第3章 物理处理
3.1 格栅与筛网
3.1.1 格栅去除污物的原理是什么？
格栅通常由一组或多组平行金属栅条制成的框架组成，倾斜或直立地设置在进水渠道中，污水从间隙中流过，固体颗粒被截留。格栅在污水处理前部工序中，拦截、清除各种固体颗粒物、漂浮物等，使后续处理工序得以顺利进行。格栅是市政污水、工业污水，如纺织、造纸等处理过程中拦污、除渣的关键设备。
3.1.2 格栅是如何分类的？
（1）按栅条形式分类
按栅条形式分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、转筒式格栅和活动栅条格栅。直棒式栅条格栅外观为普通的直条形，布局简洁，运行可靠，易安装维护，应用范围较为广泛。弧形格栅主要由驱动装置、栅条组、传动轴、耙板、旋转耙臂、副耙装置等部件组成。其结构紧凑，占地少，土建费用低，自动控制，运行平稳，可靠，噪声低。工作时，齿耙缓慢地绕着安装在弧形格栅曲率中心处的水平轴转动，去除格栅条上被拦截的污物。转筒式格栅由栅齿、栅齿轴、链板等组成栅网，以替代传统格栅的栅条。栅网在机架内做回转运动，从而将污水中的悬浮物拦截并不断分离水中的悬浮物，因而工作效率高、运行平稳、格栅前后水位差小，并且不易堵塞。栅网中的栅齿可用工程塑料或不锈钢两种材料制造，栅齿轴和链板等由不锈钢制造，大大提高了格栅整体的耐腐蚀性能，较小间隙的格栅一般宜用不锈钢栅齿。活动栅条格栅由固定栅条和活动栅条间隔组合，定栅条固定在机架上，并将拦截在固定栅条的污物由下至上逐级提升到格栅顶部的排渣口卸料，便于栅条的组合和更换。
（2）按栅条间距分类
按栅条间距分为粗格栅（间距为40～100mm）、中格栅（间距为10～40mm）、细格栅（间距为3～10mm）。
（3）按栅渣清除方式分类
根据格栅上截留物的清除方法不同，可将格栅分为人工清除格栅和机械清除格栅。人工清除格栅只适用于处理水量不大或所截留的污染物量较少的场合。此类格栅用直钢条制成，与水平面成45°～60°倾角放置。栅条间距视污水中固体颗粒大小而定，污水从间隙中流过，固体颗粒被截留，然后用人工定期清除。
3.1.3 格栅的作用是什么？
格栅的作用是去除污水中较大的漂浮物和悬浮物，以保证泵、管道以及其他污水设施的正常运行。
3.1.4 筛网的作用和分类是什么？
筛网的作用是截留、去除污水中的纤维、纸浆等较细小的漂浮物和悬浮物。
筛网的规格常以单位长度的孔数（目数）表示，也有用每个孔的宽度来表示的。我国的国家标准以每厘米的孔数表示，如20孔/cm。筛网按所用原料分为蚕丝筛网、金属丝筛网和合成纤维筛网三类。也可以按孔的形状分类，孔型主要有圆孔、长圆孔、方孔、三角孔、凸孔（鱼鳞孔）、菱形孔、六角孔、十字孔、梅花孔，树叶孔等。用污水处理的筛网一般用薄铁皮钻孔制成，或用金属丝编制而成，孔眼直径为0.5～1.0mm。筛网的型式有很多种，如转鼓式筛网、水力驱动转鼓式筛网等。
3.1.5 水力筛网的构成是怎样的？
水力筛网是一种构造较为简单，较为古老的液固分离装置。水力筛网处理效果好，运行稳定，适用场合广，尤其在处理废水中含有细小纤维状物质时特别适用，如造纸行业的废液回收、化纤和纺织企业的纤维回收等。
固定式水力筛网主体为由楔形钢棒经精密制成的不锈钢弧形或平面过滤筛面，待处理废水通过溢流堰均匀分布到倾斜筛面上，筛网表面间隙小、平滑，背面间隙大，排水顺畅，不易阻塞。颗粒或纤维等物质被截留，过滤后的水从筛板缝隙中流出，同时在水力作用下，被截留的固态物质被推到筛网下端排出，从而达到固液分离目的。
水力回转筛是由运动筛和固定筛组成。运动筛水平放置，呈截顶圆锥形。进水端在运动筛小端，废水在从小端到大端流动过程中，纤维等杂质被筛网截留，并在动筛旋转力的作用下，沿倾斜面被推送到固定筛以进一步脱水。
水力回转筛中运动筛的动力来自进水水流的冲击力和重力作用。因此水力回转筛的进水要保持一定压力。
3.1.6 水力筛网的特点是什么？
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：
