第二章 污水的物理处理
§2 1 格栅和筛网
§2 1 1 格栅
作用：用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
位置：一般在水泵的集水井之前（但有的根据需要分设两道格栅，位置可以不同，有的在水泵后再设一道，但一般前一道格栅较宽，后一道格栅较窄。若水泵前格栅的栅条间距小于或等于25mm，其后面的处理流程中可不再设置格栅。
分类：
A型:栅条布置在框架的外侧，适用于机械清渣和人工清渣
平面格栅 B型:栅条布置在框架的内侧，在格栅顶部设有起吊架， 可将格栅吊起，进行人工清渣
按形状 固定曲面格栅：利用渠道水流速度推动除渣桨板
曲面格栅 旋转鼓筒式格栅：污水从鼓筒内向鼓筒外流动，被格除的
栅渣，由冲洗水管冲入渣槽（带网眼）内排出。
粗格栅（50-100mm）
按照间隔 中格栅（10-40mm）
细格栅（3-10mm）
人工清扫:小型污水处理厂，格栅安装角度以α45～600为宜
按清渣方式 机械清扫:渣量>0.2m3/d，格栅安装角度α一般为60～700，
主要有链条式、移动式伸缩臂、钢丝绳牵引式等
格栅的设计与计算
图2-1 格栅水力计算示意图
1、格栅的间隙数n
式中：qvmax—最大设计流量，m3/s
d—栅条间距，m
h—栅前水深，m
V—污水流经的速度，m/s
2、栅槽宽度b
b=s(n-1)+d·n (m )
式中：b—格栅的建筑宽度，m；
s—栅条宽度，m；
3、通过格栅的水头损失
式中：h0—计算水头损失，m；
v—污水流经格栅的速度，m/s；
ξ—阻力系数，其值与格栅删条的断面的几何形状有关，见表10-4，P15
α—格栅的放置倾角
g—重力加速度，
k—考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用
式：k=3.36v-1.32求定，一般k=3。
4、栅后槽总高度h总
式中：h—栅前水深，m；
h2—格栅的水头损失，m；
h1—格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。
5、格栅的总建筑长度L
L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα
式中：L1—进水渠道渐宽部位的长度
其中：b1—进水渠道宽度，m；
α1—进水渠道渐宽部位的展开角度，一般α1=200；
L2—格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般L2=0.5L1
H1—格栅前的渠道深度，m。
6、每日栅渣产量 W
式中：W1—栅渣量，m3/103m3；
Kz—生活污水流量总变化系数。
§2.1 2 筛网
（1）作用：去除细小悬浮物（纤维、纸浆、藻类），沉淀难以去除
工业废水的预处理或深度处理
给水处理水库水、湖泊水除藻类
类型
振动筛网
常用类型
水力筛网
振动筛网：污水由渠道流在振动筛网上，在这离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。
图2-2 振动式筛网示意图
水力筛网：运动筛网呈截顶圆锥形，中心轴呈水平状态，锥体则呈倾斜方向。废水从圆锥体的小端进入，水流在从小端到大端的流动过程中，纤维状污染物被筛网截留，水则从筛网的细小孔中流入集水装置。由于整个筛网呈圆锥体，被截留的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上，一进一步滤去水滴。
图2-3 水力筛网构造示意图
（3）筛网的设计计算
A、根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径；
（污水中悬浮物粒径为2至3mm，所以筛网之网眼尺寸应小于2 mm）
B、根据生产条件、产品性能以及价格，决定筛网种类，确定水力负荷
q（m3/min·m2）；
C、计算筛网面积，选定筛网台数
A=Q/q
§2.2 沉淀理论
§2.2.1 概述
污水中的悬浮物质，可在重力作用下沉淀去除；
根据悬浮物质的性质、浓度及絮凝性能，沉淀分为4种类型：
（1）自由沉淀：
悬浮物质浓度不高；
颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态；
沉速不变，各自独立完成沉淀过程；
（2）絮凝沉淀：
悬浮物质浓度为50-500mg/L；
颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用；
颗粒的粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快；
（3）区域沉淀（成层沉淀，拥挤沉淀）： 悬浮物质浓度大于500mg/L；
相邻颗粒之间互相妨碍、干扰；
沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒；
各自保持相对位置不变；
颗粒群结合成一个整体向下沉淀；
形成清晰的液—固界面，沉淀显示为界面下沉；
（4）压缩沉淀：
颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩；活性污泥在二沉池中的沉淀具备上述四种类型的沉淀过程；
§2.2.2 沉淀类型的分析
（1）自由沉淀
A、自由沉淀速率
自由沉淀可用牛顿第二定律， 假设颗粒为球形；
B、沉淀颗粒去除率
1）沉淀实验：
取直径80-100mm，高度为1500-2000mm的沉淀筒n个；
将已知悬浮物浓度C0的水样，注入各沉淀筒，搅拌均匀后实验；
取样点设在水深H=1200mm处；
在沉淀时间为t1,t2,…ti…tn时，分别在各取样筒内，取出
取样点以上的全部水样，分析各水样悬浮物的浓度，为C1,C2,…Ci…Cn ；
悬浮物的剩余量为x0= Ci/C0 ，相应的去除量为1- x0 ；
制作剩余量x0与ui关系曲线；
2）颗粒去除率计算：
若要求去除颗粒的沉速为u0=H/t；
ut(u0 的所有颗粒物均被沉淀去除，去除量为：1- x0；
ut<u0 的颗粒去除量应
例2-2 某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在一有效水深H为1.8m的沉淀柱内作沉淀试验，结果如下：
试求此废水在一负荷为25m3/m2.d的沉淀设备内悬浮物质的理论总沉降去除率。
解：
计算各沉降时间下，水中残余颗粒所占百分数与相应沉降速度；
时间t（min）
60
80
100
130
200
240
420
残余颗粒百分数
C/C0（%）
63
60
56
52
37
26
9
沉降速度
u=H/t （m/min）
0.03
0.025
0.02
0.0155
0.01
0.0083
0.0048
画残余颗粒百分数与沉降速度间的关系曲线如图；
（3）计算指定的颗粒沉速：
u0=25 (m3/m2.d)=0.0174(m/min)
由图查得：小于指定沉速u0 的颗粒与全部颗粒的比值x0=54%；
（%）
6
6
10
10
10
6
6
ut
0.015
0.0122
0.01
0.0085
0.0070
0.0048
0.0016
(%)
0.09
0.07
0.10
0.09
0.07
0.03
0.01
（5）悬浮物质的理论总沉降去除率：
（2）絮凝沉淀
A、特点：
