第二章-水的物理化学处理方法.ppt

第一节第一节 水中粗大颗粒物质的去除水中粗大颗粒物质的去除第二章第二章 水的物理化学处理方法水的物理化学处理方法一、格栅、筛网和微滤机一、格栅、筛网和微滤机（一）格栅（一）格栅（二）筛网（二）筛网（三）微滤机（三）微滤机作用作用：去除水中粗大物质，保护后续设备。：去除水中粗大物质，保护后续设备。1.选用栅条间距的原则：不堵塞水泵和水处理厂、站的处理设备。规模、污水性质、后续构筑物格栅的作用格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。作用：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。水泵机组、曝气器、管道阀门、配水设施，进出水口.格栅的种类格栅的种类n按栅条的间距按栅条的间距粗：粗：50-100mm50-100mm中：中：10-40mm10-40mm细细:1.5-10mm:1.5-10mmn按清渣方式按清渣方式:人工和机械人工和机械n形状：平面和曲面形状：平面和曲面.回转式格栅除砂机及栅渣皮带输送机.6.7.填埋焚烧（820以上）堆肥当有回收利用价值 时,可送至粉碎机或破碎机被破碎后再用格栅、筛网截留的污染物的处置方法：.沉砂池的作用沉砂池的工作原理沉砂池的几种形式 平流式、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等 以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走二、沉砂池.沉砂池工程设计中的设计原则与主要参数城市污水厂一般均设置沉砂池，个数或分格数应不小于2；设计流量应按分期建设考虑：最大时流量、最大组合流量、合流制流量沉砂池去除的砂粒相对密度为2.65，粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约为60%，容重约1500kg/m3。贮砂斗的容积应按2d沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55,排砂管直径不应小于200mm。沉砂池的超高不宜小于0.3m。.平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定。1.平流式沉砂池.污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为3060s；有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.0m，池宽不小于0.6m；池底坡度一般为0.010.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。平流式沉砂池的系统参数.平流沉砂池设计步骤平流沉砂池设计步骤n沉砂部分的长度n水流断面积n池的总宽度n贮砂斗的容积、尺寸.3.池总宽度b 式中：h2设计有效水深。4.贮砂斗所需容积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。平流式沉砂池的计算公式 1.长度L 式中：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。.7.池总高度h式中:h1超高，m；h2有效水深,m;h3贮砂斗高度,m。8.核算最小流速vmin 式中:qvmin 设计最小流量，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。平流式沉砂池 的计算公式 5.贮砂斗个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60；则贮砂斗的上口宽b2为：贮砂斗的容积V1：式中:h3 贮砂斗高度，m；S1，S2 贮砂斗上口和下口的面积。6.贮砂室的高度h3设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则.例题n某城市污水最大设计流量0.3m3/s，最小设计流量为0.15m3/s，总变化系数Kz=1.45，请为该污水处理厂设计平流式沉砂池。.曝气沉砂池剖面示意2.曝气沉砂池.曝气沉砂池的构造曝气沉砂池是一个长形渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约6090cm处设置曝气装置；在池底设置沉砂斗，池底有i=0.10.5的 坡度，以保证砂粒滑入砂槽；为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。.沉砂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、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。曝气沉砂池的特点：.水平流速一般取0.080.12m/s。污水在池内的停留时间为24min；雨天最大流量时为13 min。