水污染控制技術(shù)二版2章-沉淀上浮氣浮

在污水廠中，有以下四種用法：（1）廢水的預(yù)處理（2）污水進(jìn)入生物處理構(gòu)筑物前的初步處理（初次沉淀池）（3）用于生物處理后的固液分離（二次沉淀池）（4）用于污泥處理階段的污泥濃縮2.3.1沉淀的基礎(chǔ)理論

1.概述

2.沉淀類型指SS濃度不高，沉淀過程中顆粒間互不碰撞、呈單顆粒狀態(tài)，各自獨(dú)立地完成沉淀過程。（1）自由沉淀：如沉砂池和初沉池中的沉淀。（2）絮凝沉淀：當(dāng)SS濃度較高(50～500mg/L)時(shí)，沉淀過程中顆粒間可能互相碰撞產(chǎn)生絮凝作用，使顆粒粒徑與質(zhì)量逐漸加大，沉速加快。如活性污泥在二沉池中的沉淀。（3）區(qū)域沉淀（成層、擁擠沉淀）：

因SS過大，沉淀過程中相鄰顆粒間互相妨礙、干擾，沉速大的顆粒也無法超越沉速小的顆粒，各自保持相對(duì)位置不變，顆粒群以整體向下沉降，并與上清液形成清晰的固液界面。（4）壓縮沉淀：

顆粒間相互支撐，上層顆粒在重力作用下擠壓下層顆粒間的間隙水，使污泥得到濃縮。

如二沉池中下部的沉淀如二沉池泥斗和濃縮池的過程

四點(diǎn)假設(shè):1.自由顆粒為直徑均勻的球體

2.沉淀過程中顆粒大小形狀重量不變

3.液體是靜止,且非壓縮性的

4.顆粒沉淀是無干擾的,自由沉淀運(yùn)動(dòng)3.自由沉淀及其理論基礎(chǔ)ρg

F2+F3F1ρy

球狀顆粒自由沉淀時(shí)力的平衡圖由牛頓第二定律得：帶入整理得：

-----即斯托克斯公式。顆粒的沉降速度

正比于＞，如，顆粒下沉；＜如，顆粒上浮。①②反比于水的粘滯度，同一顆粒在不同水質(zhì)和水溫條件下有不同的值，如水溫升高，下降，增大。③正比于顆粒本身直徑的平方，如在顆粒下沉的過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢?，促使顆粒相互碰撞、絮凝使粒徑增大可獲得很好的效果。

-----斯托克斯公式。3.自由沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)柱6～8個(gè)，d＝80～100mm，h＝1500～2000mm，取樣口位于1200mm處。實(shí)驗(yàn)過程：經(jīng)沉淀t1

、t2、t3…ti…tn時(shí)，分別在1～8號(hào)沉淀柱取水樣100mL，得出水SS濃度C1

～C8，并作出η～t的關(guān)系曲線以及η～ui的關(guān)系曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于u≧ui的顆粒，可在時(shí)間ti內(nèi)全部沉淀去除；沉降柱修正試驗(yàn)法：試驗(yàn)方法同前，在每根沉降柱上開多個(gè)取樣口，在H以上所有取樣口的取樣（從中間0.5H處取樣）。沉速ui：是指在沉淀時(shí)間ti內(nèi)能從水面恰好下沉到水深H處的最小顆粒的沉淀速度。而對(duì)u＜

ui的顆粒，在時(shí)間ti內(nèi)能否被沉淀去除取決于顆粒所在位置，因而此方法存在誤差。設(shè)水樣中的SS濃度為Ci，則出水中的剩余SS的比例為Pi=100%×Ci/C0

，SS實(shí)際在ti時(shí)的去除率為1-Pi，作P0

～ut曲線，凡ut≧u0＝H/t的所有顆粒都可能去除，其去除率為1－P0

；沉速ut＜

u0＝H/t的顆粒能被去除的數(shù)量作如下討論：

設(shè)其中某特定粒徑的顆粒的重量是懸浮物總量的dP，它能被去除的比值為ut/u0，其在t時(shí)刻去除該顆粒的數(shù)量為：可見ut＜

u0的顆粒能被去除的數(shù)量為：總?cè)コ繛椋旱挠?jì)算：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理舉例（1）沉淀區(qū)過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度均相同,水平流過為V;（2）懸浮顆粒在沉淀區(qū)等速下沉,下沉速度為u;4.理想沉淀池原理

