? 水污染控制工程
? 回忆：污水的处理方法？ ? 按处理原理不同： 物理法、化学法、生物法
? 按处理程度划分：
一级处理、二级处理、三级处理
? 一级处理，主要去除废水中的悬浮固体和漂浮物质。这主要包括筛滤、沉淀的物理
处理方法。
? 物理处理：不改变物质的化学性质的条件下利用过滤、重力分离等物理方法去除废
水中不溶解的呈悬浮状态的污染物质。
这类处理是废水的一级处理，一般达不到废水的排放要求，通常是配合其它废水处理工艺的前置工艺。
? 水和污水中杂质颗粒尺寸和处理方法 ? 目录
? 第一节 格栅及筛网 ? 第二节 沉淀的基本理论 ? 第三节 沉砂池 ? 第四节 沉淀池 ? 第五节 隔油和破乳 ? 第六节 浮上法
? 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、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，倾斜安装在污水渠道、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。
? 格栅所能截留污染物的数量，随所选用的栅条间距和水的性质而有很大的区
别。当采用PW型或PWL型污水泵时，格栅的栅条间距及所截留的污染物的数量可按表2-1选用。 ? 二、格栅分类
? 按形状：平面、曲面格栅（图10-1、10-3）
? 按栅条间隙：粗（50-100mm)、中(10-40mm)、细(3-10mm)格栅。
? 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） 每天的栅渣量＞0.2m3，一般采用机械清渣。 （1）人工清理的格栅 中小型城市的生活污水处理厂或所需截留的污染物量较少时，可采用人工清理的格栅。这类格栅是用直钢条制成，一般与水平面成45o～60o倾角安放，倾角小时，清理时较省力，但占地则较大。(图10-4)为人工清理的格栅示意图。 (2) 机械格栅
机械清渣的格栅，倾角一般为60o～70o，有时为90o。机械清渣格栅过水面积，一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。见图10-5至10-9。 移动伸缩臂式格栅
? 注意：
? 格栅栅条的断面形状圆形、矩形及方形，圆形的水力条件较方形好，但刚度较差。
目前多采用断面形式为矩形的栅条（表10-1）。
? 设置格栅的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速，一方面泥砂不至于沉积
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0.4～0.9m/s。 ? 为了防止栅条间隙堵塞，污水通过栅条间距的流速（过栅流速）一般采用0.6～1.0m/s。
? 为了防止格栅前渠道出现阻流回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结
部，应有一展开角α1=20o的渐扩部位(图10-12)。 ? 三、格栅的设计计算（重点和难点） 格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算以及清渣机械的选用。
? 2.格栅设计参数
? 过栅流速v：0.6-1.0m/s
? 格栅安装倾角α：45°-75°
? 栅前水深、栅前渠道超高（0.3m） ? 进水渠道水流速度：0.4-0.9m/s ? 栅渣量W1取0.07m3/103m3污水 ? 格栅设计计算例题
例1-1 已知某城市污水处理厂最大设计污水量Qmax=0.2m3/s,KZ=1.5，计算格栅各部尺寸。 解：设栅前水深h=0.4m,过栅流速v=0.9m/s,取用中格栅,格栅安装倾角α=60, （1）栅条的间隙数n： （2）格栅的建筑宽度B： (3)进水渠渐宽部分长度L1
（4）栅槽与出水渠道连接处渐窄部分长度L2
（5）过栅水头损失h2
k=3；表10-2：β=2.42； （6）栅后槽总高度H
（7）栅槽总长度L
（8）每日栅渣量W
? 四、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(构造见图10-14)和振动筛网(图10-13)，水力筛网一般栅距较细0.25-5mm，常用回收或去除细小纤维和固体颗粒。 作用：应用于废水处理或回收短小纤维
筛网的去除效果，相当于初次沉淀池的作用。
? 五、破碎机
? 破碎机是将污水中较大的悬浮固体破碎成较小的、均匀的碎块，留在污水中随水流进入后续构筑物处理。 ? 第二节 沉淀的基础理论 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。
在各种类型的污水处理系统中，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。
? 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。
? 1.自由沉淀
污水中的悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚的性能，在沉淀过程中，固体颗粒不改变形状、尺寸，也不互相粘合，各自独立的完成沉淀过程。典型例子如砂粒在沉砂池中的沉淀以及悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程和二沉池的顶部。自由沉降颗粒沉降速度公式（斯托克斯）
? 2. 絮凝沉降
污水中的悬浮固体浓度不高，但具有凝聚的性能，在沉淀的过程中，互相粘合，结为较大的絮凝体，活性污泥二沉池的中部就属于此类型。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（图10-16），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，分层越多，则误差越小。
? 3. 区域沉淀（干扰、成层、拥挤）
污水中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，所有颗粒以团状整体沉淀，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型。区域沉淀的界面沉降公式：
