最新环保设备教案——第五章 典型水处理设备设计与应用(一)

第五章 典型水处理设备设计与应用(一)

【课时安排】

§5.1格栅 2学时 §5.2沉淀池 2学时 §5.3气浮设备 2学时 §5.4快滤池 2学时

总计 8学时

【掌握内容】 1格栅的设计计算

2不同形式的沉淀池的设计计算 3气浮设备的设计计算 4快滤池的设计计算 【熟悉内容】 1格栅的类别 2沉淀池的类别

3气浮和浮选的原理 【教学难点】

1沉淀池的设计计算 2气浮设备的设计计算 3快滤池的设计计算 【教学重点】

1沉淀池的设计计算 2气浮设备的设计计算 3快滤池的设计计算 【教学目标】

典型水处理设备的设计、计算和应用 【教学内容】

§5.1格栅

【授课时间】2学时 【教学手段】课堂讲授 【教学过程】

阻力截留法是指利用处理设施对悬浮污染物形成的机械阻力，将悬浮物从水中截留下来的处理方法。它包括格栅截留、筛网阻隔和微孔过滤。

一、格栅

格栅是用一组平行的刚性栅条制成的框架，可以用它来拦截水中的大块漂浮物。格栅通常倾斜架设在其它处理构筑物之前或泵站集水池-进口处的渠道中，以防漂浮物阻塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水泵等机械设备。因此，格栅起着净化水质和保护设备的双重作用。

格栅的栅条多用50×10或40×10的扁钢或Φ10的圆钢制作。扁钢的特点是强度大，不易弯曲变形，但水头损失较大；而圆钢则正好相反。栅条间距随被拦截的漂浮物尺寸的不同，分为细、中、粗三种。细格枷的栅条间距为3～10mm，中格栅和粗格栅分别为10～25mm和50～100mm。

被拦截在栅条上的栅渣有人工和机械两种清除方式。小型水处理厂采用人工清渣时，格

栅的面积应留有较大的裕量，以免操作过于频繁。在大型水处理厂中采用的大型格栅，则必须采用机械自动清渣。每日栅渣量大于11的格栅，还应附设破碎机，以便将栅渣就地粉碎后再与污泥一并处理。

图6-1是一种链条式机械清波格栅。链条用电动机经减速机驱动作回转运动。齿耙固定在两排链条之间，耙齿伸入栅条间隙内将栅涝上提，再由刮渣器刮至料斗或输送带。

格棚设计的主要内容是确定格栅及共所架设的渠段的各部尺寸。 (一)格栅间隙数n

(6-1) 式中 Q--废水设计流量，m3／s：

θ--格栅安装倾角，一般取600、750；

h--格栅前渠内水深，m，一般为0.3～0.5m；

b--栅条间隙宽度，m，人工清渣时取25～40mm，机械清渣时取10～25mm； v--水流过栅流速，m／s，一般取0.6～l.0m／s。 (二)栅渠尺寸

为了防止栅前渠道内出现阻流回水现象，架设格栅的渠段宽度应由进水渠的B1加宽至B2(图6-2)，并在栅前、栅后分别保持0.5m和1.0m的直线距离。栅渠前有扩大段L1，栅渠后有收缩段L3，渐宽部分展开角a取200～300。 栅渠格栅段宽度B2(m)按下式计算：

(6-2)

式中 S--栅条宽度或直径(m)，一般取10～20mm。 栅前扩大段长L1(m)为：

(6-3)

式中 B1--进水渠宽(m)，由渠内水速0.4～0.9m／s及水深h计算，一般为0.3～0.5m。栅后收缩段长L3＝0.5L1。

(三)水通过格栅的水头损失h1(m)

(6-4) 式中 h0--计算水头损失(m)；

K--格栅被栅渣阻塞而使水头损失增大的系数，一般取3，或按K=(3.36v-1.32)求定；

ξ--格栅局部阻力系数，其值按表6-1所列公式和数据计算。

表6-1 格栅局部阻力系数

栅条断面形状 锐边矩形

迎水面为半圆的矩形

圆形

迎、背水面均为半圆的矩形

正方形

ξ的计算公式

β和ε取值 β=2.42 β=1.83 β=1.79 β=1.67 ξ=0.64

表6-l中β为栅条形状系数；ε为收缩系数；g为重力加速度(m／s2)。 (四)湿栅渣量W(m3／d)

(6-5)

式中 Gs--废水中可被格栅拦截的漂浮物量，kg／m3； Kf--废水流量变化系数；

p--湿栅渣含水率，％，一般取80％； γ--栅渣容重，kg／m3，可取960kg／m3。

二、筛网

筛网主要用于截留粒度在数毫米至数十毫米的细碎悬浮态杂物，尤其适用于分离和回收废水中的纤维类悬浮物和食品工业的动、植物残体碎屑。这类污染物容易堵塞管道、孔洞或缠绕于水泵叶轮。用筛网分离；则具有简单、高效、运行费用低廉等优点。

