水污染控制工程 教案.doc

水污染控制工程教 案学院、系： 化学系 任课教师： 杨文澜 授课专业： 环境科学 课程学分： 3学分 课程总学时： 50学时 课程周学时： 4学时 2006 年 8 月 20 日水污染控制工程教学进程周次课次章 节计划学时教学手段教学环境12第一章 绪论 第一节水资源及水循环 第二节 水质与水质标第三节 水污染 第四节 水污染防治4多媒体21第二章 水的预处理第一节 筛滤第二节 调节池2多媒体1第三章 重力沉降 第一节 概述第二节 重力沉降2多媒体32第三章 重力沉降 第四节 理想沉淀池 第五节 沉淀池 第六节 沉砂池4多媒体42第四章 水的混凝 第一节 概述第二节 胶体的特性第三节 混凝原理第四节 混凝剂和助凝剂4多媒体51第五章 水的混凝 第五节 混凝过程与设备第六节 影响混凝的主要因素2多媒体1第五章 上浮 第一节 自然上浮 2多媒体61第五章 上浮 第二节 气浮2多媒体1第六章 过滤 第一节 概述 第二节 过滤原理2多媒体71第六章 过滤 第三节 快滤池2多媒体1第七章 化学沉淀第一节 概述 第二节 化学沉淀法2多媒体81第八章 中和 第一节 酸性废水处理 第二节 碱性废水处理2多媒体周次课次章 节计划学时教学手段教学环境81第九章 氧化还原 第一节 概述 第二节 化学氧化法第三节 化学还原法 第四节 电解氧化还原法2多媒体92第十章 吸附 第一节 概述 第二节 吸附剂第三节 吸附方式与设计4多媒体101第十章 吸附 第四节 吸附剂的再生 第五节 吸附法的应用2多媒体1第十一章 离子交换 第一节 概述 第二节 离子交换树脂第三节 离子交换原理2多媒体111第十一章 离子交换 第四节 离子交换工艺及设备第五节 离子交换法的应用2多媒体1第十二章 膜分离 第一节 概述 第二节 电渗析2多媒体122第十二章 膜分离 第三节 反渗透 第四节 超滤2多媒体131第十三章 其它物理化学方法第一节 萃取 第二节 吹脱 第三节 汽提2多媒体淮 阴 师 范 学 院 教 案 用 纸第 1 次课 2 学时上次课复习：新开课本次课题（或教材章节题目）： 第1章 绪 论教学要求：（1）了解世界及我国水资源状况，水的自然循环和水的社会循环；（2）掌握有关水质指标及水质标准知识；（3）掌握水污染原因及水污染物分类；重 点：（1）水质；（2）水质指标；难 点：水质标准教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第一章 绪论 第一节 水资源及水循环第二节 水质与水质标准共2课时，讲授课后作业1、何谓水质？常用水质有哪些？2、水质标准是如何制定的？参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第一章 绪论第一节 水资源与水循环一、水资源 地球上约有97.3%的是海水，难直接使用。 人类可利用淡水水量占总水量的3%。而3/4以冰川、冰帽的形式，很难使用。 与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水仅占地球上总水量的0.3%。这部分淡水在时空上的分布有很不均衡。 我国人均占有水量2400m3/人，相当世界人均占有量的1/4。我国的水资源存在严重的时空分布不均衡性。河北省水资源及水污染状况：二、水循环 (1)自然循环 (2)社会循环 与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。第二节 水质与水质标准一、水质的定义：二、水中杂质的分类 (水污染物) 按杂质在水中的存在状态分类。三、水质指标 污水和受纳水体的物理学、化学、生物学等方面的特征是通过水质指标来表示的。水质指标是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。 第一类，物理性水质指标 第二类、化学性水质指标 第三类，生物学水质指标四、常用水质指标简介 (1)pH值(2)悬浮固体（SS）(3)COD和BOD五、水质标准 (1)地表水环境质量标准 (2)地下水质量标准(3)污水综合排放标准(4)其它水质标准第 2 次课 2 学时上次课复习：（1）水质指标及水质标准 （2）水污染物分类方法本次课题（或教材章节题目）： 第1章 绪 论教学要求：（1）掌握水污染原因及水污染物分类；（2）初步掌握水污染防治的方法和原则。重 点：水污染原因及水污染物分类；水污染防治的方法和原则难 点：废水处理流程的确定教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配： 第一章 绪论 第三节 水污染第四节 水污染防治共2课时，讲授课后作业1、何谓水污染？