理想沉淀池的四點(diǎn)假設(shè)：（3）在沉淀池的進(jìn)口區(qū)域,水流中的懸浮顆粒均勻分布在整個(gè)過水?dāng)嗝?；?）顆粒一經(jīng)沉到池底,就認(rèn)為已被去除。1）平流式理想沉淀池①根據(jù)幾何相似原理可見ut＜

u0的顆粒能被去除的數(shù)量為：②將實(shí)際數(shù)據(jù)Q、L、B、H帶入，則顆粒在池內(nèi)最長(zhǎng)沉淀時(shí)間為：沉淀池容積Q/A的物理意義：在單位時(shí)間內(nèi)通過沉淀池單位表面積的流量，即表面負(fù)荷率或溢流率，用q表示(m3/(m2﹒s))或m3/m2﹒h)。表面負(fù)荷q的數(shù)值等于顆粒沉速u0

。所以，平流式理想沉淀池的去除率取決于沉淀池的表面積有關(guān)而與池深無關(guān)。③豎流式理想沉淀池（自學(xué)。分析方法同前，但結(jié)果有差距，p＝100－p0

）。④實(shí)際沉淀池與理想沉淀池之間的差距（自學(xué)）

a.深度方向水流速度分布不均勻?qū)θコ蕸]有影響。

b.寬度方向水流速度分布不均勻是降低沉淀池去除率的主要原因。

c.紊流對(duì)去除率的影響：減慢沉速，降低去除率；擾動(dòng)底部沉淀物，降低去除率。2.3.2沉砂池（1）分離密度為大于2.65、粒徑大于0.2mm的砂粒、灰渣等無機(jī)固體顆粒；1.位置：泵站、沉淀池之前；2.作用：（2）使水泵和管道免受磨損和阻塞；（3）減輕沉淀池的無機(jī)負(fù)荷；（4）污泥具有良好的流動(dòng)性，便于排放輸送。平流式、曝氣式、鐘式3.類型：沉砂池的去除對(duì)象:砂粒、比重為2.65、粒徑0.2mm以上。(1)平流式沉砂池

⑦貯砂斗一般按2日以內(nèi)的沉砂量設(shè)計(jì)，斗壁傾角不小于55０；池底以0.01～0.02的坡度坡向砂斗。

平流沉砂池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：①流量

當(dāng)廢水以自流方式進(jìn)入時(shí),應(yīng)取最大小時(shí)流量;當(dāng)用泵送入時(shí)，應(yīng)取工作水泵的最大組合流量。②分格數(shù)

≥2，并按并聯(lián)方式運(yùn)行。③流速④

停留時(shí)間

⑤結(jié)構(gòu)尺寸

⑥沉砂量依水質(zhì)不同而異，對(duì)城市污水可按每30m3沉砂/106m3廢水考慮。排砂方式：重力排砂，排砂管d≧200mm。對(duì)大中型污水處理廠，一般采用機(jī)械排砂。式中：平流式沉砂池的計(jì)算公式：

（1）長(zhǎng)度L--設(shè)計(jì)有效水深，---最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的速度，---最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間,（2）水流斷面面積A

式中：---最大設(shè)計(jì)流量，（3）池總寬度b式中：--設(shè)計(jì)有效水深，式中：（3）池總寬度b式中：--設(shè)計(jì)有效水深，--設(shè)計(jì)有效水深，--設(shè)計(jì)有效水深，（4）貯砂斗所需容積V式中:X----城市污水的沉砂量,一般采用30m3/106m3(污水)t----排砂時(shí)間的間隔,d;kz---城市污水流量的總變化系數(shù).----貯砂斗高度,m(5)貯砂斗各部分尺寸計(jì)算設(shè)貯砂斗底寬b1=0.5m;斗壁與水平面的傾角為60;則貯砂斗的上口寬b2為:貯砂斗的容積V1:式中:S1,S2----分別為貯砂斗上口和下口的面積.

