《环境工程学》PPT课件.ppt

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1、环境工程学,水的物理化学处理方法,第一节 水中粗大颗粒物质的去除（理解）第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除（掌握 计算 应用）第三节 水中溶解物质的去除（掌握）第四节 水中有害微生物的去除（理解）第五节 水的其他物理化学处理方法（了解）,粒径在0.1或1mm以上,第一节 水中粗大颗粒物质的去除,去除方法,筛滤,截留,沉降,离心,相应设备,格栅,筛网,微滤机,离心机,旋流分离器,预处理,1.格栅、筛网、微滤机,1.1 格栅1.1.1 格栅的结构,格栅的隙缝：,进水泵站前50 mm,沉砂池或沉淀池前1530mm，最大为40mm,若水泵前格栅隙缝不大于 25 mm，则处理系统前不再设格栅。,格栅的

2、分类,简单格栅,水头损失,机械格栅,格栅,回转式机械格栅实物,格栅,回转式格栅,无动力水力格栅,NC格栅,常用的机械格栅设备,NC型格栅 工作原理：由机架、动力装置、齿耙和电控箱组成。斜置于污水通道中，与地面形成一定的倾角，栅条与机架固定在一起，栅条用于拦截水中污物，以传动链条固定数组除污齿耙，齿耙伸入栅条缝隙中，连续不断地将栅条拦截下的固体提升至顶端，在链条运动时，固体物掉落到栅条后的收集筐中。,设计主要参数,设备宽度、有效栅宽、有效栅隙、运动速度、水流速度、电机功率、安装角度、栅槽深度、格栅地面高度。,讨论：,当通过格栅的水流速度过快时会出现什么问题？当通过格栅的水流速度过慢时又会出现什么

3、问题？,格栅设计安装要求,通过格栅的水流速度应保持在0.61.0ms之间，一般可取0.7ms(平均流量时)。一般当通过格栅时的水头损失达1015cm时应予清捞。为了避免造成壅水现象，栅后的渠底应比栅前低1015cm。如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁通道。旁通道进口处设有间距为75一l00m的垂直栅条。,1.2 筛网,当需要去除水中纤维、，纸浆，藻类等稍小的杂物时，可选用不同孔径的筛网。孔径小于10mm的筛网主要用于工业废水的预处理，它可将尺寸大于3mm的漂浮物截留在网上。孔径小于01mm的细筛网则用于处理后出水的最终处理或作为重复利用水的处理。筛网装置有转鼓式、旋转式、转盘式和振动筛等。在大

4、型地面水处理厂的取水口处常装有旋转式筛网，它是由绕在上、下两个旋转轴上的连续金属丝网组成的。网丝直径常为2mm，网丝间净距一般为4一l0mm。旋转筛网由电机带动，线速度4mmin。可自动连续进行高压水清洗。,转鼓式筛网的示意图,1.3 微滤机,微滤机具有占地面积小、过滤能力大、操作方便等优点，可用于自来水厂原水过滤以去除藻类、水蚤等浮游生物，也可用于工业用水的过滤处理、工业废水中有用物质的回收(如造纸废水的白水微滤净化和纸浆回收)以及污水的最终处理等。,微滤机结构示意图,转鼓,池,水槽,出水,集渣斗,排渣,冲洗设备,微滤机是个鼓状的金属框架，微滤机的处理能力与滤网孔径及悬浮物的性质和浓度有关。

5、例如用孔径为35 m的滤网处理含藻湖水时，产水率可达30127m3m2h，除藻率在60以上，用孔径65 m的滤网处理造纸白水时，纸浆回收率达8090。,分离因素？,压力式水力旋流器,重力式水力旋流器,离心力产生方式类型,水旋分离设备,器旋分离设备：离心机,a=,离心力,重力,C=（m m0)u2/r,F=（m m0)g,r n2/900,2.离心分离,重力式水力旋流器,重力式水力旋流器也称水力旋流沉淀池。废水由切线方向进入池内，造成旋流。与压力式旋流器相比，这种水力旋流沉淀池直径要大得多，离心力的作用减弱，颗粒的分离主要是由重力决定的。在这两种力的作用下，颗粒被抛向池壁并沉于池底，定期由抓斗排

6、渣。压力式水力旋流器的表面负荷比较高，可达1000m3m2h，但水力旋流沉淀池的表面负荷一般只有2530m3 m2h。,离心机,按分离因素的大小可,1500 低速离心机,=15003000 低速离心机,3000 高速离心机,常速离心机,离心机分离容器几何形状,转筒式离心机,管式离心机,盘式离心机,板式离心机,离心机,离心机的种类很多，按分离因素的大小可分为低速离心机(a3000)。中、低速离心机又统称常速离心机。按离心机分离容器几何形状的不同，又可分为转筒式离心机、管式离心机、盘式离心机和板式离心机等。在水处理工程中，常速离心机多用于污泥或化学沉渣的脱水，而高速离心机(转速达500015000

