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第二章　水的物理处理技术
第一节 格栅与筛网
第二节 调节
第三节 沉淀
第四节 气浮
第五节 过滤
第六节 离心
一、 格栅
（一）格栅的构造与类型
1. 格栅的作用
在给水排水工程中，格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门等水处理设备的较粗大的悬浮物，并保证后续的水处理设备正常运行。
2. 格栅的构造
格栅一般由互相平行的格栅条、格栅框和清渣耙三部分组成，倾斜或直立在进水渠道中。
3. 格栅的分类
按格栅间距分：粗格栅，栅条间隙50-100 mm；中格栅，栅条间隙10-40 mm；细格栅，栅条间隙3-10 mm。
第一节 格栅与筛网
（二）格栅的选择
1.粗格栅：机械清除时宜为16～25mm，人工清除时宜为
25～40mm。特殊情况下，最大间隙可为100mm；
2.细格栅：宜为1.5～10mm；
3.水泵前，应根据水泵要求确定。
（三）格栅的设计
格栅本身是有一定规格的标准设备，只需根据需要选择（包括格栅类型、栅条断面、栅条间隙和栅渣的清除方式）。在水处理中，格栅设计的内容主要是计算所需格栅的尺寸，并进一步确定栅室、栅槽、工作平台尺寸与布置。
1. 过栅流速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。过栅流速0.6--1.0m/s，栅槽内流速0.4--0.8m/s，栅前渠道超高h2一般取0.3m；
2. 设计过流能力不宜超过厂家提供最大过流能力的80%；
3. 除转鼓式格栅外，机械清渣格栅倾角α宜采用60°--90°；人工清渣格栅倾角宜采用30°--60°；
4. 格栅宽B、水头损失h1，为避免栅前堵水，故将栅后槽底下降h1作为补偿；
5. 进水渠渐开角α1一般取20°，栅前渐扩部分长度l1，根据进水渠宽B1、格栅宽B和进水渠渐开角α1；
6. 栅渣量w1一般为0.03~0.1m3/103m3污水（与水源、栅间距有关），含水率80%左右，密度700--960kg/m3；
7. 工作台面高于栅前最高设计水位0.5 m，两侧工作台0.7m，正面过道宽1.2m（人工清渣）或1.5m（机械清渣）。
人工清污格栅结构图
二、 筛网
筛网是利用金属丝或化学纤维编制的网状介质进行筛滤，它的孔隙比格栅更小，能截留格栅不能去除的纤维状污染物，即可作为预处理，也可作为污水的深度处理。
用于污水处理的筛网大致可按网眼尺寸分为：粗筛网 (≥1mm) 、中筛网 (1--0.05mm) 和微筛网 (≤0.05mm)三类。城市污水处理中，常采用粗、中筛网。另外，按运行方式分类，筛网可分为固定式和旋转式两种。其中，旋转式筛网按筛网形状又可分为：转鼓式、回转式和带式等。
一、调节的作用
1. 提供对污水处理负荷的缓冲能力，防止处理系统负荷的急剧变化；
2. 减少进入处理系统污水流量的波动，使处理污水时所用化学品的加料速率稳定，适合加料设备的能力；
3. 在控制污水的pH值、稳定水质方面，可利用不同污水自身的中和能力，减少中和作用中化学品的消耗量；
4. 防止高浓度的有毒物质直接进入生物化学处理系统；
5. 当工厂或其他系统暂时停止排放污水时，仍能对处理系统继续输入污水，保证系统的正常运行。
第二节 调　节
二、调节处理的类型
（一）水量调节
污水处理中水量调节有两种调节池，一种为线内调节池，另一种为线外调节池。
1.线内调节池。进水一般采用重力流，出水用泵提升。
2.线外调节池。设在旁路上。
当污水流量过高时，多余污水用泵打入调节池；
当污水流量低于设计流量时，再从调节池回流至集水井，并送去后续处理
（二）水质调节
水质调节的任务是将不同时间或不同来源的污水进行混合,使流出的水质比较均匀。水质调节的基本方法有两种。 ?
