339-水污染控制工程授课教案

339-水污染控制工程授课教案内容摘要：

（ 3） 市政与建筑用水 （ 4） 城市景观 农业 、林业、渔业和畜牧业 工业 （ 1）工艺生产用水 （ 2）冷却用水 （ 3）锅炉补充水 （ 4）其他杂用水 地下水回灌 其他方面 第 二 章 污水的物理处理 学时分配 ： 16 本章教学要点 ：重点掌握掌握格栅、调节池、平流式沉砂池、沉淀池、平流式隔油池和压力溶气浮上法 、过滤 的工作原理和设计计算，熟悉沉淀的类型和沉淀池的形式。 本章难点 ：沉淀池的工作原理及斜板（管）沉淀池的设计计算。 5 教学内容 ： 格栅和筛网 一、格栅的作用 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。 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。 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 ~（ 103m3 污水）； 当栅条间距为 40mm 左右时，栅渣截留量为 ~ m3/（ 103m3污水）； 栅渣的含水率约为 80%，密度 约为 960kg/m3。 格栅的清渣方法： 人工清除：与水平面倾角： 45186。 ~60186。 ，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。 机械清除：与水平面倾角： 60186。 ~70186。 ，过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的 倍。 格栅栅条断面形状：圆形；矩形；方形。 圆形的水力条件较方形好，但刚度较差目前多采用断面形状为矩形的栅条。 过格栅渠道的水流流速：格栅渠道的宽度要设置得当，应使水流保持适当流速，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~。 污水过栅条间距的流速：为防止栅条间隙堵塞，一般采用 ~；最大流量时可高 于 ~；渐扩 α＝ 20176。 ，沉底大于水头损失。 二、格栅的设计与计算 通过格栅的水头损失 h2的计算： khh  02 kgvh   sin220 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，其值与栅条断面的几何形状有关； α——格栅的放置倾角； g——重力加速度， m/s2； k——考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数，可用式： k=，一般采用 k=3。 城市污水一般取 ~。 1. 格栅的间隙数量 n )/(s inm a xv vhdqn   式中： qvmax——最大设计流量， m3/s； d——栅条间距， m； h——栅前水深， m； v——污水流经格栅的速度， m/s。 6 b ndnsb  )1( 式中： b——格栅的建 筑宽度； s——栅条宽度， m。 h 总 21 hhhh 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=。 L tg/ 121 HLLL  式中： L1——进水渠道渐宽部位的长度， m； 111 tg2 bbL  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=20176。 ； L2 ——格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般 L2= ； H1 ——格栅前的渠道深度 ,m。 W 100 0864 00Z 1m a xv   K WqW 式中： W1——栅渣量， m3/(103m3 污水 )； KZ——生活污水流量总变化系数。 三、 筛网 作用：用于废水处理或短小纤维的回收 形式：振动筛网；水力筛网 格栅、筛网截留的污染物的处置方法：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。 沉淀的 基础理论 一、概述 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易沉物。 初次沉淀池：较经济地去除，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。 7 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。 二、沉淀的类型 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 ： 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。 絮凝沉淀：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。 区域沉淀或成层沉淀：悬浮颗粒浓度较高（ 5000mg/L 以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，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。 压缩沉淀：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。 二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。 三、自由沉淀及其理论基础 分析的假定：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变；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。 悬浮颗粒在水中的受力分析： 1. 悬浮颗粒在水中受到的力 Fg Fg是促使沉淀的作用力， 是颗粒的重力与水的浮力之差： )( LSLSg   gVgVgVF 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. 水对自由颗粒的阻力 )2/(39。 2SLD uAλF   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。 球状颗粒自由沉淀的沉速公式： 当颗粒所受外力平衡时， 8 Dg FF 即： )2/(39。 )( 2SLLS uAgV   因： 23 π41π61 dAdV  ， 得球状颗粒自由沉淀的沉速公式： 2/1LSSL39。 3)(4 dgu 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，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，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）： 2LSS 181 dgu    式中 :μ——水的动力黏度。 斯托克斯定律 : 2LSS 181 dgu    由上式可知，颗粒沉降速度 us 与下述因素有关： 当 ρs 大于 ρL时， ρsρL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， ρsρL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。 四、沉淀池的工作原理 理想沉淀池 ：分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分。 理想沉淀池的几个假定： 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。 当某一颗粒进入沉淀池后，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； )/(39。 / bHqAqv vv  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， Hb； H——沉淀区的水深； b——沉淀区宽度。 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。 颗 9 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 i=u/v。 设 u0 为某一指定颗粒的最小沉降速度。 当颗粒沉速 u≥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，即左上图中的迹线 xy 与 x′y′。 当颗粒沉速 uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如左下图中轨迹 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 u 小于指定颗粒沉速 u0 的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。 设沉速为 u1 的颗粒占全部颗粒的 dP，其中的颗粒将会从水中沉到池底而去除。 在同一沉淀时间 t，下式成立： tuHtuh  01 ； 故： b 01 // uuHh  PuuPHh dd 01 对于沉速为 u1（ u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：   00 0 100 01 d1d/ uu PuuPuu 而沉淀池能去除的颗粒包括 u≥u0 以及 u1u0 的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：  0000 d1)1( u PuuP 式中： P0——沉速小于 u0 的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的比例； （ 1P0） ——沉速 ≥u0 的颗粒去除率。 上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系： HLuv // 0  )/(0 HLuv  将上式带入式中 bHqAqv  /39。 / vv 并简化后得出 ： AubHHLuq  00v )/( Aqu /v0 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/（ m2h ）。 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。 沉砂池 沉砂池的作用：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。 沉砂池的工作原理：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在 只能使相对密度大 的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。 Aqq /v 10 沉砂池的几种形式：平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池、 Doer 沉砂池等。 沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数： 城市污水厂一般均设置沉砂池，并且沉砂池的个数或分格数应不小于 2；工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。 设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量 沉砂池去除的砂粒相对密度为 ，粒径为 以上。 城市污水的沉砂量可按每 106m3 污水沉砂 30m3计算，其含水率约为 60%，容重约 1500kg/m3。 贮砂斗的 容积应按 2d 沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于 55186。 ， 排砂管直径不应小于 200mm。 沉砂池的超高不宜小于。 一、平流式沉砂池 平流式沉砂池是一种最传。