7、rmin)则适用于废水中乳化油的分离等，例如用高速离心机来处理洗毛废水，不仅可净化水质，还可回收经济价值甚高的羊毛脂。,第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除,一、沉淀（一）沉淀基础理论,过流率u的计算,在沉淀池设计中，两个最重要的参数。第一个为絮体沉降速率 u0，第二个为沉淀池的设计速率，称之为过流率u 通常我们选择一终端速度为u0的颗粒，即全部终端速度等于或大于u0的颗粒都会被去除。产生澄清水的速率等于Qmax A u0沉砂池的水流断面积 A=Qmax/u0过流率u：也称之为表面负荷率p，可以看作每天每1m2的沉淀池表面积上所流经的水量（m3/d)。,理想的沉淀池示意图,H,进水区,出水区,

8、（一）沉淀理论基础,沉降类型,自由沉降,絮凝沉降,拥挤沉降,压缩沉降,颗粒参数,下沉速度,产生条件,初沉池初期沉淀,初沉池中期沉淀和二沉初期,二沉池后期,污泥浓缩池,不变，离散状态,尺寸质量渐大,不变，颗粒相对位置不变,不变，颗粒挤压,不受干扰,渐大,界面沉速,沉速加上重力挤压,1、自由沉降,特性：悬浮物为低浓度离散颗粒，如沙砾、铁屑等，沉降不受周围其他颗粒的影响。（1）由公式计算得到过流量（2）由试验作图得到过流量,（1）由公式计算得到过流量,牛顿提出：落入静止流体中的颗粒会进行加速运动，直到作用于颗粒上的摩擦阻力与颗粒的牵引力相等为止，这时颗粒作匀速运动。,浮力fb,重力fg,平衡态,浮力

9、,重力,阻力fd,合力fn=fg-fb=(s-)gVs,阻力fd=CdAs u2/2,公式导出,当fn=fd时，颗粒将以等速下沉，对球形均质颗粒有：CdAs u2/2=(s-)gVs 由于Cd 不是常数，随表征水流紊乱情况的雷诺数Re而改变，当Re 2时有：Cd 24/Re，Re=u d/代如上式则导出Stokes Formula,Stokes Formula,：水的动力粘度，Pasd:颗粒直径，m:颗粒密度，kgm-3 g：重力加速度，ms-2,司托克公式,对于雷诺数不同的水流环境，颗粒沉降情况差别很大，必须通过沉降实验来确定水样的沉降性能。,（2）自由沉降实验得到过流率u,在水处理实践中遇

10、到的颗粒情况，计算是困难的试验在沉淀柱中进行，首先将沉淀柱装满待分析的悬浮液。然后，悬浮液开始沉降，经过一定时间后，从水深为H处取水样，测量其悬浮物浓度。这时 u0H/t0,绘制沉淀时间与沉淀效率的关系曲线、颗粒沉速与沉淀效率E的关系曲线；,H有效水深C0 水样中悬浮物的原始浓度沉降开始后，在时间为t1，时从水深为H处取一水样，测出其悬浮物浓度为c1，则沉速大于u1=H1/t1的所有颗粒均已通过取样点，沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比例为x1=c1/c0。对于指定的沉淀时间t0，沉速为u0，这时在整个有效深度(H)上，沉速uu0的颗粒在t0时可全部去除，而沉速u u0的颗粒则只有一部分去除，其

11、去除的比例为：hH=u t0/u0 t0=u/u0总去除率=?,例题,初级沉淀池去除效率的计算确定废水处理沉淀池的去除效率，沉淀池的临界溢流速度为2m3/m2.h，废水所含颗粒的沉降速度分布示于下表。确定去除率。,1、对各速度范围取范围上下限的平均值。2、每个速度范围的去除分额，即用平均沉降速度除以临界溢流速度。3、确定去除的颗粒数，即进水颗粒数乘去除百分率。,请计算去除百分率,绘制曲线（请翻到课本80页）,E=（1-x0)+1/u0 udx,x0,0,例题：某废水静置沉淀试验数据如表1，试验有效水深H2m，求此废水在负荷为25m3/m2d的悬浮物质理论总沉降去除率。解：,指定的颗粒沉降速度为

12、u0：25m3/m2d25100cm/（2460min）1.74cm/min,计算曲面面积可得积分项。,从图上可知，1.74对应的残余百分数为54%，小于沉降速度1.74cm/min的颗粒与全部颗粒的比值为54%。,上述面积总和：45.3,悬浮物质总去除率为：E（10.54）45.3/1.740.7171。,通过公式E=（1-x0)+1/u0 udx,x0,0,E-t 与 E-u曲线的绘制,E-t 与 E-u曲线的绘制,E-u曲线与水深无关！,2、絮凝沉降,目前尚没有适当的数学关系式来描述絮凝沉淀。在悬浮物沉降过程中，悬浮颗粒因互相碰撞凝聚而使尺寸变大，沉速随池深增加而增加。在絮凝沉淀过程中，