在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大；
悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度和时间有关；
无理论描述公式，只能通过实验预测沉淀效果；
B、沉淀实验：
1）在时间ti，不同深度测Ci，算出不同高度的去除百份率（C0-Ci/ C0 ）；
2）绘制去除百分率等值线；
3）计算颗粒去除率
例2-3 某一废水在有效水深为1.8m的沉淀柱内进行沉降试验。由沉淀柱不同沉淀时间、不同深度的悬浮去除率表示于图2-16中。去除百分数曲线用这些数据内插法绘制的。求沉淀时间为60min时的悬浮物总去除率。
解：
60min时底部取样口悬浮物的去除百分数为48%；
48%的颗粒沉速具有大于或等于1800/（60(60）=0.5mm/s;
沉速小于0.5mm/s的颗粒只有部分沉到底部，而且按u/u0的比例除去；
去除率48%-50%,50%-65%，65%-80%的中心高度分别为1.7m,1.3m,0.7m;
在48%-50%的颗粒具有一平均沉降速度:1700mm/60(60=0.47mm/s;
在50%-65%的颗粒具有一平均沉降速度:1300mm/60(60=0.35mm/s;
在65%-80%的颗粒具有一平均沉降速度:700mm/60(60=0.2mm/s;
以后的增量之间颗粒沉速很小,可以忽略不计算:
（3）拥挤沉淀和压缩沉淀
A、特点：
发生在SS浓度较高的情况；
在水的沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程；
出现四个区（清水区、等速沉淀区、过渡区、压缩区）
存在一由等速沉降转入降速沉降的临界点；
B、沉降过程曲线
1）临界点图解近似求解法
2）沉降过程曲线的相似性，与水深无关；
§2.2.3 理想沉淀池原理
目的：分析悬浮颗粒在实际沉淀池内的运动规律和沉淀效果；
理想沉淀池的基本假设：
污水在池内沿水平方向作等速流动；
颗粒为自由沉淀；
颗粒沉到底即认为被去除；
（1）平流式理想沉淀池（如图）
从A点进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。这些颗粒中必存在某一粒径的颗粒，其沉速为u0， 刚好能沉至池底。
（2）圆形理想沉淀池
A、辐流式
R___为沉淀池的半径;
r1__为中心筒半径;
H__为沉淀区高度;
B、竖流式
在半径r处的任一点,水流的垂直分速为v,v=H/t;
当颗粒沉速ut>v ,颗粒被沉淀去除;
当颗粒沉速ut<v ,颗粒不能被去除; §2 2 沉砂池
作用：从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒（比重为2.65，粒径为0.2mm以上），以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。
工作原理：以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
类型：平流式、竖流式、曝气沉砂池
§2 2 1平流式沉砂池；
一、组成：入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗（图10-13，P26）
二、优点：具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂方便等
缺点：沉砂中约夹杂有15%的有机物，使沉砂的后续处理增加难度。
三、平流式沉砂池的设计；
平流式沉砂池的设计参数
设计流量的确定：当污水自流入池时，应按最大设计流量计算；当污水用水泵抽升入池时，按工作水泵的最大组合流量计算；合流制处理系统，按降雨时的设计流量计算；
设计流量时的水平流速：最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s
最大设计流量时，污水在池内的停流时间不少于30s，一般为30-60 s
设计有效水深不应大于1.2m，一般采用0.25-1.0m，
池宽不小于0.6m。
池底坡度一般为0.01-0.02。
（2）计算公式
图2-4 平流式沉砂池的一种型式
1)沉砂池水流部分的长度L（即两闸板之间的距离）
式中：L—水流部分的长度，m；
v—最大设计流量时的速度，m/s；
t—最大设计流量时的停留时间，s。
2）水流断面面积A
式中：qVmax—最大设计流量，m3/s
A—水流断面面积，m2
3）池总宽度b
式中：h2—设计有效水深，m；
4）沉砂斗容积V
式中：X—城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）
T—排砂时间的间隔，d；
Kz—生活污水流量的总变化系数。
5）贮砂斗各部分尺寸计算
设贮砂斗底宽b1=0.5m；斗壁与水平面的倾角为600；则贮砂斗的上口宽b2为：
贮砂斗的容积V1：
式中：h’3—贮砂斗高度，m；
S1、S2—分别为贮砂斗上口和下口的面积。
6）贮砂斗的高度h3
设采用重力排砂，池底坡度i=0.06，坡向砂斗，则
7）池总高度h
式中：h1—超高，m；
h3—贮砂斗高度m；
8）核算最小流速vmin
式中：qvmin—最小流量，m3/s；
n1—最小流量时工作的沉砂池数目；
Amin—最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。
§2 2 2曝气沉砂池
曝气沉砂池的构造及工作原理：
曝气沉砂池常见的构造如图10-14所示，曝气沉砂池呈矩形，池底一侧有i=0.1-0.5的坡度，坡向另一侧的集砂槽。曝气装置设在集砂槽侧，空气扩散板距池底0.6-0.9m，使池内水流作旋流运动，无机颗粒之间的相互碰撞与摩擦机会增加，并受到上升气泡的冲刷作用，把表面附着的有机物磨去。此外，由于旋流产生的离心力，把相对密度较大的无机物颗粒甩向外层并下沉，相对密度较轻的有机物旋至水流的中心部位随水流带走。
图2-5 曝气沉砂池示意图
曝气沉砂池的特点
沉砂池中含有机物的量低于5%；
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。
三、曝气沉砂池的设计计算
（1）曝气沉砂池的设计参数
水平流速一般取0.08-0.12m/s；
污水在池内的停留时间为4-6min；当雨天最大流量时为 1-3min。
池的有效水深为 2-3m，池宽与池深比为 1-1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向档伴
曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5-6.0mm，距离池底约0.6-0.9m，
并有调节阀门；
处理1m3污水的曝气量为0.2 m3空气；
计算公式
总有效容积V
式中 qvmax—最大设计流量，m3/s
t—最大设计流量时的停留时间，min
2)池断面积A
式中：v—最大设计流量时的水平前进流速，m/s
3）池总宽度B
式中：H—有效水深 ，m
4）池长 L
L=V/A
式中：L—池长。
5）池子总深H
式中： h1—保护高度
h2—池子有效水深
h3—沉砂坑深
6）所需曝气量G
式中：G—所需曝气量，m3/h；
D—每污水所需曝气量，m3/m3
§2 2 3竖流式沉砂池；
一：构造及工作原理