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。
3.1.7 转鼓式筛网格栅的构成是什么？
转鼓式格栅除污机由旋转楔形转筒、压榨动转螺杆和压榨脱水装置组成。栅渣螺旋输送装置和压榨脱水装置安装在滤栅中央。旋转楔形转筒多由楔形不锈钢条制作的孔径相等的筒状筛鼓构成。转鼓筛网格栅构成如图3-1所示。
图3-1 转鼓筛网格栅构成
转鼓式格栅除污机一般与水平面呈35°安装在进水渠道中，污水从转鼓的端头流入转鼓中，水通过转鼓侧面的栅缝流出，格栅将水中的悬浮物、漂浮物等留在转鼓中。
运行时带有耙齿的回转刮渣板在做圆周运动时清理格栅缝隙，耙齿伸入栅网中，将固体取出，当转至最高点时，通过安装在转筒上部的高压冲洗装置，将栅渣强力喷射，在挡渣板的作用下，将垃圾从耙齿上清除下来，并将滤渣喷入位于栅筐中央的螺旋传输装置，被传输出栅筒。在传输的同时，栅渣被进一步脱水直至排出格栅出口。栅渣的传输、压榨是在全密封状态下完成的。
转鼓式格栅除污机的工作方式分为人工手动操作和自动操作2种。自动工作方式多依据进水液位的高低进行启停工作。
3.1.8 旋转式格栅原理与特点是什么？
旋转式格栅工作时，机架下端格栅浸没于进水渠，拦截污水中的细小漂浮夹杂物，旋转耙齿链排在驱动机构的带动下，沿机体导轨上行并绕机体回转运行，携带被截存在耙齿上的夹杂物脱离水面。当耙齿链转过格栅顶部时，耙齿翻下，杂物在自重与卸料机构的共同作用下，将黏附在耙齿上的杂物去除，从而达到固液分离的目的。旋转式格栅安装示意如图3-2所示。
图3-2 旋转式格栅安装示意
H—渠道深度；H1—设备高出地面高度；h—格栅净空高度；α—安装角度；B—渠道宽度；B1—格栅宽度；B2—格栅上部总宽度
旋转式格栅特点：
①结构先进，刚性好，安装维护简单方便，可连续运行。
②采用电气和机械双重过载保护。
③耙齿材料可选用不锈钢、尼龙或ABS工程塑料等，耐腐蚀，使用寿命长。
④独特设计的转刷卸料装置，排渣干净，自清洁能力强。
3.1.9 破碎机的作用是什么？
在污水处理行业，破碎机可用于水中漂浮物和悬浮物的破碎、栅渣的破碎，以避免污水泵的堵塞和损坏。破碎机用于污泥的大量细碎，可提高消化车间的处理效率。
3.1.10 螺旋压榨机的作用是什么？
螺旋压榨机为格栅机配套设备，作用是把格栅机捞取的污物通过压榨以减少其水分和体积，便于运输、焚烧或其他后续处理。
3.1.11 螺旋压榨机的工作原理是什么？
螺旋压榨机由挤压螺旋、螺旋管、传动部件、进料斗及卸料斗等组成。污物由进料斗进入螺旋管，在挤压螺旋的作用下，压缩、脱水后输送至出渣口。
3.1.12 格栅的工艺设计参数有哪些？
格栅的设计参数主要有格栅栅条间隙宽度、过栅流速、格栅的安装角度等。
（1）格栅栅条间隙宽度
①粗格栅 机械清除时宜为16～25mm，人工清除时宜为25～40mm。特殊情况下，最大间隙可为100mm；
②细格栅 宜为1.5～10mm。
（2）过栅流速
过栅流速v为0.6～1.0m/s。
（3）格栅的安装角度α
机械清除格栅的安装角度宜为60°～90°。人工清除格栅的安装角度宜为30°～60°。
格栅计算图如图3-3所示。
图3-3 格栅计算图
1—栅条；2—工作平台
3.1.13 如何进行格栅的维护？
①为使水流通过格栅时，水流横断面积不减少，应及时清除格栅上截留的污物。
②为了防止栅前产生壅水现象，把格栅后渠底降低一定高度，应不小于h1。h1为水流通过格栅的水头损失。
③间歇式操作的机械格栅，其运行方式可用定时控制操作，或按格栅前后渠道的水位差的随动装置来控制格栅。有时也采用上述两种方式结合的运行方式。
3.1.14 如何进行螺旋压榨机的维护？
①如较长时间不使用，必须将机体内的残渣全部清理干净，易锈部件涂油脂保护；并置于通风干燥处。
②柱塞油泵内的液面应保持浸过油泵体，以防止空气进入液压系统内。
③液压系统的油液应保持清洁，加油或换油时应将泵壳内清洗干净，油液应用120目滤网过滤。
④传动系统各轴承应定期注入润滑脂，齿轮箱应定期注入润滑油，主轴尾端转动部分可通过油杯加润滑脂润滑。
