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求解得某点的亏氧量：
某点的溶解氧ρc=ρ
cs-
ρD
到达缺氧点时间dρD/dt=0
第三章 污水的物理处理
教学要求：
1) 掌握沉淀理论，理解各种沉淀类型的内在联系和区别，并学会分析沉淀池的影响因素。 2) 了解各种沉淀池的适用范围，掌握其相关的工程设计，并结合流体力学理解其设计要求。 生活污水和工业废水中都含有大量的漂浮物与悬浮物，其进入水处理构筑物会沉入水底或浮于水面，对设备的正常运行带来影响，使其难以发挥应有的功效，必须予以去除。 物理处理的去除对象：漂浮物、悬浮物。 物理处理方法：
1) 筛滤：筛网、格栅（去除漂浮物、纤维状物质和大块悬浮物），滤池、微滤机（去除中
细颗粒悬浮物）。
2) 重力分离：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒径悬浮物）、隔油池与气浮池（去
除密度小于1或接近1的悬浮物）。
3) 离心分离：离心机、旋流分离器（去除比重大、刚性颗粒）。
本章主要就城市生活污水处理中使用的格栅、沉砂池、沉淀池进行讲授。
第一节 格栅
格栅由一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。安装在污水沟渠、泵房集水井进口、污水处理厂进水口及沉砂池前。根据栅条间距，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷，保证设备的正常运行。被截留的污染物称为栅渣，其含水率70～80％，容重750kg/m3 。
一、格栅分类
平面格栅：
按形状分为 曲面格栅：
粗格栅：大于40mm
按栅条间距分为 细格栅：10~30mm
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密格栅：小于10mm
栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）；50、60、70………150mm（中或粗格栅）。
人工清渣：小型污水处理厂 按清渣方式分为
机械清渣：栅渣量大于0.2m3/d
二、格栅的设计计算
格栅的设计计算实际上主要是栅室、栅槽的设计计算，包括栅槽断面、水力计算、栅渣量计算机清渣机械的选用。 1 注意的问题
1) B、L、e和b的相关尺寸见p55表3-1。
2) 长度L：取决于水深，以200mm为一级增长值。当L>1000mm时，框架应加横向肋条。
栅条材质为A 3钢制，栅条偏差≦1/1000，总偏差≦2mm。
3) 水泵前：人工清渣e≦20mm；对大中型泵站，采用机械清渣，e＝20~150mm。
4) 污水处理系统前：人工清渣e＝25~40mm，机械清渣e＝15~25mm。污水处理厂前可设
粗细二道格栅，粗格栅e＝50~150mm，细格栅e＝15~40mm；当提升泵站前格栅e≦25mm时，泵后可不设格栅。
5) 格栅数量：当每日渣量>0.2m3时，一般采用机械清渣，格栅台组数不宜少于2台。若
仅为1台时，应另设一条人工清渣格栅备用。
6) 格栅安装角度：一般45~75°,对人工清渣，为省力一般角度≦60°；对机械清渣，角度
一般60~75°,特殊时为90°；对回转式一般60~90°。
7) 流速：栅前渠道流速V＝0.4~0.9m/s，过栅流速0.6~1.0m/s，通过格栅水头损失宜采用
0.08～0.15m。流速过大不仅过栅水头损失增加，还可能将已截流在格栅上的栅渣冲过格栅；流速过小栅槽内将发生沉淀。
8) 高度：设水深h，格栅水头损失h1 ，栅前渠道超高h2（一般采用0.3m），则后槽总高
度H＝h1＋h2＋h。
9) 格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m 10) 工作台宽度：人工清渣≧1.2m，机械清渣≧1.5m。 11) 栅条断面形状、尺寸：正方形20×20mm；圆形?=20；长方形10×50mm，迎水面半圆