构造如下图2-6所示，污水由中心管引入，然后由下向上流至水面排出池外。沉渣落入池子下部的沉砂斗，借重力或水射器排出。处理效果不及平流式和曝气式沉砂池。
图2-6 竖流式沉砂池
二：竖流式沉砂池的设计计算
竖流式沉砂池的设计参数
中心进水管内最大流速为0.3m/s
池内水流上升流速最大为0.1m/s，最小为0.02m/s
最大流量时的停留时间不小于20s，一般采用30-60 s
（2）计算公式
1）中心管直径d
式中：v1—中心管流速，m/s
qvmax—最大设计流量，m3/s
2)池子直径D
式中：v2—池内水流上升中流速，m/s
3）水流部分高度h2
式中：T—最大流量时的停留时间，s
4）沉砂斗高度h4
式中：D—池子直径，m；
d’—沉砂斗底直径，m；
α—斗壁角一般为550-600。
5) 沉砂池总高度H
式中： h1—保护高度，m
h2—水流部分高度，m
h3—中心喇叭口至沉砂面之间的缓冲层高度，m
h4—沉砂斗高度h4，m
6）沉砂池下部圆截锥部分实有容积V1
7）沉砂斗容积V
式中：X—城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）
T—排砂时间的间隔，d；
Kz—生活污水流量的总变化系数
§2 3 沉淀池
作用：分离悬浮物
组成：进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、及缓冲区
进水区、出水区：使水流的进入与流出保持均匀平稳，以提高沉淀效率
沉淀区：是池子的主体部位
贮泥区：存放污泥的地方，它起到贮存、浓缩、与排放的作用
缓冲区：介于沉淀区与贮泥区之间，主要用于避免水流带走沉在池底的
污泥
类型： 初次沉淀池：生物处理前的沉淀池，可以去除
①按工艺布置的不同 约30%的BOD5和55%的悬浮物
二次沉淀池：生物处理后的沉淀池，主要用于
实现泥水分离，保证出水水质， 排除剩余活性污泥
间歇式：整个过程分为：进水、静置及排水
②按沉淀池的运行方式
连续式：污水连续不断地流入与排出
平流式沉淀池
③按池内水流方向的不同 辐流式沉淀池
竖流式沉淀池
§2 3 1沉淀池的一般设计原则及参数：
设计流量（与沉砂池的设计流量相同）
当污水由泵提升后进入沉淀池，按工作水泵的最大组合流量计算；
当污水自流入池时，应按最大设计流量计算；
合流制处理系统，按降雨时的设计流量计算，沉淀时间应不小于30min；
2、沉淀池的数目
对城市污水处理厂，沉淀池的个数应不少于2个，按并联工作考虑；
3、沉淀池的经验设计参数（见表10-8 P31）
4、沉淀池的有效水深、沉淀时间与表面水力负荷的相互关系（见表10-9 P31）
5、沉淀池的几何尺寸
沉淀池超高不少于0.3m；
缓冲层高度采用0.3-0.5m；
贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于600，圆斗不宜小于550；
排泥管直径不小于200mm.。
6、沉淀池出水部分
一般采用堰流，在堰口保持水平。出水堰的负荷为：
初沉池：不大于2.9L/s·m；二沉池：1.5—2.9L/s·m
7、贮泥斗的容积
一般按不大于2日的污泥量计算。对二沉池，按贮泥时间不超过2小时计。
8、排泥部分
沉淀池一般采用静水压力排泥（利用池内的静水位，将污泥排出）
初次沉淀：不小于14.71kPa(1.5mH2O)；活性污泥法的二沉池：不小于8.83kPa(0.9mH2O)；生物膜法的二沉池：不小于11.77kPa(1.2mH2O)
§2 3 2平流式沉淀池；
平流式沉淀池的构造
平流式沉淀池由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等。
流入装置：由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成，起均匀部水与消能作用。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，常采用穿孔墙（板）式A、底孔入流—档板组合式B、淹没孔入流—档板组合式C、淹没孔—穿孔整流墙（板）组合式D，具体如下图2-7所示。
A B C D
1—进水槽 2—溢流堰 3—多孔整流板 4—底孔 5—挡流板 6—潜孔
图2-7 平流式沉淀池入口的整流措施
流出装置：由流出槽与档板组成。流出槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，既可保证水流均匀，又可控制沉淀池水位。为此溢流堰常采用锯齿形堰，见图。出口区的整流措施，常采用溢流式集水槽。集水槽的形式见图2-8。
1—集水槽 2—集水支渠
图2-8 平流式沉淀池出口的集水槽形式
（4）缓冲层：避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷
（5）污泥区：贮存、浓缩和排泥
（6）排泥装置：静水压力法、机械排泥法
静水压力法：利用池内的静水位，将污泥排出池外，见2-9图。排泥管1，直径D=200mm，插入污泥斗，上端伸出水面以便清通。静水压力H=1.5m（初次沉淀池），0.9m（活性污泥法后二次沉淀池），1.2m（生物膜法后的二次沉淀池）。为了使池底污泥能滑入污泥斗，池底应有i=0.01-0.02的坡度，也可采用多斗式平流沉淀池，以减小深度。
图2-9 沉淀池静水压力排泥
机械排泥法：设行车刮泥机、链条式刮泥机，见图（2-10、2-11）
图2-10 链条式刮泥机的平流式初次沉淀池
图2-11 设行车刮泥机平的流式初次沉淀池
二、平流式沉淀池的设计计算
平流式沉淀池的设计参数
池的长宽比L/B=3-5、长深比L/H=8-12；
池底纵坡：一般i=0.01-0.02，机械刮泥时i≥0.005；
最大水平流速：初沉池≤7mm/s；二沉池≤5mm/s；
进、出口均应设置档板，档板高出池内水面0.1-0.2m，挡板距进水口0.5-1.0m；距出水口0.25-0.5m。挡板掩没深度：进口0.5-1.0m；出口处为0.3-0.4m。
平流式沉淀池的设计
沉淀池功能设计的内容包括沉淀池的只数、沉淀区和污泥区的尺寸
目前常按照沉淀时间和水平流速或表面水力负荷进行计算，其计算公式如下：
图2-12 平流式沉淀池设计计算图
沉淀池的表面积A
式中：
qvmax—最大设计流量，m3/s
q—表面水力负荷，m3/m2·h
初沉池：1.5-3 m3/m2·h；二沉池：1-2 m3/m2·h。
2）沉淀区有效水深h2
式中：t—沉淀时间，初沉池：1-2 h；二沉池：1.5-2.5 h。
沉淀区的有效水深h2通常取2-3 m；
3）沉淀区有效容积V1
4）沉淀池长度L
式中：V—最大设计流量时的水平流速，mm/s；一般不大于5mm/s。
5）沉淀池的总宽度b
b=A/L
6）沉淀池的只数n：
式中：b’—每只沉淀池的宽度。
7）污泥区的容积
对于生活污水，污泥区的总容积V：
式中：S—每人每天的污泥量，L/d·人；
N—设计人口数，人；T—污泥贮存时间，d；
8）沉淀池的总高度h：
式中：h1—沉淀池超高，m；一般取0.3m；
h2—沉淀区的有效深度，m；
h3—缓冲层高，m；
h4—污泥区高度，m；
h’4—泥斗高度，m；
h”4—梯形的高度，m；
9）污泥斗的容积V1
式中：S1—污泥斗的上口面积，m2；S2—污泥斗的上口面积，m2
10）污泥斗以上梯形部分污泥容积V2
式中：L1，L2—梯形上下底边长，m。l1
§2 3 3竖流式沉淀池；