如作为预曝气，停留时间为1030min。池的有效水深为23m，池宽与池深比为11.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板。曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.56.0mm，距池底约为0.60.9m，并应有调节阀门。曝气沉砂池的形状应尽可能不产生偏流和死角，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出口布置，应防止产生短流。曝气量：0.10.2m3/m3污水，或35m3/h.曝气沉砂池的设计参数.曝气沉砂池实景.第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除一、一、沉淀的理论基础沉淀的理论基础（一）理论基础（四种类型）（一）理论基础（四种类型）（1）自由自由沉淀：离散颗粒、沉速不变（沉砂池、初沉池前期）沉淀：离散颗粒、沉速不变（沉砂池、初沉池前期）（2）絮凝絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉速增加（初沉池后期、二沉沉淀：絮凝性颗粒，沉速增加（初沉池后期、二沉 池中前期、混凝沉淀）池中前期、混凝沉淀）（3）拥挤（成层）拥挤（成层）沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分 层（高浊水、二沉池后期）层（高浊水、二沉池后期）（4）压缩压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗 粒的重力下挤出。（沉淀池污泥斗、污泥浓缩池）粒的重力下挤出。（沉淀池污泥斗、污泥浓缩池）沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。29.自由沉淀及其理论基础 分析的假定沉淀过程中颗粒的大小、形状、质量等不变颗粒为球形颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其他颗粒影响静水中悬浮颗粒开始沉淀时,因受重力作用产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时,颗粒即等速下沉.悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。.1.悬浮颗粒在水中受到的 力Fg Fg是促使沉淀的作用力，是颗粒的重力与水的浮力之差：式中：Fg水中颗粒受到的作 用力；V颗粒的体积；S颗粒的密度；L水的密度；g重力加速度。2.水对自由颗粒的阻力式中：FD水对颗粒的阻力；CD阻力系数；A自由颗粒的投影面积；u颗粒在水中的运动 速度，即颗粒沉速。悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析.球状颗粒自由沉淀的沉速公式 当颗粒所受外力平衡时，即因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：.当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在层流状态下，CD=24/Re，Re（雷诺数）=l u d/带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：式中:水的动力黏度。.由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：斯托克斯定律:当s大于L时，s-L为正值，颗粒以us下沉；当s与L相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；s小于L时，s-L为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。u与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。us与成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。.沉淀池的工作原理理想沉淀池理论分为：进口区域、沉淀区域、出口区域、污泥区域四个部分.沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。理想沉淀池的几个假定：由上述假定得到的悬浮颗粒自由沉降迹线：.式中：v颗粒的水平分速；qv进水流量；A沉淀区过水断面 面积，Hb；H沉淀区的水深；b沉淀区宽度。当某一颗粒进入沉淀池后颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和，在沉淀过程中，是一组倾斜的直线，其坡度i=u/v.设u0为某一指定颗粒的最小沉降速度。I.当颗粒沉速uu0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除，即左上图中的迹线xy与xy。