第二章 污水的物理处理 1.docx

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第二章污水的物理处理1

第二章污水的物理处理

§21格栅和筛网

§211格栅

（1）作用：

用来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。

（2）位置：

一般在水泵的集水井之前（但有的根据需要分设两道格栅，位置可以不同，有的在水泵后再设一道，但一般前一道格栅较宽，后一道格栅较窄。

若水泵前格栅的栅条间距小于或等于25mm，其后面的处理流程中可不再设置格栅。

（3）分类：

A型:

栅条布置在框架的外侧，适用于机械清渣和人工清渣

平面格栅B型:

栅条布置在框架的内侧，在格栅顶部设有起吊架，可将格栅吊起，进行人工清渣

按形状固定曲面格栅：

利用渠道水流速度推动除渣桨板

曲面格栅旋转鼓筒式格栅：

污水从鼓筒内向鼓筒外流动，被格除的

栅渣，由冲洗水管冲入渣槽（带网眼）内排出。

粗格栅（50-100mm）

按照间隔中格栅（10-40mm）

细格栅（3-10mm）

人工清扫:

小型污水处理厂，格栅安装角度以α45～600为宜

按清渣方式机械清扫:

渣量>0.2m3/d，格栅安装角度α一般为60～700，

主要有链条式、移动式伸缩臂、钢丝绳牵引式等

（4）

格栅的设计与计算

图2-1格栅水力计算示意图

1、格栅的间隙数n

式中：

qvmax—最大设计流量，m3/s

d—栅条间距，m

h—栅前水深，m

V—污水流经的速度，m/s

2、栅槽宽度b

b=s（n-1）+d·n（m）

式中：

b—格栅的建筑宽度，m；

s—栅条宽度，m；

3、通过格栅的水头损失

式中：

h0—计算水头损失，m；

v—污水流经格栅的速度，m/s；

ξ—阻力系数，其值与格栅删条的断面的几何形状有关，见表10-4，P15

α—格栅的放置倾角

g—重力加速度，

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k=3。

4、栅后槽总高度h总

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。

5、格栅的总建筑长度L

L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα

式中：

L1—进水渠道渐宽部位的长度

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=200；

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。

6、每日栅渣产量W

式中：

W1—栅渣量，m3/103m3；

Kz—生活污水流量总变化系数。

§2.12筛网

（1）作用：

去除细小悬浮物（纤维、纸浆、藻类），沉淀难以去除

工业废水的预处理或深度处理

给水处理水库水、湖泊水除藻类

（1）类型

振动筛网

常用类型

水力筛网

振动筛网：

污水由渠道流在振动筛网上，在这离进行水和悬浮物的分离，并利用机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。

图2-2振动式筛网示意图

水力筛网：

运动筛网呈截顶圆锥形，中心轴呈水平状态，锥体则呈倾斜方向。

废水从圆锥体的小端进入，水流在从小端到大端的流动过程中，纤维状污染物被筛网截留，水则从筛网的细小孔中流入集水装置。

由于整个筛网呈圆锥体，被截留的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上，一进一步滤去水滴。

图2-3水力筛网构造示意图

（3）筛网的设计计算

A、根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径；

（污水中悬浮物粒径为2至3mm，所以筛网之网眼尺寸应小于2mm）

B、根据生产条件、产品性能以及价格，决定筛网种类，确定水力负荷

q（m3/min·m2）；

C、计算筛网面积，选定筛网台数

A=Q/q

§22沉砂池

（1）作用：

从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒（比重为2.65，粒径为0.2mm以上），以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。