一、竖流式沉淀池的工作原理及构造
在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：
A、当颗粒沉速u>v时，则颗粒下沉得以去除；
B、当颗粒沉速u=v时，颗粒处于随遇状态，不下沉亦不上升；
C、当颗粒沉速u<v时，颗粒将不能沉淀下来，而会随上升水流带走；
（图2-13，2-14 ）为竖流式沉淀池的构造示意图，竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形，沉淀区呈柱形，污泥斗呈截头倒锥体。图中1为进水管，污水从中心管2自上而下，经反射板3折向上流，沉淀水用设在池周的锯齿溢流堰，溢入流出槽，6为出水管，流出槽前设有挡板，隔除浮渣，污泥依静水压力，将污泥从排泥管4排出。
图2-13 圆形竖流式沉淀池 图2-14 中心管及反射板的结构尺寸
竖流式沉淀池的设计计算
竖流式沉淀池的设计参数
池子直径与有效水深之比不大于3。池子直径不宜大于8m，一般为4-7m
中心管内水流速度应不大于30mm/s
中心管下端应为喇叭口形，其下方设反射板，几图
a．喇叭口的直径和高度均为中心管直径的1.35倍
b．反射板的直径为喇叭口直径的1.3倍
c．反射板表面倾角为170
d．反射板底距泥面至少0.3m
e. 中心管喇叭口下缘至反射板表面的垂直距离为0.25-0.5m，流过该缝隙的污水流速应不大于20mm/s
排泥管下端距池底距离应不大于0.2m，管上端敞口，高出水面不小于0.4m
在距周边集水槽0.25-0.5m处设置浮渣挡板，浮渣挡板高出水面0.1-0.15m，掩没深度0.3-0.4m。
（2）竖流式沉淀池的设计
中心管面积与直径
式中：
f1—中心管截面积，m2
d0—中心管直径，m
v0—中心管内的流速，m/s
qvmax—最大设计流量，m3/s
沉淀池的有效沉淀高度，即中心管的高度
式中：h2—有效沉淀高度，m
v—污水在沉淀区的上升流速，mm/s（无数据时可选 0.5-1.0 mm/s）
t—沉淀时间，一般采用
初次沉淀池：1.0-2.0h 二次沉淀池：1.5-2.5h
中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
式中：h3—间隙高度，m
v1—间隙流出速度，一般不大于40mm/s
d1—喇叭口直径，m
沉淀池总面积和池径
式中：f2—沉淀区面积，m2
A—沉淀池面积，m2
D—沉淀池直径，m
缓冲层高度h4采用0.3m
污泥斗及污泥斗高度（参见平流式沉淀池）
沉淀池总高度
式中：H—池总高度，m；
h1—超高，采用0.3m；（h2、h3、h4、h5见图）
§2 3 4辐流式淀淀池；
辐流式沉淀池的主要构造类型
按进、出水的布置方式可以分为：①中心进水，周边出水；②周边进水，中心出水；③周边进水，周边出水；
图2-15 中心进水的辐流式沉淀池
图2-16 周边进水中心出水的辐流式沉淀池
图2-17 周边进水周边排水的辐流式沉淀池
辐流式沉淀池的设计计算
辐流式沉淀池的设计参数；
池子直径应不小于16m，池子直径与有效水深之比应为6-12
池底坡度一般采用0.05
一般采用机械刮泥，当D≤20m，也可采用多斗式集泥。污泥可采用静水头排泥或泵抽排出。
池径D小于20m时，一般采用中心传动刮泥机，其驱动装置设在中心走道板上。池径D大于20m时，一般采用周边传动的刮泥机，其驱动装置设在框架外缘。刮泥机转速为1-3r/h，外周刮泥板线速度不超过3m/min，一般采用1.5m/min。
在进水口周围设置整流板，整流板的开孔面积为过水断面积的6-20%
辐流式沉淀池的设计
图2-18 辐流式沉淀池设计计算图
沉淀池表面积和池直径
式中：qmax—最大设计流量，m3/h
A1—每池的表面积，m2；
D—每池的直径，m；
n—池数；
q0—表面水力负荷，m3/（m2·h）
沉淀池有效水深
式中：h2—有效水深，m；
t—沉淀时间，h；
3）污泥部分所需的容积
对于生活污水，污泥区的总容积V：
式中：S—每人每天的污泥量，L/d·人；
N—设计人口数，人；
T—污泥贮存时间，d；
4）污泥斗容积V1
式中：r1、r2—污泥斗上、下口半径，m；
α—斗壁角
h5—污泥斗高度，m；
5）污泥斗以上池底污泥容积V2
式中：R—污泥沉淀区半径，m；
h4—沉淀池坡底落差，m；
i—坡度
沉淀淀池总高度，m；
式中：H—总高度，m；
h1—保护高，取0.3m；
h2—有效水深，m；
h3—缓冲层高，m；
h4—沉淀池坡底落差，m；
7 h5—污泥斗高度，m；
§2 3 5斜流沉砂池；
斜板（管）沉淀池的理论基础
若沉淀池长为L，池深为H，池中水平流速为v，颗粒沉速为u0
的沉淀池中，在理想状态下，L/H=v/u0。
可见，L与v值不变时，池深H越浅，可被沉淀去除的悬浮物颗粒也越小。若用水平隔板，将H分为3等层，每层深H/3，如图，在v、u0不变的条件下，则只需L/3，就可将沉速为u0的颗粒去除，也即总容积可减少到1/3。如果池长不变，深为H/3，则水平流速可增加到3v，仍能将沉速为u0的颗粒沉淀掉，也即处理能力可提高3倍。把沉淀池分成n层就可把处理能力提高n倍。这就是20世纪初，哈真（Hazen）提出的浅池沉淀理论。
图2-19浅池沉淀原理
为了解决沉淀池的排泥问题，浅池理论实际应用时，把水平隔板该为倾角为α（500-600）的斜板（管）。所以斜板（管）的有效面积的总和，乘以cosα
，即得水平沉淀面积：
二、斜板（管）沉淀池的分类及特点（如下图A、B、C）
按水流方向与颗粒的沉淀方向之间的相互关系，可分为：
侧向流斜板（管）沉淀池：水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直；
同向流斜板（管）沉淀池：水流方向与颗粒沉淀方向相同；
逆向流斜板（管）沉淀池：水流方向与颗粒沉淀方向相反；
A．异向流 B．同向流 C．侧向流
城市污水处理中多采用升流式逆向流斜板（管）沉淀池
特点：沉淀效率高、停留时间短、占地少，在给水处理中有比较广泛的应用，在废水处理中的应用不普遍。
斜板（管）沉淀池的设计计算
斜板（管）沉淀池的设计参数
斜板之间的垂直净距一般采用80-100mm，斜管孔径一般采用50-80mm
斜板、斜管斜向长度一般采用1-1.2m；
斜板、斜管之倾角一般采用600。
斜板、斜管区底部缓冲层高度一般采用0.7-1.0m；
斜板、斜管区上部水深一般采用0.5-1.0m；
设计停留时间，初次沉淀池不超过30min（二次沉淀池不超过60min）
斜板（管）沉淀池的设计（逆向流）
图2-20 斜板沉淀池计算草图
沉淀池水表面积：
式中： A—水表面积，m2；
n—池数；
q0—表面水力负荷，m3/（m2·h）
qmax—最大设计流量，m3/h
沉淀池平面尺寸
或
式中 D—圆形池直径，m；
a—矩形池边长，m；
池内停留时间
式中：t—池内停留时间，min；
h2—斜板（管）区上部的清水层高度，一般采用0.7-1.0m；
h3—斜板（管）的自身垂直高度，一般采用0.866-1.0m；
l—斜板（管）的自身长度；
α—斜板（管）倾斜角度；
存放污泥所需池内容积V
式中：qmax—最大设计流量，m3/h
c0—进水悬浮物浓度，mg/L
c—出水悬浮物浓度，mg/L
Tg—污泥清除间隔时间，d
Kz—总变化系数；
γ—污泥比重，
P—污泥含水率，
n—池数；
5）污泥斗容积V1（设泥斗为正方形）