13、对于一定的颗粒，不同水深将有不同的沉淀效率，水深增大，沉淀效率也增高，这是因为絮凝后颗粒的沉速加大。所以，Eu曲线与试验水深有关。这与自由沉降过程是不同的。,絮凝沉降特点,在絮凝沉降过程中，悬浮颗粒因互相碰撞凝聚而使尺寸变大，沉速将随深度而增加。同时水深越深，较大颗粒追上较小颗粒而发生碰撞并凝聚的可能性也越大。因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。,絮凝沉降实验得到过流率u,在柱筒的不同深处设有取样口，在不同的沉淀时间，从不同的深处取样，测处悬浮物的浓度，并计算出悬浮物的去 除率。将这些去除率点绘于相应的深度与时间的坐标上得到等浓度曲线。,絮凝沉降实验,例题：一废水在有效水深

14、1.8米的沉淀柱内进行沉降试验，数据如图所示。求沉淀时间60分钟时的悬浮物总去除率。,解：由图可知，60分钟时取样口的去除率为48%。此时沉降速度大于u0：1800/（6060）0.5mm/s的颗粒物占总颗粒物浓度的48%。沉降速度小于u0的颗粒沉降去除率为u/u0，在去除率5065%之间的颗粒平均沉降速度为：1.3100/（6060）0.35 mm/s。去除率6580%之间的颗粒平均沉降速度为：0.7 1000/（6060）0.2 mm/s总去除百分数为：EE0P1u1/u0+P2u2/u0，其中P1、P2为沉淀百分数的差值，则：E48+（50-48）1.71.8+（65-50）1.31.8

15、+（80-65）0.71.8 66.5（）,3、压缩沉降,当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间隙相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗粒下沉所置换的液体体积的上涌也会对周围颗粒的下沉产生影响。因此，颗粒的实际沉降速度应是自由沉降时的沉速减去液体的上涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清而下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，这种沉降过程称之为压缩沉降（成层沉降）。,形成条件：,当悬浮物质的数量占液体体积的1左右时就会出现拥挤沉降现象。如果颗粒的絮凝性能增加，则出现拥挤沉降的浓度将减小。在水处理中，高浊度水的沉淀、混凝沉淀、生物处

16、理(如曝气池)后活性污泥的沉淀等都有可能出现拥挤沉降。,理想的沉淀池简化的理想状态：,1、沉淀池中各过水断面上各点的流速均以 作水平流动；2、进水中的悬浮颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速与水流相同u，并以竖直分速u等速下沉；3、悬浮颗粒落到池底即可认为被除去。,对理论过流量的修订,在实际沉淀池中，情况要比理想沉淀池复杂得多，前面的简化条件都会因紊流、风吹、水温等影响而引起偏差。所以需要对理论值加以修正。通常可取 q=q0/1.5或 t=(1.52)t0所有形式的沉淀池均有典型的设计值，这些数据通常可以取代实验室或中试数据。如果有充足的时间和资金，设计工程师会针对沉淀区的设计，进行实验室试验。,

17、2.沉砂池池型,三种,平流式沉砂池,竖流式沉砂池,曝气式沉砂池,平流式沉砂池,特点：构造简单、工作稳定、处理效果好、易于排砂,问题：看图回答平流式沉砂池设计参数有哪些？,设计参数：池宽、池长、池高、沉砂斗容积、格数、渣斗尺寸,平流式沉砂池设计,无沉淀实验资料时，按公式计算：1、沉砂池的水流断面积 A=Qmax/u2、池总宽度 B=A/h2;单宽b=B/n3、池长 L=u t4、沉砂斗所需容积 V=（86400 Qmax X1T）/Kz 1065、池总高 H=h1+h2+h3 6、验算最小流速 u min=Qmax/n1 wmin,平流式沉砂池设计参数,设计流量:当废水以自流方式进入时，应取最大

18、小时流量；当用泵送入时，应取工作水泵的最大的最大组合流量。分格数:一般不少于2，并按并联方式运行。流速:应控制在最大流速0.3和最小流速0.15m/s，以保证重大颗粒物下沉而让有机物随水流流出。停留时间:流量最大时，废水在池内的停留时间不小于30s，一般为3060s。结构尺寸:有效水深一般为0.251.0m，不大于1.2m，超高不大于0.3m，每格宽不小于0.6m，城市生活污水可按每106m3废水产生30m3沉渣，贮砂斗按2日贮砂量设计，斗壁倾角不小于55，池底以0.010.02的坡度坡向砂斗）,曝气沉砂池,特点：向池内通入空气，避免沉渣发臭，集曝气与沉砂为一体，不但可使沉砂中有机物降低至5%

