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1、 水污染控制工程水污染控制工程 第2章 污水的物理处理常用的物理方法o隔滤法（格栅、筛网、过滤）o澄清法（沉淀池、沉砂池、隔油和破乳、浮上法目录目录o第一节 格栅、筛网、过滤o第二节 沉淀的基本理论o第三节 沉砂池o第四节 沉淀池o第五节 隔油和破乳o第六节 浮上法第一节第一节 格栅和筛网格栅和筛网一、格栅的定义、作用格栅的定义、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，如：纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减少后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。二、格栅分类二、格栅分类o按形状：平
2、面、曲面格栅o按栅条间隙：粗（50-100mm)、中(10-40mm)、细(3-10mm)格栅。o按清渣方式：人工清渣、机械清渣（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。GL型格栅除污机三、筛网三、筛网 水处理中当污水量非常小或根据截流的悬浮物的形状有时选择筛网做为筛滤装置，常用的筛网有水力筛网和旋转筛网，水力筛网一般栅距较细0.255mm，常用回收或去除细小纤维和固体颗粒。动力来源的不同可分为：振动筛网、水力筛网四、过滤o定义：定义：过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的孔隙率的过滤介质过滤介
3、质，水中的悬浮物被截留在介，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。质表面或内部而除去。（细小悬浮颗粒、胶体颗粒）o分类：分类：根据所采用的过滤介质不同，可将过滤根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列四类：分为下列四类：格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、格筛过滤、微孔过滤、膜过滤、深层过滤深层过滤(1)(1)格筛过滤 过滤介质：栅条或滤网，去除物质：粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等。设备：格栅、筛网和微滤机。(2)微孔过滤 采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，去除物：粒径细微的颗粒。定型的商品设备很多。(3
4、)膜过滤 过滤介质：特别的半透膜，在一定的推动力(如压力、电场力等)下进行过滤，去除物：水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。主要设备：反渗透、超过滤和电渗析等。（4）深层过滤 过滤介质：颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。去除物：水中的悬浮物。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。过滤在水处理中的作用：过滤在水处理中的作用：o在给水处理中在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求（水，使滤后出水浑浊度满足用水要求（浊度降低，为滤后消毒创造良好的条件。）o在废水处理中，在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、过
5、滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；膜分离法等预处理手段；o作为生化处理后的深度处理作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回，使滤后水达到回用的要求。用的要求。o常用过滤设备：常用过滤设备：快滤池。快滤池。过滤过程分为过滤过程分为过滤过滤和和反洗反洗两个过程。两个过程。o过滤过程过滤过程是废水由上是废水由上到下通过一定厚度的到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于质组成的床层，由于粒状介质之间存在大粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。隙截留而除去。o即截留污染物。滤料滤料废水废水过滤水