II.当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如左下图中轨迹xy所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中轨迹xy所示。说明对于沉速u小于指定颗粒沉速u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。.上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：将上式带入式中 并简化后得出 qv/A反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同：u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3/（m2h）。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。.重要结论重要结论n理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积积A有关，与池深有关，与池深H无关，即与池的体无关，即与池的体积积V无关。无关。n理想沉淀池中，理想沉淀池中，u0与与q在数值上相同，在数值上相同，但它们的物理概念不同，只要确定颗但它们的物理概念不同，只要确定颗粒的最小沉速粒的最小沉速u0，就可以求得表面负，就可以求得表面负荷率。荷率。.总去除率总去除率：对于对于沉淀时间沉淀时间t0，沉速，沉速u0t0 时刻时刻沉速沉速u颗粒去除率：颗粒去除率：123442.2、絮凝沉降、絮凝沉降在沉淀过程中，颗粒变大，沉速变大。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，时间有关。悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。无理论描述公式，只能通过沉淀试验模拟沉淀效果。无理论描述公式，只能通过沉淀试验模拟沉淀效果。沉淀柱高度实际沉淀池深度沉淀柱高度实际沉淀池深度1）在时间）在时间ti，不同深度测，不同深度测2)计算各时间各深度处的颗粒去除百分率计算各时间各深度处的颗粒去除百分率 3）绘制去除百分率等值线）绘制去除百分率等值线0.30.51.01.520%30%40%50%60%70%0t43.3、拥挤（成层）沉降和压缩沉降、拥挤（成层）沉降和压缩沉降44.4理理想想沉沉淀淀池池1）进口区域，悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上。）进口区域，悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上。2）水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等，水平）水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等，水平流速为流速为v。3）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，速度为）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，速度为u。4）颗粒到底就被去除。）颗粒到底就被去除。假定假定：45.沉淀池 按使用功能分生物处理法中的预处理，去除约30%的BOD5，55%的悬浮物生物处理构筑物后,是生物处理工艺的组成部分 初次沉淀池 二次沉淀池.沉淀池 按水流方向分 平流式 辐流式 竖流式池型：长方形一端进水,另一端出水贮泥斗在池进口池内水流由下向上池内水流向四周辐流池型:多为圆形,有方形或多角形池中央进水，池四周出水贮泥斗在池中央.沉淀池三种流态沉淀池三种流态平流式平流式竖流式竖流式辐流式辐流式.沉淀池特点与适用条件池型池型优点优点缺点缺点适用条件适用条件平平流流式式1.对冲击负荷和温对冲击负荷和温度变化的适应能度变化的适应能力较强；力较强；2.施工简单，造价低施工简单，造价低采用多斗排泥，每个泥斗采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械操作工作量大，采用机械排泥，机件设备和驱动件排泥，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀均浸于水中，易锈蚀1.适用地下水位较高适用地下水位较高及地质较差的地区；及地质较差的地区；2.适用于大、中、小适用于大、中、小型污水处理厂型污水处理厂竖竖流流式式1.排泥方便，管理简排泥方便，管理简单；单；2.占地面积较小占地面积较小1.池深度大，施工困难；池深度大，施工困难；2.对冲击负荷和温度变化对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；的适应能力较差；3.造价较高；造价较高；4.