4给排水水质工程(2).ppt

,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,对于天然水源水，根据水质和用户要求，分（一）常规处理工艺1混凝（混合Mixing絮凝flocculation）；2沉淀Sedimentation3过滤Filtration；4消毒Disinfection（二）预处理和深度处理预处理Preliminary常规处理Normal深度处理Advanced处理对象：水中有机污染物（污染水源，存在“三致”物质，常规处理无法去除）,水处理的基本方法,水处理的任务是根据水质指标和标准，通过处理，达到生活饮用、工业使用或去污重复使用、达标排放的要求。给水、废水处理方法和机理基本相同，只是效果不同。,给水处理的基本方法及工艺流程,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,污水处理的基本方法,废水物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质。应用的工艺有：筛滤截留、重力分离（自然沉淀、上浮）、离心分离等。设备和构筑物则有格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、微滤机、气浮装置、离心机、旋流分离器等。（1）格栅Screening它是由一组平行的金属栅条制成的框架，斜置成6070于废水流经的渠道上，当废水流过时，呈块状的污染物质即被栅条所截留，而从废水中去除，它是一种对后续处理构筑物或废水提升泵站有保护作用的设备，筛网截留亦属于这一性质的设备。,1物理法PhysicalTreatment,按作用原理分,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,（2）沉淀池Sedimentationtank与沉砂池Gritchamber使废水在池内的流速降低，这样废水中的固体物质在其自身重力作用下下沉，而使固体物质与水分离，这种工艺分离效果好、简单易，应用广泛，往往在处理废水过程中多次使用，是一种十分重要的理构筑物。沉淀池主要用于去除废水中大量的呈颗粒状的悬浮固，沉砂池主要去除废水中比重较大的固体颗粒。（3）气浮装置Flotationunit对一些比重接近于水的细微颗粒，借其自重难于下沉或上浮，可采用气浮装置，采取技术措施使空气以细小气泡的形式散布于水中，并与颗粒附聚在一起，形成浮选体，上浮到水面而与水分离。（4）离心Centrifugal与旋流Vortexseparator分离使含有悬浮固体或乳化油的废水在设备中进行高速旋转，由于悬浮固体和废水的质量不同，受到的离心力也不同，质量大的悬浮固体被抛甩到废水外侧，这样就可使悬浮固体和废水分别通过各自出口排出设备之外，使废水得以净化。,1物理法PhysicalTreatment,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,向废水中投加某些化学药剂，通过化学反应达到净化废水的目的。（1）中和法Neutralization（2）混凝Coagulation（3）氧化还原Oxidationandreduction氧化剂有氧、纯氧、臭氧、氯气、次氯酸钠、三氯化铁等，还原剂有铁、锌、锡、锰、二氧化硫、石灰等。（4）吸附Adsorption吸附作用就是发生在不同相界面上的物质传递，废水处理主要是固体物质表面对废水中污染物质的吸附，吸附可分为物理、化学和生物吸附等。物理吸附是吸附剂和吸附质之间在分子力作用下产生的，不产生化学变化，而化学吸附是吸附剂和吸附质之间由于化学键力作用下引起吸附作用的，在生物作用下也可产生吸附。常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木屑等。,2化学法,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,（5）离子交换Ionexchange去除溶解盐分（6）电渗析Electrodialysis(ED)反渗透Reverseosmosis(RO)去除溶解盐分（7）气提Gasstripping去除挥发性物质（气提塔）（8）萃取去除溶质。溶质在萃取剂和水中的溶解度差别。（9）电解Electrolysis去除溶解盐分。利用电极的氧化还原反应。,2化学法,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解胶体状态的有机污染物质，转化为稳定的无害物质。好氧氧化城市污水及有机性生产污水生物膜法；活性污泥法厌氧还原：高浓度有机污水与污水处理中产生的污泥,3生物法Biological,1一级处理PrimaryTreatment：主要去除污水中呈悬浮状态的固体物质。2二级处理SecondaryTreatment：去除呈胶体和溶解状态的有机污染物。3三级处理TertiaryTreatment：去除水中难降解的有机污染物、N、P等导致富营养化的可溶性无机物。,按污水处理程度分,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法,在天然水体及污水中含有较粗大的悬浮物质及杂质。为减轻水处理负荷，保持处理构筑物的正常运行，首先应将其去除。预处理设施：格栅、筛网、调节池。,水的预处理PreliminaryTreatment,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,一、概述1格栅是一组平行的金属栅条制成的金属框架倾斜（与水平面夹角6070）或直立（节省占地）设置在污水流经的渠道、泵站集水池的进口处或取水口进口端部。2作用：拦截较粗大的悬浮物或飘浮物质以免堵塞水泵和沉淀池排泥管，起保护作用。3栅渣：被拦截的物质叫栅渣。含水率7080，容量约750kg/m3。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,二、格栅类型及栅渣的去除方法（一）格栅类型1按形状分：（1）平面格栅由框架与栅条组成。基本参数B宽度，L长度，栅条间距e（净距），栅条至外框的距离b。B600，800，4000；L600，800，；e=10，15，20，25，30，40，50，60，80，100；表示PGABLe（2）曲面格栅固定曲面格栅；旋转鼓筒式格栅,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,2按栅条间距分：（1）粗格栅（50100mm）（2）细格栅（310mm）（3）中格栅（1040mm）,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,（二）栅渣的清除方法1人工（Handcleaned）：适于小型水厂，为方便清渣，避免渣重新落入水中，格栅安装角度以3045为宜。2机械（Mechanically）：6070传动系统有电力传动和液压传动，多用电力。齿耙用链条或钢绳拉动，移动速度2m/min。（1）履带式机械格栅（2）抓斗式机械格栅格栅内外水位差超过30cm自动启动，水位差消失后自动停车。,移动式格栅除污机,六、其他格栅除污机,转鼓式格栅除污机,钢绳式格栅除污机,工作原理：除污机抓斗呈半圆形，沿侧壁轨道上下运动、三条钢丝绳中的两条用于提升和下降，一条用于抓斗的吃入与抬起。抓斗可在旋转轴承的驱动下，以任意的角度运行，在自动运行中清污动作连续且重复。,SXJ型系列反切式旋转细格栅（筛）,弧形格栅除污机,进水泵房格栅除污机,自动机械格栅,WG型机械格栅,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,三、格栅的选择与设计（一）格栅的选择包括栅条断面、栅条清除方法的选择；栅条间距的确定。