? 4.压缩沉淀
发生在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。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α需修正。
? 四种沉淀类型在二沉池中的应用： 活性污泥在二沉池中的沉淀过程
? 三、自由沉淀及其理论基础 图10-17 自由沉淀颗粒受力情况 式中： A ——运动方向的面积
λ——牛顿无因次阻力系数：λ=f(Re)
us——颗粒沉降速度，当受力平衡时，沉速变为us（最终沉降速度）
? 当颗粒所受外力平衡时：F3=F1-F2 ? 分析自由颗粒在静水中运动公式得：
? 颗粒沉速us的决定因素是ρs-ρL，当ρs＞ρL时，颗粒下沉，反之则上浮。 ? 颗粒沉速us与d2成正比，所以增大d，大大提高沉降（上浮）效果。
? us与μ成反比， μ决定于水质、水温，在水质相同时，T↑、 μ ↓、 us ↑。 ? 由于污水中颗粒非球形，故stokes 定律不能直接用于工艺计算，需对非球形颗粒修
正。
? 四、沉淀池的工作原理 1.理想沉淀池
Hazen和Camp提出这一概念。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）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u。
（3）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。 （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）。
? 图10-19 理想沉淀池示意图
? 理想沉淀池分流入区、沉淀区、流出区、污泥区四个区。从点A进入的颗粒，它们
的运动轨迹是水平流速和颗粒沉速的矢量和，这些颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u0，恰巧能沉至池底D点，故可得关系式： ? 从图10-19可得：
? 沉速u≥u0的颗粒，无论以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。
? 沉速u＜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u＜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u＜u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。 ? 提问：能被沉淀池去除的颗粒的去除率？ 设沉速为u1的颗粒占全部颗粒的dp%，其中的 h/H·dp%的颗粒将会沉淀到池底而去除。 在同一沉淀时间t,下式成立： h= u1 t ； H= u0 t 理想沉淀池总去除量为： 用去除率表示：
式中：P0：沉速小于u0的颗粒在全部颗粒所占 的百分数；
1－P0：u≥u0的颗粒占的百分数。
? 根据理想沉淀池的原理，可说明三点：
计算公式
? 颗粒在池内的沉淀时间：
设处理水量为Q(m3/s),沉淀池宽度为b，水面面积 A=b·L，故颗粒在池内的沉淀时间为：
? 沉淀池容积：
? 通过沉淀池的流量：
? 比较：q与u0
? 相同点：最小沉速u0与表面负荷率q数值上相等。 ? 区别：
单位不同（q的量纲m3/m2.h；而u0的量纲m/h）；
物理意义不同（沉速u0：只表示垂直方向上单位时间的位移；表面负荷率q：则表示单位面积的沉淀池在单位时间内的水流量。） 2、实际沉淀池
∵ 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。
? 第三节 沉砂池 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。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。
? 平流式沉砂池
? 平流式沉砂池是最常用的一种型式，它的截留效果好，工作稳定，构造亦较简单。 图10-20所示的是平流式沉砂池的一种。池的上部，实际是一个加宽了的明渠，两端设有闸门以控制水流。在池的底部设置1～2个贮砂斗，下接排砂管。 平流沉砂池:
? 曝气沉砂池 ? 曝气沉砂池
? 曝气沉砂池从五十年代开始试用，目前已推广使用。具有下述特点：①沉砂中含有
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。 ? 曝气沉砂池的构造及工作原理
曝气沉砂池的常见构造如图10-21所示。曝气沉砂池是 一个长型渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约 60—90mm处设置曝气装置，在池底设置沉砂斗，池 底有i=0.1—0.5的坡度，以保证砂粒滑人砂槽。为了 使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装 置的一侧装设挡板。
? 污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动(流速一般取0.1m/s，不得超过
0.3m/s)，同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式(旋流速度0.25—0.4m/s之间，一般取0.4m/s。)图10-22
? 由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡
上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净。 ? 竖式沉砂池
? 竖式沉砂池是一个圆形池，污水按切线方向流入其中，旋转的涡轮叶片使砂粒呈螺
旋形流动，促进有机物和砂粒的分离。由于所受离心力的不同，相对密度较大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗，有机物随出水旋流带出池外。
二、设计计算:
曝气沉砂池、平流沉砂池为例。 例1：平流式沉砂池（图10-20） 1．设计参数