物理处理方法主要用于分离废水中的悬浮物质，常用的方法有：重力分离法、离心分离法、过滤法以及蒸发结晶法等。该方法*大的优点是简单、易行，并且十分经济。
一、筛滤
筛滤是去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。其中由平行的棒和条构成的称为格栅；由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网。其中格栅去除的是那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物；而筛网去除的是用格栅难以去除的呈悬浮状的细小纤维。
根据清洗方法，格栅和筛网都可设计**工清渣或机械清渣两类。当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少工人劳动量。
1．格栅
格栅是由一组平行的金属栅条制成的框架，斜置在废水流经的管道上或泵站集水池的进口处，或取水口进口端部，用以截留水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及沉淀池的排泥管。格栅通常是废水处理流程的**道设施。
格栅本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条。一般当格栅的水头损失达到10～15cm时就该清洗。
截留在格栅上的污染物，可用手工**或机械**。目前许多废水处理厂，为了消除卫生条件恶劣的人工劳动，一般都改用机械自动**式格栅。人工**污物的格栅见图8-1。
格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅条的间隙，可分为用粗格栅(50～100mm)、中格栅(10～40mm)、细格栅(3～10mm)三种。
新设计的废水处理厂一般都采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细三道格栅。我国目前采用的机械格栅的栅条间距大都在20mm以上，多采用50mm左右。机械格栅的间距过小则易使耙齿卡在格栅间。机械格栅的倾斜度较人工格栅的大，一般为60O～70o，采用电力系统或液压系统传动。齿耙用链条或钢丝绳拉动，移动速度一般为2m/min左右。
图8-2所示为履带式机械格栅的一种。格栅链条作回转循环转动，齿耙固定在链条上，并伸入栅隙间。这种格栅设有水下导向滑轮，利用链条的自重自由下滑，齿耙在移动过程中将格栅上截留的悬浮物**掉。
2．筛网
筛网主要用于截留尺寸在数毫米至数十毫米的细碎悬浮态杂物，尤其适用于分离和回收废水中的纤维类悬浮物和动植物残体碎屑。这类污染物容易堵塞管道、孔洞或缠绕于水泵叶轮。用筛网分离具有简单、高效、运行费用低廉等优点。
筛网过滤装置很多，有振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。不论何种形式，其结构既要截留污物，又要便于卸料及清理筛面。
图8-3为一种水力回转筛的结构示意图，它由锥筒回转筛和固定筛组成。回转筛的小头端用不透水的材料制成，内壁装设固定的导水叶片。当进水射向导水叶片时，便推动锥筒旋转，悬浮物被筛网截留，并沿斜面卸到固定筛上进一步脱水；水则穿过筛孔，流入集水槽。
3．筛余物的处置
可将收集的筛余物运至处置区填埋或与城市垃圾一起处理；当有回收利用价值时，可送至粉碎机或破碎机磨碎后再用；对于大型系统，也可采用焚烧的方法彻底处理。
二、沉淀与上浮
沉淀与上浮是利用水中悬浮颗粒与水的密度差进行分离的基本方法。当悬浮物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物的密度小于水时，则上浮至水面形成浮渣(油)。通过收集沉淀物和浮渣可使水获得净化。沉淀法可以去除水中的砂粒、化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体和生物处理的污泥，也可用于沉淀污泥的浓缩。上浮法主要用于分离水中轻质悬浮物，如油、苯等，也可以让悬浮物粘附气泡，使其视密度小于水，再用上浮法除去。
1．沉淀
沉淀是水处理中广泛应用的一种方法，主要用于去除粒径在20～100mm以上的可沉固体颗粒。对胶体粒子（粒径约为1～100nm）和粒径为100～10000nm的细微悬浮物来说，由于布朗运动、水合作用，尤其是微粒间的静电斥力等原因，它们能在水中长期保持悬浮状态，因此不能直接用重力沉降法分离，而必须首先投加混凝剂来破坏它们的稳定性，使其相互聚集为数百微米以至数毫米的絮凝体，才能用沉降、过滤和气浮等常规固液分离法予以去除。
