第七章　污水之物理處理.

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1 第七章　污水之物理處理

2 污水處理常用之物理處理單元: (1) 攔污柵 (2) 沈砂池 (3) 調和池 (4) 混合池 (5) 沈澱池 (6) 浮除池

3 7-1　攔污柵 攔污柵（bar screen）：斜置於污水流經的渠道上，其功能為去除大塊、漂浮及懸浮物質，以保護機械（如pump），防止管道阻塞，減少對水流之阻礙 根據柵條間隔，可分為粗柵（間距25～50 mm）、中號篩（間距10～25 mm）及細篩（間距＜10 mm）；細篩可攔除的物質較多，但水頭損失較大，容易阻塞 依篩除物（screenings）之清理方法，可分為人工清理及機械清理，前者之柵條傾角為45°～50°，後者之柵條傾角約70°（圖7-1，p. 227） 功用上可分為雨水用攔污柵（設於沈砂池之後，採用粗欄污柵），污水用欄污柵（設於沈砂池之前，採用中號篩及/或細篩）

4 攔污柵之設計要領： 攔前流速限值：計畫流量下之流速= 0.45 m/sec，平均流量下之流速＜0.3 m/sec，暴雨下之流速＜0.9 m/sec 通過攔污柵之流速：計畫流量下之流速＜1.0 m/sec 攔污柵之水頭損失(一般約10～15 cm)計算：

5 式中， Β = 攔污柵之形狀係數，長方形者為2～3 Α = 與水平方方向之夾角（度） T = 柵條厚度（cm） B = 有效間隔（cm） V = 柵前流速（m/sec） G = 重力加速度= 9.8 m/sec2

6 式中， V1 = 通過欄污柵之流速（m/sec） V2 = 柵前流速（m/sec） 通常攔污柵前後水位差：1 m以上 設有粗攔污柵及中號篩（或細篩）：以分別去除較大及較小的夾雜物

7 7-2　沈砂池 沈砂池可分為普通沈砂池（水平流式、垂直流式及水平圓形流式）和曝氣沈砂池，旨在去除粒徑0.2 mm以上、比重2.0～2.5以上之顆粒（砂粒、礫石、煤渣等）

8 一、沈砂池之功用 保護污水處理廠之機械設備及抽水機，避免產生磨損 避免砂土在初沈池及污泥消化槽底部產生沈積黏結現象
減少在管線、渠道產生大量的砂土沈積、阻塞及沖蝕現象 表7-1　沈砂池可能的配置點（p. 229） 可能配置點包括：(1)在抽水站之前，(2)在抽水站之後，及(3)緊臨初沈池之前

9 表7-1　沈砂池可能的配置點（p. 229）

10 二、沈砂池之種類 曝氣沈砂池（aerated grit chamber）
污水以螺旋路徑（spiral flow）進入池內氣泡攪動的方向，若氣泡攪動速度過大，砂粒將被帶出沈砂池，若氣泡攪動速度過小，有機懸浮物質會和砂粒一起被去除，故應合理操控氣泡攪動速度 曝氣沈砂池之設計要領（表7-2，p. 231）

11 曝氣沈砂池之設計要領（表7-2，p. 231）

12 (1)池之尺寸：池深（2～5 m）、池長（7. 5～20 m）、池寬（2. 5～7. 0 m）、寬與深比（1:1～5:1）、長與寬比（2
(2)表面水平流速：0.6～0.8 m/sec (3)水力停留時間（hydraulic retention time, HRT）：2～5 min (4)空氣供應量（air supply）：4.6～12.4 L air/sec-m池長 (5)進流與出流設備：須防止短流與渦流；進流污水以螺旋方式進入池子；進流與出流應保持0.3 m/sec以上流速 (6)隔板（baffle）：水平與垂直隔板可增加沈砂去除效率 (7)消泡設備：消除曝氣可能產生之泡沫

13 2. 水平流沈砂池 （horizontal-flow grit chamber）
污水沿沈砂池的水平方向流動，而流速以比例堰或巴歇爾水槽置於出口處，控制在0.3 m/sec，而後大部份有機懸浮物質不沈澱，其他無機砂粒、礫石則可沈澱；水平流沈砂池通常為長方形 水平流沈砂池之設計要領（表7-3，p. 232）

14 表7-3 水平流沈砂池之設計要領（p. 232）

15 (1)水平流速：0.3 m/sec (2)流入口坡度：0.5～1.0%（防止短流發生） (3)池之尺寸：池長（10～20 m）、池深（2.5～5.0 m）、長與寬比（15～30） (4)水力停留時間（HRT）：30～60 sec (5)去除顆粒大小：污水0.2 mm、雨水0.4 mm（比重通常＞2.65） 例題7-1　水平流沈砂池之設計（p. 232）

