物理化学处理工艺.ppt

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1、第三节废水物理及化学处理工艺,一、混凝工艺,（一）混凝原理,混凝是将化学药剂投入污水中，经充分混合与反应，使污水中悬浮态（大于100nm）和胶态(1100nm)的细小颗粒凝聚或絮凝成大的可沉絮体，再通过沉淀去除的工艺过程。,主要去除：粘土（50nm4m）细菌（0.2m80m）病毒(10nm300nm)蛋白质（1nm50nm）腐殖酸,混凝过程具有两个作用：第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质 凝聚（coagulation）第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体 絮凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）,（一）

2、混凝原理,（一）混凝原理,1.凝聚（coagulation）,胶体脱稳脱稳胶体凝聚生长成d=10m的小矾花（Floc）,特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散 在混合设备中完成,（一）混凝原理,混合的方式,1.水泵混合 投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于150m。,混合设备,水泵混合的投药位置（1）泵前投加（2）泵后投加,1、泵前投加 加注在取水泵吸水管中或吸水喇叭口处，见图。目前大多数采用这种方式，主要优点是可利用水泵叶轮使药剂和原水得到充分混合，而且借助于水泵吸力吸入，容易加注。缺点是药剂对水泵有一定的腐蚀作用

3、。,2、泵后投加 加注在水泵出水压力管（见图）或沉淀池进口处。当取水泵离净水装置较远（约大于500m）时，为防止反应过早，已结成的絮粒在管道或进入沉淀池时破碎，从而影响净水效果，所以采用泵后投加。泵后投加因投药点承压或无吸力，故需要用水射器或加药泵。其优点是不发生药剂对水泵的腐蚀。,2.管式混合 管式静态混合器：流速不宜小于1m/s，水头损失不小于0.30.4m，简单易行。扩散混合器，是在管式孔板混合器前加一个锥形帽，锥形帽夹角90。顺流方向投影面积为进水管总截面面积的1/4，开孔面积为进水管总截面面积的3/4，流速为1.01.5m/s，混合时间23s。节管长度不小于500mm。水头损失约0.

4、30.4，直径在DN200DN1200。,3 机械混合 在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度7001000s-1，时间1030s以内，优点是混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。,普通管道混合 把药剂投入水泵压水水管内，借助水流进行混合。药剂加入方式：,跌水混合池 利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。,水跃式混合池 利用3m/s以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行混合。,涡流式混合设备设计要点：底部锥角30-45；反应时间1-1.5min，2min；入口流速1-1.5m/s；圆柱部分上升流速25mm/s。,（一）混凝原理,2.絮凝（

5、flocculation）,脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc)（可以通过沉淀去除）,特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱 在絮凝设备中完成,絮凝设备 1.隔板絮凝池 隔板絮凝池分往复式和回转式，隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失一般在0.30.5m，回转式的水头损失比往复式的小40左右。隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂。,2.折板絮凝池 通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称“异波折板”。与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，但安

6、装维修较困难，折板费用较高。,3 机械絮凝池 机械絮凝池的剖面示意见图。搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。,4.穿孔旋流絮凝池 由若干方格组成。分格数一般不少于6格。流速逐渐减小，G也相应减小以适应絮凝体形成，孔口流速宜取0.61.0m/s，末端流速宜取0.20.3m/s。絮凝时间1525min。穿孔旋流絮凝池的优点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。,5.网格、栅条絮凝池 网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔

7、墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。网格（栅条）絮凝池的示意图。,网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。,6.不同形式絮凝池组合应用 每种形式的絮凝池各有其优缺点。不同形式的絮凝池组合应用可以相互补充，取长补短。往复式和回转式隔板絮凝池在竖向组合是常用方式之一，穿孔旋流与隔板絮凝池也往往组合应用。不同形式絮凝池配合使用，效果良好，但设备形式增多，应根据具体情况决定。,（一）混凝原理,3.沉淀（clarification）,矾花沉淀类似于活性污泥在