（1）外加动力调节
外加动力就是采用外加叶轮搅拌、鼓风空气搅拌及水泵循环等设备对水质进行强制调节。
（2）差流方式调节
水质调节采用差流方式进行强制调节，使不同时间和不同浓度的污水进行水质自身水力混合。
①对角线调节池
这种形式的调节池的特点是出水槽沿对角线方向设置。
污水由左右两侧进入池内后，经过一定时间的混合才流到出水槽，使出水槽中的混合污水在不同的时间内流出，就是说不同时间、不同浓度的污水进入调节池后，就能达到自动调节均衡水质的目的。
②折流调节池
折流调节池在池内设置许多折流隔墙，污水在池内来回折流，得到充分混合、均衡。
折流调节池配水槽设在调节池上，通过许多孔流入，投配到调节池的前后各个位置内，调节池的起端流量一般控制在进水流量的 1/3 ～1/4，剩余的流量可通过其他各投配口等量地投入池内。
三、调节池的设计及实例
调节池的设计主要是确定其容积，可根据污水浓度和流量变化的规律，以及要求的调节均和程度来计算。
一、沉淀的基本理论
（一）沉淀的类型
1. 自由沉淀。这种类型多表现在沉砂池、初沉池初期。
2. 絮凝沉淀。经过混凝处理的水中颗粒的沉淀、初沉池后期、生物膜法二沉池、活性污泥法二沉池初期等均属絮凝沉淀。
3. 拥挤沉淀。活性污泥法二沉池的后期、浓缩池上部等均属这种沉淀类型。
4. 压缩沉淀。活性污泥法二沉池污泥斗中、浓缩池中污泥的浓缩过程属此类型。
第三节 沉淀
（二）悬浮物在静水中的沉淀
1．沉淀速度公式
为了说明影响颗粒沉淀的主要因素，现以单体球形颗粒的自由沉淀为例加以说明。颗粒在重力、浮力的作用下，开始下降（或上浮），由于水的阻力作用下，短暂时间内很快当达到受力平衡，以匀速下沉。
在大多数情况下，Re<1 (Re雷诺数)，颗粒下降引起周围水流的扰动，处于层流状态。颗粒沉淀速度用斯托克斯(Stokes)公式表示。
（2-1）
对于非球形颗粒：
（2-2）
——形状系数
CD与Re有关。Re<1, CD= 24/Re
（2-3）
——水的动力粘度，Pa.s
ρp——颗粒密度
ρl——液体密度
g——重力加速度
d——颗粒直径
2．沉淀试验
沉淀试验用来判定水中颗粒的沉淀性能，并根据所要求的沉降效率确定沉降时间和沉降速度这两个基本的设计参数。
从斯托克斯(Stokes)公式可知，任意的沉速ui都可计算出对应的颗粒粒径di，因此，P-u曲线也可以反映水中悬浮颗粒的粒度分布，P的含义可理解为水中沉速小于ui的小粒径颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数。
（三）理想沉淀池的沉淀原理
1．理想沉淀池的三种假定
（1）污水在池内呈推流式水平流动，沿水流方向任意横断面上任意一点的水流速度均等于v；
（2）入口断面AB处污水中悬浮颗粒的浓度和粒度分布均匀，悬浮颗粒的水平流速等于水流流速v，悬浮颗粒处于自由沉淀状态，沉降速度u固定不变；
（3）悬浮颗粒沉到池底即认为被除去。
理想沉淀池的模式
2．理想沉淀池理论分析
按照上述条件，悬浮颗粒在沉淀池内的运动轨迹是一系列倾斜的直线，污水从进口到出口的流动时间就是沉淀历时t（t = L / v）。分三种情况讨论：
（1）从A点进入的颗粒中，肯定存在某一粒径的颗粒，在沉淀历时t内，刚好沉淀到池底（沉降高度H），见图中沉降轨迹Ⅲ，该颗粒的沉降速度，称为截流沉速u0 。
（2）如果颗粒的沉降速度u>u0 ，则在沉淀历时t内，可沉降高度大于池深H，能够沉于池底部D点以前，见图中沉降轨迹Ⅰ；
（3）如果沉速 u< u0 ，则在沉淀历时t内，可沉降高度h小于池深H，将出现两种情况，其中靠近水面的颗粒，无法沉到池底，会被水带出，见图中沉降轨迹Ⅱ实线；而另一部分接近池底的颗粒（离池底高度小于h），能沉于池底，见图中沉降轨迹Ⅱ虚线。
3．综合分析结论
（1）沉淀池的沉降效率只与设定的截流沉速（或沉淀池的表面负荷）和悬浮颗粒的粒度分布有关，设定的截流沉速越小、悬浮颗粒粒径越大，则沉降效率越高；
（2）沉淀池容积一定时，降低池深，则可增大表面积，进而可降低表面负荷，提高沉淀池的沉降效率，这就是“浅池理论”，也是斜板(管)沉淀池的理论基础。
二、沉淀池
作为依靠重力作用进行固液分离的沉淀装置，可根据沉淀对象的不同分为两类。通常将用于沉淀有机固体为主的装置，通称为沉淀池，其沉淀物称为泥（与水的密度差相对较小）；而以沉淀无机固体为主的装置，通称为沉砂池，其沉淀物主要是砂粒、煤渣等密度较大的无机颗粒。
（一）沉淀池的类型与选用
1．沉淀池的类型
在污水处理中，按沉淀池的用途和工艺布置不同，可粗略分为：