（2）工作原理：

以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。

（3）类型：

平流式、竖流式、曝气沉砂池

§221平流式沉砂池；

一、组成：

入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗（图10-13，P26）

二、优点：

具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂方便等

缺点：

沉砂中约夹杂有15%的有机物，使沉砂的后续处理增加难度。

三、平流式沉砂池的设计；

（1）平流式沉砂池的设计参数

1设计流量的确定：

当污水自流入池时，应按最大设计流量计算；当污水用水泵抽升入池时，按工作水泵的最大组合流量计算；合流制处理系统，按降雨时的设计流量计算；

2设计流量时的水平流速：

最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s

3最大设计流量时，污水在池内的停流时间不少于30s，一般为30-60s

4设计有效水深不应大于1.2m，一般采用0.25-1.0m，

5池宽不小于0.6m。

6池底坡度一般为0.01-0.02。

（2）计算公式

图2-4平流式沉砂池的一种型式

1）沉砂池水流部分的长度L（即两闸板之间的距离）

式中：

L—水流部分的长度，m；

v—最大设计流量时的速度，m/s；

t—最大设计流量时的停留时间，s。

2）水流断面面积A

式中：

qVmax—最大设计流量，m3/s

A—水流断面面积，m2

3）池总宽度b

式中：

h2—设计有效水深，m；

4）沉砂斗容积V

式中：

X—城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）

T—排砂时间的间隔，d；

Kz—生活污水流量的总变化系数。

5）贮砂斗各部分尺寸计算

设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为600；则贮砂斗的上口宽b2为：

贮砂斗的容积V1：

式中：

h’3—贮砂斗高度，m；

S1、S2—分别为贮砂斗上口和下口的面积。

6）贮砂斗的高度h3

设采用重力排砂，池底坡度i=0.06，坡向砂斗，则

7）池总高度h

式中：

h1—超高，m；

h3—贮砂斗高度m；

8）核算最小流速vmin

式中：

qvmin—最小流量，m3/s；

n1—最小流量时工作的沉砂池数目；

Amin—最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。

§222曝气沉砂池

一、曝气沉砂池的构造及工作原理：

曝气沉砂池常见的构造如图10-14所示，曝气沉砂池呈矩形，池底一侧有i=0.1-0.5的坡度，坡向另一侧的集砂槽。

曝气装置设在集砂槽侧，空气扩散板距池底0.6-0.9m，使池内水流作旋流运动，无机颗粒之间的相互碰撞与摩擦机会增加，并受到上升气泡的冲刷作用，把表面附着的有机物磨去。