8、二沉池的沉淀。沉淀池常用的形式是平流沉淀池、斜管沉淀池和斜板沉淀池。平流沉淀池的水平流速一般控制在515mm/s的范围内，水力表面负荷般在11.5m3/(m2h)之间，水力停留时间一般在1.01.5h范围内。,（一）混凝原理,斜板（管）沉淀池,(二)混凝剂和助凝剂：1、混凝剂,无机混凝剂,铁盐形成的絮体比铝盐絮体密实，但腐蚀性强，有颜色。,（Al2(SO4)3K2SO424H2O）,无机高分子混凝剂：聚合氯化铝（PAC）：碱式氯化铝Al2(OH)6-nClm，聚合硫酸铁（PFS）：Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m。有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）,高分子混凝剂,CH2CH,CONH

9、2,相关说明与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：适用的pH值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；但三氯化铁腐蚀性较强。硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，性能优于硫酸铝。,助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂；氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。,（三）混凝影响因素,水的特性

10、：温度、pH及碱度、水中杂质性质和浓度 混凝剂种类：前面已有叙述水力条件：前面已有叙述,1、水温,低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热 温度降低，粘度升高布朗运动减弱胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚 对策：提高投药量、添加高分子助凝剂,2、pH及碱度,视混凝剂品种而异。如硫酸铝的最佳pH值范围为。三价铁盐的最佳pH值范围为。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。如水中碱性太弱，需投加石灰乳、碳酸氢钠等助凝剂。,3、水中杂质浓度,杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。,对策：加高分子助凝剂 加粘土等矿物颗粒投加混凝剂后直接过滤,“低温低浊”-混凝困难,4、搅拌速度和时间,使用混凝剂

11、的主要目的，是使胶体中和，因此应尽快使药剂迅速均匀扩散，投药后的搅拌速度与时间，对混凝效果有直接影响。通常凝聚作用需要快速搅拌，使药剂迅速均匀扩散，使胶体脱稳并进行凝聚，时间短，通常小于2分钟。絮凝作用要求搅拌徐缓，以免结大的絮凝体被打碎，时间在530分钟。,1工业废水：用于处理一些特殊废水，脱色、去除悬浮物等。,印染废水处理：适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。,混凝剂的选择与染料种类有关，需做混凝试验。可以单独用无机混凝剂，也可和有机高分子絮凝剂联用。,（六）混凝的应用,含油废水处理：乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。通常采用混凝气浮工艺。,混凝优点：上

12、马快、投资省、效果好，缺点：运转费高，沉渣多,2废水深度处理与回用,去除颗粒物氮、磷砷、汞等,市政杂用绿化、洗车冷却用水,3改善污泥脱水性能,（七）混凝控制指标,凝聚絮凝,用G可以来判断混合和絮凝的程度，可用下式计算G：P单位体积水流所需要的功率；污水动力粘滞系数。,混合（凝聚）过程(Mixing):,剧烈搅拌分散药剂，时间通常在1030s，一般2min，G5001000s-1。,絮凝过程：,不仅与G有关，还与时间有关 平均G1075s-1，GT104105,运行中，采用v和T校核GT或者平均G反应时间T和GT采用以下两式计算：,（八）混凝沉淀的日常维护管理,（1）每班均应观察并记录矾花生成情

13、况，并将之与历史资料比较。如发现异常应及时分析原因，并采取相应对策。（2）沉淀池排泥要及时且准确。排泥间隔太长或一次性排泥量太大，都将影响正常运行。（3）应定期清洗加药设备，保持清洁卫生；定期清扫池壁，防止藻类滋生。（4）定期取样分析水质，并定期核算混合区和絮凝池的G及GT值。（5）定期巡检设备的运行情况，如有故障，则及时排除。（6）当采用氯化铁作混凝剂时，应注意检查设备的腐蚀情况，及时进行防腐处理。（7）加药计量设施应定期标定，保证计量准确。（8）加强对库存药剂的检查，防止药剂变质失效。对硫酸亚铁尤应注意。用药应贯彻“先存先用”的原则。（9）配药时要严格执行卫生安全制度，必须带胶皮手套以及采

14、取其它劳动保护措施。,（九）混凝沉淀的分析测量与记录,（1）对于混凝沉淀系统的进水和出水，应进行以下项目的分析或测量：温度、pH、色度、浊度、SS、COD、BOD5、TP。（2）应定期进行絮凝池出水的沉降试验，观察并记录矾花的沉降情况（3）定期进行烧杯搅拌试验，检查是否为最佳投药量。（4）定期核算并记录G、T及GT值。,二、过滤,什么是过滤？过滤介质固液分离手段日常生活中常用砂来净水。,（一）慢滤池,滤速慢v0.10.2 m/h表面生长一层滤膜（12个星期后）效果：浊度可降到0，可不消毒。,慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地去除水的色度、嗅和味。由于慢滤池占地面积大、操作麻烦、寒