19、以下，而且有预曝气的功能。,曝气沉砂池主要设计参数,废水在池内的水平流速一般取0.080.12m/s，在过水断面周边的最大旋转线速为0.250.4m/s。废水在池内的停留时间取36min，最大流量时为13min.有效水深取23m，宽深比为11.5：1，长宽比可达5：1。曝气装置多采用穿孔管曝气器，孔径2.56.0mm，曝气管安装在池壁一侧距池底0.60.9m处，曝气量为0.10.2m3（空气）/m3（水）或1.5m3（空气）/m3（池容）h。,曝气沉砂池计算要点,1、总有效容积V（m3）由最大设计流量Q（m3/s）和相应的停留时间t(min)计算；2、过水断面积F（m2）由Q和相应的水平流速u

20、1（m/s）计算；3、池长L（m）用V和F计算；4、池总宽B（m）由F和有效水深h2（m）计算；5、空气需要量qn(m3/h)由Q和1 m3废水所需空气量d（m3/m3）确定。,36min,0.080.12m/s,23m,0.1 m3/m3,例题：某城市污水的最大流量为1m3/s。试设计一个曝气沉砂池。,解：取污水在池内的停留时间t3min。则池子总容积V为：VQt601360180（m3）取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s，则水流断面积A：A Q/u1/0.110（m2）设计有效水深取2.5m，则池宽B10/2.54（m)池长L V/A180/1018（m）取每立方污水所需曝气量为

21、0.1m3空气，所需每小时总曝气量：q0.113600360m3 EXP P50,3、普通沉淀池的设计,类型,平流式沉淀池,竖流式沉淀池,辐射式沉淀池,3.1 平流式沉淀池,普通平流池入流区和出流区的设计,基本要求：使污水尽可能地在沉淀区各个断面均匀分布，既有利于沉降，又要使出水中不携带过多的悬浮物。,入流区：挡板需高出水面0.150.2m，淹没深度不小于0.2m，距离进水口0.51.0m。为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在1015%，孔口的边长或直径应为50150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.120.15m处，最末一排的下缘应在污泥层以上0.30.5m处.,孔径要相等，分

22、布均匀，淹没深度在0.150.2m,出流区：出流堰前若设挡板，可用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.30.4m，距溢流堰0.25 0.5 m；,设计的主要内容：1、沉降区表面积 A=Q/q；2、由与Q对应的水平流速u（一般取57m/s）和沉降时间t（一般取1.52.0h），计算沉降区池长L2；3、按B2=A/L2计算池宽，并按L2/b=35的要求得单池或单格宽b的近似尺寸；有效水深H=qt=ut4、由n=B2/b确定沉淀池座数或分格数n，在满足L2/b4 的要求下，调整 B2或b；5、按过流率设计后，校核水平流速u。6、在采用机械刮泥时，b值还必须与刮泥机的架桁相匹配。,平流池沉淀池的设计,

23、过流率,设计的主要内容：1、缓冲层高度：池子的长深比L/H一般采用812。为了防止水流将沉泥冲起，在有效水深下面和污泥区之间还需有一定高度的缓冲区。无机械刮泥时，缓冲层高度为05m，有机械刮泥时，缓冲层的上缘应高出刮泥顶板03m。在有效水深以上还需有03m的保护高度(常称超高)。2、泥斗容积 V=3、沉淀池总高=h1+h2+h3+h4+h5,平流池污泥池的设计,Q(C1-C2)10024,(100-p),设计实例,例24 生活污水流量500m3h，悬浮物浓度250mgl，静置沉淀试验结果经整理后如图216所示。若要求悬浮物去除率为65，求平流式沉淀池的主要尺寸。解：由图216及例23可知：去除

24、率65时相应的沉淀时间大致为1小时，相应于该沉淀效果的颗粒截流速度：u0=1.8mh=q。q=1/1.5 q。=1.2。A=Q/q=417m2，采用四座池子，每座池子面积为104m2。每池宽度根据刮泥机规格，取4.5m，则池长为1044.5=23m。长:宽=23:4.5=5.14。池深采用试验柱有效水深1.8m。池子的有效容积w=417X1.8=750.6m3。设计停留时间t=750.6/500=1.5h。进水区、出水区长度可分别取0.5m、0.3m。于是池子总长度为：L=23+0.5+0.3=23.8m。取排泥周期T=1天，则污泥体积为V=24QT（C0-C）100/（100-P）103,沉

25、淀池设计,3.2竖流式沉淀池,3.3 辐流式沉淀池,沉淀轨迹,竖流式沉淀池设计要点,池直径与沉淀区的比值不超过3池子直径一般为47m，不超过10m中心管流速不大于30mm/s沉淀区上流速度不应大于设计的颗粒截流速度沉淀时间1.52.0小时适用：小水量。,其他辐流式沉淀池,其他辐流式沉淀池,辐流式沉淀池设计要点,沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u池深按停留时间计算 H=ut污泥斗坡度0.050.10,沉淀池类型的选择,考虑以下因素：(1)水量的大小；(2)水中悬浮物质的物理性质及其沉降特性；(3)处理厂的总体布置与地形地质情况等。注意参照表2-6和表2-7,4、斜板斜管沉淀池,沉砂池的水流断面积

