污水的物理处理
第三章 污水的物理处理
物理处理:不改变物质的化学性质的条件下利用过滤、重力分离、重心分离等物理方法去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物质。
重点:沉淀的基本理论;沉淀池和浮上法的设计计算
难点:斯托克斯定律、设计参数选择
第一节 格栅和筛网
一. 作用及分类:
1.1作用:拦阻大的悬浮物和杂质,防治后续的泵、管渠等设备被堵塞。
1.2分类:人工清理格栅 设计过水面积≥有效面积的2倍。倾角 45°~60°
机械格栅 设计过水面积≥有效面积的1.2倍。倾角 60°~70°
选择机械或人工清渣依据? 每日栅渣量是否大于0.2m3/d
1.3设计参数: 格栅栅条间隙/间距(水泵要求):粗(>40mm,保护型格栅)、中(15~25mm主要作用)、细(4~10 mm)
栅前流速(0.4-0.8 m/s),过栅流速(0.6-1.0m/s),过栅水头损失(0.2-0.5m)
1.4设计基本原则:以不堵塞后续工艺为基准。
二. 格栅的设计计算
2.1根据水头损失选泵
2.2建筑尺寸计算 见书
泵——间隙——间隙数——栅条数——宽度——总宽度——每日栅渣量
栅前水深与总的设计水量及栅前渠道设计有关,栅前渠道内污水流速一般为0.4~0.8m/s
2.3机械格栅除污机的选择
安装方式:固定式、移动式
有效间隙:粗、中、细
角度:倾斜安装、垂直安装、弧形
运动部件:(高)链式、伸缩臂式、循环齿耙式、曲面机械式、旋转式、钢丝绳牵引式、液压式等等
不同型号适用不同废水(水质与水量)不同场合,考虑因素:经济(功率、价格)、有效格栅间隙、宽度、渠宽、安装角度、除渣速率。污水pH值等
提问:第四污水处理厂是那个类型?见FTP上图片。高链式
若采用机械格栅时,不宜少于2台,如为1台时,应设人工清除格栅备用。
三. 运行管理
3.1 控制方式
人工控制(按时或按需)
自动定时(时间程序控制,需人监视随时调整)、
水位差控制:污水通过栅渣有一定水头损失,当栅渣增多,水头损失增大,即栅前栅后水位差增大。用传感器测量水位差,当测得结果超过一定值,表示积累的栅渣较多需除。
3.2过栅流速的控制
栅前流速
, 过栅流速
其中: B栅前渠道宽度;
为栅距/栅条间隙;n栅条数量;Q入流污水流量;H1栅前水深;H2格栅工作水深
具体情况可调整过栅流量、投入工作格栅台数等调节,流速范围根据具体污水情况确定。
3.3 栅渣清除
栅渣的含水率一般为80%,容重为960kg/m3。
利用液位差清除较好。
提问:是否值班人员都应经常现场巡检?
什么可能使得液位计探头测量不准确?热蒸汽冷凝
3.4定期检查渠道的沉砂情况
注意有无异常声音,栅条是否变形,应定期保养。
3.5卫生与安全
a、强制通风,夏季保证每小时换气10次以上,或者预先通风或曝气。为什么?