式中：a—矩形池边长；m；
a1—泥斗的边长；m；
h5—污泥斗高度，m；β—泥斗倾角
6）沉淀池的总高度
式中：H—总高度，m；
h1—保护高，取0.3m；
h2—有效水深，m；
h3—斜板（管）的自身垂直高度，m；
h4—缓冲层高，m；
h5—污泥斗高度，m；
§2 4 隔油和破乳
§2 4.1含油废水的来源
石油开采及加工工业（带水原油的分离水、设备冲洗水）
固体燃料热加工工业（焦炉气的冷凝水、洗煤气水）
纺织工业（洗毛废水）
轻工业（制革废水）
屠宰及食品加工
机械加工
§2 4.2状态
可浮油：这种油粒径较大，一般大于100um，可以依靠油水比重差而从水中分离出来，浮于水面，形成油膜或油层；
乳化油：油珠粒径小于10um，一般为0.1-2um，这种油即使静置几小时，甚至更长时间，仍然悬浮在水中。这种状态的油滴不能用静沉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。如能消除乳化剂的作用，乳化油即可转化为可浮油，这叫坡乳。
溶解油：油珠粒径比乳化油还小，有的可小到几nm，是溶于水的油微粒。
§2 4.3危害
油类对环境的污染主要表现在对生态系统及自然环境（土壤、水体）的严重影响。流到水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；而水中的乳化油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗水中的溶解氧（生成水和二氧化碳），使水体形成缺氧状态，水体中的二氧化碳浓度增高，使水体pH值降低到正常范围以下，导致鱼类和水生生物不能生存。含油废水流到土壤，由于土层对油污的吸附和过滤作用，也会在土壤形成油膜，使空气难于透入，阻碍土壤微生物的增殖、破坏土层团粒结构。
§2 4.4隔油池
原理：利用油与水的密度差实现重力分离
二、分离对象：浮油与泥砂之间的分离
主要类型：平流式、斜流式
平流式隔油池
图2-21 平流式隔油池
1）组成：池体、刮油刮泥机、集油管
2）构造：如图2-21，类似于平流式沉淀池，废水从池子的一端流入池子，以较低的水平流速流经池子，流动过程中，密度小的油粒上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。在隔油池的出水端设置集油管。集油管可以饶轴线转动。排油时将集油管的开槽方向转向水平面以下收集浮油，并将浮油导出池外。
3）特点：构造简单、便于运输管理、油水分离效果稳定，池体大、占地多
平流式隔油池的设计计算
平流式隔油池的设计参数
停留时间T一般采用1.5-2.0h。
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和6m，当采用人工清除浮油时，应使每格宽度不超过3m。国内各大型炼油厂一般采用B=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h2为1.5-2.0m。人工排泥时，池深应包括污泥层所占厚度。
隔油池尺寸比例：单格的长宽比（L/B）不小于4，深宽比（h2/B）不小于0.4
刮板间距不小于4m，高度150-200m，移动速度0.01m/s
集油管管径为200-300mm
池底坡度I，当人工排泥时，采用0.01-0.02，坡向集泥坑；当用机械刮泥时，一般采用平底（I=0）
隔油池水面上油层厚度不大于0.25m
2）平流式隔油池的设计
总有效容积V
式中：T—停留时间，h；
qmax—最大设计流量，m3/h
隔油池总过水断面积A0
A0=qmax/v
式中：v—采用水平流速，
分格数n
式中：B—每格宽度，m；
h2—工作水深，m；
校核池内实际水平流速v
(2 mm/s<v<5mm/s)
有效池长L
L=3.6vt
校核尺寸比例：
L/B>4 ；h2/B>0.4
池总高度H
H= h1+ h2
式中：h1—超高，m；L
h2—工作水深，m；
（2）斜流式隔油池
图2-22斜板式隔油池
1）组成：进水管、布水设施、斜板（管）组、出水管和集油管
2）构造：如图2-22，水流由上而下流经斜板而油珠则逆水而上浮，属于逆向流。上浮的油珠流出斜板（管）后在水面上形成一层油膜，经集油管排走。
（4）破乳（破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离）
投加换型乳化剂
投加盐类、酸类
搅拌、震荡、转动
过滤
该变温度
§2.6 气浮
§2.6.1 概述
（1）功能：实现固-液、液-液分离；
（2）过程：
通入空气 产生微细气泡 SS附着在气泡上
上浮 实现固-液分离
一、基本原理
（1）水中颗粒与气泡的粘附条件
I、界面张力、接触角和体系界面自由能
a、界面张力：水、气、粒三相混合体系中，不同介质的
相表面因受力不均衡所导致。
b、润湿接触角（(）
水气间界面作用力作用线与水粒间界面作用力作用线间的夹角；
(<90 亲水表面，不易被气泡所粘附；
(>90 疏水表面，易于为气泡所粘附；
c、界面自由能
W=( (S （S-界面面积）
颗粒与气泡粘附前，颗粒和气泡单位面积的自由能分别为：
(12(1、(13(1；
粘附前界面自由能之和：W1=(12(1 + (13(1 颗粒与气泡粘附后，此时的单位面积的界面能为：
W2=(23
( 界面能的减少值：
(W= W1- W2 = (12 + (13 - (23 (W越大，推动力越大，易于气浮处理；
II、气-粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附
亲水吸附：接触角小，气浮体结合不牢易脱落；
疏水吸附：接触角大，气浮体结合牢固不易脱落；
平衡状态时，三相界面张力间的关系为：
(13 = (12cos(1800-() + (23 cos(=（(23 - (13）/ (12 (W= W1- W2 = (12 + (13 - (23 = (12 ( 1- cos()
当(=0 ， cos(=1，则( 1- cos() =0，不易气浮；
当(=180 ，cos(=-1，则( 1- cos()=2，易气浮；
(12 越大 (越大，越易气浮；
（2）泡沫的稳定性
气浮要求：气泡具有一定的分散度和稳定性；
影响要素： A、洁净的气泡本身具有自动降低表面自由能的倾向（气泡合并作用）
B、水分子的蒸发，导致气泡的破灭；
C、表面活性剂的加入能防止气泡的兼并和破灭，增加泡沫的稳定性；
二、类型
电解气浮：如图2-23
图2-23 电解浮上法装置示意图
电解气浮是将正、负相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两极间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面达到分离的目的。
分散空气气浮法
目前应用的有微气泡曝气气浮法和剪切气泡气浮法如图所示
图2-24为微孔泡曝气浮上法，压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡。
图2-25为剪切气泡气浮法，该法是将空气引入到一个高速旋转混合器的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡。
图2-24 分散空气浮上法— 图2-25 分散空气浮上法—
微气泡曝气法 切割气泡法
溶解空气气浮法