26、 A=Q/u u=Q/A t=H/u,浅池沉降原理：若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的1n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果.这说明，沉淀池越浅，就越能缩短沉淀时间。,与普通沉淀池相比，斜板斜管沉淀池之所以能大幅度提高生产能力，主要是由于增加了沉淀池的面积和改善了水力条件的缘故。,斜板斜管沉淀池的设计,分类,异向流(逆向流),同向流,侧向流(横向流),水流和泥流的相对方向,泥,水,11.2,板间距为80120mm,板材料,斜板斜管沉淀的优缺点,与普通沉淀池相比，沉淀效率大幅度提高；池子占地面积大幅度减小；池子体积小，单位面

27、积上 量增加，易泛泥，影响出水水质；污水停留时间短，因而耐冲击负荷的能力差；施工质量要求严格；材料若过薄易变形，造成污泥淤积；斜管上部易孽生藻类；,应用范围：给水净化，隔油,优点与缺点是相对的，斜板沉淀容易出现什么问题呢？,课外阅读,斜板沉淀池的设计及计算,沉淀小结,沉淀的原理（四种类型）重点、难点,斜板式沉淀池,二 混 凝,当悬浮颗粒不能自发的沉淀时，我们需要将小颗粒转变为较大的絮体，再将其沉淀。混凝：一种改变胶体颗粒性质，使它们能够彼此接近并附着，从而产生较大的絮体颗粒的方法。,1、胶体的稳定性,颗粒的粒径太小了，无法短时间内沉淀或被虑床的孔隙拦截。大部分胶体带负电荷，在与其他胶体颗粒碰撞

28、前，彼此间有排斥作用。,混凝过程理论,溶液中加入大量的高价反离子电解质可以有效地压缩胶体离子的扩散层，使胶体之间的距离小于C0，引力大于斥力，胶体聚合，发生沉降。,Emax,C0,C0,斥力,引力,2、胶体的脱稳,胶体的脱稳,压缩双电层,吸附电中和作用,吸附架桥作用,网捕作用,3、混凝剂,（1）加什么混凝剂？（2）加多少混凝剂？（3）怎么加混凝剂？,问题,药剂作为混凝剂应该满足那些要求？1）三价阳离子2）无毒性3）在中性pH范围内为不溶性的4）便宜易得,胶状片状粉状,（1）常用混凝剂,铝盐,铁盐,有机合成高分子絮凝剂,天然高分子絮凝剂,常用助凝剂,pH调整剂：H2SO4、CO2、Ca（OH)2

29、、NaOH、Na2CO3,絮体结构调整剂:水玻璃、活性硅酸、粉煤灰、粘土,氧化剂：有机物高时，加Cl2、Ca（ClO)2和Na ClO等；用铁盐作混凝剂时，加O2和Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，以提高混凝效果。,易形成泡沫,助凝剂：与混凝剂一起使用，以促进水的混凝的辅助药剂。助凝剂本身可以起混凝作用，也可以不起混凝作用。,（2）混凝剂投加量的选择,不同的pH对混凝剂的形态影响很大，直接影响到混凝剂的混凝机理。pH较低，胶体浓度和混凝剂浓度不高时，以脱稳凝聚为主；pH较高，胶体浓度不高，但混凝剂浓度较高时，以网捕絮凝为主；pH接近中性，胶体浓度和混凝剂浓度适量时，桥连絮凝为主,药剂投加量的一般

30、规律,一般而言，药剂与胶体浓度之间存在线性的化学计量关系，那么混凝剂是否是这样呢？,混凝剂投加量的一般规律,1）当用铝铁盐处理含低浓度胶体废水时，凝聚方式以网捕作用最为有效，此时混凝剂的投加量必须超过它们的氢氧化物在水中的极限溶解度，且最佳用量G1随胶体浓度的增大而降低；2）胶体浓度较高时，宜用电性中和和压缩双电层来脱稳，此时凝聚剂的最佳用量G2低于网捕絮凝用量，且与胶体浓度之间存在线性的化学计量关系；3）胶体浓度很高时，混凝剂用量低于1）而高于2）；此时，采用高分子絮凝剂比用无机金属盐更经济有效，其最佳用量与胶体浓度之间亦存在线性的化学计量关系，4）不论使用何种混凝剂，投加量都必须适当。量不

