十章 水污染控制工程

? 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

? 例1：平流式沉砂池 2.设计内容（图10-20）

? 例1：平流式沉砂池：结构尺寸 （2）结构尺寸： 进、出水区结构及尺寸； ① 贮砂斗所需容积、结构。 设计的贮砂斗容积V1：

（10-24） 式中：V1——贮砂斗容积，m3； h’3——贮砂斗高度，m；

S1,S1——贮砂斗下口和上口的面积，m2. ③ 贮砂室的高度h3：

设池底坡度为6%，则：

（10-25） ④ 池总高度H：

（10-26）

式中：h1—超高，m。（≥0.3m）

? 例2：曝气沉砂池

2.设计内容:工艺尺寸、结构尺寸、进出水、工艺装备

? 例2：曝气沉砂池

注意：在设计计算过程中，沉砂池的长、宽、深等工艺尺寸需同时满足有关的长宽比和宽深比，以保证沉砂池内的流态为推流式。如不满足需重新调整有关尺寸重新选择设计参数，从新进行设计计算。

? 例2：曝气沉砂池 ? 例2：曝气沉砂池 第四节 沉淀池

沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。

? 作用：分离悬浮物，去除BOD、SS（初沉池，二沉池）

? 原理：自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀、压缩沉淀（二沉池） ? 组成部分：进水、出水、沉淀、贮泥、缓冲 ? 运行方式：间歇式（进水、静置、出水）；连续式 ? 一、分类 1. 按位置分：

? 初沉池——用于生物处理前做一级处理的称为初沉池。对于一般城市污水，初沉池

可去除约30%的BOD5和55%的悬浮物。

? 二沉池——用于生物处理后沉淀活性污泥或生物膜脱落污泥的称二沉池。二沉池是

生物处理不可缺少的一个组成部分。

? 2.按水流方向分：平流式、竖流式、辐流式 图10-26 三种型式沉淀池示意图 （2）竖流式沉淀池

竖流式沉淀池——池型多呈圆形，废水从设在池中央的中心管进入，从中心管的下端

经过反射板后均匀缓慢地分布在池的面上，由于出口设置在水面上墙壁四周，故水的流向基本由下向上，污泥贮积在底部的污泥斗内。 （3）辐流式沉淀池

辐流式沉淀池——池型多呈圆形，进口位置与竖流式相似，出口位置与竖流式相同，水从中心管进入向四周辐射水平流动，由于辐流式池径与池深比远远大于竖流式，所以水平流动速度随着穿透表面积的增大，速度越来越小，最后从水面四周流出，悬浮物沉淀到池底的贮泥斗。

? 3. 三种类型沉淀池优缺点分析 ? 二、沉淀池的一般设计原则及参数 1.流量

? 当自流进入时，应按最大流量设计；

? 厂内设置提升泵房时，应按工作水泵的最大组合流量设计。 2. 沉淀池只数：不少于2只 3. 沉淀池经验设计参数

当无沉淀资料时，t 、q、污泥量参见表10-5

? 表10-5 沉淀池的功能与负荷或停留时间的关系 4. 沉淀池的有效水深、沉淀时间、表面水力负荷的相互关系 5. 沉淀池的几何尺寸

沉淀池超高不少于0.3m ，缓冲层高0.3~0.5m，贮泥斗的斜壁倾角不宜小于60°,圆斗不宜小于55°，排泥管径不小于200mm 6. 沉淀池出水部分

一般采用溢流堰，出水负荷：初沉池应不大于2.9L/s·m，二沉池取1.5~2.9L/s·m。 7. 贮泥斗的容积

一般不大于2d ，对于二沉池，贮泥时间不超过2小时。 平流式沉淀池泥斗一般为（正）棱台形，上部边长与池宽相同（若池宽较大时可设多个泥斗），下部边长一般为0.5-1.0m，泥斗倾角大于45o; （一）平流式沉淀池的构造及工作特点

图10-27为带行车式刮泥机的平流式沉淀池。

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（图 10-28）。

平流式沉淀池的出流装置（图10-29和图10-30）：

出水堰不仅可控制沉淀池内的水面高度，而且对沉淀池内水流的均 匀分布有直接影响。

锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。

堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。 多斗式沉淀池(图10-31)，可以不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗 单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。