6、过滤水（1）过滤）过滤o到一定程度时过滤不能到一定程度时过滤不能进行，需要进行进行，需要进行反洗反洗。反洗是通过上升水流的反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。所完成后再进行过滤。所以以过滤过程是间断进行过滤过程是间断进行的的。o即把污染物从滤料层中即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能冲走，使之恢复过滤能力。力。滤料滤料反洗废水反洗废水反洗水入口反洗水入口返回目录（2 2）反冲洗）反冲洗过滤机理o过滤的机理可分为过滤的机理可分为迁移、附着、脱落迁移、附着、脱落三种三种
7、 1 1）迁移（阻力截留）迁移（阻力截留）o悬悬浮浮颗颗粒粒脱脱离离流流县县域域滤滤料料颗颗粒粒接接触触。当当废废水水流流过过滤滤料料层层时时，粒粒径径较较大大的的悬悬浮浮物物颗颗粒粒首首先先被被截截留留在在表表层层滤滤料料的的空空隙隙中中，从从而而使使此此滤滤料料层层间间的的空空隙隙越越来来越越小小，形形成成一一层层主主要要由由被被截截留留的的固固体体颗颗粒粒构构成成的的滤滤膜膜，并并由由它它起起主主要要的的过过滤滤作作用用，截截污污能能力力随随之变得越来越高。之变得越来越高。o筛滤、拦截、惯性、水力作用等。筛滤、拦截、惯性、水力作用等。2 2）附着（附着（接触絮凝接触絮凝）o水水在在滤滤料
8、料层层减减去去着着流流动动时时悬悬浮浮颗颗粒粒与与滤滤料料颗颗粒粒进进行行吸吸附附（滤滤料料表表面面形形成成较较大大的的比比表表面面积积，具具有有较较强的吸附能力），不再脱落。强的吸附能力），不再脱落。o接接触触凝凝聚聚（在在原原水水中中投投加加凝凝聚聚剂剂，压压缩缩悬悬浮浮颗颗粒粒与与滤滤料料表表面面的的双双电电层层，使使其其尚尚未未生生成成微微絮絮凝凝体体时时立立即即进进行行过过滤滤，在在大大多多数数情情况况下下，滤滤料料表表面面对对尚尚未未凝凝聚聚的的胶胶体体还还能能起起到到接接触触碰碰撞撞的的媒媒介介作作用用，促促进其凝聚过程）、进其凝聚过程）、静电引力、吸附、分子引力等。静电引力、吸
9、附、分子引力等。3 3）脱落）脱落o反冲洗时滤层膨胀一定高度，处于流化状反冲洗时滤层膨胀一定高度，处于流化状态，进行悬浮颗粒物的去除。态，进行悬浮颗粒物的去除。o高速反冲洗水流的高速反冲洗水流的水力冲刷作用水力冲刷作用o水里旋转过程中水里旋转过程中碰撞、摩擦碰撞、摩擦o滤料布置原则滤料布置原则:反粒度、顺比重反粒度、顺比重一般滤料选择应满足以下要求：一般滤料选择应满足以下要求：（i i）有足够的机械强度；有足够的机械强度；（ii ii）有较好的化学稳定性；有较好的化学稳定性；（iii iii）有适宜的级配和足够的空隙率。有适宜的级配和足够的空隙率。所谓所谓级配级配就是滤料的粒径范围及在此范围内
10、各种粒径就是滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例的滤料数量比例;（iv iv）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角；滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角；（v v）滤料应价廉，货源充足。滤料应价廉，货源充足。几种常见的滤料几种常见的滤料（i i）天然滤料：无烟煤、石英砂、磁铁矿（石天然滤料：无烟煤、石英砂、磁铁矿（石榴石）榴石）（ii ii）人工滤料：纤维球和聚苯乙烯泡沫珠人工滤料：纤维球和聚苯乙烯泡沫珠滤料滤料第二节第二节 沉淀的基础理论沉淀的基础理论一、概述一、概述定义：沉淀是利用水中悬浮颗粒的可沉降性，在重力的作用下产生下沉，以达到固液分离的一种过程。在各种类型的
11、污水理系统中，沉淀几乎是不可缺少的环节，而且在同一处理系统中可能多次采用，如城市污水处理中的沉砂池、初沉池、二沉池。二、沉淀类型二、沉淀类型 根据污水中可沉物质的性质、凝聚性能及其浓度的高低，沉淀分为四种类型，每一种沉淀类型有其特定的颗粒沉降速度公式。沉淀类型自由沉淀絮凝沉淀区域沉淀压缩沉淀1.1.自由沉淀自由沉淀o污水中的悬浮固体浓度不高o不具有凝聚的性能o固体颗粒物理性质（大小、形状、毕重）不变，各自独立的完成沉淀过程，直线运动轨迹典型例子：砂粒在沉砂池中的沉淀、悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程、二沉池的顶部沉淀过程。o自由沉降颗粒沉降速度公式（斯托克斯）2.2.絮凝沉降絮凝沉