31、足，达不到应有的混凝效果，量过大则会造成胶体复稳。,（3）混凝剂的投加方法,方法,干法,湿法,水力搅拌,机械搅拌,计量泵,水射器,孔口计量设备重力投加,水泵混合,管道混合,机械搅拌混合槽,溶解池,溶液池甲,溶液池乙,定量控制设备,投药设备,混合设备,药剂,水,搅拌,水,水,搅拌,搅拌,管道混合加药,剂量：普通铁铝盐1030mg/l；聚合盐为普通盐的1/21/3；有机高分子絮凝剂通常只需15mg/l,混凝的工艺条件,水温 2030C为宜pH值和碱度混凝剂的种类和加量搅拌强度和搅拌时间,高分子絮凝剂除在离解时产生H+和OH-外，一般受pH影响较小；铁、铝盐水解时不断产生H+，导致pH下降，应用碱性

32、物质中和，可采取投加石灰的方法。投加量：C=84CR/AR-28(B-d)CR为混凝剂中铁、铝含量AR为铁、铝原子量B为原水碱度d为剩余碱度，一般取0.51.0mg当量/l,若水中的污染物主要是细微悬浮物或次生化学沉淀物，可单独采用高分子絮凝剂；若污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应首先投加 无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子絮凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。原则：阴离子型和非离子型主要用于去除浓度较高的细微悬浮物，但前者适合中性和碱性水质，后者适合中性至酸性水质；阳离子主要用于去除胶体状有机物，酸性和碱性均可。,搅拌强度是关键的设计参数,搅拌强度和搅拌时间,药剂进入水体中一

33、般经过两个过程：混合：是化学药剂快速且均匀地分散于水体中地过程。絮凝：药剂在水中形成矾花并在与其他矾花接触过程中聚集，形成更大的颗粒的过程。,反应设备参数设计,水流速度梯度G=,du,dy,P为单位体积所需功率，为水的动力粘滞系数,用机械搅拌时，,N为电机的功率,用水力搅拌时，,r为水的容重，H为水流过池子的水头损失,混合阶段G=5001000s-1，混合时间1030秒,反应阶段G=10100，反应时间1030分钟,GT值：速度梯度和停留时间的乘积。GTC值：GT值和颗粒浓度的乘积。用GT值和GTC值来控制反应效果，通常GT值大约在10000100000之间；GTC值大约100。,混凝小结,混

34、凝的原理,混凝剂,常用混凝剂,混凝剂的投加量,混凝的工艺条件,混凝剂的投加方法,三、澄清池,原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。,四、过滤,过滤机理：1、阻力截留2、重力沉降3、接触絮凝,原水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。据估计，1立方米粒径为05毫米的滤料中就拥有400平方米不受水力冲刷而可供悬浮牧沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。,由于滤

35、料具有巨大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。此外，砂粒在水中常带有表面负电荷，能吸附带正电荷的铁，铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的粘土和多种有机物等胶体，在砂粒上发生接触絮凝。在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还能起接触碰撞的媒介作用，促进其凝聚过程。,对粒径较大的悬浮颗粒，以阻力截留为主，由于这一过程主要发生在滤料表层，通常称为表面过滤。对于细微悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤。,水和废水通过粒状滤料(如石英砂)床层时，其中的悬浮颗粒和肢体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法

36、称为粒状介质过滤。,滤池类型,按滤料种类分,单层滤池,双层滤池,多层滤池,按水头分,重力式滤池,压力滤池,按进出水及排除方式分,普通快滤池,虹吸滤池,无阀滤池,45米水头,1520米水头,普通快滤池,是应用较广的池型之一，一般是矩形的钢筋混凝土池子，可以几个池子相连成单行或双行排列,过滤工艺过程包括过滤和反洗两个基本阶段。,普通快滤池,滤料,滤料是虑池中最重要的组成部分，是完成过滤的主要介质。优良的料须满足：机械强度 化学稳定性 空隙率,滤料的性能指标,（1）有效直径和不均匀系数：有效直径是指能使10的滤料通过的筛孔直径(mm)，以d10表示，即粒径小于d10的滤料占总量的10。同样，d80表

37、示能使80的滤料通过的筛孔直径(mm)。d80与d10的比值就称为滤料的不均匀系数，以K80表示。,不均匀系数越大，则滤料越不均匀，小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤料的空隙率和纳污能力降低，水头损失增大，因此不均匀系数以小为佳。1.651.8,（2）滤料的纳污能力：指滤料层承纳污染物的容量。其含义是在保证出水水质的前提下，在过滤周期内单位体积滤料中能截留的污物量，以kgm3或gcm3表示。其大小与滤料的粒径，形状等因素有关。（3）滤料的空隙率：空隙率是指在一定体积的滤层中空隙所占的体积与总体积的比值。常用的石英砂和白煤滤料的空隙率分别为04和05。（4）滤料的比表面积：是指单位重量或单位