真空气浮法：空气在常压条件下溶入水中，而在负压条件下析出。具体过程如图2-26（空气的溶解在常压下的融解度很低，气泡释放量很有限、，此外为形成真空，处理设施需密闭，其运行和维修较困难）
图2-26 真空气浮法设备示意图
加压溶气气浮：空气在加压条件下溶入水中，而在常压条件下析出。具体过程如图2-27、2-28（是目前常用的方法）
A、全溶气流程：将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离，如图2-27
图2-27全溶气方式加压溶气浮上法流程
特点：电耗高、但气浮池容积小
B、部分溶气流程：将部分废水进行加压溶气，其余废水直接送入气浮池，
如图2-28
图2-28部分溶气方式加压溶气浮上法流程
特点：省电，溶气罐小
C、回流溶气流程：将部分出水进行回流加压，入流废水直接进入气浮池，
如图2-29
特点：适用于SS高的原水，但气浮池容积大
图2-29回流加压溶气浮上法流程
加压溶气气浮系统的设计
组成及主要工艺参数
加压溶气气浮系统主要由三个部分组成：压力溶气系统、空气释放系统和气浮分离设备
1）压力溶气系统：加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备（空压机）及附属设备
加压水泵的作用：提升污泥，将水、气以一定压力送至溶气罐
溶气罐的作用：使水与空气充分接触，促进空气的溶解。
2）空气释放系统：由溶气释放装置和溶气水管组成。
溶气释放装置的作用：将压力溶气水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。溶气释放装置主要有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。
3）气浮池：
功能：提供一定的容积和池表面，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。
类型：平流式和竖流式如图2-30、2-31
图2-30 平流式气浮池 图2-31 竖气浮池
平流式：废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固-液分离。
优点：池身浅、造价低、构造简单、运行方便
缺点：分离部分的容积利用率不高。
竖流式：
优点：接触室在池中央，水流向四周扩散，水利条件好
缺点：与反应池较难衔接，容积利用率较低
（2）压力溶气浮上法的设计计算
主要设计计算内容有：气浮所需空气量、溶气罐尺寸、所需的工作压力、和气浮池的尺寸等。
1、气浮所需空气量
A、通过试验确定
式中：qv—气浮池设计水量，m3/h；
R’—试验条件下的回流比，%
ac—试验条件下的释气量，L/m3；
ψ—水温校正系数，取1.1-1.3；
B、由Eckenfelder教授经验公式
式中：1.3—空气密度（20，1atm），kg/m3；
Ca—大气压力下，某一温度下空气在水中的溶解度，（mL/L）；
f—溶气罐中空气的饱和百分比，一般为0.5-0.8；
p—溶气罐工作时的绝对压力，atm；
pa—溶气罐工作时的表压，kPa。
2、溶气罐尺寸
A、无回流时
溶气罐的总容积V=QT；
式中：Q—废水流入量；
T—水和空气在加压溶气罐中的接触时间；
若采用填料式溶气罐的个数为n，则每个溶气罐的容积V’=V/n；
若溶气罐的高度为H，则单罐的直径为D
B、有回流时
溶气罐的总容积V=QrT；
式中：Qr—废水流入量；
T—水和空气在加压溶气罐中的接触时间；
若采用填料式溶气罐的个数为n，则每个溶气罐的容积V’=V/n；
若溶气罐的高度为H，则单罐的直径为D
3、气浮池的设计
气浮池是完成气浮过程的主要设施。它由气泡与悬浮物的接触室、浮渣分离式、低压释放器、刮渣机、排渣机和出水管等组成。池型以平流式较为常用。
（一）、在气浮池的设计中应考虑如下问题：
(1)在有条件的情况下，应对原水进行小样试验，以确定气固比及溶气压力，并依此计算所需的加压溶气水量。
(2)通过小试确定混凝剂最佳投量。反应时间一般为10-15min。
(3)反应池的设计与给水处理相同。
(4)气浮接触室的水流上升速度，一般取10—20mm／s，停留时间不小于60s。
(5)接触室内的低压释放器，应根据所需的加压溶气水量、溶气压力及释放器的性能来确定适宜的型号与数量。
(6)浮渣分离室的表面积由分离室的表面负荷率来确定(见表13—2)。
(7)气浮池的宽度一般应与刮渣机的型号相适应，单格宽度以不超过8m为宜。
(8)气浮池的有效水深一般取1.5—2.5m，水力停留时间一般为10—30min。
(9)气浮池的长宽比尚无严格要求，池长以防止浮渣回落为度，且不超过15m。
(10)气浮池排渣，一般用刮渣机定期刮入浮渣槽，刮渣机的走行速度宜小于5m/min。
(11)气浮池集水应力求均匀，穿孔集水管内的最大流速宜控制在0.5m／s左右。
(12)气浮池尽可能靠近加压溶气罐，以减少加压溶气水管的长度而降低管路损失，并避免因沿途减压而造成气泡提前析出与变大，降低气浮效率。
（二）设计计算
1、无回流气浮池的设计
（1）分离室的主要尺寸
a.分离室的容积V
V=QT
b.分离室的表面积A1
c.分离室的水深H1
d.分离室的长度L1：
e.废水在分离室的实际停留时间T’
f.分离室的总高度H
取超高H2=0.3m，则
H= H1+ H2=1.53+0.3=1.83(m)
（2）、接触室的主要尺寸
a、接触室的表面积A2
b、接触室长度L2
（3）、无回流气浮池的最终主要尺寸
气浮池的总长度L
L=L1+L2=5.7+0.6=6.3（m）
气浮池的总宽度为：2B
2、有回流气浮池的设计
（1）分离室的主要尺寸
a.分离室的容积V
V=（Q+R）T
b.分离室的表面积A1
c.分离室的水深H1
d.分离室的长度L1：
e.分离室的总高度H
取超高H2=0.3m，则
H= H1+ H2
（2）、接触室的主要尺寸
a、接触室的表面积A2
b、接触室长度L2
（3）、有回流气浮池的最终主要尺寸
气浮池的总长度L
L=L1+L2
气浮池的总宽度为：2B
气浮池的总深度：H= H1+ H2
§2 6 调节池
这对废水处理构筑物的正常运转非常不利。水量和水质的波动越大，处理效果就越不稳定，甚至会使废水处理工艺过程遭受严重破坏。为减少水量和水质变动对废水处理工艺过程的影响，在废水处理系统之前宜设置调节池，以资均和水质飞存盈补缺，使后续处理梅筑物在运行期间内能得到均衡的进水量和稳定的水质，并达到理想的处理效果。
主要起均衡水量作用的调节池称为均量池，主要起均和水质作用的调节池称为均质池，既可均量又可均质调节池称为均化池。
调节池在废水处理工艺流程中的最佳位置，应依每个处理系统的具体情况而定。某些情况下，调节池可设于一级处理之后、生物处理之前，这样可减少调节池中的浮渣和污泥。如把调节池设于初沉池之前，设计中则应考虑足够的混合设备，以防止固体沉淀和厌氧状态的出现。采用调节池的废水处理工艺流程见图2-32
图2-32 采用调节池的废水处理工艺流程
（a）在线调节（b）离线调节
原水；2—格栅；3—沉砂池；4—调节池；5—提升泵房及六量控制；
6—一级；7—出水；8—溢流井；
在线调节流程的全部流量均通过调节池，对废水的成分和流量可进行大幅度调节。离线调节流程只有超过日平均-流量的那一部分流量才进入调节池，对废水组分和流量的变化仅起轻微的缓冲作用。
设计调节池时应考虑的问题：
