污水的物理处理技术

通过物理方面的重力和机械力作用使污水水质发生变化的物理过程。污水的物理处理法去除对象主要是水中的漂浮物和悬浮物主要采用的方法有：

筛滤节流法：筛网、格栅、过滤、膜分离等；

重力分离法：沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池等；

离心分离法：旋流分离器、离心机等。

1、格栅和筛网

1.1 格栅

格栅是由一组或多组相平行的金属栅条与金属框架组成的处理设施，安装在污水渠道、泵房及水口的进水处或污水处理厂的前端，用以截留废水中可能堵塞水泵机组和管道阀门的较大悬浮物，以保证后续处理设施的正常运行，并减轻后续构筑物的处理负荷。

 

⑴按格栅间距可分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）、细格栅（1.5～10mm）、超细格栅（0.5～1.0mm）四种，为了更好地拦截水中的颗粒物，有时采用粗中两道格栅，有时甚至采用粗、中、细三道格栅。

⑵按照清渣方式可分为人工格栅和机械格栅两种。人工格栅适用于中小型污水处理厂，所需截留的污染物较少。机械清渣的格栅，倾角一般为60°～70°，有时为90°。机械清渣格栅过水面积一般应不小于进水管网的有效面积的1.2倍。

（3）按格栅形状可以分为平面格栅和曲面格栅。

 

图1 平面格栅

 

图2 旋转鼓筒式格栅

1.2 筛网和破碎机

筛网孔眼通常小于4mm，一般为0.15-1.0mm。由于孔眼细小，当用于城市污水处理时，其去除B0D₅的效果相当于初沉池。

 

 

       振动筛网：污水由渠道流过振动筛网进行水和悬浮物的分离，并利用机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。

     水力筛网主要用于去除或有效地降低水中悬浮物浓度，减轻后续工序的处理负荷，同时也用于工业生产中进行固液分离和回收有用物质，是一种物美价廉的过滤或回收悬浮物、漂浮物、沉淀物等固态或胶体物质的无动力设备。水力筛网主要特点有：
（1）重力流工作，无能耗；
（2）单机处理水量大；
（3）不易阻塞，清洗方便；
（4）整机材质采用不锈钢制造，机械强度高、寿命长。

 

图3 水力筛网

破碎机作用：较大的悬浮固体破碎成较小的、均匀的碎块。安装在格栅后污水泵前，作为格栅的补充。安装在沉砂池之后，以免无机颗粒损坏破碎机。

2、沉淀

沉淀法利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。

 

按照污水所要求的处理程度的不同，沉淀处理工艺可以作为污水处理过程中的一个工序，也可以单独作为处理方法。在典型的水处理厂中，沉淀法可用于下列几个方面：

2.1 污水预处理：如沉砂池，常作为一种预处理手段用于去除水中易于沉降的无机性颗粒物。沉砂池是采用物理法将砂粒从水中沉淀分离出来的一个预处理单元，其作用是从水中分离出相对密度大于1.5且粒径为0.2mm以上的颗粒物质，主要包括无机性的砂粒、砾石和少量密度较大的有机性颗粒如果核皮、种籽等。沉砂池一般设置在提升设备和处理设备之前，以保护水泵和管道免受磨损，防止后续水构筑物的堵塞和污泥处理构筑物容积的缩小，同时可以减少活性污泥中无机物的成分，提高活性污泥的活性。

 

2.1.1 平流式沉砂池：平流式沉砂池实际上是一个比入流渠道和出流渠道宽而深的渠道，当水流过时，由于过水断面增大，水流速度下降，水中夹带的无机颗粒在重力的作用下下沉，从而达到分离水中无机颗粒的目的。

 

图4 平流式沉砂池

2.1.2 曝气沉砂池：曝气沉砂池是在长方形水池的一侧通入空气，是水旋流运动，流速从周边到中心逐渐减小，砂粒在池底的集砂槽中与水分离，水中有机物和从砂粒上冲刷下来的污泥仍成悬浮状态，随着水流进入后面的处理构筑物。曝气沉砂池的优点是除砂效率稳定，受进水流量变化的影响较小。曝气沉砂池的停留时间一般为1-3min，若兼有预曝气的作用，可延长池深，使停留时间达到15-30min。