矩形10×50mm。 2 设计计算
（1）栅槽宽度：已知B或Qmax、水深h、流速V，则栅条间隙数：
n＝Qmax(sinα) 0.5/ehv
B＝en＋(n-1)s
其中：n－1为栅条数，s为栅条宽度。 （2）格栅的水头损失：
h1＝kh0
其中：k为倍数，一般取3。
h0＝ζ·V · sinα/2g
ζ为阻力系数：
ζ＝β(s/e) 4/3
圆形β＝1.79，矩形β＝2.42，迎面半园β＝1.83，迎背面半园β＝1.67。 （3）栅槽总高度：
H＝h1＋h2＋h，h2为超高。
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（3）栅槽总长度：
L＝L1＋L2＋1.0＋0.5＋H1 /tgα，
L1＝(B－B1)/2tgα1
L2＝L1/2 H1＝h2＋h
其中：L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度；α1为渠道展开角，一般20°；
B1为进水渠宽度；0.5与1.0为格栅前后的过渡段长度。 （4）每日栅渣量：
W＝ QmaxW1×86400/K总×1000(m3/d)。
其中：W1为栅渣量(m3/103m3污水)，一般取0.01～0.1。粗格栅取小值，中格栅取中值，细
格栅取大值；K总为生活污水变化系数，见p59表3-3。 例题：见p59例3-1。
第二节 沉淀理论
污水中许多悬浮固体的密度比水大，因此，在水中他们可以自然地下沉，利用这一原理进行的废水固液分离过程称为沉淀。
一、沉淀分类
沉淀是实现固液分离或泥水分离的重要环节，由于沉淀的对象和空间不同，其沉淀形式也各异，根据固体颗粒在沉淀过程中出现的不同物理现象将沉淀过程分为4类。 1 自由沉淀
当SS浓度不高，沉淀过程中颗粒间互不碰撞、呈单颗粒状态，各自独立地完成沉淀过程。如沉砂池和初沉池中的沉淀。 2 絮凝沉淀
当SS浓度较高(50~500mg/L)时，沉淀过程中颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒粒径与质
水量逐渐加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的深沉淀。
3 区域沉淀
因SS过大，沉淀过程中相邻颗粒间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，颗粒群以整体向下速度沉降，并与上清液形成清晰的固液界面。如二沉池中下部的沉淀。
时间
4 压缩沉淀
颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙水，使污泥得到浓缩。如二沉池泥斗和浓缩池的过程。
二、沉淀类型分析
1 自由沉淀
（1）颗粒在水中自由沉淀现象分析
当固体颗粒静止处于水中时，要受到两个力的作用：一是它本身的重力，向下；一是水对它的阻力，向上。如果固体颗粒密度比水大，那么它所受的重力将比水大，由于这一外力的推动，颗粒就会自然的向下运动，开始沉淀时，颗粒加速下沉，但颗粒一经开始运动，它
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就会受到与运动方向相反的阻力作用，该阻力由运动速度产生，且与运动速度正相关，即速度增加，阻力增大，当颗粒下沉速度加速到某一值，使颗粒所受阻力与重力相等时，颗粒便会以此时的下沉速度匀速下沉，直到完成整个自由沉淀过程。 （2）颗粒在静水中的自由沉淀速度
为研究颗粒在静水中的自由沉淀速度，需要做出如下规定：a颗粒形状为球形；b颗粒处于无限液体中，即其他颗粒和容器壁对其下沉不产生影响；c自由沉淀速度是指匀速时的最终沉淀速度。
由牛顿第二定律得：
mdu/dt＝F1－F2－F3。
F1为重力：
F1＝Vgρg
F2为浮力
F2＝Vgρy
F3为下沉摩擦阻力
F3＝CAρy u 2 /2
代入整理得：u＝ (ρg－ρy)gd2/18μ，即斯托克斯公式。 讨论：
1) 颗粒沉速u的决定因素是ρy－ρy。这是颗粒在静水中能够从静止状态变为运动状态的