(1)沉淀类型根据水中悬浮颗粒的浓度及絮凝特性(即彼此粘结、团聚的能力)，通常分为下述四种沉淀类型。
**类是自由(或分离)沉淀：沉淀过程中，颗粒呈离散状态，彼此互不聚合、粘合或干扰，而是单独地进行沉降。因而，颗粒的物理性质(大小、形状、比重等)在此过程中均不发生任何变化。在废水中悬浮物的浓度不太高、颗粒多为无机物时常发生自由沉淀，如在沉砂池中，砂粒的沉降便是典型的自由沉淀。
**类是絮凝或混凝沉淀：此种类型废水中的悬浮物浓度虽不很高，但沉淀过程中悬浮物的颗粒却具有附聚、凝聚的性能，造成了颗粒的相互粘合，结成较大的絮凝体或混凝体，导致悬浮物颗粒及其沉降速度随着沉降深度的增加而增加。例如，经絮凝的泥土在水中的沉淀，为了提高沉淀效率，常向废水中投加絮凝剂或混凝剂，使水中的胶体悬浮物颗粒失去稳定性后，相互碰撞和附聚，搭接成为较大的颗粒或絮状物，从而使悬浮物更容易从水中沉淀分离出来。
混凝沉淀(有时也称混凝澄清)是水处理中的常规方法，多用于给水处理，但目前在废水处理中也得到了广泛应用。它既可以自成独立的处理系统，又可以与其它单元过程组合，作为预处理、中间处理和*终处理过程。由于需要投加化学药剂而产生絮凝作用，故此种沉淀属于化学处理的范畴。
第三类是拥挤沉淀或浅层沉淀：当废水中悬浮物的浓度增加到一定程度时，由于悬浮物浓度较高而发生颗粒间的相互干扰，造成沉降速度减小，甚至互相拥挤在一起，使悬浮物颗粒形成绒体(毯状)状的大块面积的沉降，并在下沉的固体层与上部的清液层之间有明显的交界面。例如，高浊度水、活性污泥等。
第四类是压缩沉淀：当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒互相接触，互相支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。压缩沉淀发生在沉淀池的底部，进行得很缓慢。
对于不同的工业废水，在不同的处理阶段中，上述四种沉淀现象都有发生。
(2)沉淀设备大部分工业废水含有的无机或有机悬浮物，可通过沉淀池实现沉淀。对沉淀池的要**能*大限度地除去废水中的悬浮物，以减轻其它净化设备的负担。沉淀池的工作原理是让废水在池中缓慢地流动，使悬浮物在重力作用下沉降。根据其功能和结构的不同，可以建造出不同类型的沉淀池。
根据废水在池中的流动方向，可将沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式和旋流式四种基本型式，它们各具特点，可适用于不同的场合。如平流式池，构造简单，沉淀效果较好，但占地面积较大，排泥存在的问题较多，目前大、中、小型废水处理厂均有采用；竖流式池，占地面积小，排泥较方便，且便于管理，然而池深过大，施工困难，使池的直径受到了限制，因此一般仅适用于中小型废水处理厂使用；辐流式池，*适宜于大型水处理厂采用，有定型的排泥机械，运行效果较好，但要求较高的施工质量和管理水平。
图8-4为设有链带式刮泥机械的平流式沉淀池。水通过进水槽和孔口流入池内，在池子澄清区的半高处均匀地分布在整个宽度上。水在澄清区内缓缓流动，水中悬浮物逐渐沉向池底。沉淀池末端设有溢流堰和出水槽，澄清水溢过堰口，通过出水槽排出池外。如水中有浮渣，堰口前需设挡板及浮渣收集设备。在沉淀池前端设有污泥斗，池底污泥在刮泥机的缓慢推动下刮入污泥斗内。污泥斗内设有排泥管，开启排泥阀时，泥渣便由排泥管排出池外。
图8-5为圆形竖流式沉淀池。水由中心管的下口进入池中，由于反射板的拦阻而流向四周分布于整个水平断面上，缓缓向上流动。当沉降速度超过水的上升流速时，颗粒就向下沉降到污泥斗，澄清后的水由池四周的堰口溢出池外。竖流式沉淀池也可做成方形，相邻池子可合用池壁以使布置紧凑。
图8-6为辐流式沉淀池的结构示意图。原水经进水管进入中心筒后，通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔挡板，沿径向呈辐射状流向沉淀池周边，由于过水断面的不断增大，因此，流速逐渐变小，颗粒沉降下来，澄清水经溢流堰或淹没孔口汇入集水槽排出。沉于池底的泥渣，由安装于衍架底部的刮板刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。
废水经过沉淀池处理以后得到了一定程度的净化，但同时却产生了污泥或沉渣，因此，从控制污染的需要出发，尚须对这些污泥或沉渣进行妥善的处理或处置。