（1）初次沉淀池。设置在沉砂池之后，作为化学处理与生物处理的预处理，可降低污水的有机负荷。
（2）二次沉淀池。用于化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物、分离活性污泥或生物膜。
（3）污泥浓缩池。设在污泥处理段，用于剩余污泥的浓缩脱水。
2．沉淀池的选用
在选用沉淀池之前，一定要先了解每一种沉淀池的特点和适用情况。然后再结合使用要求和本地的具体情况选择沉淀池，一般可从以下几个方面考虑：
（1）原水的水质、水量，以及出水的要求。
（2）能提供的场地条件。不同类型沉淀池选用时会受到场地条件限制，有的平面面积较大而池深较小，有的池深较大而平面面积较小。
（3）气候条件。温度较低时，水的粘度大，沉降性能不好；寒冷地区冬季的结冰问题。
（4）运行操作要求。
（5）投入建设经费和运行费用要求。
（二）沉砂池
沉砂池的作用是通过重力沉淀的方法去除废水中所挟带的泥砂。城市污水和一些工业废水(如制革厂、屠宰场等)常含有无机性泥砂，化工废水中一般不含泥砂，但由于清洗地面或废水输送过程中泥砂跌落，也会形成废水挟带泥砂现象。这些泥砂必将在废水处理装置内沉积或引起磨损，造成设备运行故障，或者是无机泥砂同化学沉淀物、生物沉淀物共同沉淀，混杂在一起，影响污泥的处理与利用。为了保证系统正常工作，应在废水处理前预先除去泥砂。
（三）平流式沉淀池
1．基本构造
平流式沉淀池的构造与理想沉淀池最为相似，为一长方形水池，水在池内水平流动，从一端流入，从另一端流出。平流式沉淀池由进水装置、出水装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成。
1.进水槽；2.进水孔；3.进水挡板；4.出水挡板；5.出水槽；6.排泥管；7.排泥闸门；
8.链带；9.可转动的排渣管槽；10.导轨；11.支撑；12.浮渣室；13.浮渣管
图2-4 链带式平流式沉淀池
目前平流沉淀池一般都采用机械排泥。机械排泥是利用机械装置，通过排泥泵或虹吸将池底积泥排至池外。机械排泥装置有链带式刮泥机、行车式刮泥机、泵吸式排泥和虹吸式排泥装置等。吸泥机式排泥与行车式刮泥机有点相似，吸泥机安装在一桁架上，吸泥口插入污泥区，整个衍架利用电机和传动机构在沉淀池壁顶的轨道行走，在行进过程中，将沉淀池底部的积泥吸出并排入排泥沟。采用吸泥机可使集泥与排泥同时完成，沉淀池底部不需坡度，也不用设污泥斗。机械排泥装置的行进速度一般为0.3--1.2m/min。
（四）竖流式沉淀池
1．基本构造
竖流式沉淀池在平面图形上一般呈圆形或正方形，原水通常由设在池中央的中心管流入，在中心管的下端经反射板拦阻，均匀散开折向上流，水中沉速超过上升流速的悬浮颗粒则向下沉降到污泥斗中，清水从池的顶部周边流出。由于水流在沉降区的流动方向是由池的下面向上作竖向流动，故称竖流池。
图2-5. 竖流式沉降池
为了达到池内水流均匀分布的目的，直径或边长不能太大，一般为4～7m，不大于10m。池径或边长与有效水深的比值不大于3。中心管内的流速不宜大于30mm/s，中心管下口应设有喇叭口及反射板。反射板板底距泥面至少0.3m。如果池子直径大于7m，为了使池内水流分布均匀，可增设辐射方向的流出槽，流出槽前设挡板以隔除浮渣。污泥依靠静水压力将污泥从排泥管中排出，排泥管直径、污泥斗尺寸、排泥静水压力等参数同前。
（五）斜板（斜管）式沉淀池
1．基本构造
根据哈真浅池理论，沉淀池容积一定时，降低池深，则可增大表面积，进而可降低表面负荷，提高沉淀池的沉降效率。为了降低池深，增加沉淀面积，可考虑在沉淀池内加水平隔板将其分成n层，这相当于n个浅沉淀池组合在一起，于是就可将沉淀面积增加n倍。为了解决排泥的问题，在具体应用时将水平隔板改为倾角为60°斜板或斜管，这就是斜板(管)沉淀池。在需要挖掘原有沉淀池潜力或建造沉淀池面积受限制时，常用到斜板（管）沉淀池。
斜板（管）沉淀池的沉淀效率高，不但有浅池理论作依据，而且由于平板的间距（或管道的管径）较小，各层又相互隔开，互不干扰，能够很好地满足水流紊动性和稳定性的要求，也为水中固体颗粒的沉降提供了十分有利的条件。
图2-6. 升流式斜板沉淀池
（六）隔油池
石油开采与炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业的生产过程排出大量含油废水。油品相对密度一般都小于1,只有重焦油相对密度大于1。如果油珠粒径较大，呈悬浮状态，则可利用重力进行分离，这类设备通称为隔油池。

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