原始推动力。ρg大于ρy，u大于0，颗粒下沉；ρy小于ρy，u小于0，颗粒上浮；ρg=ρy，颗粒随机，不沉不浮。 2) u反比于水的粘滞度，所以同一颗粒在不同水质和水温条件下有不同的值，如水温升高，
μ下降，u会增大
3) u与颗粒本身直径的平方成正比，因此，在颗粒沉淀过程中进行适当搅拌或投加絮凝剂，
促使颗粒互相碰撞，絮凝而使粒径增大，可获得事半功倍的效果。
4) 在推导上述公式时，均假定颗粒为球形，直径为d，但实际上废水中的悬浮固体不可能
是球形，一般地说，非球形颗粒比同体积球形颗粒表面积大，因此在沉降过程中将受到大的阻力，使沉降速度比球形颗粒小。 （3）沉淀试验与沉淀曲线
在废水处理实践中，常常需要做沉淀试验，来求定达到某指定悬浮物固体所相应的沉淀速度。
a 试验方案：φ80~100mm 高度H=1500~2000mm 取样1200mm 1# 2# 3 # 4# 5# 6# t0 C0 C0 C0 C0 C0 C0 t1 C11 C12 C13 C14 C15 C16
……
ti Ci1 Ci2 Ci3 Ci4 Ci5 Ci6
……
tn Cn1 Cn2 Cn3 Cn4 Cn5 Cn6
1#~6#为平行样。 b 讨论： 去除率为ηi
ηi= [(C0－Ci) /C0]?100%
沉速为ui
ui=H/ti
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1) 在沉淀试验中取样高度是确定的，根据取样时间ti可计算出相应的沉淀速度，因此可得
u-η曲线。
2) 根据沉淀试验，同样可以求得沉淀速度和相应的剩余悬浮固体百分数Pi=（Ci/ti）?100%
的曲线u-P，根据斯托克斯公式任意ui都可计算出相应的颗粒粒径di，因此从u-P曲线可直接得出d-P曲线，即废水中悬浮颗粒的粒度分布曲线。
3) 根据沉淀历时ti，从图上查得的ηi并不是真正可能的悬浮固体去除率，因为在沉淀过程
中历时ti取的是取样口以上少量的水样，这样，所以测得的悬浮物浓度Ci代表全部小于di颗粒的总浓度，因而所得的沉淀百分数[(C0－Ci) /C0]?100%只代表大于和等于di的颗粒所占的百分数，然而从悬浮固体去除百分数角度考虑，有些小于ηi在历时ti时间内也会沉到取样口以下。
c 沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取H以上所有取样口的水样。设水样中的SS浓度为Ci，则出水中的剩余SS的比例为Pi＝Ci/C0，SS实际在ti时的去除率为1－Pi，作P0~ut曲线，凡沉速ut≧u0＝H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1－P0；而沉速ut< u0＝H/t的颗粒能被去除的比例为ut/u0，其在t时刻去除该颗粒的效率为∫ut / u0dp；故总去除率为(1－P0)+∫ut/ u0dp。所以η%＝(100－P0)+100/ u0∫utdp。 2 絮凝沉淀
试验思路同前，柱略高略粗，取样口间距500mm，取样时间间隔5或10min，则SS在ti时的去除率为η＝(1－Ci/C0 )×100%。记算去除率，并记录于表中（见表3－6）。具体计算见例3-3，首先计算临界沉速，后在图上作中间曲线，找出其与t时刻的交点，计算对应沉速，后计算去除率，η＝η1＋u1/ u0(η1－η2）＋u2/ u0(η2－η3）＋….
三、理想沉淀池原理
从上面分析可以看出，沉淀理论与实际沉淀池的运动规律有所差距，为合理表征实际沉淀状态，提出了“理想沉淀池”概念。
假设条件：
1) 污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。
2) 在流入区颗粒沿AB断面均匀分布，并处于自由沉淀状态， 其水平分速等于v。 3) 颗粒沉到池底即认为被去除。 1 平流式理想沉淀池
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