 

图5 曝气沉砂池

2.2 初沉池（污水初级处理）：初沉池可较经济有效地去除水中悬浮固体，同时去除一部分呈悬浮状态的有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。有时初沉池也单独使用，对水进行一级处理后排放。初次沉淀池一般设置在污水处理厂的沉砂池之后、曝气池之前，初沉池的主要作用是去除污水中密度较大的固体悬浮颗粒，以减轻生物处理的有机负荷，提高活性污泥中微生物的活性。污水经过格栅截留大块的悬浮物和悬浮有机物，并经过沉砂池去除密度大于1.5g/cm³的悬浮颗粒后，仍存在许多密度稍小或颗粒尺寸较小的悬浮颗粒，这些颗粒的成分以有机物为主。初沉池用于处理城市污水时，沉淀时间一般为1.5-2h，对进水BOD5的去除率可以达到20%-30%，对悬浮物SS的去除率可以达到50%以上。

2.3 二沉池（生物处理后的固液分离）：沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的处理构筑物，是水处理中应用最广泛的处理单元之一，可用于水的一级处理、生物处理的后处理以及深度处理。二次沉淀池设置在曝气池之后、深度处理或排放之前。按水流方向划分，沉淀池可分为平流式、辐流式和竖流式三种。沉淀池包括进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区五个部分。进水区和出水区的作用是使水流均匀地流过沉淀池，避免短流和减少紊流对沉淀产生的不利影响，同时减少死水区，提高沉淀池的容积利用率；沉淀区也称澄清区，即沉淀池的工作区，是可沉淀颗粒与水分离的区域；沉泥区是污泥贮存、浓缩和排出的区域；缓冲区则是分割沉淀区和污泥区的水层区域，保证已经沉淀的颗粒不因水流搅动而再行浮起。

2.3.1 平流式二沉池：平流式沉淀池表面形状一般为长方形，水流在进水区经过消能和整流进入沉淀区后，缓慢水平流动，水中可沉悬浮物逐渐沉向池底，沉淀区出水溢过堰口，通过出水槽排出池外。其基本要求如下：

图6 平流式沉淀池

（1）平流式沉淀池的长度多为30-50m，池宽多为5-10m，沉淀区有效水深一般不超过3m，多为2.5-3m。为保证水流在池内的均匀分布，一般长宽比不小于4，长深比为8-12。

（2）采用机械刮泥时，在沉淀池的进水端设有污泥斗，池底的纵向污泥斗坡度不能小于0.01，一般为0.01-0.02.刮泥机的行进速度不能大于1.2m/min，一般为0.6-0.8m/min。

（3）水平流速是指水流在池内流动的速度，平流式沉淀池作为初沉池时，最大水平流速为7mm/s，表面负荷为1-3m3/（m2＊h） ；作为二沉池时，最大水平流速为5mm/s。

（4）入口要有整流措施，常用的入流方式有溢流堰-穿孔整流墙（板）式、底孔入流-挡板组合式、淹没孔入流-挡板组合式和淹没孔入流-穿孔整流墙（板）组合式等四种。使用穿孔整流墙时整流墙上的开孔总面积为过水断面的6%-20%，孔口处流速为0.15-0.2m/s，孔口应当作为渐扩形状。

（5）在进出口处均应设置挡板，高出水面0.1-0.15m。进口出挡板淹没深度不应小于0.25m，一般为0.5-1m；出口出挡板淹没深度一般为0.3-0.4m。进口处挡板距进水口0.5-1.0m，出口挡板距出水堰板0.25-0.5m。

（6）平流式沉淀池容积较小时，可使用穿孔管排泥。穿孔管大多布置在集泥斗内，也可布置在水平池底上。沉淀池采用多斗排泥时，泥斗平面呈方形或近似方形的矩形，排数一般不能超过两排。大型平流式沉淀池一般都设置刮泥机，将池底污泥从出水端刮向进水端的污泥斗，同时将浮渣刮向出水端的集渣槽。