此外，由于旋流产生的离心力，把相对密度较大的无机物颗粒甩向外层并下沉，相对密度

较轻的有机物旋至水流的中心部位随水流带走。

图2-5曝气沉砂池示意图

二、曝气沉砂池的特点

1沉砂池中含有机物的量低于5%；

2由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。

三、曝气沉砂池的设计计算

（1）曝气沉砂池的设计参数

1水平流速一般取0.08-0.12m/s；

2污水在池内的停留时间为4-6min；当雨天最大流量时为1-3min。

3池的有效水深为2-3m，池宽与池深比为1-1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向档伴

4曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5-6.0mm，距离池底约0.6-0.9m，

并有调节阀门；

5处理1m3污水的曝气量为0.2m3空气；

（2）计算公式

1）

总有效容积V

式中qvmax—最大设计流量，m3/s

t—最大设计流量时的停留时间，min

2）池断面积A

式中：

v—最大设计流量时的水平前进流速，m/s

3）池总宽度B

式中：

H—有效水深，m

4）池长L

L=V/A

式中：

L—池长。

5）池子总深H

式中：

h1—保护高度

h2—池子有效水深

h3—沉砂坑深

6）所需曝气量G

式中：

G—所需曝气量，m3/h；

D—每污水所需曝气量，m3/m3

§223竖流式沉砂池；

一：

构造及工作原理

构造如下图2-6所示，污水由中心管引入，然后由下向上流至水面排出池外。

沉渣落入池子下部的沉砂斗，借重力或水射器排出。

处理效果不及平流式和曝气式沉砂池。

图2-6竖流式沉砂池

二：

竖流式沉砂池的设计计算

（1）竖流式沉砂池的设计参数

1中心进水管内最大流速为0.3m/s

2池内水流上升流速最大为0.1m/s，最小为0.02m/s

3最大流量时的停留时间不小于20s，一般采用30-60s

（2）计算公式

1）中心管直径d

式中：

v1—中心管流速，m/s

qvmax—最大设计流量，m3/s

2）池子直径D

式中：

v2—池内水流上升中流速，m/s

3）水流部分高度h2

式中：

T—最大流量时的停留时间，s

4）沉砂斗高度h4

式中：

D—池子直径，m；

d’—沉砂斗底直径，m；

α—斗壁角一般为550-600。

5）沉砂池总高度H

式中：

h1—保护高度，m

h2—水流部分高度，m

h3—中心喇叭口至沉砂面之间的缓冲层高度，m

h4—沉砂斗高度h4，m

6）沉砂池下部圆截锥部分实有容积V1

7）沉砂斗容积V

式中：

X—城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）

T—排砂时间的间隔，d；

Kz—生活污水流量的总变化系数

§23沉淀池

（1）作用：

分离悬浮物

（2）组成：

进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、及缓冲区

进水区、出水区：

使水流的进入与流出保持均匀平稳，以提高沉淀效率

沉淀区：

是池子的主体部位

贮泥区：

存放污泥的地方，它起到贮存、浓缩、与排放的作用

缓冲区：

介于沉淀区与贮泥区之间，主要用于避免水流带走沉在池底的

污泥

（3）

类型：

初次沉淀池：

生物处理前的沉淀池，可以去除

①按工艺布置的不同约30%的BOD5和55%的悬浮物

二次沉淀池：

生物处理后的沉淀池，主要用于

实现泥水分离，保证出水水质，排除剩余活性污泥

间歇式：

整个过程分为：

进水、静置及排水

②按沉淀池的运行方式

连续式：

污水连续不断地流入与排出

平流式沉淀池

③按池内水流方向的不同辐流式沉淀池

竖流式沉淀池

§231沉淀池的一般设计原则及参数：

1、设计流量（与沉砂池的设计流量相同）

1当污水由泵提升后进入沉淀池，按工作水泵的最大组合流量计算；

2当污水自流入池时，应按最大设计流量计算；

3合流制处理系统，按降雨时的设计流量计算，沉淀时间应不小于30min；

2、沉淀池的数目

对城市污水处理厂，沉淀池的个数应不少于2个，按并联工作考虑；

3、沉淀池的经验设计参数（见表10-8P31）

4、沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系（见表10-9P31）

5、沉淀池的几何尺寸

1沉淀池超高不少于0.3m；

2缓冲层高度采用0.3-0.5m；

3贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于600，圆斗不宜小于550；

4排泥管直径不小于200mm.。

6、沉淀池出水部分

一般采用堰流，在堰口保持水平。

出水堰的负荷为：

初沉池：

不大于2.9L/s·m；二沉池：

1.5—2.9L/s·m

7、贮泥斗的容积

一般按不大于2日的污泥量计算。

对二沉池，按贮泥时间不超过2小时计。

8、排泥部分

沉淀池一般采用静水压力排泥（利用池内的静水位，将污泥排出）

初次沉淀：

不小于14.71kPa（1.5mH2O）；活性污泥法的二沉池：

不小于8.83kPa（0.9mH2O）；生物膜法的二沉池：

不小于11.77kPa（1.2mH2O）

§232平流式沉淀池；

一、平流式沉淀池的构造

平流式沉淀池由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等。

（2）

流入装置：

由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成，起均匀部水与消能作用。

为使入流污水均匀与稳定的进入沉淀池，进水区应有整流措施，常采用穿孔墙（板）式A、底孔入流—档板组合式B、淹没孔入流—档板组合式C、淹没孔—穿孔整流墙（板）组合式D，具体如下图2-7所示。