(7)池總高度h(6)貯砂室的高度h3設(shè)采用重力排砂,池底坡度i=6%,坡向砂斗,則

n1---最小流量時(shí)工作的沉砂池?cái)?shù)目;

Amin---最小流量時(shí)沉砂池中的水流斷面面積，m2.式中：h1---超高，m；h3--貯砂斗高度，m(8)核算最小流速式中:--設(shè)計(jì)最小流量，m3/s

(2)曝氣沉砂池

④曝氣裝置多采用穿孔管曝氣器，孔徑2.5～6.Omm，曝氣管安裝于池壁一側(cè)距池底0.6～0.9m處，曝氣量為0.2m3(空氣)/m3(水)或1.5m3(空氣)/m3(池容)h。曝氣沉砂池的主要設(shè)計(jì)參數(shù):水平流速0.08～0.12m／s，在過水?dāng)嗝嬷苓叺淖畲笮D(zhuǎn)線速為0.25～0.4m／s。①流速：②

停留時(shí)間：1～3min。③有效水深取2～3m，寬深比為(1～l.5):1，長(zhǎng)寬比≤5,池長(zhǎng)14～20m。4.沉砂池的運(yùn)行與管理(1)平流沉砂池的工藝控制:水平流速：0.14～0.30m/s,大砂粒取大值,小砂粒取小值.控制方式:一種是改變投入運(yùn)轉(zhuǎn)的池?cái)?shù),另一種是調(diào)節(jié)出水溢流可調(diào)堰

.水力停留時(shí)間是決定能沉淀下來的砂粒的沉淀效率.5.沉砂池的運(yùn)行與管理（3）配水和氣量分配（4）排砂操作（5）清除浮渣（6）衛(wèi)生與安全（7）分析測(cè)量與記錄2.3.3沉淀池

初沉池是一級(jí)污水處理的主體構(gòu)筑物，或作為二級(jí)處理的預(yù)處理，可去除40～55％的SS、20～30％的BOD5，降低后續(xù)構(gòu)筑物負(fù)荷。按工藝布置分：初沉池和二沉池。

按池內(nèi)水流方向分：平流式、輻流式和豎流式

二沉池位于生物處理裝置后，用于泥水分離，它是生物處理的重要組成部分。經(jīng)生物處理＋二沉池沉淀后，一般可去除70～90％的SS和65～95％的BOD5。一般規(guī)定：a.沉淀池?cái)?shù)目不應(yīng)少于2座，宜按并聯(lián)運(yùn)行設(shè)計(jì)。b.沉淀池的超高h(yuǎn)≧0.3m，其緩沖層高度一般采用0.3～0.5m。c.初沉池應(yīng)設(shè)撇渣設(shè)施。1.沉淀池形式、一般規(guī)定d.有效水深H、沉淀時(shí)間t與表面負(fù)荷率的關(guān)系如下：表面負(fù)荷率q沉淀時(shí)間t（h）(m3/m2﹒h）