(1)调节池的几何形状宜为方形或圆形，以利形成完全混合状态。长形池宜设多个进口和出口。
(2)调节池中应设冲洗装置、溢流装置、排除漂浮物和泡沫的装置，以及洒水消泡装置。
(3)为使在线调节池运行良好，宜设混合和曝气装置。混合所需的功率约为0.004-0.008kw/m3池容。所需曝气量约为0.01-0.015 m3空气/（min·m2池表面积。）
(4)调节池出口宜设测流装置，以监控所调节的流量。提升泵可设于调节池的前面或后面。
图2—33水量调节池
§2 6.1水量调节池
常用的水量调节池，如图2—33所示。进水为重力流，出水用泵抽升，池中最高水位不高于进水管的设计水位，有效水深一般为2～3m。最低水位为死水位。
调节池的容积可用图解法计算。例如某工厂的废水在生产周期(T)内的废水流量变化曲线，如图2-34所示。曲线下在T小时内所围的面积，等于废水总量WT(m3)。
式中 qi—在t时段内废水的平均流量，m3／h；
ti—时段，h。
在周期T内废水平均流量Q，m3／h为：
根据废水量变化曲线，可绘制如图2-35所示的废水流量累积曲线。流量累积曲线与周期T(本例为24h)的交点A读数为WT(1464m3)，联接OA直线，其斜率为Q(61rn3／h)。假设一台水泵工作，该线即为泵抽水量的累积水量。
对废水量累积曲线，作平行于OA的两条切线ab、cd，切点为B和C，通过B和C，作平行于纵坐标的直线BD和CE，此二直线与出水累积曲线分别相交于D和E点。从纵坐标可得到BD和CE的水量分别为220m3和90m3，两者相加即为所需调节池的容积为310m3。图中虚线为调节池内水量变化曲线。
§2 6.2水质调节池
1．普通水质调节池
对调节池可写出物料平衡方程：
C1QT+C0V=C2QT+C2V
式中 Q—取样间隔时间内的平均流量； ·
C1—取样间隔时间内进入调节池污物的浓度；
T—取样间隔时间；
Co—取样间隔开始时调节池内污物的浓度；
V—调节池容积；
C2—取样间隔时间终了时调节池出水污物的浓度。
假设在一个取样间隔时间内出水浓度不变，将上式变化后，每一个取样间隔后的出水度为
当调节池容积已知时，利用上式可求出各间隔时间的出水污物浓度。
图2-34 某厂废水流量曲线 图2-35 某厂废水流量累积曲线
§2.7离心分离与磁力分离
§2.7.1离心分离
（1）、离心分离原理
物体高速旋转时会产生离心力场。利用离心力分离废水中杂质的处理方法称为离心分离法。
废水作高速旋转时，由于悬浮固体和水的质量不同，所受的离心力也不相同，质量大的悬浮固体被抛向外侧，质量小的水被推向内层，这样悬浮固体和水从各自出口排除，从而使废水得到处理。
废水高速旋转时，悬浮固体颗粒同时受到两种径向力的作用，即离心力和水对颗粒的向心推力。设颗粒和同体积水的质量分别为m、m0(kg)，旋转半径为r(m)，角速度为ω(rad／s)，颗粒受到的离心力分别为mω2r(N)和m0ω2r(N)此时颗粒受到净离心力Fc(N)为两者之差，即
Fc=( m-m0)ω2r
该颗粒在水中的净重力为Fg=( m-m0)g。若以n表示转速（r/min），并将
代人上式，用α表示颗粒所受离心力与重力之比，则
α称为离心设备的分离因素，是衡量离心设备分离性能的基本参数。当旋转半径r一定时，α值随转速n的平方急剧增大。例如，当r=0.1m，n=500r／min时，α=28，而当n=1800r／min时，则α=1100。可见在分离过程中，离心力对悬浮颗粒的作用远远超过了重力，因此极大地强化了分离过程。
另外，根据颗粒随水旋转时所受的向心力与水的反向阻力平衡原理，可导出粒径为d(m)的颗粒的分离速度uc(m／s)为
式中 ρ，ρ0—分别为颗粒和水的密度，kg／m3；
μ—水的动力粘度，0.1Pa·s
当ρ>ρ0时，uc为正值，颗粒被抛向周边；当ρ>ρ0时，颗粒被推向中心。这说明，废水高速旋转时，密度大于水的悬浮颗粒，被沉降在离心分离设备的最外侧，而密度小于水的悬浮颗粒(如乳化油)被“浮上”在离心设备最里面，所以离心分离设备能进行离心沉降和离心浮上两种操作。
（2）、离心分离设备
按产生离心力的方式不同，离心分离设备可分为离心机和水力旋流器两类。
1．离心机
离心机是依靠一个可随传动轴旋转的转鼓，在外界传动设备的驱动下高速旋转，转鼓带动需进行分离的废水一起旋转，利用废水中不同密度的悬浮颗粒所受离心力不同进行分离的一种分离设备。
高速离心机（α>3000）:
多用于乳化油和蛋白质等密度较小的微细悬浮物的分离。
常速离心机：低速离心机（α<1000）、中速离心机（α=1000-3000）。
多用于与水有较大密度差的悬浮物分离
2、水力旋流器
压力式水力旋流器
其构造如图2-36所示。水力旋流器用钢板或其他耐磨材料制造，其上部是直径为D的圆筒，下部是锥角为θ的截头圆锥体。进水管以逐渐收缩的形式与圆筒以切向连接。废水通过加压后以切线方式进入器内，进口处的流速可达6～10m／s废水在器内沿器壁向下作螺旋运动的一次涡流，废水中粒径及密度较大的悬浮颗粒被抛向器壁；并在下旋水推动和重力作用下沿器壁下滑，在锥底形成浓缩液连续排出。锥底部水流在越来越窄的锥壁反向压力作用下改变方向，由锥底向上作螺旋运动，形成二次涡流，经溢流管进入溢流筒后，从出水管排出。在水力旋流中心，形成一束绕轴线分布的自下而上的空气涡流柱。流体在器内的流动状态如图2-37所示。
水力旋流分离器的计算，一般首先确定分离器的尺寸，然后计算处理水量和极限截留颗粒直径，最后确定分离器台数。
1)各部结构尺寸 各部的相关尺寸对分离效果有很大影响，经验得到的最佳尺寸如下：
圆筒直径 D
圆筒高度 H0=L7D
锥体角度 θ=10～15°
中心溢流管直径 d0=(0.25～0.3)D
进水管直径 dl=(0.25～0.4)D
出水管直径 d2=(0.25～0.5)D
锥底直径 d3=(0.5～0.8)d0
因离心力与旋转半径成反比．，所以旋流器直径不宜过大—，千般在500mm以内。如果处理水量较大，可选多台，并联使用。
图2-36 水力旋流器的构造 图2-37 物料在水力旋流器内的流动情况
圆筒；2—圆锥体；3—进水管；4—溢流管； 1—入流；2—一次涡流；
5—排渣口；6—通气管；7—溢流筒 8一出水管 3—二次涡流；4—空气涡流柱
2)处理水量 按下式计算：
式中 Q——处理水量，L／min；
K—流量系数，K=5.5dl/D；
ΔP—进出口压差，MPa，ΔP=P1-P2，一般取0.1～0.2MPa；
g—重力加速度(m／s2)。
重力式旋流分离器
重力式旋流分离器又称水力旋流沉淀池。废水也以切线方向进入器内，借助进出水头差在器内呈旋转流动。与压力式旋流器相比较，这种设备的容积大，电能消耗低。
重力式旋流分离器的表面负荷大大地低于压力式，一般为25-30m3/m2·h 。废水在器內停留15-20min，从进水口到出水溢流堰的有效深度H0=1.2D，进水口到渣斗上缘应有0.8-1.0m的保护高，以免将沉渣冲起；废水在进水口的流速v=0.9-1.1m/s。水头差可按下列公式计算：
式中 A—系数，通过试验确定，采用4.5；
ξ—局部阻力系数；
v1—进口处流速，m/s；
l—进水管长度，m；
i—进水管单位长度的沿程损失。
§2.7.2磁力分离
（1）磁力分离原理
磁力分离法是一种利用磁场力截留废水中污染物质的固液分离方法。分离的效率取决于磁场力，物质的磁性和流体动力学特性。
根据物质的磁力性质，水中污染物可分为三类：