⑤液压系统油温不能超过60℃。传动系统中各轴承温升不得超过40℃。
3.1.15 输送机的形式与分类有哪几种？
输送机一般按有无牵引件来进行分类。
（1）牵引输送机
具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式2种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。
具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连接在一起的承载构件内，或直接装在牵引件（如输送带）上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。
牵引输送机种类繁多，结构较为复杂，但应用广泛。带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、刮板输送机、斗式输送机、悬挂输送机和架空索道等均属于牵引输送机。
（2）无牵引输送机
无牵引输送机一般是指没有牵引件的输送机，其构成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。如：辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送物料等。
3.1.16 带式输送机的构成是什么？
带式输送机属于牵引类输送机，结构较为复杂，运行管理要求高。带式输送机是一种靠摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。带式输送机的作用：
①在一定的输送线上，将物料从最初的供料点输送到最终的用料点；
②既可以输送碎散物料，也可输送成件物品。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。
带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。如在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。
通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。带式输送机构成示意如图3-4所示。
①输送带 常用的有橡胶带和塑料带2种。橡胶带适用工作环境温度为-15～40℃。物料温度不超过50℃。向上输送散粒料的倾角为12°～24°。对于大倾角输送可用花纹橡胶带。塑料带具有耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。带宽是带式输送机的主要技术参数。
图3-4 带式输送机构成示意
1—头罩；2—头架；3—传动滚筒；4—卸料装置；5—输送带；6—上轧辊；7—缓冲轧辊；8—导料箱；9—改向滚筒；10—尾架；11—清扫器；12—改向滚筒；13—中间支架；14—下轧辊；15—空段清扫器；16—带拉紧装置
②托辊 有槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊（由2～5个辊子组成）支承承载分支，用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，以减小物料对带的冲击。
③滚筒 分驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒是传递动力的主要部件，分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210°～230°）、双滚筒（包角达350°）和多滚筒（用于大功率）等。
④张紧装置 其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑，并使输送带在托辊间的挠度保证在规定范围内。
带式输送机的主要作用：