2.上浮与气浮法
在石油开采、炼制及石油化工，炼焦、煤炭气化和其副产品的回收，食品及其它工业中都排放含油和低密度固体的废水。在这种废水治理中，常利用密度差以上浮或气浮法分离废水中低密度的固体或油类污染物。此法，可以去除废水中60μm以上的油粒，以及大部分固体颗粒污染物。
（1）基本原理
废水中的油类污染物质，除重质焦油的比重大于1.1外，其余的油类物质的比重均小于1，并以四种状态存在于水中。直径大于60μm的分散性颗粒，是易从废水中分离出来的可浮油，漂浮在水面而被除去，石油类废水中这种状态的油含量约占60~80%；细分散的油和乳化油，粒径约在l0~60μm之间，不易上浮，且难以从废水中除去，通常采用强制气浮的办法除去；溶解油，一般油品的溶解度都很小，约为5~15mg/L，难于用物理法分离出来。
气浮法就是在废水中通入细小而均匀的气泡使难沉降的固体颗粒或细小的油粒等乳状物粘附上许多气泡，成为一种絮凝体，借气泡上浮之力带到水面上来，形成浮渣或浮油而被除去。气浮法可以从废水中分离出脂肪、油类、纤维和其它低密度的固体污染物，可用于浓缩活性污泥处理法排出的污泥以及化学混凝处理过程中产生的絮状化学污泥等。
气浮法按气泡产生的不同方式，分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮。产生气泡的方法一般分两种：一是溶气法，将气体压入盛有废水的溶气罐中，在水－气充分接触下，使气在水中溶解并达到饱和，故又称加压溶气气浮。此种气泡的直径一般小于80μm；二是散气法，主要采用多孔的扩散板曝气和叶轮搅拌产生气泡，因此气泡直径较大，约在1000μm左右。试验表明，气泡的直径越小，能除去的污染物颗粒就越细，净化效率也越高。故目前工业废水处理中，多采用溶气法。
(2)设备
对于含油类物质的工业废水，常先采用隔油池去除可浮油，再采用气浮法除去乳化油，然后根据需要再采取其它处理方法，使其进一步净化。
隔油池：隔油池的型式较多，主要有平流式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)、波纹斜板隔油池(CPI)等。
若在平流式隔油池内安装许多倾斜的平行板，便成了平行板式隔油池(PPI)。斜板的间距为100mm。这种隔油池的特点是油水分离迅速，占地面积小(只为API的1/2)。但结构复杂，维护和清理都比较困难。倾斜板式隔油池的结构示于图8-9中。
加压气浮工艺流程，按加压情况分为部分废水加压、全部废水加压和部分回流水加压三种。加压气浮装置由加压水泵、空气压缩机、溶气罐、溶气释放器和气浮池等组成。
部分回流加压气浮是将处理后的部分废水加压溶气，回流量一般为20~50%。通常认为这种流程治理的效果较好，不会打碎絮凝体，出水的水质稳定，加压泵及溶气罐的容量及能耗等都较小，但气浮池的体积则相应增大。目前国内较多采用这种部分回流加压气浮工艺流程，其流程示于图8-10。
三、过滤
1.过滤的类型
过滤是去除悬浮物，待别是去除浓度比较低的悬浊液小微小颗粒的一种有效力法。过滤时，含悬浮物的水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列几类。
(1)格筛过滤过滤介质为栅条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等，其典型设备有格栅、筛网和微滤机。
(2)微孔过滤采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤别(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。其定型的商品设备很多。
(3)膜过滤采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力(如压力、电场力等)下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具选择性，可以除去水中**、病毒、有机物和溶解性溶质。其主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。