ABCD

1—进水槽2—溢流堰3—多孔整流板4—底孔5—挡流板6—潜孔

图2-7平流式沉淀池入口的整流措施

（3）流出装置：

由流出槽与档板组成。

流出槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，既可保证水流均匀，又可控制沉淀池水位。

为此溢流堰常采用锯齿形堰，见图。

出口区的整流措施，常采用溢流式集水槽。

集水槽的形式见图2-8。

1—集水槽2—集水支渠

图2-8平流式沉淀池出口的集水槽形式

（4）缓冲层：

避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷

（5）污泥区：

贮存、浓缩和排泥

（6）排泥装置：

静水压力法、机械排泥法

A、静水压力法：

利用池内的静水位，将污泥排出池外，见2-9图。

排泥管1，直径D=200mm，插入污泥斗，上端伸出水面以便清通。

静水压力H=1.5m（初次沉淀池），0.9m（活性污泥法后二次沉淀池），1.2m（生物膜法后的二次沉淀池）。

为了使池底污泥能滑入污泥斗，池底应有i=0.01-0.02的坡度，也可采用多斗式平流沉淀池，以减小深度。

图2-9沉淀池静水压力排泥

B、

机械排泥法：

设行车刮泥机、链条式刮泥机，见图（2-10、2-11）

图2-10链条式刮泥机的平流式初次沉淀池

图2-11设行车刮泥机平的流式初次沉淀池

二、平流式沉淀池的设计计算

（1）平流式沉淀池的设计参数

1池的长宽比L/B=3-5、长深比L/H=8-12；

2池底纵坡：

一般i=0.01-0.02，机械刮泥时i≥0.005；

3最大水平流速：

初沉池≤7mm/s；二沉池≤5mm/s；

4进、出口均应设置档板，档板高出池内水面0.1-0.2m，挡板距进水口0.5-1.0m；距出水口0.25-0.5m。

挡板掩没深度：

进口0.5-1.0m；出口处为0.3-0.4m。

（2）平流式沉淀池的设计

沉淀池功能设计的内容包括沉淀池的只数、沉淀区和污泥区的尺寸

目前常按照沉淀时间和水平流速或表面水力负荷进行计算，其计算公式如下：

图2-12平流式沉淀池设计计算图

1）

沉淀池的表面积A

式中：

qvmax—最大设计流量，m3/s

q—表面水力负荷，m3/m2·h

初沉池：

1.5-3m3/m2·h；二沉池：

1-2m3/m2·h。

2）沉淀区有效水深h2

式中：

t—沉淀时间，初沉池：

1-2h；二沉池：

1.5-2.5h。

沉淀区的有效水深h2通常取2-3m；

3）沉淀区有效容积V1

4）沉淀池长度L

式中：

V—最大设计流量时的水平流速，mm/s；一般不大于5mm/s。

5）沉淀池的总宽度b

b=A/L

6）沉淀池的只数n：

式中：

b’—每只沉淀池的宽度。

7）污泥区的容积

对于生活污水，污泥区的总容积V：

式中：

S—每人每天的污泥量，L/d·人；

N—设计人口数，人；T—污泥贮存时间，d；

8）沉淀池的总高度h：

式中：

h1—沉淀池超高，m；一般取0.3m；

h2—沉淀区的有效深度，m；

h3—缓冲层高，m；

h4—污泥区高度，m；

h’4—泥斗高度，m；

h”4—梯形的高度，m；

9）污泥斗的容积V1

式中：

S1—污泥斗的上口面积，m2；S2—污泥斗的上口面积，m2

10）污泥斗以上梯形部分污泥容积V2

式中：

L1，L2—梯形上下底边长，m。

l1

§233竖流式沉淀池；

一、竖流式沉淀池的工作原理及构造

在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：

A、当颗粒沉速u>v时，则颗粒下沉得以去除；

B、当颗粒沉速u=v时，颗粒处于随遇状态，不下沉亦不上升；

C、当颗粒沉速u

（图2-13，2-14）为竖流式沉淀池的构造示意图，竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形，沉淀区呈柱形，污泥斗呈截头倒锥体。

图中1为进水管，污水从中心管2自上而下，经反射板3折向上流，沉淀水用设在池周的锯齿溢流堰，溢入流出槽，6为出水管，流出槽前设有挡板，隔除浮渣，污泥依静水压力，将污泥从排泥管4排出。