1栅条断面：圆形水力条件好，刚度差，一般多用矩形。2栅条清除方法：视栅渣量多少3栅条间距：按污水种类选择。城市污水一般1625mm。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,（二）格栅的设计尺寸计算、水力计算、栅渣量计算及清渣机械的选用。设计参数,(1)过栅流速：0.61.0m/s(2)栅前渠道内流速：0.40.9m/s(3)栅前倾角：4575，90(4)水头损失一般为：0.080.15m(5)栅渣量标准：与格栅间间隙大小有关(6)栅条间隙e:1625mm：0.100.05m3渣/103m3污水3050mm：0.030.01m3渣/103m3污水栅渣含水率80%，容重960kg/m3当栅渣量0.2m3/日，则应采用机械清渣,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,（二）格栅的设计1栅槽宽度B=S（n-1)+en;S栅条宽度，m。矩形10mm。e栅条间距。n格栅间隙数。Qmax最大设计流量，m3/s。格栅倾角。h栅前水深。v过栅流速m/s。最大0.81.0m/s，平均0.3m/s。sin经验系数,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,2过栅水头损失h1=kh0h0设计水头损失k系数，过栅受污堵塞后，水头损失增加倍数。k3。阻力系数，与栅条形状有关。当为矩形时，2.42,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,3栅槽总高度HHh+h1+h2h栅前水深，m。h1栅后槽底下降高度。（为避免造成栅前壅水）h2栅前渠道超高，一般取0.3m。4栅槽总长度L5栅渣量计算,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,格栅Screening,格栅设计注意事项：1.防止栅前垒水：栅后渠底应比栅前渠底低h。2.二个平行格栅的设计。3.栅前渠道的断面尺寸的确定：由栅前流速与栅前水深而决定,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,调节池FlowEqualizationTank,工矿企业的废水量及水质不均匀，一昼夜内变化较大，为使理构筑物正常工作，常设调节池，调节水量和水质。一、水量调节池1进水为重力流，出水用水泵抽升。有效水深23m。2调节池除线内调节（合建）外，还有线外调节（分建）。3搅拌设施：避免杂质沉积（1）水泵强制搅拌（2）空气搅拌（3）机械搅拌,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,调节池FlowEqualizationTank,水量调节池,折流调节池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,调节池FlowEqualizationTank,二、水质调节池同一时间流入池内的废水由池的左、右两侧，经过不同时间流到出水槽。（流程长短不同）。即同一时间、同一地点出水槽的废水，是在不同时间流入池内的废水混合而成，浓度不同，这就达到自动调节、均和的目的。为防止短路，设纵向隔板，间距11.5m，水深1.52m。不仅要求有足够的池容，而且要求不同时段流入池内的废水都能达到完全混合。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.1格栅和筛网、调节池,调节池FlowEqualizationTank,调节池工艺尺寸的确定先取有效水深1.52.0m，则池面积,定池宽、池长,水泵强制循环搅拌,进水集水出水纵向隔墙横向隔墙配水槽,穿孔导流槽调节池,同心圆型调节池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,基本概念,水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。包括凝聚和絮凝。凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。这两过程很难分开。混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。混凝过程涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,一、胶体的稳定性,指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因：（一）动力学稳定性（沉降稳定性）布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。布朗运动对抗重力的影响大。（二）聚集（凝聚）稳定性聚集稳定性包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体），由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变大。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,二、混凝机理,1压缩双电层加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。2吸附电中和Adsorption-chargeneutralization这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。,压缩双电层和吸附电中和作用,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,二、混凝机理,3吸附架桥Polymerbridgeformation吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见图；4沉淀物网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,架桥模型示意胶体保护示意,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,三、铝盐和铁盐的混凝特性,（一）铝盐和铁盐的水解过程1.铝盐的水解过程Al2(SO4)318H2O溶于水中，立即离解出铝离子，且常以Al(H2O)63+水会形态存在。Al3+（略去配位水分子）经过水解、聚合或配合反应可形成多种物质。Al3+Al(OH)3中间产物受PH、水温、投加量等限制。2.铁盐的水解过程（二）铝盐和铁盐的混凝特性PH3铝以Al(H2O)63+形态为主（主要是压缩双电层）PH4.56.0多核羟基配合物为主（吸附电中和）PH7.07.5中性氢氧化铝聚合物Al(OH)3n为主（吸附架桥）PH8.5络合阴离子Al(OH)4-铝盐投加量超过限度，会出现胶体保护（脱稳颗粒变号、被包卷），重新稳定。继续增大，超过Al(OH)3溶解度而产生大量沉淀物，起网捕作用,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,混凝前提是投药，按药剂作用分：混凝剂：起主要作用助凝剂：本身可起也可不起凝聚作用，与混凝剂一起能促进水的混凝，改善絮凝体条件。如污染水，胶体表面有一层有机保护膜（表面性能变化），可加氧化剂破坏保护膜，帮助混凝。（一）混凝剂1硫酸铝室温溶解度50，水温过低，硫酸铝水解困难，絮凝体松散。不宜低温低浊水。2氯化铁腐蚀性强，在溶解过程中会释放大量热量，产生热腐蚀。