(4)深层过滤采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。由于滤料颗粒之间存在孔隙，原水穿过一定深度的滤层，水中的悬浮物即被截留。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，将这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。在给水处理户，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。
2.过滤的原理
快滤池分离悬浮颗粒涉及多种因素和过程，一般分为三类，即迁移机理、附着机理和脱落机理。
(1)迁移机理
悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程，就是迁移过程。引起颗粒迁移的原因主要有如下几种。
1)筛滤颗粒比滤层孔隙大的被机械筛分，截留于过滤表面上，然后这些被截留的颗粒形成孔隙更小的滤饼层，使过滤水头增加，甚至发生堵塞。这种表面筛滤没能发挥整个滤层的作用。在普通快滤池中，悬浮颗粒一般都比滤层孔隙小，因而筛滤对总去除率贡献不大。当悬浮颗粒浓度过高时，很多颗粒有可能同时到达二个孔隙，互相拱接而被机械截留。
2)拦截小颗粒随流线流动在流线上与滤料表面接触。其去除概率与颗粒直径的平方成正比，与滤料粒径的立方成反比。
3)惯性当流线绕过滤料表面时，具有较大动量和密度的颗粒因惯性冲击而脱离流线碰撞到滤料表面上。
4)沉淀如果悬浮物的粒径和密度较大，将存在一个沿重力方向的相对沉淀速度。在力作用下，颗粒偏离流线沉淀到滤料表面上。沉淀效率取决于颗粒沉速和过滤水速的相对大小和方向。
5)布朗运动对于微小悬浮颗粒，由于布朗运动而扩散到滤料表面。
6)水力作用由于滤层中的孔隙和悬浮颗粒的形状是极不规则的，在不均匀的剪切流场中，颗粒受到不平衡力的作用不断地转动而偏离流线。
实际过滤中，悬浮颗粒的迁移将受到上述各种机理的作用，它们的相对重要性取决于水流状况、滤层孔隙形状及颗粒本身的性质(粒度、形状、密度等)。
(2)附着机理
1)接触凝聚在原水中投加凝聚剂，压缩悬浮颗粒和滤料颗粒表面的双电层后，但尚未生成微絮凝体时，立即进行过滤。此时水中脱稳的胶体很容易与滤料表面凝聚，"即发生接触凝聚作用。快滤池操作通常投加凝聚剂，因此接触凝聚是主要附着机理。
2)静电引力由于颗粒表面上的电荷和由此形成的双电层产生静电引力和斥力。当悬浮颗粒和滤料颗粒带异号电荷则相吸，反之，则相斥。
3)吸附悬浮颗粒细小，具有很强的吸附趋势，吸附作用也可能通过絮凝剂的架桥作用实现。絮凝物的一端附着在滤料表面，而另一端附着在悬浮颗粒上。某些聚合电解质能降低双电层的排斥力或者在两表面活性点间起键的作用而改善附着性能。
4)分子引力原子、分子间的引力在颗粒附着时起重要作用。万有引力可以迭加，其作用范围有限(通常小于50μm)，与两分子的间距的6次方成反比。
(3)脱落机理
3.过滤装置
通常，过滤装置(filter)包括快滤池和慢滤池，两者的过滤机理是不同的。
慢滤池(slowfilter)也称表层过滤，主要利用顶部的滤膜截留悬浮固体，同时发挥微生物对水质的净化作用。这种滤池生产水量少、滤速慢(<10m/d)、占地大；特别是在污水处理过程中．需要从污水中去除并积存在滤床中的污泥量十分庞大；而且污泥粘而易碎，很快就会在滤料表面出现泥封；而当加大过滤水头时，则容易发生污染物穿透现象。目前慢滤池方式在水处理，特别是污水处理中应用较少。
快滤池(rapidfilter)也称深层过滤池，滤速较快(>100m/d)，其构造如图8-11所示。
图8-11快滤池构造
在过滤过程中，悬浮颗粒能吸附在滤料表面，即“接触絮凝”起了主要作用，而其它作用如截留和沉降处于次要地位。由于滤料表面通常带负电，要使也带负电的悬浮颗粒附着在滤料表面，必须对滤前水进行预处理，通常是化学混凝处理(如果去除对象是生物污泥絮体，则不需化学混凝)，以改变悬浮颗粒所带电荷。因此，快滤池可以定义为：利用滤层中粒状材料所提供的表面积截留水中已经过混凝处理的悬浮固体的设备。
滤料的*基本功能是提供粘着水中悬浮固体所需要的面积，至于悬浮团体的可粘着性可以由絮凝过程来实现。因此，在某种意义上，滤料本身的性质有时并不重要，一般除了长期使用的天然石英砂以外，还有加工成合乎规格的颗较材料，如无烟煤、大理石、白云石、花岗石、石榴石、磁铁矿和钛铁矿等；一些无机材料经烧结、破碎后也可以做滤料，如陶粒滤料和陶瓷油料；同样，也可以用人工合成的粒状材料，如纤维球、塑料珠等。在选择滤料时应满足：足够的机械强度；足够的化学稳定性；合适的颗粒粒径级配和空隙率；较低的成本。当处理废水时，由于废水水质复杂，悬浮物浓度高、粘度大，油料要求粒径更大些，机械强度更高些，更耐腐蚀.