? 三、平流式沉淀池结构及设计计算 （二）平流式沉淀池的设计 1.结构设计

? 入流装置：平流式沉淀池的配水可采用进水挡板或进水穿孔墙等，通常有：带溢流

堰的进水槽+整流墙；带侧孔的进水槽+整流墙；带侧孔的进水槽+挡板；带底孔的进水槽+挡板。

? 出流装置：一般采用挡板+溢流堰+集水槽； ? 排泥装置和方法：静水压力法、机械排泥 ? 2.设计计算

? 沉淀池的表面积A ? 沉淀区有效水深h2 ? 沉淀区有效容积V1 ? 沉淀池长度L ? 沉淀池总宽度b 6、沉淀池的只数n：

（10-38） 式中：n——沉淀池数量或分格数；

b——每座或每格沉淀池的宽度，m； 7、污泥区的容积Vw：

（1）按日产污泥量和排泥时间间隔设计

（10-39） 式中：S——每人每日产生的污泥量，L/(人·d），表10-5； N——设计人口数，人；

T——两次排泥的时间间隔，d。(初沉池按2d考虑）

? （2）若已知污水悬浮固体浓度与去除率，则：

（10-40） 式中：c0，c1——沉淀池进水和出水的悬浮固体浓度， mg/L；

γ——污泥容重，kg/m3,含水率95%以上时，可取 1000kg/m3；

p0——污泥含水率，%；

T——两次排泥的时间间隔，一般取2d。

? 四、竖流式沉淀池的工作原理及设计 ? 四、竖流式沉淀池的工作原理及设计 1.工作原理

竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动（水流水平分速为0），在静水中沉速为u的颗粒在池内的实际沉速为u与水上升流速v的矢量和（u-v），颗粒被分离的条件为u＞v，而u≤v的颗粒始终不能沉底。由此可知，当可沉颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果要比具有相同表面水力负荷的平流式沉淀池低。 2.构造：池的直径≤ 8米，一般4-7米；径深比≤3：1... 3.设计计算类似平流式沉淀池

? 3、竖流式沉淀池的设计计算 （1）中心管截面积f1与直径d0：

（10-44） （10-45） 式中：Qmax——每组沉淀池最大设计流量，m3/s； f1——中心管截面积，m2； v0——中心管内流速，m/s；（≤0.03m/s） d0——中心管直径，m。

（2）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3：

(10-46)

式中：h3——间隙高度，m；（0.25~0.5m） v1——间隙流出速度，m/s；（≤0.04m/s） d1——喇叭口直径，m。 （3）沉淀池面积f2和池径D：

(10-47) (10-48) 式中：f2——沉淀区面积，m2；

q——表面水力负荷，m3/（m2·h）；（2~3） A——沉淀池面积(含中心管面积），m2； D——沉淀池直径，m。

（4）沉淀池（中心管）的工作高度/沉淀区有效水深h2

式中：v——污水在沉淀区内上升流速（=颗粒的最小沉速u0），m/s； t——沉淀时间，h。（1.0~2.0h）

? （5）污泥体积VW（同平流沉淀池）： 污泥斗体积Vd：

式中：h5——泥斗圆台高度

R、r——圆台上下底半径，m。 （6）沉淀池总高度H（m）： 式中：h1——保护高度，m；（0.3~0.5m）

h4——缓冲层高度，0.3m。 图10-32 1

? 五、辐流式沉淀池构造及设计 1.构造：

直径D=6-60m，最大可达100m，池四周水深1.5-3.0m，中心深度2.5-5.0m 进水有两种类型：中心进水周边出水；周边进水中心出水。 一般设有刮泥机刮泥。

? 2.设计计算：

? 中心管：中心管管径按流速应大于0.4m/s的最小沉速设计；

? 导流筒：导流筒的深度一般为池深的一半，容积占沉淀容积的5％；

? 出水集水渠：现行辐流式沉淀池的出水集水渠一般位于距池壁的1／10R处； ? 出水堰：单侧或双侧三角堰。 ? 超高、缓冲区

? 计算见式(10-49)~(10-52) ? 六、斜板（管）沉淀池

? 斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板

(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成(图10-36)。与普通沉淀池相比较，它有容积利用率高和沉降效率高的明显优点。

? 哈真（Hazen）浅池理论：把沉淀池水平分成n层，就可以把处理能力提高n倍。 ? 2.斜流式沉淀池的构造 ? h1清水出水区 ? h2进水配水区 ? 斜板（管） h3沉淀区

? h4缓冲区

? h5污泥区 ? 1－进水管；

2－配水槽； 3－斜板； 4－集水槽； 5－出水落水斗； 6－污泥斗； 7－排泥管

? 六、斜板（管）沉淀池

1.斜板（管）沉淀池的理论基础—浅层理论

（1） u≥u0，η=100%； u＜u0， （A：水面面积）

在沉淀池有效容积（V）一定的条件下，池身(H)浅一些（V=A·H），增加沉淀面积(A)，可使去除率(η)提高，这就是所谓浅层沉淀理论。 由图：H→H/2,则u0→u0/2：

u≥u0→ u≥u0/2 所以η↑

u＜u00：u/u0→2u/u0 所以η↑

? (2)