絮凝速度快，絮凝体密实，沉淀性能好。对低温低浊水比铝盐好，除色效果不好。,混凝剂和助凝剂,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,3硫酸亚铁绿色，易溶。只能离解出Fe2+生成简单的单核络合物，效果比Fe3+差。不能除色，Fe2+与腐植酸反应生成颜色更深的物质，色度更难去除。4PAC用铝灰，酸溶、碱溶法制成，多核配合物。混凝效果好。5PAM非离子型聚合物。适用：废水处理，给水高浊、低浊水效果好、价格高。,混凝剂和助凝剂,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,（二）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。1调节或改善混凝条件：碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。2改善絮体结构增加重量，加大矾花的粒度和结实性如活化硅酸（SiO2nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂；,混凝剂和助凝剂,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,常用的混凝剂,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；投加的凝聚剂种类与数量；使用的絮凝设备及其相关水力参数。1、水温影响水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高布朗运动减弱；水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；水温与水的pH值有关,影响水混凝的主要因素,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,2、水的pH和碱度影响水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象等密切有关。当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,3、水中悬浮物浓度的影响杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有：加高分子助凝剂；加粘土投加混凝剂后直接过滤如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,混凝控制指标相应设备有混合设备和絮凝设备。混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。平均G7001000s-1，时间通常在1030s，一般2min散药剂，此阶段杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。絮凝过程：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。在絮凝阶段，通常以G值和GT值作为控制指标。平均G2070s-1，GT1104105随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。,四、混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,五、混凝剂的配制与投加,混凝剂的溶解和溶液配制溶解池容积W1：W1=（0.20.3）W2式中W2为溶液池容积。式中：W2溶液池容积，m3Q处理的水量m3/ha混凝剂最大投加量，mg/Lc溶液浓度，一般取5%20%n每日调制次数，一般不超过3次,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,混凝剂投加混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。1.计量设备计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。2.投加方式（1）泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱是为防止空气进入，见图。（2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高，见图。（3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损，见图。（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合，见图。,泵前投加1-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球阀；6-投药苗嘴；7-水封箱；8-吸水管；9-水泵；10-压水管；,高位水箱溶液重力投加1-溶解池；2-溶液池；3-提升泵；4-水封箱；5-浮球阀；6-流量计；7-调节阀；8-压力水,水射器投加1-溶解池；2-投药箱；3-漏斗；4-水射器；5-压水管；6-高压水管,计量泵投加1-溶解池；2-计量泵；3-压水管；,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,混合设备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。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，见图。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0.30.4，直径在DN200DN1200，见图。,管式静态混合器,扩散混合器,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,混合设备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。,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,絮凝设备1.隔板絮凝池隔板絮凝池分往复式和回转式，见图。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。隔板絮凝池的设计参数：,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：46段；转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.21.5倍；絮凝时间：2030min；隔板间距：不大于0.5m，池底应有0.020.03坡度直径不小于150mm的排泥管；廊道的最小宽度不小于0.5m；各段的水头损失，总水头损失,往复式隔板絮凝池,回转式隔板絮凝池,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,絮凝设备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，但安装维修较困难，折板费用较高。其示意图见图。,单通道折板絮凝池剖面示意(a)同波折板（b)异波折板,多通道折板絮凝池示意,第4章水质工程4.2水的物理、化学及物理化学处理方法4.2.2混凝和絮凝,六、混凝设备,絮凝设备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