38、体积滤料所具有的表面积，以cm2g或cm2 c m3 表示。,多层滤料床层的粒径分布图,问题：对于单层滤料，细砂置于最顶层时会出现什么问题？细砂置于最底层时会出现什么问题？,过滤时的水头损失,假设在整个过滤周期内，滤池的水位和滤速都保持不变，那么如果测得滤池进水、出水以及出水阀后的水头，就能得出滤池各部位水头损失的变化情况。滤池的总水头可分解为：流经滤料层的水头损失:Ht流经垫层和集水系统的水头损失:h1流经流量控制阀的水头损失:ht出水管内流速水头损失:v2/2g剩余水头:h,普通快滤池设计要点,设计滤速:单层砂滤池的滤速v一般为812m/h，双层滤池一般为1216 m/h。滤池总表面积：A

39、=Q/v Q为设计最大流量滤池形状：长宽比一般为1.251.5：1滤池总深度：垫层为0.40.5m，滤层为0.70.75m，滤池上面水深1.5-2m。滤池总水深约2.53.5m,快滤池的反冲洗,滤池反冲洗的质量的好坏，对滤池的工作有很大的影响。滤池反冲洗的目的是恢复滤料的工作能力。沉积于滤层内的污染物是靠上升的反冲洗水剪切力以及滤料颗粒间的碰撞，摩擦而剥落下来，并随水洗冲走。反冲洗强度 小 大,快滤池的反冲洗,膨胀率:e=(L-L0)/L0100%一般e值取4550。反冲洗强度：单层滤池一般为1215m/h，双层滤池为1316m/h。,反冲水,普通快滤池,粗砾石,石英砂,配水系统,五 气 浮,

40、问题：肥皂能够去除衣物上的污垢的原理是什么？洗面奶能够洗去脸上的污垢的原理是什么？,气 浮,一、气浮理论基础 气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水处理方法。气浮分离的对象是乳化油以及疏水性细微固体悬浮物。,实现气浮分离的三个条件：1、必须使待分离的污染物形成不溶性的固体或液体悬浮体；2、必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附；3、必须在水中产生足够数量的细微气泡。,（一）气浮的理论基础,实现气浮分离过程的必要条件是使污染物能够粘附在气泡上。气、液、固(液)三相介质的问题。界面能的大小可用下式表示：=S式中r界面张力(Nm)S 界面面积(

41、m2)界面能有降低到最小的趋势，当水中有气泡存在时，悬浮颗粒就力图黏附在气泡上而降低其界面能。,悬浮颗粒与气泡的黏附性,悬浮颗粒与气泡的黏附性取决于水对该种物质的润湿性。水对各种物质润湿性的大小可用它们与水的接触角来衡量。,水对颗粒物质的润湿性,当0时，这种物质不能气浮；90，这种物质附着不牢，易于分离；当180 时，这种物质易被气浮。,对于亲水性颗粒,对于亲水性颗粒，若用气浮法进行分离，则需要经过浮选剂处理，使颗粒表面转变为具有疏水性而附着于气泡上。在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的污染物变为疏水性，从而能附着在气泡上，然后一起浮升到水面而加以去除的又一种水处理方法，称之为药剂浮选法。

42、浮选分离的对象是亲水性固体悬浮物及重金属离子等。两者的理论基础是相同的，有时统称为气浮法。,浮选剂,浮选剂大多是由极性非极性分子所组成，一般用符号O一表示。浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质所吸附，非极性基团则朝向水。这样亲水性物质的表面就具有疏水性而黏附在空气泡上了。同时浮选剂还有促进气泡的作用。常见的浮选剂有：松香油、脂肪酸盐等,气浮法分类,按照产生微细气泡的方法不同，可分为1、电解气浮法 2、溶解空气 加压溶气气浮法 气浮法 真空气浮法,二、气浮设备,小结 第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除,一、沉 淀（重点、难点）二、混 凝（掌握）三、澄清池（了解）四、过 滤（掌握）五、气 浮（理

43、解）,第三节 水中溶解物质的去除,一、水的软化和除盐（了解）二、离子交换法（理解）三、吸附法（重点）四、膜分离技术（理解）,（一）软化的基本方法 加热软化：不能去除非碳酸盐硬度，很少使用 药剂软化：加入石灰，纯碱，石膏等药剂，使Ca2+，Mg2+等离子沉淀。但是会有少量不能沉淀，有残余硬度。离子交换：用离子交换剂，将Ca2+，Mg2+等离子交换出来，比较彻底。（二）除盐的基本方法 有蒸馏法，离子交换法，电渗析等。,一、水的软化和除盐,离子交换的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它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。,二、离子交换法,离子交

44、换是可逆反应：RH+M+RM+H+K=RM+H+/RM+H+k1,反应向右边进行,（一）离子交换剂,绐水处理中常用的离子交换剂有磺化煤和离子交换树脂。废水处理中使用的主要是离子交换树脂。,按活性基团不同,按树脂类型和孔隙结构不同,离子交换树脂按树脂的类型,分类,凝胶型树脂,大孔型树脂,多孔凝胶性树脂,巨孔型(MR型)树脂,高巨孔型(超MR型)树脂,分类,含酸性基团的阳离子交换树脂,含碱性基团的阴离子交换树脂,含有胺羧基团等的 螯合树脂,含有氧化还原基团的氧化还原树脂,两性树脂,（二）离子交换树脂的性质,1、离子交换树脂的有效pH值范围：2、交换容量：mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）