筛网通常用金属丝或用化学纤维编织而成，其形式有转鼓或转盘式、振动式、回转帘带式和固定式斜筛等多种。不论何种形式，其结构要既能裁留污物，又便于卸料和清理筛而。筛孔尺寸可根据需要由0.15mm至1.0mm不等。

图6-3为一种水力回转筛的结构示意图，它由旋转银筒筛和固定筛组成。旋转筛的小头端用不透水的材料制成，内壁装设固定的导水叶片。当进水射向导水叶片时，便推动银筒旋转，悬浮物被筛网截留，并沿斜面卸到固定筛上进；步脱水。水则穿过筛孔，流入策水槽。图6-4为用来从纸机白水中回收纸浆纤维的固定式斜筛。筛面用20～40目尼龙丝网或钢丝网张紧在金属框架上制成，以600～750的倾角架设在支座上。白水经沉砂槽除去泥砂后，由配水榴经溢流堰均匀地沿筛面流下。水中的纸浆纤维被截留于筛面。并沿筛面落入滤水槽滤水后作为\良浆\回收，水则穿过筛孔经集水槽去气浮处理；筛面用人工或机械定期清洗

三、微滤

微滤是微孔介质过滤的简称。它是一种用多孔材料制成的整体型微孔管或微孔板来戳留水中的固态细微悬浮物的水处理方池。

目前常用的微孔滤料有多孔陶瓷、多孔聚氯乙烯树脂及多孔泡沫塑料等。过滤机所使用的呢绒、帆布等也属于微孔滤料的范畴。微孔滤料适用于截留没有絮凝性的无机杂质。

微孔过滤的方式有加压过滤和减压过滤两种。滤管和滤板一般按废水流量大小装配成组。废水可由里向外或由外向里流动，处理负荷一般在1～2m3／m2·h。滤饼用压缩空气吹脱，空气和反沈水压力为196～294kPa

§5.2沉淀池

【授课时间】2学时 【教学手段】课堂讲授 【教学过程】

沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。按照水在池内的总体流向，普通沉淀池又有平流式、竖流式和辐流式三种型式。

普通沉淀池可分为入流区、沉降区、出流区、污泥区和缓冲区5个功能区。入流区和出流区的作用是进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，为提高容积利用、系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水力条件。沉降区是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲层是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。以上各部分相互联系，构成一个有机整体，以达到设计要求的处理能力和沉降效率。

一、平流沉淀池

在平流沉淀池内，水是按水平方向流过沉降区并完成沉降过程的。图3-16是没有链带式刮泥机的平流沉淀池。废水由进水槽经淹没孔口进入池内。在孔口后面设有挡板或穿孔整流墙，用来消能稳流，使进水沿过流断面均匀分布。在沉淀池末端没有溢流堰(或淹没孔口)和集水槽，澄清水溢过堰口，经集水槽排出。在溢流堰前也设有挡板，用以阻隔浮渣，浮渣通过可转动的排演管收集和排除。池体下部靠进水端有泥斗，斗壁倾角为500～600，池底以0．01～0，02的坡度坡向泥斗。当刮泥机的链带由电机驱动缓慢转动时，嵌在链带上的刮泥板就将池底的沉泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板则将浮渣推向池尾的排渣管。泥斗内设有排泥管，开启排泥阀时，泥渣便在静水压力作用下由排泥管排出池外。链带式刮泥机

的缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。为此，可改用桥式行车刮泥机，这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。对于较小的平流沉淀池，也可以不设刮泥设备，而在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求；有足够的沉降分离面积：有结构合理的人流相出流放置能均匀布水和集水；有尺寸适宝、性能良好的污泥和浮渣的收集和排放设备。进行沉淀池设计的基本依据是废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相似的运行资料，因地制空地选用经验数据。以-萨按功能分区介绍设计和计算方法。

1.入流区和出流区的设计

入流和出流区设计的基本要求，是使废水尽可能均匀地分布在沉降区的各个过流断面，既有利于沉降，也使出水中不挟带过多的悬浮物。常用的配水方式如图3-17。紧靠池壁内侧是一条横向配水槽，其后的人流装置可以有三种不同组合。溢流 堰的堰口要确保水平；底孔应沿池宽答距离分布且大小相等；为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在10～20％，孔口的边长或直径应为50～150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.12～0.15m处，最下一排的下缘应在泥层以上0.3～O.5m处；挡板需高出水面O.15～O.2m，淹没深度不小于O.2m，距离进水口0.5～1.0m。集水槽的布置有图3--18所示的三种基本方式。其中以(a)最为简单，但因长度短，流速大，容易挟带较多的悬浮物；(b)种加设了一组纵向支渠，水力条件最好，但结构较复杂。目前，也有在沉淀池中、后部加设横向中途集水槽的。出流口常采用溢流堰和淹没潜孔。前者可为自由堰，也可为锯齿形三角堰，堰前设置挡板，用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.3～O.4m，距溢流堰O.25～O.5m。出水溢流堰不仅控制着池内水面的高 崖，而且对水流的与勺分布和出入水质古重要影M向，由此堰白必匆严格水平，以征证堰负荷(即单位堰长在单位时间的排水量)适中且各处相等。在采用淹没潜孔时，要求孔径相等，并应沿池子宽度上均匀分布，淹没深度征0．15-0．2m。[显示图片]