池径不宜太大池径不宜太大适用于处理水量不大适用于处理水量不大的小型污水处理厂的小型污水处理厂辐辐流流式式1.采用机械排泥，运采用机械排泥，运行较好，管理较简单；行较好，管理较简单；2.排泥设备已有定型排泥设备已有定型产品产品1.池水水流速度不稳定；池水水流速度不稳定；2.机械排泥设备复杂，对机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高施工质量要求较高1.适用于地下水位较适用于地下水位较高的地区；高的地区；2.适用于大、中型污适用于大、中型污水处理厂水处理厂.平流式沉淀池.l进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处.为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点.平平流流沉沉淀淀池池的的构构造造及及工工作作特特点点.平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）（进水）.平流式沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）（出水）.3.沉淀区有效容积V1或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.沉淀池总宽度b1.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/(m2h),初沉池一般取1.53 m3/(m2h)，二沉池一般取12m3/(m2h)。2.沉淀区有效水深h2式中：t 沉淀时间,h,初沉池一般取12h,二沉池一般取1.52.5h。沉淀区有效水深h2通常取23m。平 流 式 沉 淀 池 的 设 计.7.污泥区容积 对于生活污水，污泥区的总容积V：式中：S 每人每日的污泥量，L/(d人),可参考教材表10-8；N 设计人口数，人；T 污泥贮存时间，d。6.沉淀池的个数n式中:b每个沉淀池宽度。平流式沉淀池的长度一般为3050m，为了保证污水在池内分布均匀，池长与池宽比不小于4，以45为宜。平 流 式 沉 淀 池 的 设 计.平 流 式 沉 淀 池 的 设 计 9.污泥斗的容积V1式中:S1 污泥斗的上口面积,m2；S2 污泥斗的下口面积，m2。10.污泥斗以上梯形部分污泥容 积V2式中：L1 梯形上底边长,m；L2 梯形上底边长，m。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 缓冲层高度，m；无机械刮泥设备时,取0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m；h4 污泥区高度，m；h4泥斗高度，m；h4梯形的高度，m。.平流沉淀池设计实例平流沉淀池设计实例n某城市污水处理厂日均流量为0.2 m3/s，设计人口100，0000人，沉淀时间1.5h，采用机械刮泥，求平流沉淀池的各部分尺寸。n根据实际废水特征和设计经验参数 设：表面负荷 q=2 m3/m2.h 1、池表面积、池表面积A=360m2 2、池有效水深、池有效水深h2=3.0m 3、沉淀区的有效容积、沉淀区的有效容积 V=Qt3600=1080m3.n4、沉淀池长度、沉淀池长度L=vt3.6=20m(设水平流速为设水平流速为3.7 mm/s 25n11、总高度：、总高度：H=6.82m(设缓冲层高度设缓冲层高度0.5m）.辐流式沉淀池.辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m,池周水深1.53.0m。有中心进水、周边进水、周进周出、旋转臂配水等几种形式。沉淀与池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中心传动式刮泥机和吸泥机以及周边传动式的刮泥机与吸泥机等。辐流式沉淀池的构造及特点辐流式沉淀池的构造及特点.设计一般规定n池子的直径与有效水深之比一般为6-12n池子的直径一般大于16mn池底坡度0.05-0.10n中心筒穿孔率10%-20%n周边进水设计表面负荷应是中心进水的1倍.中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水进水出出水水排排泥泥.辐流式沉淀池刮泥机中心移动系统.68.69.70.（三）斜流式沉淀池（三）斜流式沉淀池1.原理原理沉淀效率沉淀效率 ui=Q/A 在原体积不变时，加大在原体积不变时，加大A，可以提高效率；，可以提高效率；t=H/u0 减小减小H/n，池长可缩短为，池长可缩短为1/n，可以提高效率。，可以提高效率。71.2.构造构造72.二、二、混凝混凝（一）混凝过程的理论基础（一）混凝过程的理论基础去除的是去除的是胶体及部分细小的悬浮物胶体及部分细小的悬浮物。范围在：范围在：1nm0.1 m混凝混凝目的目的：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。