抗磁性物质：本身无磁性，在外加磁场作用下产生的附加磁场与外磁场方向相反，这类物质必须采用特别的磁化技术才能进行磁分离；
顺磁性物质：本身无磁性，在外加磁场作用下产生与外磁场方向一致的附加磁场，这类物质如锰、铜、铬、钡等，可用高梯度磁分离装置除去；
铁磁性物质：这类物质中存在排列杂乱无章的磁畴，对外不显磁性，在外磁场作用下，所有磁畴与外磁场取向一致，磁场强度随外磁场增大而增加夕当增大到某一限度即达磁饱和，再增大外磁场，其磁场强度不再增大。铁磁性物质容易磁化，可直接采用磁分离法除去。铁质悬浮物、氧化铁、铁、钴勺镍及其合金等均属比类。
在磁分离操作时，水中磁性粒子同时受磁场吸引力和外力(重力、粒子相互作用力等)的作用。当磁力小于外力合力时，粒子被水带走，反之则被磁性物质捕获而从水中分离出来。
（2）磁分离设备
按产生磁场的方法不同，磁分离设备分为永磁型飞电磁型和超导型三类。永磁型分离器的磁场由永久磁铁产生，构造简单，电能消耗少，但磁场强度低且不能调节，仅用于分离铁磁性物质，电磁分离器可获得高磁场强度和高磁场梯度，分离能力大，可分离细小铁磁性物质和弱磁性物质，超导磁分离器可产生超强磁场，运行基本不消耗电能，但造价高。
按设备的功能，磁分离器可分为磁凝聚器、磁吸离器和磁过滤器三种，后两者使用较多。磁吸离器结构和运转过程和生物转盘类似，圆盘用不锈纲制成，上面粘接极性交错排列的数百上千块永久磁铁，并用铝板覆盖。运转时，圆盘转动，浸没部分吸引水中磁性物质，转离水面后，表面泥渣即被刮走，磁过滤器结构型式繁多，它的主要部分为电磁铁和铁磁性介质，图2-38为高梯度磁分离器（HGMS），是使用较多的磁过滤器之一，它采用不锈钢导磁丝毛（钢毛）产生高磁场梯度。
图2-38 HGMS磁滤器结构示意图
HGMS装置运行时，励磁线圈与直流电源接通，励磁线圈造成柱形磁场，基质不锈钢毛被磁化后，形成梯度磁场，污水经过时其中的磁性物质或磁性化絮体受到磁化，并在梯度磁力吸引下，向梯度高点游去，沉落在钢毛 表面而被捕捉，水流出HGMS体外，从而净化了污水。
当达到规定通水时间或基质捕捉颗粒数量积累而阻力增加时，切断直流电源，滤芯消磁，用水冲洗将基质捕获的颗粒排出，然后再进行过滤，滤出污水中磁性物质。
磁分离法的应用：
去除钢铁工业废水中磁性及非磁性悬浮物；
去除重金属离子；
去除有机物和植物营养元素；
去除生活污水中细菌和病菌；
去除废水中的油类物质；
§2.8 过滤与澄清（Filtration and Clarification）
§2.8.1 过滤
（1）作用
去除微细颗粒和胶体物质，提高出水水质；
提高BOD、COD、细菌、病毒等的去除率；
强化后续消毒效果，降低消毒剂用量；
使后续离子交换、吸附等装置免于经常堵塞；
（2）位置
给水处理中，过滤置于沉淀池之后，消毒之前；
废水深度处理中，过滤置于二沉池之后；（3）过滤机理
阻力截留
悬浮颗粒截留作用，空隙变小，截污能力提高；
重力沉降
原水通过滤料层时，滤料表面提供了巨大的沉降面积，
形成无数的小“沉淀池”。 接触絮凝
吸附作用
静电作用
（4）滤池
按滤料种类：单层、双层、多层滤池；
按作用水头：重力（4-5m）、压力滤池（15-20m）；
按进出水及反冲洗水的供给与排除：
普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池
A、普通快滤池
1）构造与工艺过程
构成：集水渠、洗砂排水槽、滤料层、承托层、配水系统；
管廊：浑水进水管、清水出水管、冲洗水管、冲洗水排出管；
过滤过程：
反冲洗（解决水量、水质问题）
2）滤料和承托层结构
I、滤料的基本要求：
足够的机械强度；
较好的化学稳定性；
适宜的级配（不同粒径的滤料数量的比例）；
足够的空隙率（接近球形，表面粗糙而有凌角）；
II、滤料的性能
有效直径和不均匀系数
有效直径d10(d80)：能使10%（80%）的滤料通过的筛孔直径；
不均匀系数：K=d80/d10（1.65-1.80）
滤料的纳污能力：
在保证出水水质的条件下，过滤周期内单位体积滤料
中能截留的污染物量。
( 滤料的空隙率和比表面积
空隙率：在一定体积滤层中空隙所占的体积与总体积的比值
比表面积：单位重量或单位体积滤料所具有的表面积
III、过滤时的水头损失
IV、滤速、滤池总面积及滤池数的确定
滤速： 承托层：0.4-0.45m
单层砂滤池：v1=8-12m/h 滤层：0.7-0.75m
双层池：v2=12-16m/h 水深：1.5-2.0m
滤池总面积： 滤池总深：2.5-3.0m
A=Q/v
V、反冲洗
反冲洗方式：
高速水流反冲洗；
气、水反冲洗
水冲强度：3-4L/m2.s
气冲强度：10-20L/m2.s
反冲洗影响因素
冲洗强度q：单位滤池面积上通过的反洗水流量（ L/m2.s ）
粒径相同时，比重越大，冲洗强度越大；
比重相同时，粒径越大，冲洗强度越大；
水温高时，水的粘度小，不利于污物的剥离，冲洗强度越大；
(滤层膨胀度e：
e越大，滤料颗粒碰撞机会减少，反洗变差；
VI、配水系统
作用
均匀分布反冲洗水于整个滤池断面；
均匀收集过滤水；
配水不均原因
配水系统的水力阻抗；
孔眼出水的水力阻抗；
承托层的水力阻抗；
滤料层的水力阻抗；
配水系统类型
大阻力配水系统：
增大整个配水系统布水孔眼的阻力，降低由于距离不同
而引起的水头损失的差异在总水头损失中的比例；
小阻力配水系统：
减少整个配水系统的总水头损失，使距离不同引起的水
头损失的差异减少达到配水均匀的目的；
B、虹吸滤池
I、构造及工作原理
滤池的进水和冲洗水的排除由虹吸管完成.
II、特点
利用虹吸原理进水和排走洗砂水；
小阻力配水系统；
易于自动化控制；
池深大，冲洗效果不理想；
适用于中小水厂，造价比普快滤池低20-30%；
C、重力无阀滤池
I、构造及工作原理
II、特点
自动运行、操作方便；
结构简单，造价低(比普通快滤池低30-50%)；
小阻力配水系统；
滤池高度大，冲洗时进水管照样进水,并被排走
浪费一部分澄清水；
F、压力滤池
特点
密闭的钢罐,是在压力下进行工作的;
反洗常用空气助洗和压力水反洗的混合方式; 耗费钢材多,投资较大;占地少,运行管理方便;
§2.8.2 澄清
（1）概述
完成混合、反应及絮凝体的分离；
澄清池中的作用介质是悬浮状态的泥渣；
悬浮状态的浓度稳定且均匀分布的泥渣是处理效果的关键；
（2）分类：泥渣与水的接触方式的不同
A、泥渣循环分离型（机械加速、水力循环）
泥渣在垂直方向不断循环，在运动中捕捉原水中形成的
絮凝体，并在分离区加以分离；
机械加速澄清池 优点：
处理效果好；
稳定，适应性强；
适用于大、中水厂；
缺点：
机电维修复杂，
启动时有时需人工加土和加大投药量；
( 水力循环澄清池 优点：
不需要机械搅拌；
结构简单；
缺点：
反应时间短，运行不稳定；
泥渣会流控制较难，适应性差；
适用于小型水厂；
B、悬浮泥渣过滤型（悬浮澄清池、脉冲澄清池）： 靠上升水流的能量在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过泥渣层时，其中的絮凝体就被截留；
悬浮澄清池
优点：
结构简单；
缺点：
运行适应性差（水温、水量变化时，泥渣不稳定）；
脉冲澄清池
靠脉冲进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀；
1）有利颗粒和悬浮层接触；
2）悬浮层污泥趋于均匀；
优点：
工作稳定，净水效果好；
造价低；
缺点：
周期不易调整；
构造复杂；