? 当L和ν不变时，池深（H）越浅，则u0越小，去除率增大。(见图）如H减小到H/n，

则u0也减小到u0/n。所以，可被完全去除的颗粒沉速范围由由原来的u﹥u0扩大到u﹥u0/n；沉速u﹤u0的颗粒中能被去除的分率也由u/u0增大到nu/u0。从而使沉降效率大幅度提高。

? 当u0和ν不变时，高度为H/n时，长度变为L/n，所以沉淀池的体积减少到V/n。 ? 当L和u0不变时，高度为H/n时，水平流速变为nν，表面负荷率不变，进水流量增

大为nqv 。

以上是20世纪初Hazen提出的浅层理论：把沉淀池水平分 成n层，就可以把处理能力提高n倍。

? 3. 斜板（管）沉淀池设计举例

异向流斜板（管）沉淀池的设计表面水力负荷一般可按比普通沉淀池的设计表面水力负荷提高一倍考虑。

? 4、斜流沉淀池在废水处理中的应用

? 斜流沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点，在给水处理中得到比较

广泛的应用，在废水处理中的应用不普遍。在选矿水尾矿浆的浓缩、炼油厂的含油废水的隔油等已有较成功的经验，在印染废水处理和城市污水处理中也有应用。 ? 七、提高沉淀池沉淀效果的有效途径 ? 第五节 隔油和破乳 一、油脂来源、状态与危害 二、处理方法及设备

? 一、油脂来源、状态及危害 1.来源

? 石油类：石油开采、石油化工、钢铁焦化、煤气发生站、机械加工。 ? 动植物油类：肉类牛奶加工、洗衣房、汽车修理车间。 2.状态

? 浮油、分散油（悬浮态） ? 乳化油（胶体态） ? 溶解油（溶解态） 3.危害

? 1.处理方法 2.设备

? 隔油池（平流式、斜板式） ? 除油罐 ? 气浮隔油 3、隔油池

（1）平流式（图10-38）：构造与平流式沉淀池基本相同。水平速度慢，2-5mm/s，避免搅拌破坏油水分离。与平流式沉淀池比加盖板和集油管。 （2）斜流式（图10-39）：可分离油滴直径更小，停留时间30min，仅为平流的1/4-1/2。除油效率大于平流式。

? 第六节 浮上法（气浮法） ? 一、概述 ? 二、分类

? 三、加压溶气浮上法的基本原理

? 四、加压溶气浮上法系统的组成及设计 ? 一、概述

气浮法是固-液或液-液分离的一种方法。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度小于或接近水的细小固体或液体颗粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固-液或液-液分离。

? 适用范围：

密度小于或等于溶液密度的颗粒与污水的分离（固－液，液－液）

? 油类三类物质是否都可以用浮上法分离？ 溶解态不可。

? 工艺过程：

细微气泡产生——污染物呈悬浮态——二者粘附——上浮——分离，浮渣清理

? 应用：油水分离；回收物质；取代二沉池，可避免活性污泥膨胀。 ? 二、气浮法分类 1.电解气浮法 2.分散空气浮上法

? 扩散板曝气气浮法 ? 叶轮切割气泡气浮法 3.溶气气浮法

? 溶气真空气浮 ? 加压溶气气浮 ? 3.溶气气浮法 （1）真空浮上法

常压预先机械曝气溶气，真空下释放。图10-44

? 优点：空气溶解在常压下进行，动力设备和电耗小。

? 缺点：空气在常压下溶解度很低，气泡释放量有限；形成真空要求较高。 （2）加压溶气浮上法：

是最常用的一种气浮法，它是使空气在加压的条件下溶解于水，然后通过压力降至常压而使过饱和的空气以微气泡的形式释放出来。 图10-45、10-46 三、加压溶气浮上法

? 主要设备：水泵、溶气罐、浮上池（压力溶气系统、空气释放系统、气浮分离设备/

气浮池）

? 空气进入溶气罐：空压机或射流器

? 加压溶气气浮的三种基本流程：全溶气流程、部分溶气流程、回流溶气流程。 ? 四、加压溶气气浮的基本原理 1.空气在水中的溶解度与压力的关系

图10-50 空气在纯水中的饱和溶解度S0与温度T、压力P的关系

? 从图10-50可得：在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度也越大。一定温

度下，P增大， S0也增大。

? 真空溶气法利用常压（101KPa）和负压（30-40KPa）之差造成溶气过饱和释放。 ? 加压溶气法利用高压（300-400KPa）和常压（101KPa）之差造成溶气过饱和释放。 ? 同一温度下，因压差不同，加压溶气法相对真空溶气法释放的气体更多。 ? 2.水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理 （1）气泡与悬浮颗粒粘附的条件