水处理中水处理中主要杂质主要杂质：粘土（：粘土（50nm-4 m）细菌（）细菌（0.2 m-80 m）病毒（病毒（10nm-300nm）蛋白质（蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸）、腐殖酸胶体的稳定性胶体的稳定性:动力学动力学稳定性：稳定性：布朗运动布朗运动对抗重力。对抗重力。聚集聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）两者之中，两者之中，聚集聚集稳定性对胶体稳定性的影响起稳定性对胶体稳定性的影响起关键关键作用。作用。73.双电层内层双电层内层外层外层（中性）（中性）（负电）（负电）总电位总电位总电位一定，扩散层越厚，总电位一定，扩散层越厚，电位电位越高。越高。电位越高，斥力越大，胶粒越稳定。电位越高，斥力越大，胶粒越稳定。（1）压缩双电层：）压缩双电层：距离近范德华引力占优，远则库仑斥力占优距离近范德华引力占优，远则库仑斥力占优电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 与与反离子交换或挤入，使胶粒带电荷数反离子交换或挤入，使胶粒带电荷数 电位电位 压缩双电层压缩双电层稳定性稳定性 凝聚凝聚.（2）吸附电中和）吸附电中和（3）吸附架桥）吸附架桥（4）网捕网捕作用作用胶粒为晶核胶粒为晶核75.1、铝盐和铁盐混凝剂、铝盐和铁盐混凝剂（二）混凝剂、助凝剂及其作用（二）混凝剂、助凝剂及其作用76.2、有机合成高分子絮凝剂、有机合成高分子絮凝剂3、助凝剂、助凝剂77.（三）混合和反应设备（三）混合和反应设备1、混凝剂的配制和投配、混凝剂的配制和投配2、混合（混合（2min）设备设备3、反应（反应（10-30min）设备设备78.（机械机械搅拌）搅拌）（水力水力搅拌）搅拌）速度梯度速度梯度甘布甘布（TRCamp）斯泰因（PCStein）公式：公式：79.80.三、澄清三、澄清（一）（一）机械加速澄清池机械加速澄清池（二）水力循环澄清池（二）水力循环澄清池（三）悬浮澄清池（三）悬浮澄清池（四）脉冲澄清池（四）脉冲澄清池泥渣循环泥渣循环分离型：分离型：悬浮泥渣悬浮泥渣过滤型：过滤型：81.82.四、过滤四、过滤1、阻力截留、阻力截留2、重力沉降、重力沉降3、接触絮凝、接触絮凝滤池类型：滤池类型：按按滤料滤料种类（单层、双层）、种类（单层、双层）、作用水头作用水头（重力式、（重力式、压力）、压力）、过滤速度过滤速度（慢、快）、（慢、快）、进出水及反洗水的供给与排进出水及反洗水的供给与排除方式除方式（普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池）等分类（普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池）等分类（一）过滤机理（一）过滤机理粒状介质过滤粒状介质过滤使用场合使用场合悬浮物粒径越大悬浮物粒径越大滤料和滤速越小滤料和滤速越小滤料越小，沉降面积越大滤料越小，沉降面积越大滤速越小，水流越平稳滤速越小，水流越平稳吸附正电离子，形成正电荷薄膜吸附正电离子，形成正电荷薄膜胶体接触碰撞的媒介，促其凝聚胶体接触碰撞的媒介，促其凝聚83.1、快滤池的基本构造和过滤工艺过程（、快滤池的基本构造和过滤工艺过程（过滤和反洗过滤和反洗2个阶段个阶段）（二）普通快滤池（二）普通快滤池过滤过滤进水进水过滤过滤出水出水反冲洗反冲洗进水进水反冲洗反冲洗出水出水84.2、滤料和垫层结构、滤料和垫层结构滤料需满足的要求滤料需满足的要求滤料的性能指标滤料的性能指标有效直径有效直径（d10 10%通过）和通过）和不均匀系数不均匀系数（d80/d10）滤料的纳污能力（滤料的纳污能力（kg/m3）滤料的孔隙率（滤料的孔隙率（0.4）和比表面积）和比表面积机械强度机械强度化学稳定化学稳定适宜的适宜的级配级配和足够的孔隙率和足够的孔隙率85.3.过滤时的水头损失过滤时的水头损失86.4.滤速、滤池总表面积及滤池数的确定滤速、滤池总表面积及滤池数的确定5.快滤池的反冲洗快滤池的反冲洗单位面积滤料体积不变：单位面积滤料体积不变：滤层高度滤层高度孔隙率孔隙率87.6.配水系统配水系统小阻力配水系统小阻力配水系统管式大阻力配水系统管式大阻力配水系统88.（三）虹吸滤池（三）虹吸滤池虹吸控制虹吸控制89.（四）重力式无阀滤池（四）重力式无阀滤池90.（五）压力滤池（五）压力滤池91.五、气浮五、气浮（一）气浮理论基础（一）气浮理论基础定义定义气浮分离的对象气浮分离的对象药剂药剂浮选法浮选法界面能界面能界面张力，界面张力，N/m界面面积，界面面积，m2界面能有降低到最小的趋势。界面能有降低到最小的趋势。接触角接触角90 亲水性物质亲水性物质90 疏水性物质疏水性物质对着水的角对着水的角92.气泡与颗粒附着前气泡与颗粒附着前附着后：附着后：减小值：减小值：平衡时界面张力平衡时界面张力减小值：减小值：气固固固LGLSGSLGLSGS液 90 90 0，E 0，不能吸附。180，E 2 LG，易吸附。u浮选剂的极性基团能选择性的吸附亲浮选剂的极性基团能选择性的吸附亲水性物质，而非极性基团则朝向水。水性物质，而非极性基团则朝向水。