15、冷季节时其表层容易冰冻，在城镇水厂中使用的慢滤池逐渐被快滤池所代替。,慢滤池机理：微生物吞食细菌 微生物分泌出起凝聚作用的酶 藻类产生氧气，起氧化作用。但生产效率低，13月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。,1、机理,条件：滤速大于5 m/h 必须先投加混凝剂 作用：去除浊度，浊度5度，同时可去除一部分细菌、病毒 机理：表层细砂层粒径为0.5mm，孔隙尺寸为80um，但进入滤池的颗粒大部分小于30um，但仍能被去除。不光是机械筛滤，还有接触粘附的作用。深层过滤,（二）快滤池,悬浮颗粒被截留的机理:两阶段理论：由迁移与吸附组成。迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力，见图。吸附：范德华引力、静电力、以

16、及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。悬浮颗粒的迁移过程,应用：给水处理原水混凝沉淀/澄清过滤原水微絮凝过滤（微絮凝过滤）原水加药过滤（接触过滤）废水处理原水生物处理过滤 原水生物处理混凝沉淀过滤,2、快滤池的分类 普通快滤池 虹吸滤池 重力滤池 压力滤池 移动罩冲洗滤池,过滤,反冲洗,重力式无阀滤池,优缺点 无阀滤池一般用于中、小型水厂。单池面积一般不大于16 m2。优点：它不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。缺点：池体结构较复杂，滤料装御困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应抬高了滤前处理构筑物如沉定池或澄清

17、池的标高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难。,虹吸滤池,优缺点优点：不需要大型阀门及相应的启闭控制设备，也无管廊；可以利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗，不需要设置冲洗高位水箱或水泵；可以在一定的范围内，根据来水量的变化自动均衡地调节各格滤池的滤速，不需要滤速控制设施。缺点：池深较大；冲洗强度受其它几格滤池出水量的影响，故冲洗效果不象普通快滤池那样稳定。,移动冲洗罩滤池,优缺点 优点：池体结构简单；无需冲洗水箱（塔）；无大型阀门，管件小；采用泵吸式冲洗罩时，池深较浅；与同规模的普通快滤池相比，造价有所下降。缺点：机电及控制设备较多；自动控制与维修较复杂。移动冲洗罩滤池适用于大、中型水

18、厂。,V型滤池,优缺点 优点：采用均质滤料过滤，避免了级配滤料过滤时可能产生的一些缺点。滤料层含污容量大，出水水质较好，过滤周期较长，过滤速度较高。采用气-水联合反冲洗，冲洗耗水量小，冲洗效果好。容易实现自动过滤与冲洗。缺点是：对冲洗操作要求严格，需要鼓风机等机械。滤池施工要求严格。,压力滤池,3 过滤方式（1）恒速过滤 最常见的恒速过滤如图所示。在恒速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。,（2）递降速过滤 设四个滤池组成一个滤池组，假设：进入滤池组的总流量不变；每个池子

19、的性能完全相同；每个滤池恰好按它的编号顺序进行冲洗。则滤池的水位与滤速变化如图9-9所示。移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的“等水位变速过滤”。,（三）滤料内杂质分布规律,滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。,（四）滤料 1种类 石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石聚苯乙烯发泡塑料 纤维球滤料,磁铁矿滤料,果壳活性炭滤料,纤维束滤料,无烟煤滤料,焦碳滤料,锰砂滤料,陶粒滤料,核桃壳滤料,石英砂滤料,瓷砂滤料,合金滤料,2滤料层规格粒径：小，比表面积大，有利于矾花的吸附但易

20、堵塞 厚度：矾花穿透深度保护厚度 穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有关,（五）配水系统与反冲洗,常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种.配水系统的目的：均匀分布反冲洗水均匀收集过滤水配水不均匀导致：滤池中砂层厚度分布不同；过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。,1.大阻力配水系统的原理（1）构造 大阻力配水系统的构造如图所示。,一般为穿孔管大阻力配水系统。特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净 但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵,（2）大阻力配水系统的特点：配水均匀性好；结构复杂；管道容易结垢；孔口水头损失大，因而要求反冲洗