（7）平流式沉淀池非机械排泥时缓冲层高度为0.5m，使用机械排泥时缓冲层上缘应高出刮泥板0.3m。

2.3.2 竖流式二沉池：竖流式沉淀池池体呈圆形或方形，污水从中心管的进口进入池中，通过反射板的阻拦向四周分布于整个水平断面上，缓慢向上流动。沉降速度大于水流上升速度的悬浮颗粒下沉到污泥斗中，上清液则由池顶四周的出水堰口溢流到池外。竖流式沉淀池基本要求如下：

（1）为保证池内水流的自下而上垂直流动、防止水流呈辐流状态，圆池的直径或方形的边长与沉淀区有效水深的比值一般不大于3，池子的直径一般为4-7m，最大不超过10m。圆池直径或方形池边长D≤7m时，沉淀出水沿周边出水；≥7m时，应增加辐射式集水支渠。

（2）水流在竖流式沉淀池内的上升流速为0.5-1mm/s，沉淀时间为1-1.5h。中心管内的流速一般应大于100mm/s，其下出口处设喇叭口或反射板。反射板底距泥面至少0.3m，喇叭口直径及高度均为中心管直径的1.35倍，反射板直径为喇叭口直径的1.3倍，反射板表面与水平面的倾角为17°。

（3）喇叭口下沿距反射板表面的缝隙高度为0.25-0.5m，作为初沉池时缝隙中的水流速度应不大于30mm/s，作为二沉池时缝隙中的水流速度应不大于20mm/s。

（4）锥形贮泥斗的倾角为45°-60°，排泥管直径不能小于200mm，排泥管口与池底的距离小于0.2m，敞口的排泥管上端超出水面不能小于0.4m。浮渣挡板淹没深度0.3-0.4m，高出水面0.1-0.25m，距集水槽0.25-0.5m。  

图7 竖流式沉淀池

2.3.3 辐流式二沉池辐流式沉淀池内水流的流态为辐流型，因此，污水由中心或周边进入沉淀池。中心进水辐流式沉淀池的进水管悬吊在桥架下或埋设在池体地板混凝土中，污水首先进入池体的中心管内，然后在进入沉淀池时，经过中心管周围的整流板整流后均匀地向四周辐射流动，上清液经过设在沉淀池四周的出水堰溢流而出，污泥沉降到池底，有刮泥机或挂吸泥机挂到沉淀池中心的集泥斗，再用重力或泵抽吸排出。周边进水辐流式沉淀池进水渠布置在沉淀池四周，上清液经过设在沉淀池四周或中间的出水堰溢流而出，污泥的排出方式与中心进水辐流式沉淀池相同。

图8 辐流式二沉池

基本要求如下：

（1）进、出水的布置方式有中心进水周边出水、周边进水中心出水和周边进水周边出水三种形式。

（2）刮泥机的旋转速度一般为1-3r/h，外周刮泥板的线速度不能超过3m/min，通常采用1.5m/min。

（3）周边进水的辐流式沉淀池效率较高，与中心进水、周边出水的辐流式沉淀池相比，表面负荷提高1倍左右

2.4污泥浓缩池：污泥浓缩的主要目的是降低污泥含水率、减少污泥体积。浓缩减少的是污泥所含的间隙水，同时能改变其物理状态，减少池容积和处理所需的投药量，缩小用于输送污泥的管道和泵类的尺寸，以便进一步处置利用。污泥浓缩的技术界限大致为：活性污泥含水率可降至97%~98%，初次沉淀污泥可降至85%~90%。

