已得到广泛应用。旨在解决平流式沉砂池存在的问题：①砂中含有机物；②对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。曝气的作用是使有机物处于悬浮状态，砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除表面附着的有机污染物。实现的本质途径：使得沉砂池中的流动状态呈现螺旋流动。©BIPT单侧曝气，同时水流向前流动，进而使得水流总体上呈现螺旋旋转状态!©BIPT粘附在无机颗粒表面的有机物因相互摩擦、碰撞而被洗刷下来，最终所沉淀无机颗粒中的有机物含量低于5%，有利于后续处理；同时由于曝气的气浮作用，污水中的油脂类物质会上升至水面，随浮渣去除。©BIPT曝气沉砂池的断面图：其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，坡向另一侧的集砂槽，以保证砂粒滑入。集砂槽中的砂可采用机械刮砂、空气提升器或泵吸式排砂机排出。©BIPTCharacteristicdimensionsofaeratedgritchambercrosssection©BIPT曝气沉砂池全景高碑店污水处理厂曝气沉砂池©BIPT曝气沉砂池的主要设计参数旋流速度应保持0.25~0.3m/s；水平流速为0.08~0.12m/s；最大流量时的水力停留时间为1~3min；有效水深一般为2～3m，宽深比一般1~1.5长宽比一般应大于5曝气量一般为0.2m3/m3(污水)池内应考虑消泡与隔油装置(或设备)设计内容：(1)工艺尺寸计算；(2)结构尺寸计算；(3)进出水区的确定；(4)工艺设备的确定。【书中P40】©BIPT(1)工艺尺寸计算主要确定沉砂池的池长Ｌ、池宽Ｂ、池深Ｈ等。水流断面A：vQAmax池宽B：HAB池长L：HVA池容V(有效容积)：在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。如不满足需重新调整有关尺寸：重新选择设计参数，从新进行设计计算。60maxtQV©BIPT集砂斗：倾角不小于50º。集砂槽：设计与明渠设计相同，但设计流速应不小于0.8m/s。集油区：长度与沉砂区相同，宽度一般为沉砂区宽度的1/2～2/3，底部以60º～75º倾角坡向沉砂区，以保证进入集油区的砂滑入沉砂区。(2)结构尺寸沉砂池的结构尺寸包括集砂斗、集砂槽、集油区等。(3)进出水区进水：一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。配水：由于曝气沉砂池内水流的旋流特性，一般认为对配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。©BIPT出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。(4)工艺设备供气方式：鼓风曝气，曝气沉砂池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。曝气设备：多采用孔径为2～5mm的穿孔管，曝气头的方式也得到了较多的应用。©BIPTAeratedGritChamberAnaeratedgritchamberconsistsofastandardspiralflowaerationtankprovidedwithairdiffusiontubes（传统模式）placedononesideofthetank.Thegritparticlestendtosettledowntothebottomofthetankatratesdependantupontheparticlesizeandthebottomvelocityofrollofthespiralflow,whichinturndependsontherateofairdiffusionthroughdiffusertubesandshapeofaerationtank.Theheavierparticlessettledownwhereasthelighterorganicparticlesarecarriedwithrollofthespiralmotion.©BIPTEWT™Aerplate™GritSeparatorLaunder:洗涤Scum:浮渣Trough:槽©BIPTEWT™Aerplate™GritSeparatorInternalRecycle©BIPT©BIPT类似表述：使用20筛目的网筛时，约有0.7%的砂粒会停留在网筛上面。同样表面积下，筛目个数越多，筛孔直径越小。EWT™Aerplate™GritSeparator©BIPT筛孔直径(mm)筛余量(g)筛落量(%)砂样质量(g)有机物含量(%)平流式曝气平流式曝气平流式曝气平流式曝气＞5.000100100————5.037.732.693.7295.9715.11.640.15.03.016.69.390.9694.826.01.636.217.22.019.69.787.7093.624.21.321.413.41.087.740.373.0788.6410.26.611.6516.40.6230.0103.834.7275.8415.112.86.5612.30.4148.4177.19.9753.969.718.36.5410.30.252.6356.01.209.963.313.36.283.70.123.669.30.601.400.65.016.707.20.091.07.00.430.540.40.840.011.40.061.72.60.150.280.60.435.315.4＜0.060.914.8000.40.344.516.7共计599.8809.5——65.162.0117.67平流式沉砂池和曝气沉砂池的除砂效果对比列表注：此系德国汉斯、哈尔曼等人在海尔布隆(Heilbronn)污水处理厂的测试数据。©BIPT德国海尔布隆污水处理厂曝气沉砂池的流速测定流量(L/s)水平流速(m/s)上升流速(m/s)旋流速度(m/s)1800(雨季最大)0.250.250.35600(晴天最高)0.0830.250.26450