45、3、交联度：4、交换势：,(1)离子的交换势，除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外，温度和浓度的影响很大。,(2)在常温和低浓度水溶液中，阳离子的原子价愈高，它的交换势愈大。,(3)在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大致上是原子序数愈高，交换势愈大，但是稀土元素情况正好相反。,(4)氢离子对阳离子交换树脂的交换势，决定于树脂的性质。对强酸性阳离子交换树脂，氢离子的交换势介于钠离子和锂离子之间，但是，对弱酸性阳离子交换树脂、氢离子具有最强的交换势，居于交换序列的首位。,(5)在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子交换树脂讲，酸根(阴离子)的交换遵循一定序列。,(6)对强碱性阴离子交换

46、树脂讲，离子的交换势随树脂的性质而异，没有一般性的规律。,(8)离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。,(9)大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。例如，弱碱性阴离子交换树脂能吸附废水中的氯苯酚。,(7)氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树脂类型。对弱碱性阴离子交换树脂，氢氧基居于首位；对强碱性阴离子交换树脂，则介于氯离子和氟离子之间。,（三）离子交换的工艺及其应用,离子交换装置,固定床,连续床,单层床,双层床,混合床,移动床,流动床,离子交换的运行步骤,交换,反洗,再生,清洗,应用实例,三、吸附法,2005年十二月的松花江污染事件发生后，中国紧急修建活性

47、炭拦截坝治污。并且运送150吨的活性炭送往俄罗斯。活性炭怎么样起作用的呢？,吸附是什么？吸附的分类常见的吸附剂有哪些？吸附剂的重要的特性是什么？吸附的工艺操作有哪些？吸附剂的再生方法有哪些？,三、吸附法,（一）吸附的概念吸附产生的根本的原因：降低表面能吸附法就是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而分离去除的方法。应用范围：用于除去用生化法难于降解的有机物，或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物，包括木质素、杂环化合物、合成染料等，或汞、锑、铋、锡、钴、镍、铬、铜、镉、金等金属离子。,在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象,（二）吸附的分类,物理吸附,化学吸附,范

48、德华力 吸附热小 可逆,化学作用 吸附热大 有选择性,物理吸附与化学吸附并不是孤立的。,（三）吸附剂,活性炭的特性：1、细孔构造提供巨大的比表面积；2、石墨型微晶体边缘的不饱和炭原子使活性炭具有一定极性；,活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、硅藻土、腐殖质、焦碳、木炭、木屑等,吸附剂要求：吸附能力强，吸附的选择性 好，吸附平衡浓度低，容易再生，机械强度好，化学稳定性好，价廉易得。,（四）吸附等温线,在一定温度下，吸附剂与被处理的水接触并达到平衡时，吸附质在溶液中的浓度和吸附剂吸附量之间的关系曲线叫做吸附等温线。吸附量的测定：在一定体积和一定浓度的吸附质溶液中，投加一定量的吸附剂，搅拌混合，直至吸附平

49、衡（即测定溶液中吸附质的剩余浓度稳定不变时）为止此时 q=V(0-e)/m,案例分析,取0.200g干离子交换纤维5份，分别加入质量浓度20mg/L自制Cr()溶液150mL。不同温度下放置不同时间后，测定自制废水中残留Cr()的质量浓度，并计算纤维与自制废水中Cr()的交换量。图中给出了纤维与自制废水中Cr()的离子交换等温曲线。,问题：这是等温曲线吗？,（四）经典吸附等温线,活性炭的平衡吸附：在一定温度下，使活性炭与被处理的水接触，并达到平衡时的溶液浓度和活性炭所吸附的有机物数量之间的关系,吸附等温线通过静态吸附实验绘出,Langmuir型吸附：吸附剂表面与被吸附的分子之间只有弱化学吸附力

50、，吸附层为单分子层。,吸附量与浓度的关系：,其中，a为与最大吸附量有关的常数，b为于吸附能量有关的常数。,变换公式：,被吸附物浓度很低：,被吸附物浓度很高：q=a,BET 型：吸附剂对分子进行多层吸附。,Cs:水中被吸附物的饱和浓度；C：水中被吸附物的浓度Am：吸附量常数；Vm：单分子吸附层最大吸附量,上式可改写为：,当C很小时：AmbCs，则（1）式化为：,（1）,Freundlich吸附：经验公式,吸附量与浓度的关系有：,取对数：,适应范围比Langmuir型吸附大一些，但是在高温下偏离较大。,自学,请翻到课本151页，计算例题。,小组讨论,设计测试沸石吸附铬离子的吸附等温线的实验方案,（