21、水压高。无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采用大阻力配水系统。,钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。,小阻力配水系统,小阻力配水系统的特点：反冲洗水头小；配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室内压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。中阻力配水系统与小阻力配水系统类似，但其开孔比介于大阻力配水系统与小阻力配水系统之间。,3、反冲洗 清除滤料层中所截留的污物，恢复滤池过滤能力（1）反冲洗方式 高速水流反冲洗气、水反冲洗气冲强度：1020 L/m2 s水

22、冲强度：34L/m2 s 表面辅冲加高速水流反冲洗,6冲洗水的供给 两种：水泵冲洗；冲洗水塔或水箱冲洗。水泵冲洗的特点：投资省；但操作较为麻烦；在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。冲洗水箱的特点：造价高；但操作简单；专用水泵小，耗电量较均匀。,7气-水联合反冲洗 气-水联合冲洗具有下述特点：冲洗效果好；节约反冲洗水量；气-水联合冲洗操作较为麻烦，池子和设备较复杂，需增加鼓风机或空压机、储气罐等气冲设备。气-水联合冲洗有3种操作方式：先气洗，后水洗；先气水混合洗，再用水洗；先气洗，再气水混合洗，最后用水洗（或漂洗）。气-水联合冲洗时，总的反冲洗时间约在10min左右。,气-水

23、联合冲洗时常用长柄滤头或复合气水反冲洗配水滤砖进行布气与布水，其结构如图9-22和图9-23所示。,管廊布置管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所，要求如下：（1）力求紧凑，简捷；（2）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；（3）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；（4）便于与滤池操作室联系；（5）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道；（6）管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。,几种管廊布置方法见图，滤池数小于5个时，滤池宜采用单行排列，管廊位于滤池的一侧。当滤池数超过5个时，滤池宜采用双行排列，管廊位于两排滤池的中间。后者布置紧凑，但管廊通风、采光不如前者

24、，检修也不太方便。,（2）反冲洗影响因素冲洗强度：单位面积滤层所通过的冲洗水量，L/(sm2)滤层膨胀度：反冲洗时滤层膨胀所增加的厚度与膨胀前厚度之比，e冲洗强度大 e大 剪切力增大 但摩擦减少因此应有一个最佳值。,（3）冲洗水排出与供给 1)冲洗排水槽与集水槽（冲洗水的排出）,2）冲洗水塔与水泵（冲洗水的供给）,出水槽,出水槽运行过程,（七）过滤工艺控制,1滤速与处理量的控制滤速是滤池单位面积在单位时间内的滤水量。当滤速太大时，一方面滤池出水水质会降低，另一方面还会使工作周期缩短，冲洗频率增大，导致总冲洗水量的增加；当滤速太小时，一方面会使过滤污水量降低，影响总的处理能力，另一方面由于杂质穿

25、透深度变浅，主要集中在表层，使下层滤料起不到过滤作用。当入流污水水质、滤料粒径级配及滤料深度一定时，其最佳滤速为保证出水要求前提下的最大滤速。,（七）过滤工艺控制,2工作周期的控制滤池的工作周期系指开始过滤至需要冲洗所持续的时间。在运行控制中，需要对滤池是否需要冲洗做出判断，此即确定滤池的工作周期。一般有三种办法：当水头损失增至最高允许值时，应进行反冲洗；当出水水质降到最低允许值时，应立即冲洗；根据经验，定时冲洗。,3冲洗强度及冲洗历时的控制滤池反冲洗过程中，滤料颗粒表面的污物主要是靠冲洗水流的剪力以及颗粒之间的摩擦去除的。要保证冲洗效果，必须合理地控制冲洗强度和冲洗历时。冲洗强度太小，滤料膨胀不起来，起不到冲洗效果；冲洗强度太大，会使滤层强制过度分级或将表层细滤料冲走，并且浪费冲洗水。冲洗历时的影响则是：冲洗历时太短，冲洗不彻底；历时太长，则浪费冲洗水，而且缩短工作周期。最佳冲洗强度及历时可由模拟试验确定，但大多数都是在试运行中试验确定。,（七）过滤工艺控制,