3、隔油池

（1）、含油废水的来源及危害
　　含油废水主要包括油田废水,炼油厂和石油化工厂的废水,油轮的压舱水、洗舱水、机舱水，油罐（槽）车的清洗水等。这是造成环境油污染，特别是海洋油污染（见石油污染）的主要来源。煤气厂、焦化厂的废水中含有煤焦油，皮革厂、食品加工厂的废水含有动植物油。这些也属于含油废水，但所占比重不大。
　　含油废水对人类、动物和植物乃至整个生态系统都产生不良的影响，其危害主要表现在以下两方面：
a.对企业的危害。
　　含乳化油的废水，会在工艺设施和管道设备中与废水中悬浮颗粒及氧化铁皮一起沉降，形成具有较大黏性的油泥团，堵塞管道和设备影响生产的正常进行。
b.对环境的危害。
油类物质对环境的影响是多方面的，如污染水体，在水面上形成油膜，能阻碍水体复氧作用，水体中由于溶解氧减少，藻类光合作用受到限制，影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值；油类黏附在鱼鳃上，可使鱼窒息，浓度为200mg/L时，鱼类不能生存；黏附在藻类、浮游生物上，可使它们死亡；油类会抑制水鸟产卵和孵化，严重时使鸟类大量死亡；用含油废水灌溉农田，油分及其衍生物将覆盖土壤和植物的表面，堵塞土壤的孔隙，阻止空气透入，使土壤和微生物不能正常进行新陈代谢，使农产品质量和实用价值下降，严重时会造成农作物减产或死亡，油类在土壤中向下迁移，还可能造成严重的地下水污染。　

 

(2)、废水中油的存在形态　

含油废水中的油类污染物，其相对密度一般都小于1，但焦化厂或煤气发生站排出的重质焦油的相对密度可高达1.1。废水中的油通常有四种存在形态：

a可浮油：如把含油废水放在容器中静置，有些油滴就会慢慢浮升到水的表面。这些呈悬浮状态的油滴粒径较大，通常大于100μm，可以依靠油水相对密度差而从水中分离出来。对于炼油厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%~80%左右，可采用普通隔油池去除。

B. 细分散油：油滴粒径一般为10~100μm，以微小油滴分散悬浮于水中，长时间静置后可以形成可浮油，可采用斜板隔油池去除。C.乳化油：油滴粒径小于10μm，一般为0.1~2.0μm。往往因水中含有表面活性剂而呈乳化状态，即使静置数小时，甚至更长时间，仍然稳定分散于水中。这种状态的油不能用静置法从废水中分离出来，这是由于乳化油油滴表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并。如果能消除乳化剂的作用，乳化油即可转化为可浮油，这叫破乳。乳化油经过破乳之后，就能用油水密度差来分离。

D.溶解油：溶解油滴粒径比乳化油还小，有的可小到几纳米，以溶解状态存在于水中，但油在水中的溶解度非常低，通常每升只有几个毫克。

（3）、隔油池

A.平流式隔油池

原理：利用自然上浮,分离去除含油污水中浮油的构筑物，废水从一端进入，从另一端流出，由于池内水平流速很小，相对密度小于1.0而粒径较大的油品杂质在浮力的作用下上浮，并且，聚集在池的表面，通过设在池表面的集油管和刮油机收集浮油。而相对密度大于1.0的杂质沉于池底。产品特点：构造简单、便于运行管理、油水分离效果稳定。有资料表明，平流式隔油器可以去除的最小油滴直径为100~150um，相应的上升速度不高于0.9mm/s。

 

设计：

停留时间T，一般采用1.5-2h；

水平流速v，一般采用2-5mm/s；

隔油池每格宽度B采用2m，2.5m，3m，4.5m，6m。当采用人工清除浮油时，每格宽≤3m。国内各大炼厂一般采用4.5m，且已有定型设计。

隔油池超高h1，一般不小于0.4m，工作水深为h2为1.5-2.0m。人工排泥时，池深应包括污泥层厚度。

隔油池尺寸比例：单格长宽比(L/B)≧4,深宽比(h2/B)≧0.4。

刮板间距不小于4m，高度150-200mm，移动速度0.01m/s。

在隔油池的出口处及进水间浮油聚集，对大型隔油池可设集油管收集和排除。集油管管径为200-300mm，纵缝开度为60°，管轴线在水平面下0-50mm，小型池装有集油环。

采用机械刮泥时，集泥坑深度一般采用0.5m，底宽不小于0.4m，侧面倾角为45°-60°。

池底坡度i，当人工排泥时池底坡度为0.01-0.02，坡向集泥坑;机械刮泥时，采用平底，即i=0。

隔油池水面以上的油层厚度不大于0.25m。

隔油池的除油效率一般在60%以上，出水含油量为100-200mg/L。若后续浮选法，出水含油量小于50mg/L。

为了安全，防火、防寒、防风沙，隔油池可设活动盖板。在寒冷地区，集油管内应设有直径为25mm的加热管，隔油池内也可设蒸汽加热管。

（2）斜板隔油池

 