硫化氢、甲硫醇等恶臭有毒气体。
b、及时运走栅渣,并清洗堆放处,栅渣压榨机排出的压榨液应及时导入污水渠道,严禁明槽流入或地面漫流。
3.6分析测量与记录
判断格栅的拦污效率:记录栅渣量的容量或重量、初沉池和浓缩池的浮渣尺寸
焚烧:含水率、有机分
四、筛网
振动、水力筛网
作用:回收短小纤维
捞毛机:1-200mm直径的纤维等杂物
五、栅渣处理
填埋、焚烧(820度以上)、堆肥;粉碎作为初沉污泥
六、其他
过滤:压力滤池、虹吸滤池、快滤池、生物滤池(生物方法)
调节:水量调节池、集水井等、水质(化学法)
第二节 沉淀的基本理论
一、概述
原理:重力作用
应用:1. 预处理——沉砂池
2. 进入生物处理前的初步处理——初沉池
3. 生物处理后固液分离——二沉池
4. 污泥处理——污泥浓缩池
二、沉淀类型
根据凝聚性能和浓度及比重,分为四种类型:
自由沉淀:浓度不高、颗粒物理性质不变、单独沉淀、沉淀轨迹为直线(沉砂池)
絮凝沉淀:互相絮凝聚合增大加快沉降,轨迹为曲线(化学混凝)
区域沉淀:颗粒浓度较高,整体下沉,有泥水界面(二沉池、污泥浓缩池)
压缩沉淀:高浓度颗粒沉降,团块结构,互相支撑挤压、有浓缩作用(二沉池污泥斗、污泥浓缩池)
一、自由沉淀及其理论基础
假定条件:书中123
力平衡——沉速
,阻力系数
雷诺指数
或
,其中
——水的动力粘滞度,
——水的运动粘度
层流区(斯托克斯区)Re<2,b=24, n=1.0, d=0.06~0.1,
过渡区(爱伦区) 2<Re<500,b=18.5, n=0.6, d=0.1~2,
紊流区(牛顿区),Re>500, b=0.4,n=0.0, d.>2,
一般而言,自由沉淀中颗粒运动属于层流区,b=24,n=1.0,d=0.06~0.1,
代入上述公式,可得:
斯托克斯定律
(1)
>0,
>0,下沉——沉淀法
=0,
=0,悬浮态——混凝沉淀或絮凝沉淀法,或浮上法
<0,
<0,上浮——浮上法;
(2)
与d2成正比,即
随d2增大而增大,增加颗粒直径有助于提高沉速(上浮速度),提高去除效率;
(3)
与
成反比,而
随TL升高而下降,所以
随TL升高而增大
*:着重在于理解沉淀规律
四、沉淀池的工作原理
理想沉淀(四个假定:水平、垂直、分布均匀、去除概念):
进口区+沉淀区+出口区+污泥区
去除率10-12
10-13+10-14——10-15+10-16
最小沉速与表面负荷率数值上相等,但其物理意义不同。
设问:二者区别?
单位不同,意义不同,
沉速只表示垂直方向上单位时间的位移;
表面负荷率则表示单位面积的沉淀池在单位时间内的水流量。
*只在理想沉淀池中存在,且沉淀效率与A有关,与H无关,因此沉淀池宜采样大的表面积A及较浅的水深H。(浅池原理)
设问:池深的考虑因素主要决定于哪些因素?
a 在池底设置机械排泥装置所需要的深度;
b 为防止将已沉淀的颗粒从池底再冲起,必须使水平分速限制在一定范围内(水平流速,为沉淀池的设计参数之一)。
第三节 沉砂池
一. 概述
作用:去除污水中的砂子、煤渣等比重比较大的颗粒。
原理:自由沉淀
类型:平流式、竖流式、曝气池等
二. 设计原则和主要参数
2.1 并联式,备用
2.2 最大流量设计原则
2.3 砂粒比重2.65,粒径0.2mm以上(表10-5)
2.4 沉砂量30m3/106m3污水(城市污水),含水率60%左右,容重1500kg/m3,当含水率大于95%,容重约等于1000 kg/m3等于1t/m3
2.5 贮砂斗容积按2日沉砂量计算,斗壁倾角大于或等于55°,排砂管直径大于或等于200mm
2.6 超高大于或等于0.3m
2.7 图中h3与h3`的差别(见书)
三、平流式与曝气式的区别与联系
沉砂池类型 设计参数 |
平流式 |
曝气式 |
水平流速 |
0.15-0.3 m/s |
0.08-0.12 m/s |
停留时间 |
30-60 s |
4-6 min;1-3 min(雨天);10-30 min(预曝气) |
有效水深 |
0.25-1.0m 不大于1.2 m |
2-3 m |
池宽 |
不小于0.6m |
长宽比约为5,大于5则应设置横向挡板; 池宽/深1-1.5 |
池底坡度 |
0.01-0.02 |
0.1-0.5 |
曝气 |
无 |
穿孔管曝气,距池底0.6-0.9m,有调节阀门 |
效率决定参数 |
水平流速 |
旋流速度,旋转圈数 |
控制方式 |
调节水深,改变池数 |
曝气强度(单位池容的曝气量) |
特点 |
效果稳定、简单可靠 |
可有效去除部分有机物,沉淀的砂粒较为纯净(原理?);能耗较大 |
曝气池原理:水流螺旋剪切——悬浮颗粒相互碰撞及摩擦+气泡上升冲刷作用
曝气强度越大,旋转圈数越多,沉砂效率越高;水平流速越大,圈数越少,效率越低
0.2mm以上的砂粒的95%有效去除,污水在池内至少旋转?三圈。
四、设计计算
贮砂斗各部分尺寸为重点。
步骤:选择合适的设计参数(水平流速/表面水力负荷)——计算——核算——空气量(曝气池)
五、其他类型沉砂池
涡流式沉砂池、漩流式曝气沉砂池、
六、运行维护
6.1 配水与配气、排泥:怎样自动化运行?