16 7-3 調和池 一、調和池（equalization basin）設置之目的
7-3　調和池 一、調和池（equalization basin）設置之目的 減少水質及流量之變化，而使廢水處理系統（尤其是生物處理系統）能正常運轉 減少廢水pH之變化，可減少中和所需之藥品量 當工廠休假停工期間，可由調和池繼續供應生物處理系統之進水 可避免高濃度之毒性物質進入生物處理系統

17 二、調和池適用之情況（pp. 233~234）

18 三、調和池不適用之情況 工廠各個製程廢水性質差異甚大，而需採用不同處理方法：如含六價鉻、氰化物之廢水
工廠各個製程廢水混合後可能產生不良之作用或影響：如 （有毒氣體）； ； （堵塞管線） 污染低，不必處理者：如冷卻水 廢水經簡單處理即可再利用：如低污染性洗滌水 廢水中有回收價值之成分：如電鍍廢液 危除性或有毒性之廢水：如氰化物廢水

19 四、調和池調整流量之方法 泵定量抽送之方法 須依計畫廢水量採用適當的定量泵 泵輸送管上設分叉管之方法
於泵之輸送管上設分叉管，則流入調和池之廢水，以泵抽取並流經已設定開口度之固定閥，超過部份之流量則仍迴流至調和池（此法須注意閥裝置可能會發生阻塞問題） 計量槽分水之方法 流入調和池之廢水，以泵抽取並送入設有三角堰或矩形堰之分水計量槽，而使一定量之廢水自堰溢流入後續處理設施之方法，此法必須使分水計量槽內之水位保持一定，故除了分水計量送水用之堰外，尚需設置將超量廢水迴流入調和池之堰

20 五、調和池溶積之計算方法 矩形波模式法

21 累積曲線法（mass diagram） (1) 將累積進流廢水量劃於縱座標，而將一天的時間劃於橫座標 (2) 劃平均累積進流量線（即自原點劃一直線連接累積曲線之終點） (3) 劃累積進流廢水量曲線上之二條切線且與平均累積進流量線平行，則二切線間之垂直距離，即為調和池之容積（圖7-6，p. 237）

22 圖7-6 以累積曲線法求調和池體積 (p. 237)

23 統計法 適用於足夠的水質檢驗資料，出水流量一定，且調和池出流水質在某一定範圍內，則有下列關係式：

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26 例題7-2　調和池之設計（統計法）（pp. 237～238）

27 六、調和池之設計要領 維持懸浮固體物不沈澱所需之動力為0.005～0.01 HP/m3池體積 維持好氧狀態所需之空氣量為0.01～0.015 m3 air/min-m3池體積 應有流量調節設施，使出水流量維持一定值 例題7-2　調和池體積之設計（統計法）（pp. 237～238）

28 7-4　混合 混合（mixing）可應用在化學混凝/膠凝、浮除、曝氣、氧化/還原、中和等；經由混合，可使各種物化反應均勻且能達到快速處理之目的；混合可採用空氣壓縮機（鼓風機）送空氣進入池底或於池面裝置機械攪拌設備

29 7-5　沈澱池 沈澱池有初沈池（primary clarifier；分離可沈澱之SS）、終沈池（secondary clarifier；分離生物處理單元之MLSS或脫落之生物膜）及化學混凝沈澱池（分離化學膠羽）

30 7-5-1　單顆粒沈澱理論 藉由流體力學理論，推求單顆粒之沈澱速度，進而推求沈澱池之效率單一粒子在水中受浮力之影響，其沈降力如下：

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32 考慮顆粒大小，其值不同（Re不同），所呈現之亦不同，說明如下：

33 2. 中粒子（1≦Re≦500） 3. 粗粒子（500＜Re＜200,000）

34 7-5-2　沈澱效率 Stoke’s公式 如圖7-7，顆粒之沈降軌跡為顆粒沈降速度(Vs)與池中水平流速(V)之向量和

35 圖7-7　沈澱池顆粒沈降過程（p. 246）

36 若顆粒之沉降速度(Vs) ≧表面溢流率(V0)（即Q/A；Q =進流量m3/day，A =沈澱池表面積m2），則顆粒可被沈降去除
若Vs ＜ V0 ，則顆粒在圖7-7中的b點以上進入池內將不會沈降至池底，故沈澱池之去除率