原理：将含油污水中的油分去除,使水质达到排放标准的工艺。针对发电厂的油污水主要是储油罐群的排放，斜管式是在隔油池内设一组斜板或斜管，使隔油池内水流均匀，以提高除油效率，缩小隔油池体积，出水含油量可降到50mg/L;上浮法:用于隔油池出水的处理。

应用范围：进油浓度不受限制。该产品适用于矿物油(原油、重油、焦油、机油、润滑油等等)动物油、植物油、混合油以及各种非乳化油的含油污水处理。对进入该设备污水的含油浓度没有额外苛求和限制，含油浓度在>500~3000g/L以上的污水，分离效果同样出色。可广泛适用于工业和饮食服务行业如:食堂、西餐厅、宾馆、快餐店等。

 

4、气浮池

气浮法也称浮选法，其原理是设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的微小油滴上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒被分离去除。

气浮法的类型

按产生微细气泡的方法，气浮法分为：电解气浮法、分散空气气浮法和溶解空气气浮法。

 

（1）电解气浮法

将正负相间的多组电极安插在废水中，当通过直流电时，会产生电解、颗粒的极化、电泳、氧化还原以及电解产物间和废水间的相互作用。当采用可溶电极（一般为铝铁）作为阳极进行电解时，阳极的金属将溶解出铝和铁的阳离子，并与水中的氢氧根离子结合，形成吸附性很强的铝、铁氢氧化物，其能够吸附、凝聚水中的杂质颗粒，从而形成絮粒。这种絮粒与阴极上产生的微气泡（氢气）黏附，得以实现气浮分离。

 

处理水量10-20 m3/h，主要用于工业废水处理,但电耗大,操作管理复杂,运行费用高,较难用于大型生产。

（2）分散空气气浮法

目前分散空气气浮法应用的有微孔曝气器气浮法和剪切气泡气浮法等两种形式。微孔曝气器气浮法是将压缩空气引入到靠近池底处的微孔曝气器，并被微孔曝气器分散成细小的气泡。微孔曝气器气浮法的优点是简单易行，但也存在微孔曝气器装置的微孔易于堵塞、气泡较大、气浮效果不高等缺点。

剪切气泡气浮法是将空气引入一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器或叶轮机的高速剪切，将引入的空气切割粉碎成细小的气泡。适用于处理水量不大，而污染物质浓度较高的废水，用于除油时，除油效果可达80%。

（3）溶解空气气浮法

是在一定压力下让空气溶解在水中，然后在减压条件下析出溶解空气，形成微气泡，溶解空气气浮法根据气泡析出时的所处压力不同可以分为真空气浮和加压溶气气浮。

A.真空气浮

污水经流量调节器后先进入曝气室，由机械曝气设备预曝气，使污水中的溶气量接近于常压下的饱和值。未溶空气在脱气井脱除，然后污水被提升到分离区。由于浮上分离池压力低于常压，因此预先溶于水中的空气就以非常细小的气泡溢出来，污水中的悬浮颗粒与水中逸出的细小气泡相黏附，并上浮至浮渣层。旋转的刮渣板把浮渣刮至集渣槽，然后进入出渣室。在浮上分离池的底部装有刮泥板，用以排除沉到池底的污泥。处理后的出水经环形槽收集后排出。

缺点：其空气的溶解在常压下进行，溶解度很低，气泡释放量很有限。此外，为形成真空、处理设备需密闭，其运行和维护都较困难。

B.加压溶气气浮:利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮法。气浮过程的必要条件是：在被处理的废水中，应分布大量细微气泡，并使被处理的污染质呈悬浮状态，且悬浮颗粒表面应呈疏水性，易于粘附于气泡上而上浮。加压溶气气浮法是指在加压条件下，使空气溶于水中，形成空气过饱和状态，然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮。此法形成气泡小，约20~100μm，处理效果好，应用广泛。