6.2 排砂操作:
根据沉砂量的多少及变化规律,合理安排排砂次数,保证及时排砂。
ü 重力排砂(阀门控制):排砂间隙过长,排砂管会?堵塞,怎么办?用气泵反冲洗,疏通;间隙时间过短会?排砂含水率增加,增加处置难度
ü 砂泵排砂:类似(涡流式)
ü 刮砂机:刮板卡住,原因? 行走太快/次数太少,间隙太长。
ü 砂量及粒径大小取决于排水系统的情况
合流制系统,下雨时砂量会?增大很多(为什么?雨水冲刷管道,雨水本身带入),应该?增加排砂次数,或连续排砂
6.3 清除浮渣、卫生与安全(注意换气,随时处置沉砂)
6.4 分析测量与记录
除砂量、含砂量、排砂筛分分析、排砂的有机分、曝气量(曝气式)等
第四节 沉淀池
一、概述
作用:分离悬浮物,去除BOD、SS(初沉池,二沉池)
原理:自由沉淀、絮凝沉淀(初沉池)、成层沉淀、压缩沉淀(二沉池)
类型:平流式、竖流式、辐流式(水流方式不一样,各有优缺点和适用条件,见表10-7)
组成部分:进水、出水、沉淀、贮泥、缓冲
运行方式:间歇式(进水、静置、出水);连续式
二、一般设计原则和参数
2.1 设计流量与只数(与沉砂池类似)
提问:池的只数?设计流量?雨水与污水合流设计流量按降雨时的设计,为什么?沉淀时间为什么不小于30min。
2.2 经验设计参数:用途不同,参数选取不同
2.3 有效水深、沉淀时间、表面水力负荷间关系
表面负荷与池深无关(沉淀基本理论)设问:对不对?
所需沉淀时间随池深增大而增加,为什么?
相同池深,随表面水力负荷减小,沉淀时间增加,为什么?
2.4 几何尺寸(经验参数)
超高、缓冲层、贮泥斗斜壁倾角(形状)、排泥管直径
2.5 出水部分
堰流、堰口水平、出水堰负荷、出水整流装置
2.6 贮泥斗容积及排泥部分
初沉池:2d,二沉池: 2h 设问:为什么?
排泥部分:不同用途所需压力不同
三、平流式
3.1 构造:进水整流
出水控制高度及均匀分布:出水堰板的溢流负荷(出流堰的单位长度溢流量)相等 初沉池:250 m3/md 二沉池:130-250 m3/md为什么?
水位宜在堰高二分之一处,调整堰口水平装置,可否用传感器测定水流变化或构筑物内的不均沉降?