H＝2.0m2.5m3.0m3.5m4.0m3.0-－1.01.171.332.5－1.01.201.401.602.01.01.251.501.752.01.51.331.672.002.332.671.02.02.53.03.504.0e.污泥區(qū)容積按≤2d污泥量計(jì)算。采用機(jī)械排泥時(shí)，可按4h泥量計(jì)算；人工排泥應(yīng)按每天排泥量計(jì)算。初沉池排泥靜水頭≧1.5m；二沉池排泥靜水頭為：活性污泥法≧0.9m，膜法≧0.9m。f.污泥斗斜壁與水平面傾角：方斗≧60°，圓斗≧55°。g.排泥管d≧200mm，采用多泥斗時(shí)應(yīng)設(shè)單獨(dú)閘閥和排泥管。h.沉淀池入口和出口均采取整流措施，入流口設(shè)調(diào)節(jié)閘門，以調(diào)節(jié)流量；出口堰也如此。i.重力排泥時(shí)，污泥斗的排泥管一般采用鑄鐵管，其下端伸入斗內(nèi)，頂端敞口，伸出水面，以便與大氣連通；在水下0.9～1.5m處接水平排泥管，污泥借靜水壓力排出。2.平流式沉淀池進(jìn)水區(qū)有側(cè)向配水槽、擋流板組成。擋板入水深度：≧0.25m，高出水面：0.15～0.2m，距流入槽：0.5～1.0m。構(gòu)造:由進(jìn)水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區(qū)以及排泥裝置組成。出水區(qū)由出水槽和擋板組成。出水槽為自由溢流堰，其要求水平，以保證出流均勻，控制沉淀池水位。堰口采用鋸齒形，最大負(fù)荷≧2.9L/(m.s)（初沉池）、1.7L/(m.s)（二沉池）。為改善出水水質(zhì)，可設(shè)多出水槽，以降低出水負(fù)荷。緩沖層：避免已沉淀污泥被水流攪起。污泥區(qū)：貯存、濃縮和排泥作用。排泥裝置與方法：利用進(jìn)水壓力。底坡I＝0.01～0.02；機(jī)械刮渣速度1m/min（初沉池）。進(jìn)水槽,底部有孔出水槽出水堰出水堰前擋板進(jìn)水擋板,深入水下約3/4水深設(shè)鏈帶刮泥機(jī)的平流沉淀池2.豎流式沉淀池3.輻流式沉淀池構(gòu)造：一般為圓形，可分為中心進(jìn)水周邊出水、周邊進(jìn)水周邊出水二種。均由進(jìn)水、沉淀、緩沖、污泥、出水五區(qū)以及排泥裝置組成。流入?yún)^(qū)設(shè)穿孔整流板，穿孔率為10～20％。流出區(qū)設(shè)出水堰，堰前設(shè)擋板，攔截浮渣。周邊進(jìn)水（周邊出和中間出）沉淀池，其效率提高。原因：中間進(jìn)水的進(jìn)水筒流速V≧100mm/s。流速大，污泥難絮凝，且易沖擊或擾動(dòng)池底。構(gòu)造：周邊進(jìn)水，中間出水。出水位置：R處（即周邊）、1/2R處、1/3R、1/4R處。其中以周邊最好。其在流入槽底均勻開設(shè)布水孔；導(dǎo)流絮凝區(qū)設(shè)擋流板，使布水均勻，污泥絮凝沉淀區(qū)流速小而改善沉淀效果。中心進(jìn)水周邊出水輻流式沉淀池示意圖中心進(jìn)水周邊出水輻流式沉淀池示意圖進(jìn)水出水排泥

進(jìn)水槽刮泥裝置出水堰出水槽出水堰出水槽刮泥裝置沉淀池中心進(jìn)水套管4.沉淀池的運(yùn)行與管理（1）影響沉淀效果的因素-----工藝參數(shù)a.表面負(fù)荷:平流式:輻流式:b.水力停留時(shí)間:平流式:輻流式:c.出水堰板的溢流負(fù)荷:d.水平流速不能大于沖刷流速50mm/s其次:入流污水的特征、溫度和風(fēng)力等。（2）初沉池的污泥量與特征初沉污泥量有兩種表達(dá)方式:一是干污泥量，二是濕污泥量。

總濕污泥量與排泥濃度有關(guān)，可用下式計(jì)算:總干污泥量可用下式計(jì)算:

初沉污泥的特征：1)顏色:一般為棕褐色略帶灰色。從腐敗的污水中沉下來的污泥為暗灰色，如污泥本身嚴(yán)重腐敗，則為黑色。2)氣味:正常情況下，具有令人討厭的臭味。當(dāng)入流的工業(yè)廢水含有一定量的金屬鹽時(shí)，臭味會(huì)降低甚至無味。3)密度:密度隨含固量變化，當(dāng)含固量為3～5%時(shí)，密度一般在1.015～1.020kg/L之間。4)有機(jī)分:在初沉池排泥的干污泥中，有機(jī)分一般在55～70%之間，西方國(guó)家一般70～80%。5)pH:初沉污泥的pH一般在5.5～7.5之間，多為6.5。腐敗污泥的pH一般較低。另外，pH還取決于排入的工業(yè)廢水的成分。6)可消化性:正常的初沉污泥易消化分解，當(dāng)污泥中含鐵鹽或鋁鹽以及纖維物質(zhì)較多時(shí)，則不易消化。7)粘附物:初沉污泥中一般還粘附一些油脂類物質(zhì)，如脂肪、蠟、礦物油、鈣鎂肥皂等。這些物質(zhì)的總含量一般在10～2Omg/L之間，含量太高將影響污泥處理工藝。3)排浮渣操作4)日常巡檢及維護(hù)5)初沉池與其它處理單元的綜合運(yùn)行調(diào)度6)異常問題的分析與排除7)分析測(cè)量與調(diào)度

5.斜流沉淀池

斜流沉淀池的構(gòu)造斜流沉淀池是根據(jù)池理論，在沉淀池的沉淀區(qū)加斜板或斜管而構(gòu)成。它由斜板（管）沉淀區(qū)，進(jìn)水配水區(qū)、清水出水區(qū)、緩沖區(qū)和污泥區(qū)組成。按斜板或斜管間水流與污泥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向來區(qū)分，斜流沉淀池有同向流和民向流兩種。在污水處理中常采用升流式異向流斜流沉淀池。

6.提高沉淀池沉淀效果的有效途徑

沉淀池通常在1.5～2h的沉淀時(shí)間里，懸浮顆粒的去除率一般只有50%～60%，另一方面這些沉淀池的占地面積較大，體積亦比較龐大。除可以用斜流式沉淀池的分離效果和處理能力，其它方法還有：對(duì)污水進(jìn)行曝氣攪動(dòng)以及回流部分活性污泥等。曝氣攪動(dòng)是利用氣泡的攪動(dòng)促使廢水中的懸浮顆粒相互作用，產(chǎn)生自然絮凝。將剩余活性污泥投加到入流污水中去，利用污泥的活性，產(chǎn)生吸附與絮凝作用，這一過程稱為生物絮凝。在工業(yè)污水處理中，由于水質(zhì)水量的不均勻性，一般均設(shè)置污水調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)中布置一些曝氣設(shè)備，可以有效地提高污水處理程度，而且還可以免除在調(diào)節(jié)池中沉積污泥的清理工作。

1、含油廢水的來源含油廢水的來源非常廣泛。除了石油開采及加工工業(yè)排出大量含油廢水外，還有固體燃料熱加工，紡織工業(yè)中的洗毛廢水、輕工業(yè)中的制革廢水、鐵路及交通運(yùn)輸業(yè)、屠宰及食品加工以及機(jī)械工業(yè)中車削工藝中的乳化液等。其中石油工業(yè)及固體燃料熱加工工業(yè)排出的含水量油廢水為其主要來源。

2、狀態(tài)含油廢水中的油類污染物，其比重一般都小于1，但焦化廠或煤氣發(fā)生站排出的重質(zhì)焦油的比重可高達(dá)1。1。油通常有三種狀態(tài)：

2.4隔油和破乳（1）呈懸浮狀態(tài)的可浮油（2）呈乳化狀態(tài)的乳化油（3）呈溶解狀的溶解油

3、對(duì)環(huán)境的危害油污染的危害主要表現(xiàn)在以生態(tài)系統(tǒng)、植物、土壤、水體的嚴(yán)重影響。

1.隔油池的型式與構(gòu)造常用的隔油池有平流式與斜流式兩種型式。廢水從池子的一端流入池子，以較低的水平流速（2-5mm/s)流經(jīng)池子，流動(dòng)過程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的顆粒雜質(zhì)沉于池底，水從池子的另一端流出。在隔油池的出水端設(shè)置集油管。集油管一般用200-300的鋼管制成，沿長(zhǎng)度在管壁的一側(cè)開弧寬為60或90的槽口。平流式隔油池表面一般設(shè)置蓋板，除便于冬季保持浮渣的溫度，從而保持它的流動(dòng)性外，同時(shí)還可以防火與防雨。在寒冷地區(qū)還應(yīng)在池內(nèi)設(shè)置加溫管，以便必要時(shí)加溫。平流式隔油池的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、便于運(yùn)行管理、油水分離效果穩(wěn)定。隔油池