93.（二）气浮设备（二）气浮设备1.加压溶气气浮加压溶气气浮2.叶轮气浮叶轮气浮3.曝气气浮和射流气浮曝气气浮和射流气浮4.电解气浮（第五节）电解气浮（第五节）5.用途用途6.气浮法的优点和缺点气浮法的优点和缺点94.第三节第三节 水中溶解物质的去除水中溶解物质的去除一一、水的软化和除盐、水的软化和除盐去除水中溶解物质的方法主要有软化除盐、离子交换、去除水中溶解物质的方法主要有软化除盐、离子交换、吸附和膜分离等。吸附和膜分离等。（一）软化：降低水中（一）软化：降低水中Ca2、Mg2的含量，以防止它们在管道和的含量，以防止它们在管道和设备中结垢。设备中结垢。基本方法基本方法：加热软化法；药剂软化法；离子交换法：加热软化法；药剂软化法；离子交换法（二）除盐：减少水中溶解盐类（包括各种阳离子和阴离子）的总（二）除盐：减少水中溶解盐类（包括各种阳离子和阴离子）的总量。量。基本方法基本方法：蒸馏法；电渗析法；反渗透法；离子交换法：蒸馏法；电渗析法；反渗透法；离子交换法95.实质实质：是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子之间的交：是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子之间的交换反应。是一种特殊的吸附过程，通常称为换反应。是一种特殊的吸附过程，通常称为离子交换吸附离子交换吸附。（一）离子交换剂：磺化煤和离子交换树脂（一）离子交换剂：磺化煤和离子交换树脂（二）离子交换树脂的性质：（二）离子交换树脂的性质：离子交换树脂的离子交换树脂的物理性能物理性能指标：粒度、密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性等；指标：粒度、密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性等；离子交换树脂的离子交换树脂的化学性能化学性能指标：交联度、酸碱性、离子交换选择性、交换容量等。指标：交联度、酸碱性、离子交换选择性、交换容量等。（三）离子交换的工艺及其应用（三）离子交换的工艺及其应用 离子交换的工艺与操作：离子交换的工艺与操作：操作步骤：操作步骤：交换交换 反洗反洗 再生再生 清洗清洗 离子交换法在给水处理中的应用：主要用于水质软化与除盐。离子交换法在给水处理中的应用：主要用于水质软化与除盐。软化应用：采用软化应用：采用Na型阳离子交换柱固定型单床，原水（硬水）通过交换柱后，水中型阳离子交换柱固定型单床，原水（硬水）通过交换柱后，水中Ca2、Mg2被交换去除，转化为被交换去除，转化为Na十十盐，使水得到软化。盐，使水得到软化。除盐应用：水的除盐则需用除盐应用：水的除盐则需用H型阳离子交换柱与型阳离子交换柱与OH型阴离子交换柱串联工艺，当原水（含盐型阴离子交换柱串联工艺，当原水（含盐水）通过阳离子交换柱时，各金属离子水）通过阳离子交换柱时，各金属离子M被被H交换去除，其出水交换去除，其出水pH显酸性，再通过阴离子交换柱显酸性，再通过阴离子交换柱时，水中的各类酸根时，水中的各类酸根A被被OH交换去除，出水即得到脱盐。交换去除，出水即得到脱盐。离子交换法在废水处理中的应用：应用于含重金属废水的处理与金属回收方面。离子交换法在废水处理中的应用：应用于含重金属废水的处理与金属回收方面。二、离子交换法二、离子交换法用于去除废水中的金属离子用于去除废水中的金属离子.三、吸附三、吸附 主要用于去除溶解性的有机物质。此外还能除去合成洗涤剂、微生物、病毒主要用于去除溶解性的有机物质。此外还能除去合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属等，并能脱色、除臭。和痕量重金属等，并能脱色、除臭。（一）吸附类型（一）吸附类型物理物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间作用力（范德华力）产生的吸附。吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间作用力（范德华力）产生的吸附。低温，无选择性，多层吸附，可逆低温，无选择性，多层吸附，可逆化学化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学作用而产生的吸附，是由化学键力引起吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学作用而产生的吸附，是由化学键力引起 高温，有选择性，单层吸附，不可逆高温，有选择性，单层吸附，不可逆吸附过程（吸附速度）：吸附过程（吸附速度）：颗粒颗粒外外部扩散（膜扩散）：溶液浓度部扩散（膜扩散）：溶液浓度 颗粒外表面积颗粒外表面积 搅拌程度搅拌程度颗粒颗粒内内部扩散：细孔和污染物质颗粒相对大小部扩散：细孔和污染物质颗粒相对大小吸附吸附反应反应阶段（速度快）阶段（速度快）.（二）吸附剂（二）吸附剂活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭、木炭、木屑等。