12、降 o悬浮固体浓度不高o具有凝聚的性能，在沉淀的过程中，互相粘合，结为较大的絮凝体。（活性污泥二沉池的上部就属于此类型）o由于絮凝沉淀过程中，颗粒不断增大，因此，相应的沉速在不断的增大，物理性质在变。运动轨迹为曲线。o目前尚无描述絮凝颗粒沉淀的关系表达式。在解决实际问题时，通常将絮凝沉淀池分割为若干层，在每一层中认为颗粒的沉降可应用自由沉降速度公式，显而易见，采用自由沉降颗粒近似絮凝颗粒时，分层越多，则误差越小。3.3.区域沉淀（干扰、成层、拥挤）区域沉淀（干扰、成层、拥挤）o悬浮固体的浓度增到一定的数值后，由于颗粒之间的相互干扰和影响，所有颗粒（不论粒径大小）以团状（网格状绒体）整体沉淀，颗
13、粒间相对位置不变，泥水之间形成清晰可见的泥水界面，此时，所有颗粒的沉速相同，且以同一速度沉淀（活性污泥二沉池的下部属于此类。运动轨迹为直线。o区域沉淀的界面沉降公式：沉降污泥浓度 与污泥性质有关的系数 u0最大沉降（临界沉降速度）4.压缩沉淀压缩沉淀o高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相支撑，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（二沉池污泥斗中的浓缩过程以及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀）。o有关压缩沉淀的颗粒沉速与相应沉淀参数之间的关系报道很少，一般用区域沉降速度公式，不过需修正。四种沉淀类型在二沉池中的应用：四种沉淀
14、类型在二沉池中的应用：活性污泥在二沉池中的沉淀过程上清水自由沉淀絮凝沉淀区域沉淀压缩沉淀ABCDEF水深时间三、自由沉淀及其理论基础三、自由沉淀及其理论基础图10-11 自由沉淀颗粒受力情况式中：A As s运动方向的面积运动方向的面积 C Cd d牛顿无因次阻力系数：牛顿无因次阻力系数：C Cd d=f(Re)=f(Re)s s颗粒沉降速度，当受力平衡时，沉速变为颗粒沉降速度，当受力平衡时，沉速变为s s（最终（最终 沉降沉降速度）速度）当当颗粒所受外力平衡颗粒所受外力平衡时时：Fd=Fg-Ff对于对于球形颗粒：球形颗粒：层流区层流区（stokes区）区）:分析自由颗粒在静水中运动公式得：分
15、析自由颗粒在静水中运动公式得：o颗粒沉速颗粒沉速us的的决定因素是决定因素是s-L，当当sL时，颗粒下时，颗粒下沉，反之则上浮。沉，反之则上浮。o颗粒沉速颗粒沉速us与与d2成正比，所以增大成正比，所以增大d，大大提高沉降大大提高沉降（上浮）效果。（上浮）效果。o us与与成反比，成反比，决定于水质、决定于水质、水温水温，在水质相同时，在水质相同时，T、us。o由于污水中颗粒非球形，故由于污水中颗粒非球形，故stokes 定律不能直接用定律不能直接用于工艺计算，需对非球形颗粒修正。于工艺计算，需对非球形颗粒修正。四、沉淀池的工作原理四、沉淀池的工作原理 1.理想沉淀池 Hazen和Camp提出
16、这一概念。其假设条件是：（1）污水在池内沿水平方向作等速流动，水平流速v，从入口到出口的流动时间为t。（2）在流入（进口）区，颗粒均匀分布（沿截面AB）并处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速v。（3）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u。（4）颗粒一经沉到水底再不重新浮起（即认为沉到底部即视为被去除）。n指定颗粒沉速：指定颗粒最小的沉降速度。（给定时间内，位于进水口水面上的颗粒正好沉淀到池底的沉降速度。）理想沉淀池示意图理想沉淀池示意图入 流 区出 流 区污泥区u0us u0us u0LHhABDC沉淀区vvvvqv从理想沉淀池示意图理想沉淀池示意图图可得：o沉速us u0的颗粒，无
17、论以AB断面任何高度处进入沉淀区，都可以在D点前沉降，如绿线所示。o沉速us u0的颗粒，其是否能沉降由其进入沉淀区时在AB断面上的位置所定，例如从靠近水面A进入的us u0的颗粒，则不能沉降随水流进入流出区，如红线1所示。同样的颗粒若处在靠近池底的位置及h高度以下进入，则能被去除，如红线2所示。这说明对于沉速us 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：h=us t H=u0 t可见沉速小于u0的颗粒被沉淀去除的重量为理想沉淀池总去除量为用去除率表示：0沉速小于u0的颗粒在全部颗粒所占的百分数 10us u0的颗粒占的百分数根据理想沉淀池的原理，可说明两点：o设处理