堰前收渣和排除、多斗式排泥无需机械刮泥
3.2 设计计算
建筑尺寸计算,选择参数:水平流速和沉淀时间或者表面负荷。
复核指标:长宽比3-5,长深比8-12,有效水深2-3m
注意事项:设计容积必须大于所需容积,复核部分指标
当SN未知,污泥容积
:容重,当含水率达到95%以上,为1。
为含水率的分子值
沉淀效率
,
分别为沉淀前后的悬浮物浓度。
总变化系数
=日变化系数
×时变化系数
日变化系数
=最大日污水量/平均日污水量;
时变化系数
=最大日最大时污水量/最大日平均时污水量
四、竖流式与辐流式
竖流式:水流从下反向上,悬浮颗粒的运动状态
提问!当处于絮凝沉淀类型时?状态
适用:废水中含大量无机悬浮物且水量不大
构造:中心管流速(设计参数之一)、深宽比、形状
辐流式:周边进出水、中心进出水、刮泥机
适用:废水中含大量无机悬浮物且水量又大,直径一般大于16m,甚至有60m的,水深一般2-3m
回转式刮泥机:中心传动(直径小于20m),周边驱动(小于20m);
全桥(大池)、半桥(小池)
浮渣挡板、浮渣斗、浮渣刮板
五、斜流式
构造:浅池理论(10-13公式L/H=ν/μ0,ν不变,H减小,最小沉速μ0减小),分隔n层,则可ν减小至ν/n
所以,在沉淀区加斜板或斜管可提高沉淀效率
组成:斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区、污泥区
类型:同向流、异向流(根据斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向)
应用:优点(沉淀效率高、停留时间短、占地少)
六、影响沉淀的因素
水平流速不得大于冲刷速度(足以将已经沉下的污泥重新冲刷起来的流速,初沉池一般为50mm/s,下雨时增大)
表面负荷越小沉淀效率越高。对不对?
水力停留时间合适,才可获得较高沉淀效率。
出水堰板的溢流负荷(单位堰板长度在单位时间内所能溢流的污水量)小于10m3/mh 是否与前矛盾?
入流污水的特征,污水越新鲜越好,为什么?因为严重腐败的污水在初沉池内会产生气体,使污泥上浮,影响沉淀效果。工业废水尤其厉害。此外其SS突然增大也可能造成密度流造成上层死区和下层扰动
温度升高时会产生什么情形? 1腐败导致沉淀效果降低;2 但是同时温度升高使污水粘度降低,使颗粒易于与污水分离,从而提高沉淀效果(斯托克斯定律,温度与沉淀的关系);3 冬天温度降低,水密度增大使污泥与其密度差变小从而难以沉淀。
在保证不严重腐败的前提下,总沉淀效果将随温度升高而提高,27摄氏度时的沉速是10摄氏度时的1.5倍以上。
此外,温度变化产生内部的密度流使污水紊动不稳定,效果降低。如冬天低温污水不流经下部:短路,之后可能翻转再短路;
风力主要对直径大的辐流式(30m直径以上)或宽度较大的平流式。短路和紊动
七、提高沉淀池效果的有效途径
斜流(浅池原理)、曝气搅动(自然絮凝)、回流活性污泥(生物絮凝)、调节池中的预曝气等
八、运行管理
望闻问切——观察、闻气味(听声音)、记录、检查
间隔排泥、连续排泥、排浮渣
刮泥周期与排泥周期是否一致要看用的什么刮泥机。
确定排泥时间:当开始排泥时,从排泥管取样口连续取样分析其含固量降至基本为零即为排泥时间。
沉淀池的形式与刮泥机的特点(行车式刮泥机、链条式刮泥机、)
第五节 隔油和破乳
一、概述
1.1 来源
1.2 状态:悬浮态,乳化态,溶解态
破乳:消除乳化剂的作用乳化油即可转化为悬浮态的油,从而易于去除。这个过程叫破乳。
一吨油品=5×106m2油膜
1.3 危害:破坏生态系统
二、隔油池
平流式、斜流式
平流:水平速度慢,2~5mm/s,为什么?避免搅拌破坏油水分离。与平流式沉淀池比加盖板和集油管。
斜流:可分离油滴直径更小,停留时间30min,仅为平流的1/4-1/2,为什么?