气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起的。根据作用于气-固-液三相之间的界面张力，可以推测这种吸附力的大小。

? 图10-51 气固液三相体系

在气固液三相的接触点上，由液、气界面与液、固界面构成的θ角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有： δG·S= δL·G×cosθ+δL·S

? 当θ=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面。

? 当0＜θ ＜ 90°时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。 ? 当θ ≥ 90°时，则容易吸附。

或者吸附前后单位面积上的界面能差△E=E1-E2 =（δL·G+ δL·S）-δG·S = δL·G（1-cosθ）

? θ →0 °， △E → 0，不能吸附。

? θ →180 °， △E → 2 δL·G ，易吸附。 （2）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种： 图10-52

? 气泡吸附颗粒上浮 ? 气泡顶托颗粒上浮 ? 气泡裹夹颗粒上浮

? （3）“颗粒-气泡”复合体上浮速度 式中：d——为复合体直径； ρL——水的密度；

ρs——复合体的表观密度。

注意：与斯托克斯公式（10-11）的区别： ρs-ρL

当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小， 上升的速度越大。

? 3.化学药剂投加对气浮效果的影响

? 除强疏水性物质外，一般疏水性物质和亲水性物质均需投加化学药剂，以改善颗粒

的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。

? 图10-53 亲水性物质与极性-非极性物质作用后与气泡黏附情况 ? 常用的化学药剂有：混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。 ? 四、压力溶气气浮法系统组成及设计 1. 组成：

? 压力溶气系统（加压泵、压力溶气罐、空气供给设备、附属设备） ? 空气释放系统：空气释放装置（减压阀、溶气释放喷嘴、释放器）、溶气水管路。 ? 气浮池（图10-60平流式和10-61竖流式）。 2. 设计计算：气浮所需空气量、溶气罐、气浮池。 ? （1）气浮所需空气量

① 当没有试验资料时，可根据气固比估算：

（10-65）

式中：A——减压至101.325kPa时释放的空气量，g/d； ρ——空气密度，g/L，见表10-6；

Cs——在一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mL/L，表10-6； P——溶气压力（绝对压力）；

f——加压溶气系统的溶气效率，通常取0.5~0.9，见表10-7； QR——加压溶气水的流量，m3/d； S——悬浮固体干重，g/d；

Q——气浮处理的废水量，m3/d；

Sa——废水中的悬浮固体浓度，g/m3。

? ② 当有试验资料时，可用下述公式计算：

（10-67） 式中：Q——气浮处理的废水量，m3/h；

R’——试验条件下的澄清液回流比，%； ac——试验条件下的释气量，L/m3； k——水温校正系数，取1.1~1.3。

? （2）溶气罐 ① 溶气罐直径Dd按下式计算：

（10-68） 空罐：过流密度I=1000~2000m3/（m2·d）； 填料罐：I=2500~5000m3/（m2·d）。 ② 溶气罐高h：

（10-69） 式中：h1——罐顶、底封头高度，m；

h2——布水区高度，一般0.2~0.3m；

h3——贮水区高度，取1.0m；

h4——填料层高度，一般1.0~1.3m。

? （3）气浮池 1）接触室表面积Ac

（10-70）

式中：Ac——接触室的表面积，m2

Q——气浮处理的废水量，m3/h； QR——回流加压水量，m3/h；

uC——接触室水流的上升流速，m/h。 （10~20mm/s）

? 2）分离室表面积As

①按分离速度us（分离室向下平均水流速度）计算：

（10-72）

式中：Q——气浮处理的废水量，m3/h； QR——回流加压水量，m3/h； us——分离速度，m/h。（1.0~3.0） ② 根据表面负荷计算：

（10-73）

式中：As——分离室的表面积，m2；

Q——气浮处理的废水量，m3/h； q——分离室表面负荷，m3/（m2·h），一般取6~8m3/（m2·h）

? 3）气浮池的净容积V： 选定池的平均水深H（分离室水深），按下式计算： （10-73） 以池内水力停留时间（t）进行校核，一般要求 t=10~20min。

? 总 结

? 重力分离（斯托克斯定律、三相分离原理） ? 设计计算：（注意单位，经验数值选取，复核等） ? 格栅：过栅流速0.6-1.0 m/s ? 沉砂：水平流速0.08-0.12 m/s

? 沉淀：水平流速＜5 mm/s 表面负荷 ? 隔油：水平流速2-5 mm/s

? 浮上：表面负荷/上升流速(uc)10-20mm/s; 向下平均流速(us)1.0-3.0mm/s

? 水力停留时间，建筑尺寸的合适比例，施工方便，供气量等。

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