单一油料新装入滤池时，沿滤层高度的级配是均匀的，滤料颗粒所形成的空隙率分布也是均匀的，即沿着滤层高度的每一点都具有容纳同样多的悬浮固体的能力。但是，当滤池进行反冲洗后．由于水力分级的作用，原来的均匀滤层就变成了分级滤料滤层，即滤料按从小到大的顺序排列。这样，在过滤时就出现了两个缺点：上部滤料空隙小，因此能容纳的悬浮固体就比下部滤层少，整个滤层的容纳能力不均匀；水流通过上部滤层的阻力比下部大，在截留悬浮固体后变得更严重，从而影响了整个滤层的发挥。理想的滤层应该是，沿着过滤的水流方向，滤层中滤料的粒径从大到小排列，同时空隙率也从大到小排列。此时，进入滤池的水先接触到的那部分滤层能够比后接触到的那部分滤层多容纳悬浮固体，而且这部分的空隙率本来较大，容纳了更多的悬浮固体后仍然保留了一定的空隙大小，允许水中的悬浮颗粒进入滤层内部，从而当过滤水头损失达到*大允许值的时候，整个滤层截留的能力都得到了充分的发挥。为了这个目的，人们对普通的滤池作了改进：改变过滤的水流方向，如上升流、双向流、辐向流等；选用适当的粒度和密度的滤料配合，如粗粒深层过滤、均匀滤料过滤和多层过滤等。
滤池本身包括滤料层、承托层、配水系统、集水渠和洗砂排水槽五个部分。快滤池管廊内有原水进水、清水出水、冲洗排水等主要管道和与其相配的控制闸阀。
快滤池的运行过程主要是过滤和冲洗两个过程的交替循环。过滤是生产清水过程，待过滤进水经来水干管和洗砂排水槽流入滤池，经滤料层过滤截留水中悬浮物质，清水则经配水系统收集，由清水干管流出滤池。在过滤中，由于滤层不断截污，滤层孔隙逐渐减小，水流阻力不断增大，当滤层的水头损失达到*大允许值时，或当过滤出水水质接近超标时，则应停止滤池运行，进行反冲洗。一般滤池一个工作周期应大于8～12h。
滤池反冲洗时，水流逆向通过滤科层，使随层膨胀、悬浮，借水流剪切力和颗粒碰撞摩擦力清洗滤料层并将滤层内污物排出。反冲洗水一般由冲洗水箱或冲洗水泵供给，经滤池配水系统进入滤池底部反冲洗；冲洗废水由洗砂排水槽、废水渠和排污管排出。
4.滤料的选择
滤料的种类、性质、形状和级配等是决定油层截留杂质能力的重要因素。油料的选择应满足以下要求。
①滤料必须具有足够的机械强度，以免在反冲洗过程中很快地磨损和破碎。一般磨损率应小于4％，破碎率应小于1％，磨损破碎率之和应小于5％。
②滤料化学稳定性要好，不少国家对滤料盐酸可溶率上限值有所规定，如日本规定不大于3．5％，美国规定不大于测，法国规定不大于2％，并且对不同滤料，其值有所不同。
滤料应不含有对人体健康有害及有毒物质，不含对生产有害、影响生产的物质。
④滤料的选择应尽量采用吸附能力强、截污能力大、产水量高、过滤出水水质好的滤料，以利于提高水处理厂的技术经济效益。
此外，滤料宜价廉、货源充足和就地取材。
具有足够的机械强度、化学稳定性好和对人体无害的分散颗粒材料均可作为水处理滤科，如石英砂、无烟煤粒、矿石粒以及人工生产的陶粒滤科、瓷料、纤维球、塑料颗粒、聚苯乙烯泡沫珠等，目前应用*为广泛的是石英砂和无烟煤。