焦炭、木炭、木屑等。活性炭小孔的表面积占比表面积的活性炭小孔的表面积占比表面积的95%以上。吸附量主要受以上。吸附量主要受小孔小孔支配。支配。（三）吸附平衡和吸附等温线（三）吸附平衡和吸附等温线吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等，即单位时间内吸附的数量等于解吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等，即单位时间内吸附的数量等于解吸的数量时，吸附质在吸附剂表面的浓度与在溶液中的浓度都不再改变。吸的数量时，吸附质在吸附剂表面的浓度与在溶液中的浓度都不再改变。吸附量吸附量：就是吸附平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的质量。：就是吸附平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的质量。测定方法：公式（测定方法：公式（2-91）吸附等温线：在一定温度下，活性炭与被处理的水接触并达到吸附等温线：在一定温度下，活性炭与被处理的水接触并达到平衡时平衡时，吸吸附质附质在溶液中的在溶液中的浓度浓度和活性炭和活性炭吸附量吸附量之间的关系曲线。有代表性类型为：之间的关系曲线。有代表性类型为：Langmuir型型、BET型和型和Freundlich型。型。.穿透点穿透点吸附终点吸附终点99.四、膜分离技术四、膜分离技术膜分离法是用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使一侧溶液中的某种溶质透过膜或者溶剂（水）膜分离法是用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使一侧溶液中的某种溶质透过膜或者溶剂（水）渗透出来，从而达到分离溶质的目的。根据膜种类的不同和推动力的不同，膜分离法可分为渗透出来，从而达到分离溶质的目的。根据膜种类的不同和推动力的不同，膜分离法可分为不同的过程见下表。优点：可在一般温度下操作、没有相的变化、设备可工厂化生产、容易不同的过程见下表。优点：可在一般温度下操作、没有相的变化、设备可工厂化生产、容易操作等；缺点：需要消耗相当的能量（扩散渗析除外），处理能力较小。操作等；缺点：需要消耗相当的能量（扩散渗析除外），处理能力较小。1、电渗析：、电渗析：原理：原理：应用：海水和苦咸水（盐度小于应用：海水和苦咸水（盐度小于10gL）的淡化是电渗析最主要的用途。）的淡化是电渗析最主要的用途。2、反渗透：、反渗透：原理：原理：应用：反渗透工艺已在海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等给水领域得到了较多应用：反渗透工艺已在海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等给水领域得到了较多的应用。在电镀、食品工业等废水处理方面也有应用。的应用。在电镀、食品工业等废水处理方面也有应用。3、微滤、超滤和纳滤、微滤、超滤和纳滤微滤技术适合于去除胶体、悬浮固体和细菌；超滤能去除相对分子质量大于微滤技术适合于去除胶体、悬浮固体和细菌；超滤能去除相对分子质量大于l 000100 000的物质；纳滤也称为低级反渗透，可分离相对分子质量大于的物质；纳滤也称为低级反渗透，可分离相对分子质量大于200400的物质。的物质。4、液膜分离技术、液膜分离技术原理：原理：应用应用:含酚废水的处理；含含酚废水的处理；含NH3废水的处理；含重金属废水的处理废水的处理；含重金属废水的处理100.101.102.第四节第四节 水中有害微生物的去除水中有害微生物的去除 一、概述一、概述水的消毒：目的是杀死水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。水的消毒：目的是杀死水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。水消毒的方法：水煮沸、氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒等。水消毒的方法：水煮沸、氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒等。二、氯消毒二、氯消毒（一）氯的性质（一）氯的性质 1.氯与氯与水水的作用的作用氯气溶于水后发生水解反应（氯气溶于水后发生水解反应（HOCl 作用作用）2.氯与氯与氨氨的作用的作用氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺3.氯与氯与其他杂质其他杂质的作用的作用氯与水中其他还原性物质起化学作用，如氯与水中其他还原性物质起化学作用，如Fe2、Mn2、N02、S2等无机性还原物等无机性还原物质以及一些有机性还原物质。质以及一些有机性还原物质。