37 由式(15)可知，當進流量(Q)一定時，沈澱池表面積愈大（溢流率愈小），將去除較小的顆粒，亦即沈澱效率愈高；換言之，沈澱效率與池表面積呈正相關，而與池深無關（惟有效池深通常為3.0 m以上）

38 7-5-3　沈澱過程 一般廢水在沈澱過程中，除了沈砂池屬於較明顯的單一顆粒沈澱外，大都會因顆粒間互相聚集而形成粗大顆粒或膠羽（加速沈澱效果）；在沈澱池中，因整流牆使進流廢水流速降低，池水處於近乎靜止狀態，質量密度較大之顆粒會向下移動（沈澱），反之，質量密度較小之顆粒會浮上

39 7-5-4　沈澱類型 第Ι 型沈澱 此型沈澱又稱自由沈澱或單顆粒沈澱，沈砂池即屬於此類型；沈澱效率與池深無關，惟沈澱速度與顆粒直徑的平方呈正比，而與液體溫度（水溫）呈正相關，即水溫愈高，顆粒之沈澱速度愈快

40 第Π 型沈澱 此型沈澱又稱膠凝沈澱，初沈池及化學混凝沈澱池即屬於此類型，廢水中低濃度SS在沈降過程中會互相聚集（膠凝），由於顆粒增大，沈澱速度亦加快，顆粒間碰撞機會與表面溢流率、池深、顆粒大小分佈與濃度及流體特性皆有關

41 第III型沈澱 此型沈澱又稱層沈澱，廢水中有著中等濃度之SS，沈澱過程中，顆粒間之引力足以妨礙鄰近顆粒之沈澱，固體－液體間有明顯之界面 第IV型沈澱 此型沈澱又稱壓密沈澱，當廢水中有著高濃度之SS，會形成污泥氈，底下形成之壓密質量支撐上面顆粒之重量，在壓密過程中，會將顆粒間孔隙的水分擠出，而達到固體物濃縮的結果

42 7-5-5　沈澱池種類 沈澱池依外型可分為長方形、正方形及圓形沈澱池（圖7-8，p. 249）；依流向可分為水平流及垂直流（圖7-9，p. 250），一般以水平流式者之效果較佳

43 圖7-8 沉澱池。上圖為長方形沉澱池，下圖為原型沉澱池 (p. 249)
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44 圖7-9 各種流向之沉澱池 (p. 250)

45 7-5-6　沈澱效果之影響因子

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47 一般設計條件：初沈池之表面溢流率= 20～50 m3/m2-day，堰負符＜250 m3/m-day；終沈池之表面溢流率= 20～30 m3/m2-day，堰負符＜150 m3/m-day
（表7-6 沈澱池之設計規範，p. 252）

48 表7-6 沈澱池之設計規範 (p. 252)

49 7-6　浮除 浮除（flotation）為利用釋壓原理或攪拌作用在處理槽中形成細小氣泡，以吸附廢水中懸浮狀及膠體狀物質，形成比水輕的漂浮物質，而自液體中分離出來；浮除法可用於去除廢水中懸浮性物質，亦可用於污泥濃縮處理上 微細氣泡與粒子間之吸附機構：(1)凝聚粒子間具有微細氣泡，當處在釋壓情況，微細氣泡長成大氣泡，而將凝聚粒子藉由浮力作用加以去除；(2)氣泡向粒子吸附，此吸附力是由兩相關的界面張力所引起，並作用在兩相界面上的分子引力

50 7-6-1　浮除系統 浮除系統主要設備有加壓抽水機、提供空氣與廢液接觸的停留槽、減壓閥及浮除槽（圖7-23, p. 270；圖7-24，p. 271） 無迴流之浮除系統

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52 圖7-23 無迴流之浮除法系統 (p. 270)

53 循環迴流之浮除系統

54 圖 具有循環迴流之浮除法系統 (p. 271)

55 7-6-2 浮除法之種類 擴散空氣浮上法（dispersed-air flotation）
7-6-2　浮除法之種類 擴散空氣浮上法（dispersed-air flotation） 利用送風機或壓縮機經由散氣器（diffuser）壓送空氣至廢水中或高速攪拌廢水以產生氣泡，再利用氣泡與廢水中與懸浮狀物質接觸並加以浮上去除，此法效果差 溶解空氣浮上法（dissolved-air flotation , DAF） 廢水先以抽水機送至壓力槽（2～4 atm），並送入空氣，然後降至一大氧壓下，則溶解氣體形成小氣泡游離於顆粒表面，使懸浮物浮上；壓力槽之停留時間為1 min，空氣量約0.18～0.36 m3空氣體積/m3水體積；DAF之優、缺點（p. 272）