18、水量为qv(m3/s),沉淀池宽度为B，水面面积A=BL，故颗粒在池内的沉淀时间为：o沉淀池容积：的物理意义是:在单位时间内沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢（过）流率（q），量纲m3/m2.s，而u0的量纲m/s,二者的物理意义不同，但对理想沉淀二者相等，可见，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q2、实际沉淀池、实际沉淀池 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。颗粒的运动是不规则运动。第三节 沉砂池一、一般说明一、一般说明1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。一般位于泵
19、站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉淀池的无机负荷；以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉淀池的无机负荷；改善污泥的流动性，以便于排放、输运。改善污泥的流动性，以便于排放、输运。2.分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式、离心式离心式、曝气式等。曝气式等。3.由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适由于曝气沉沙池和环流式（离心式）沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气沉沙池和环流式沉
20、砂池。沉沙池和环流式沉砂池。3.曝气的作用曝气的作用是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊是使有机物处于悬浮；砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下，去除其附着的有机污染物。动条件下，去除其附着的有机污染物。解决沉砂池存在的问题：解决沉砂池存在的问题：砂中含有机物；砂中含有机物；对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。集砂渠集砂渠集油区集油区沉砂区沉砂区行车行车进水管进水管出水管出水管进水管进水管出水管出水管出水渠出水渠 沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。第四节第四节 沉淀池沉淀池 一、分类一、分类1.按位置分：按位置分：o初沉池用于生物处理前做一级处理的
21、称为初沉池。o二沉池用于生物处理后沉淀活性污泥或生物膜脱落污泥的称二沉池。二沉池是生物处理不可缺少的一个组沉部分，对于一般城市污水，初沉池可去除约30%的BOD5和55%的悬浮物。2.按水流方向分：平流式、竖流式、辐流式按水流方向分：平流式、竖流式、辐流式图10-15 三种型式沉淀池示意图 平流式沉淀池 池型呈长方形，废水从池一端流入，水平方向流过池子，从另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其它部位底有坡度，倾向贮泥斗，用机械利泥装置将泥利入贮泥斗。（1）平流式沉淀池）平流式沉淀池（2）竖流式沉淀池）竖流式沉淀池 竖流式沉淀池池型多呈圆形，废水从设在池中央的中心管进入，从中心管的下端经过反射
22、板后均匀缓慢地分布在池的面上，由于出口设置在水面上墙壁四周，故水的流向基本由下向上，污泥贮积在底部的污泥斗内。（3）辐流式沉淀池）辐流式沉淀池 辐流式沉淀池池型多呈圆形，进口位置与竖流式相似，出口位置与竖流式相同，水从中心管进入向四周辐射水平流动，由于辐流式池径与池深比远远大于竖流式，所以水平流动速度随着穿透表面积的增大，速度越来越小，最后从水面四周流出，悬浮物沉淀到池底的贮泥斗。进水进水出水出水排泥排泥 中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图 3.三种类型沉淀池优缺点分析三种类型沉淀池优缺点分析池型池型 优优 点点缺缺 点点适用条件适用条件 平平流流式式1.对冲
23、击负荷和温度对冲击负荷和温度变化适应能力强变化适应能力强2.施工简单，造价低施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作工作量大，采独设排泥管，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备和驱动用机械排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀件均浸于水中，易锈蚀1.适用地下水适用地下水位较高及地位较高及地质较差的地质较差的地区区2.适用于大、适用于大、中、小型污中、小型污水处理厂水处理厂 竖竖流流式式1.排泥方便，管理简排泥方便，管理简单单2.占地面积小占地面积小1.池子深度大，施工困难池子深度大，施工困难2.对冲击负荷及温度变化的适对冲击负荷及温度变化的