2．沉降区的设计

沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、览、浇尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下：

(1)由设计流量Q(m3／h)和表面负荷q(m3／m2oh)，按A＝Q／q计算沉降区表面积A(m2)。

(2)由与Q对应的水

平流速v(mm／s)和沉降时间t，按L2＝3.6vt计算沉降区长L2(m)。一般取v≤5mm／s；t取l.5～2.0h。

(3)

按B2＝A／L2计算池宽B2(m)，并按L2／b＝4～5的要求得单池或单格宽b(m)的近似尺寸。

(4)由n＝B2／b确

定沉淀池座数或分格数n。显然，由于n只能为正整数，而n、B2和b又互相关联，因此在确定n值后，需对b或B2作必要调整，但仍需满足L2／b≥4的要求。此外，在采用机械刮泥时，b值还必须与刮泥机的衍架宽度相匹配。为了便于检修倒换，n值不应小于2，但也不宜过大，以免增大造价。

3．污泥区的设计

污泥斗的容积可由排泥周期内沉降的泥渣量确定。泥渣体积Vw(m3)按下式计算： (3-22)

式中 Q--废水设计流量，m3／h；

C和C--分别为进水和出水的SS浓度，mg／L； P--泥渣含水率(%)；

γ--泥渣容重，kg／m3，当泥渣主要为有机物且含水率在95％以上时，可取1000kg／m3；

T--排泥周期，一般取1～2d。 对倒正棱台形泥斗，其容积Vd(m3)按下式计算： (3-23)

式中 a1和a2--分别为泥斗上、下底边长，m；

h4--泥斗高度，m； ，a为泥斗壁烦角，按污泥滑动性取450～600。

设m为沉淀池的泥斗数，如mVd≥Vw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。

4．沉淀池的整体尺寸

设前、后挡板与进、出水口的距离分别为L1和L3，则沉淀池总长L(m)为： (3-24)

设缓冲层高度为h3，当没有刮泥机时，h3＝(hm+0.3)，hm为刮泥板高度；不设刮泥机时，h3取O.5m。为了适

应冲击负荷的水位变化，有效水深以上应有保护高度h1，常取0.3m。故沉淀池总高H(m)为：

(3-25) 二、竖流沉淀池

竖流沉淀池多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离，池面多呈圆形或正多边形。图3-19为圆形竖流沉淀池的结构示意图，其上部圆筒形部分为沉降区，下部倒圆台部分为污泥区，二者之间有0.3～O.5m的缓冲层。沉淀池运行时，废水经进水管进入中心管，由管口出流后，借助反射板的阻挡向四周分布，并沿沉降区断面缓慢竖直上升。沉速大于水速的颗粒下沉到污泥区，澄清水则由周边的溢流堰溢入集水槽排出。溢流堰内侧设有半浸没式挡板来阻止浮渣被水带出。竖流沉淀池的直径一般在4～8m，最大不超过10m，以1.5～2.0m的静水压力排泥。为保证水流的竖向运动，池径与沉降区深度之比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为us的颗粒在池内的实际沉速为us与水上升流速v的矢量和(us-v)，颗粒被分离的条件为us＞v，而us≤v的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小了 ；即ET=(1-p0) 100(％)。竖流沉淀池的设计参数如下：(1)表面负荷，按公式(3-20)计算，当无资料时，可按v＝(O.5∽0.8)mm／s，即q (2.0～3.O)m3／m2·h取用。(2)沉降时间按公式(3-20)求取；当无资料时，可取t＝(1.0～2.0)ha。(3)管口不设反射板时，取中心管内流速v0≤0.03m／s；设反射板时，v0≤O.1m／s。(4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04m／s。(5)中心管及反射板的结构尺寸如图3-20。(6)保护高度取O.3～0.6m，缓冲层高度取0.3m，泥斗壁倾角取450～550。

竖流沉淀池的设计计算内容如下：

(1)中心管的断面 A1(m2)和直径d(m)由单池流量Q／n(m3／h)及中心管流速v0(m／h)计算，其中Q为废水流量(m3／h)，n为池数

(2)由表面负荷q(m3／m2·h)及单池流量计算沉淀区断面积人A(m2)。