乳化油及破乳方法

當(dāng)油和水相混，又有浮化劑存在，乳化劑會(huì)在油滴與水滴表面上形成一層穩(wěn)定的薄膜，這時(shí)油和水就不會(huì)分層，而呈一種不透明的乳狀液。當(dāng)分散相是油滴時(shí)，稱水包油乳狀液；當(dāng)分散相是水滴時(shí)，則稱為油包水乳狀液。乳狀液的類型取決于乳化劑。

1、乳化油的形成

乳化油的主要來源：（1）由于生產(chǎn)工藝的需要而制成的。如機(jī)械加工中車床切削用的冷卻液，是人為制成的乳化液；（2）以洗滌劑清洗受油污染的機(jī)械零件、油槽車等而產(chǎn)生乳化油廢水；（3）含油（可浮油）廢水在溝道與含乳化劑的廢水相混合，受水流攪動(dòng)而形成。

破乳的方法有多種，但基本原理一樣，即破壞液滴界面上的穩(wěn)定薄膜，使油、水得以分離。破乳途徑有下述幾種：（1）投加換型乳化劑例如，氯化鈣可以使鈉皂為乳化劑的水包油乳狀液轉(zhuǎn)達(dá)換為以鈣皂為乳化劑的油包水乳狀液。（2）投加鹽類、酸類可使乳化劑換去乳化作用。（3）投加某種本身不能成為乳化劑的表面性劑，例如異戍醇，從兩相界面上擠掉乳化劑使其失去乳化作用。（4）攪拌、震蕩、轉(zhuǎn)動(dòng)通過劇烈的攪拌、震蕩或轉(zhuǎn)動(dòng)，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。2、破乳方法簡(jiǎn)介

（5）過濾如以粉末為乳化劑的乳狀液，可以用過濾法攔截被固體粉末包圍的油滴。（6）改變溫度改變?nèi)榛旱臏囟龋訜峄蚶鋬觯﹣砥茐娜闋钜旱姆€(wěn)定。破乳方法的選擇是以試驗(yàn)為依據(jù)。某些石油工業(yè)的含油廢水，當(dāng)廢水溫度升到65

℃

-75℃時(shí)，可達(dá)到破乳的效果。相當(dāng)多的乳狀液，必須投加化學(xué)破乳劑。目前所用的化學(xué)破乳劑通常是鈣、鎂、鐵、鋁的鹽類或無機(jī)酸。有的含油廢水亦可用堿（NaOH)進(jìn)行破乳.

水處理中常用的混凝劑也是較好的破乳劑.它不僅有破壞乳化劑的作用,而且還對(duì)廢水中的其它雜質(zhì)起到混凝的作用.

2.5氣浮法

浮上法是一種有效的固一液和液一液分離方法,常用于對(duì)那些顆粒密度接近或小于水的細(xì)小顆粒的分離.

浮上法處理工藝必須滿足下述基本條件;(1)必須向水中提供足夠量的細(xì)微氣泡;(2)必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用.

浮上法的類型：電解浮上法、分散空氣浮上法、溶解空氣浮上法。

1．電解浮上法電解浮上法是將正負(fù)相間的多組電級(jí)浸泡在廢水中，當(dāng)通以直流電時(shí)，廢水電解，正負(fù)兩極間產(chǎn)生的氫和氧的細(xì)小氣泡粘附于懸浮物上，將其帶致水面而達(dá)到分離的目的。電解浮上法產(chǎn)生的氣泡小于其它方法產(chǎn)生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。2、分散空氣浮上法目前應(yīng)用的有微氣泡曝氣浮上法和剪切氣泡浮上法等兩種形式。圖10-32為微孔曝氣浮上法示意圖。壓縮空氣引入到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機(jī)的附近，通過高速旋轉(zhuǎn)混合器的高速剪切，將引入的空氣切割成細(xì)小氣泡。分散空氣浮上法用于礦物浮選，也用于