①运行可靠 在许多需要连续运行的重要生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用带式输送机，此类工作场合要求不得停机，必要时，需要一班接一班地连续工作。
②动力消耗低 由于物料与输送带几乎无相对移动，不仅使运行阻力小，而且对货载的磨损和破碎均小，生产率高，从而有利于降低生产成本。
③输送线路和安装位置适应性强且灵活 线路长度根据需要而定，短则几米，长可达数千米以上；可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。
④灵活的给料、受料和卸料方式 根据工艺流程的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多点受料，也可以向多点或几个区段卸料。当同时在几个点向输送带上加料（如选煤厂煤仓下的输送机）或沿带式输送机长度方向上的任一点通过均匀给料设备向输送带给料时，带式输送机就成为一条主要输送干线。
带式输送机在污水处理中主要用于脱水后污泥的输送，根据不同场合，分为水平式和斜向式输送方式；水平式输送机既可以接收脱水机脱水后的污泥，又同时起到输送作用；斜向式输送机多是用于直接输送。
3.1.17 螺旋输送机的构成与原理是什么？
螺旋输送机可以分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机。从输送物料位移方向划分，螺旋输送机可分为水平式螺旋输送机和垂直式螺旋输送机2种类型。螺旋输送机可用于颗粒或粉状物料的水平输送、倾斜输送、垂直输送等形式。
（1）输送原理
旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋推移输送，其推动力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力，此力使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转，从而保证物料的输送。
（2）结构特点
螺旋输送机一般由输送机本体、进出料口及驱动装置3部分组成。螺旋叶片有实体螺旋面、带式螺旋面和叶片螺旋面3种形式。螺旋轴的前端和后端分别由止推轴承和径向轴承所支承。止推轴承一般均采用圆锥滚子轴承，用以承受螺旋轴输送物料时的轴向力，当螺旋输送机的长度超过3～4m时，除在两端设轴承外，宜在中间安装悬挂轴承（亦称吊轴承），以承受螺旋轴的一部分重力和旋转时所产生的力。悬挂轴承不能装得太密，因为螺旋叶片在悬挂轴承处要中断，这样将造成物料在此处堆积，增加旋转推送物料的阻力。
双螺旋输送机就是有2根分别焊有旋转叶片的旋转轴的螺旋输送机。实际上，就是把2个螺旋输送机有机地结合在一起，组成一台螺旋输送机。
3.1.18 无轴螺旋输送机的特点是什么？
无轴螺旋输送机主要由无轴螺旋、U形螺旋槽、盖板、衬板、进料口、出料口、排放口和驱动装置组成。物料由进料口输入，经无轴螺旋推动后，由出料口输出。无轴螺旋输送机构成示意如图3-5所示。
图3-5 无轴螺旋输送机构成示意
无轴螺旋输送机的特点：
①驱动装置置于螺旋输送机一端，多采用电机减速机和螺旋驱动轴直连形式，无需联轴器，拆卸、维修方便，驱动轴能承受弯矩和轴向挤压力同时作用的负荷。
②无轴螺旋输送机的螺旋叶片一般采用不锈钢材料制作，要求具有足够的强度和刚度并且叶片表面光洁、无毛刺，同时又具有合适的旋转速度，有效保证在输送栅渣的过程中不会发生污物缠绕、阻塞现象，在输送量较大的情况下螺旋叶片也不会变形。
③螺旋输送槽采用U形或O形结构，螺旋输送槽内耐磨衬里设置成半圆状，其圆弧设置成与无轴螺旋体半径相吻合，以减少过量间隙，提高输送效果；耐磨衬里采用耐磨性能高的尼龙材料制作，便于安装及更换，使用寿命长；螺旋输送槽也可以采用不锈钢板卷制而成。
④无轴螺旋输送机没有高速运转的零件，螺旋磨损低，设备能耗省、噪声低。
⑤无轴螺旋输送机结构形式能保证所处理的物料流通，无堵塞。
⑥无轴螺旋输送机安装方便、操作简单，运行管理方便。