（二）余氯及其分类（二）余氯及其分类 消毒效果与氯的剂量和接触时间有关（加氯消毒效果与氯的剂量和接触时间有关（加氯30min后，后，游离性余氯游离性余氯0.3，末梢，末梢0.05）游离游离性余氯（自由性余氯）：性余氯（自由性余氯）：Cl2、H0Cl、OC l化合化合性余氯：性余氯：NH2 Cl、NHCl2及其他氯胺化合物二者之和是及其他氯胺化合物二者之和是总余氯总余氯。3、需氯量：就是指在一定的条件、需氯量：就是指在一定的条件（如温度、（如温度、pH、接触时间等）下，、接触时间等）下，单位体积水样中所投加的氯量单位体积水样中所投加的氯量与为达到预期氯化结果所需的剩余氯量之差，与为达到预期氯化结果所需的剩余氯量之差，即即需氯量需氯量加氯量余氯量。加氯量余氯量。原水游离氨原水游离氨0.3mg/L折折点后加氯点后加氯原水游离氨原水游离氨0.5 mg/L峰峰点前加氯点前加氯加氯加氯1-2mg/L常规常规加氯量加氯量103.104.105.三、其他消毒法三、其他消毒法1.1.加热加热消毒消毒2.2.紫外线紫外线消毒消毒细菌受紫外线照射后，紫外光谱的能量为细菌的重要组成部分核细菌受紫外线照射后，紫外光谱的能量为细菌的重要组成部分核酸所吸收，使核酸的结构破坏。酸所吸收，使核酸的结构破坏。（一）物理消毒法（一）物理消毒法 臭氧能氧化水中的有机物，可用于去除水中的铁、锰，并能去除嗅、味和色度。臭氧能氧化水中的有机物，可用于去除水中的铁、锰，并能去除嗅、味和色度。臭氧还能完全去除水中的酚。臭氧还能完全去除水中的酚。（二）（二）臭氧臭氧消毒消毒 细菌和病毒的蛋白质胨外膜吸附了细菌和病毒的蛋白质胨外膜吸附了ClOClO2 2，渗透进入细胞内，有效地氧化破坏含，渗透进入细胞内，有效地氧化破坏含巯基的酶，抑制了生长。巯基的酶，抑制了生长。（三）（三）二氧化氯二氧化氯消毒消毒1.1.重金属消毒重金属消毒2.2.其他氧化剂消毒：卤素如溴和碘以及高锰酸钾等氧化剂其他氧化剂消毒：卤素如溴和碘以及高锰酸钾等氧化剂（四）其他化学消毒法（四）其他化学消毒法（五）各种消毒法的结合使用（五）各种消毒法的结合使用.一、一、中和中和法法酸、碱废水中和法酸、碱废水中和法氯气溶于水后发生水解反应氯气溶于水后发生水解反应类型类型 药剂中和法药剂中和法氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺过滤中和法过滤中和法重力式中和滤池、升流式膨胀滤池、变速膨胀滤池和滚筒中和滤池。重力式中和滤池、升流式膨胀滤池、变速膨胀滤池和滚筒中和滤池。第五节第五节 水的其他物理化学处理方法水的其他物理化学处理方法 .通过化学或物理化学的方法将污水中的污染物直接氧化成无机物，或将其转化为低毒的易生物降解的通过化学或物理化学的方法将污水中的污染物直接氧化成无机物，或将其转化为低毒的易生物降解的中间产物。中间产物。（一）（一）臭氧臭氧氧化技术氧化技术反应类型：臭氧分子的直接反应；臭氧转化为羟基自由基的链式反应反应类型：臭氧分子的直接反应；臭氧转化为羟基自由基的链式反应（二）（二）过氧化氢过氧化氢氧化技术氧化技术应用：应用：去除废水中的氰化物；去除废水中的氰化物；将地下水中的铁和锰氧化为不溶于水的氢氧化物，再通过沉淀而得以去将地下水中的铁和锰氧化为不溶于水的氢氧化物，再通过沉淀而得以去除；除；在废水好氧生物处理中可以促进处理效果；在废水好氧生物处理中可以促进处理效果；用于含有亚硫酸盐和银离子的光化学废水处理；用于含有亚硫酸盐和银离子的光化学废水处理；应用于废水脱硫除臭、去除纺织品漂白废水中的剩余次氯酸盐等方面。应用于废水脱硫除臭、去除纺织品漂白废水中的剩余次氯酸盐等方面。（三）（三）光化学氧化光化学氧化技术技术是利用光和催化剂或氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物和无是利用光和催化剂或氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物和无机物的一种方法。最常用的催化剂是机物的一种方法。最常用的催化剂是Ti02，氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气等，光源多用，氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气等，光源多用紫外灯。紫外灯。（四）（四）湿式氧化湿式氧化技术（技术（WAO）和）和超临界氧化超临界氧化技术（技术（SCWO）湿式氧化技术湿式氧化技术是在高温、高压下，利用氧气或空气中的氧将废水中的有机物氧化成是在高温、高压下，利用氧气或空气中的氧将废水中的有机物氧化成CO2和和H20，从，从而达到去除污染物的目的。而达到去除污染物的目的。条件：温度条件：温度150350，压力，压力2l5MPa，停留时间，停留时间15120min。应用：处理焦化废水、化工废水、染料中间体废水和农药废水等，应用：处理焦化废水、化工废水、染料中间体废水和农药废水等，COD去除率可达去除率可达9599。（五）组合高级氧化技术和其他高级氧化技术（五）组合高级氧化技术和其他高级氧化技术二、二、高级氧化高级氧化技术技术.主要用于含铬和含汞废水的处理以及水的脱氯。主要用于含铬