隔油池效率:70-80%,气浮法较好。
撇油装置,自动——液位差
三、应对方法
乳化来源:生产工艺中的人为乳化液;洗涤剂;乳化剂废水
状态:水包油、油包水
处理:就地隔油处理以避免乳化;
破乳:化学法(加药剂);物理方法(搅拌、改变温度、过滤等)
四、其他
自动油水分离器、同向流隔油池、浮油吸收机、带式除油机、水力旋流式油水分离器等。原理:密度差、动力或非动力
第六节 浮上法
一、概述
适用范围:密度小于或等于溶液密度的颗粒与污水的分离(固-液,液-液)
设问?油类三类物质是否都可以用浮上法分离?溶解态不可。
工艺过程:
细微气泡产生——污染物呈悬浮态——二者粘附——上浮——分离,浮渣清理
应用:油水分离;回收物质;取代二沉池,可避免活性污泥膨胀(187页)为什么?因为没有污泥沉积;剩余活性污泥浓缩。
二、类型
按照生产微细气泡的方法分类:
电解法:水电解,适用脆弱絮状悬浮物(气泡小),小量工业废水处理
分散空气法:微气泡曝气(微孔板分散);剪切气泡(外力,高速旋转混合器或叶轮机切割)
溶解空气法:利用压强差。真空浮上法(常压预先机械曝气溶气,释放的过程;)
加压溶气浮上法(加压溶气于水,减压释放的过程)
三、加压溶气浮上法
主要设备:水泵、溶气罐、浮上池(压力溶气系统、空气释放系统、气浮分离设备/气浮池)
空气进入溶气罐:空压机或射流器
三种流程(图10-36,37,38):按溶气载体的来源
全溶气:全部入流废水
部分溶气:部分入流废水;省电和设备,但压力较高
回流溶气:部分澄清液回流;
提问:图10-34-38中差别,类别,化学药剂的作用?(52页)
(一)、原理
水-气-颗粒混合体系产生颗粒浮上现象。三相关系——浮上效率
1. 外在条件
温度升高,压力增大,溶解度升高。
空气析出:气泡核小而多、直径越小越好。
2. 内在能量条件
表面能(三相界面张力关系)
推论:颗粒能否粘附与θ(湿润角)有关。
亲水性物质;憎水性物质(疏水性物质)哪种易于用浮上法去除?
怎样用浮上法去除亲水性物质和疏水性不强的物质?加混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂等化学药剂。
3. 粘附形式
气泡与颗粒的相对大小(吸附、顶托、裹夹)
4. 上浮速度
斯托克斯定律,但d与ρs不同??
(二)组成及设计
1. 设备选型
压力溶气系统:加压水泵(溶气罐压力和管路水力损失)、溶气罐类型(填料式溶气罐)、空气供给设备(空压机供气)
空气释放系统:溶气释放装置(图10-34-48中用的是??)、溶气水管路
2. 构筑物工艺设计
气浮池:气浮所需空气量(气固比A/S)、加压溶气水量(回流比R`)、溶气罐尺寸(工作压力、接触时间、过流密度I)、建筑尺寸(接触室上升流速及水力停留时间、分离室表面负荷率、分离室水力停留时间)
一般而言,A/S增大,可提高气浮效率,促使浮渣浓缩,降低浮渣总量。正确?
(1) 选择A/S——溶气罐工作压力,Qr与P相关复核计算
,注意单位
1.3:空气密度(20摄氏度,一个大气压),kg/m3
p:绝对压力,atm。
,pa:表压,kPa
f:溶气罐中空气的饱和百分比
ca:大气压力下,以体积表示的空气在水中的溶解度,mL/L
设Qr,Qr代表溶气水量。求p并复核或反之
(2) 溶气罐计算:过流密度I、接触时间T相关复核
(3) 气浮池计算:停留时间T与流速或负荷率复核
考虑因素:水深(二室相同)、单格池宽与池长、施工方便
3. 新型气浮装置
涡流溶气气浮、组合式高效气浮、两级气浮、高效浅层气浮等
生化产气气浮法、化学产气气浮法
*总结
重力分离(斯托克斯定律、三相分离原理)
设计计算:(注意单位,经验数值选取,复核等)
格栅:过栅流速0.6-1.0m/s
沉砂:水平流速0.08-0.12m/s
沉淀:水平流速<5mm/s 表面负荷
隔油:水平流速2-5mm/s
浮上:表面负荷/上升流速10-20mm/s向下平均流速1.0-3.0mm/s
水力停留时间,建筑尺寸的合适比例,施工方便,供气量等。
运行管理:控制参数,影响因素,排泥或排渣(望闻问切)