图2-13圆形竖流式沉淀池图2-14中心管及反射板的结构尺寸

二、竖流式沉淀池的设计计算

（1）竖流式沉淀池的设计参数

1池子直径与有效水深之比不大于3。

池子直径不宜大于8m，一般为4-7m

2中心管内水流速度应不大于30mm/s

3中心管下端应为喇叭口形，其下方设反射板，几图

a．喇叭口的直径和高度均为中心管直径的1.35倍

b．反射板的直径为喇叭口直径的1.3倍

c．反射板表面倾角为170

d．反射板底距泥面至少0.3m

e.中心管喇叭口下缘至反射板表面的垂直距离为0.25-0.5m，流过该缝隙的污水流速应不大于20mm/s

4排泥管下端距池底距离应不大于0.2m，管上端敞口，高出水面不小于0.4m

5在距周边集水槽0.25-0.5m处设置浮渣挡板，浮渣挡板高出水面0.1-0.15m，掩没深度0.3-0.4m。

（2）竖流式沉淀池的设计

1）中心管面积与直径

式中：

f1—中心管截面积，m2

d0—中心管直径，m

v0—中心管内的流速，m/s

qvmax—最大设计流量，m3/s

2）

沉淀池的有效沉淀高度，即中心管的高度

式中：

h2—有效沉淀高度，m

v—污水在沉淀区的上升流速，mm/s（无数据时可选0.5-1.0mm/s）

t—沉淀时间，一般采用

初次沉淀池：

1.0-2.0h二次沉淀池：

1.5-2.5h

3）

中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度

式中：

h3—间隙高度，m

v1—间隙流出速度，一般不大于40mm/s

d1—喇叭口直径，m

4）沉淀池总面积和池径

式中：

f2—沉淀区面积，m2

A—沉淀池面积，m2

D—沉淀池直径，m

5）缓冲层高度h4采用0.3m

6）污泥斗及污泥斗高度（参见平流式沉淀池）

7）

沉淀池总高度

式中：

H—池总高度，m；

h1—超高，采用0.3m；（h2、h3、h4、h5见图）

§234辐流式淀淀池；

一、辐流式沉淀池的主要构造类型

按进、出水的布置方式可以分为：

①中心进水，周边出水；②周边进水，中心出水；③周边进水，周边出水；

图2-15中心进水的辐流式沉淀池

图2-16周边进水中心出水的辐流式沉淀池

图2-17周边进水周边排水的辐流式沉淀池

二、辐流式沉淀池的设计计算

（1）辐流式沉淀池的设计参数；

1）池子直径应不小于16m，池子直径与有效水深之比应为6-12

2）池底坡度一般采用0.05

3）一般采用机械刮泥，当D≤20m，也可采用多斗式集泥。

污泥可采用静水头排泥或泵抽排出。

4）池径D小于20m时，一般采用中心传动刮泥机，其驱动装置设在中心走道板上。

池径D大于20m时，一般采用周边传动的刮泥机，其驱动装置设在框架外缘。

刮泥机转速为1-3r/h，外周刮泥板线速度不超过3m/min，一般采用1.5m/min。

5）在进水口周围设置整流板，整流板的开孔面积为过水断面积的6-20%

（2）

辐流式沉淀池的设计

图2-18辐流式沉淀池设计计算图

1）

沉淀池表面积和池直径

式中：

qmax—最大设计流量，m3/h

A1—每池的表面积，m2；

D—每池的直径，m；

n—池数；

q0—表面水力负荷，m3/（m2·h）

2）

沉淀池有效水深

式中：

h2—有效水深，m；

t—沉淀时间，h；

3）污泥部分所需的容积

对于生活污水，污泥区的总容积V：

式中：

S—每人每天的污泥量，L/d·人；

N—设计人口数，人；

T—污泥贮存时间，d；

4）污泥斗容积V1

式中：

r1、r2—污泥斗上、下口半径，m；

α—斗壁角

h5—污泥斗高度，m；

5）污泥斗以上池底污泥容积V2

式中：

R—污泥沉淀区半径，m；

h4—沉淀池坡底落差，m；

i—坡度

6）

沉淀淀池总高度，m；

式中：

H—总高度，m；

h1—保护高，取0.3m；

h2—有效水深，m；

h3—缓冲层高，m；

h4—沉淀池坡底落差，m；

7h5—污泥斗高度，m；

§235斜流沉砂池；

一、斜板（管）沉淀池的理论基础

若沉淀池长为L，池深为H，池中水平流速为v，颗粒沉速为u0

的沉淀池中，在理想状态下，L/H=v/u0。

可见，L与v值不变时，池深H越浅，可被沉淀去除的悬浮物颗粒也越小。

若用水平隔板，将H分为3等层，每层深H/3，如图，在v、u0不变的条件下，则只需L/3，就可将沉速为u0的颗粒去除，也即总容积可减少到1/3。

如果池长不变，深为H/3，则水平流速可增加到3v，仍能将沉速为u0的颗粒沉淀掉，也即处理能力可提高3倍。

把沉淀池分成n层就可把处理能力提高n倍。

这就是20世纪初，哈真（Hazen）提出的浅池沉淀理论。

图2-19浅池沉淀原理

为了解决沉淀池的排泥问题，浅池理论实际应用时，把水平隔板该为倾角为α（500-600）的斜板（管）。

所以斜板（管）的有效面积的总和，乘以cosα

，即得水平沉淀面积：

二、斜板（管）沉淀池的分类及特点（如下图A、B、C）

按水流方向与颗粒的沉淀方向之间的相互关系，可分为：

1侧向流斜板（管）沉淀池：

水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直；

2同向流斜板（管）沉淀池：

水流方向与颗粒沉淀方向相同；

3

逆向流斜板（管）沉淀池：

水流方向与颗粒沉淀方向相反；

A．异向流B．同向流C．侧向流

城市污水处理中多采用升流式逆向流斜板（管）沉淀池

特点：

沉淀效率高、停留时间短、占地少，在给水处理中有比较广泛的应用，在废水处理中的应用不普遍。

三、斜板（管）沉淀池的设计计算

（1）斜板（管）沉淀池的设计参数

1）斜板之间的垂直净距一般采用80-100mm，斜管孔径一般采用50-80mm

2）斜板、斜管斜向长度一般采用1-1.2m；

3）斜板、斜管之倾角一般采用600。

4）斜板、斜管区底部缓冲层高度一般采用0.7-1.0m；

5）斜板、斜管区上部水深一般采用0.5-1.0m；

6）设计停留时间，初次沉淀池不超过30min（二次沉淀池不超过60min）

（2）斜板（管）沉淀池的设计（逆向流）

图2-20斜板沉淀池计