24、适 应能力较差应能力较差3.造价较高造价较高 4.池径不宜太大池径不宜太大适用于处理水量适用于处理水量不大的小型污水不大的小型污水处理厂处理厂 辐辐流流式式1.采用机械排泥，运采用机械排泥，运行较好行较好,管理较简单管理较简单2.排泥设备已有定型排泥设备已有定型产品产品1.池水水流速度不稳定池水水流速度不稳定2.机械排水设备复杂，对施工质机械排水设备复杂，对施工质量要求较高量要求较高1.适用于地下水适用于地下水位较高的地区位较高的地区2.适用于大、中适用于大、中型污水处理厂型污水处理厂二、提高沉淀池沉淀效果的有效途径二、提高沉淀池沉淀效果的有效途径斜板（管）沉淀池斜板（管）沉淀池1.斜板（管）
25、沉淀池的理论基础斜板（管）沉淀池的理论基础浅层理论浅层理论从理想沉淀池的工作原理得：从理想沉淀池的工作原理得：入 流 区出 流 区污泥区u0u0=1/2u0LHABDC沉淀区vvqv2.斜流式沉淀池的构造斜流式沉淀池的构造o斜板（管）沉淀区o进水配水区o清水出水区o缓冲区o污泥区第五节第五节 隔油和破乳隔油和破乳一、油脂来源、状态与危害二、处理方法及设备一、油脂来源、状态及危害一、油脂来源、状态及危害1.1.来源来源o石油类：石油开采、石油化工、钢铁焦化、煤气发生站、机械加工。o动植物油类：肉类牛奶加工、洗衣房、汽车修理车间。2.2.状态状态o浮油、分散油（悬浮态）o乳化油（乳化状或胶体态）o
26、溶解油（溶解态）3.3.危害（土壤堵塞、水体产生油膜导致缺氧、城市下水道带来危害（土壤堵塞、水体产生油膜导致缺氧、城市下水道带来不良影响）不良影响）1.1.处理方法处理方法2.2.设备设备o隔油池（平流(API)式、斜板(PPI)式、小型）除油罐、气浮隔油二、处理方法及设备二、处理方法及设备乳化油破乳浮油、分散油（可浮油）隔油池、除油罐 投加换型乳化剂、盐类、酸类、表面活性剂；搅拌、震荡、转动；过滤；改变温度。第六节第六节 浮上法（气浮法）浮上法（气浮法）一、概述一、概述o气浮法是固-液或液-液分离的一种方法。是气固吸附和固液分离的综合过程。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度小
27、于或接近水的细小固体或液体颗粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固-液或液-液分离。o基本条件：足够的微细气泡、污染物呈悬浮状态、气固吸附。二、气浮法分类二、气浮法分类1.电解气浮法2.分散空气浮上法o扩散板曝气气浮法o叶轮切割气泡气浮法3.溶解空气气浮法o溶气真空气浮o加压溶气气浮加压溶气气浮o加压溶气气浮法：是最常用的一种气浮法，它是使空气在加压加压的条件下溶解于水，然后通过压力将至常压常压而使过饱和的空以微气泡的形式释放出来。o加压溶气气浮工艺由空气饱和设备（水泵、空压机或射流器、溶气罐）、空气释放设备和气浮池组成。三、水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的
28、原理三、水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理（1）气泡与悬浮颗粒粘附的条件 气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起的。根据作用于气-固-液三相之间的界面张力，可以推测这种吸附力的大小。气固液三相体系气固液三相体系 在气固液三相的接触点上，由液、气界面（粉）与液、固界面（绿）构成的 角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有：GS=LGcos+LSo当=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面。o 当0 90时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。（亲水性物质）o当 90时，则容易吸附。（疏水性物质）气固固固LGLSGSLGLSGS液 90 90 总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附（2）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种：o气泡吸附颗粒（复合体）上浮o气泡顶托颗粒上浮o气泡裹夹颗粒上浮（3）“颗粒-气泡”复合体上浮速度 当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小，上升的速度越大。