造成水体污染的途径有哪些？2、控制水污染的途径有哪些？3、按照废水处理的作用原理分类，废水处理可分为几类处理方法？4、按照水处理的程度分类，废水处理可分为几级？分别说明其去除对象和主要采用的方法。它们之间有何区别和联系？参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第三节 水污染(一)水污染的定义(二)水污染的原因 1、自然活动 2、人类活动（三）水污染源1、水污染源定义2、水污染源的分类（四）水污染的性质及危害 1、化学性污染： 2、物理性污染： 3、生物性污染：第四节 水污染防治 解决水资源短缺和水污染的一个主要途径在于水处理。在很多地方并不是没有水，而是水质不合用。水处理的主要任务：改善水质。即采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。（一）水污染防治的目标（二）水污染防治的主要任务（三）水污染防治的原则 1、“防”（预防） “防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。2、“管” “管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。3、“治” “治”是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。（四）控制水污染途径 思路：A、减少废水排放量； B、降低废水中污染物浓度。（五）水污染控制工程的基本内容 （六）废水处理技术概述 废水处理的基本任务是采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。 1、废水处理方法的分类：（1）按照废水处理的作用原理分类: 物理法：利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的性质不发生变化。 化学法、物理化学法：利用某种化学反应使废水中污染物质的性质或形态发生改变，而从水中除去的方法。 生化法（生物法） 利用微生物的作用去除废水中胶体和溶解性有机物的方法。（2）按照废水处理程度划分 一级处理（包括预处理）、 二级处理（生物处理）、三级处理（深度处理） 预处理一级处理 （物理处理）二级处理 （生物处理） 三级处理 （深度处理或高级处理）2典型的废水处理流程简介设计废水处理流程的原则：先易后难，先简后繁 一般的废水处理程序：澄清回收污染物处理再用或排放 比较成型的流程： 城市污水处理流程。（1）一级处理厂流程（2）二级处理厂（活性污泥法）流程（3）三级处理厂流程（4）城市污水三级处理全流程（5）工业废水处理流程3、污水净化后的处置方式 （书P8-10） 排入水体，作为水体的补给水：灌溉田地重复利用：是最合理的出路。地下水回灌 污水回用应满足的要求第 3 次课 2 学时上次课复习：（1）水中污染物的种类； （2）废水处理的基本方法和原则；本次课题（或教材章节题目）： 第2章 水质的预处理教学要求：（1）了解水质预处理的基本方法；（2）掌握格栅的原理和类型；（3）掌握水质、水量调节的原理和方法。重 点：（1）格栅的工作原理；（2）水质、水量调节的原理和方法；难 点：水质调节池的原理和结构形式教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第二章 水质的预处理 第一节 概述 第二节 筛滤第三节 调节池共2课时，讲授课后作业 1、格栅、筛网的主要功能是什么？各适用于什么场合？ 2、简述水质水量调节的意义。参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第 2 章 废水预处理第一节 概述 废水预处理：属纯物理性质或机械性质的，其目的在于去除那些在性质上或大小上不利于后续处理工程的物质。 去除对象：去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施。 使用要求：不论何种废水，在送入水泵和主体构筑物之前，均需设置格栅以拦截较大杂物,设置筛网以截留较细悬浮物. 处理方法: 筛滤截留 重力分离（自然沉降、自然上浮和气浮等） 离心分离 主要设备：格栅和筛网。 第二节 筛滤一、格栅 安装位置：格栅设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前。 去除对象：用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及管道。 结构形式：平面格栅和曲面格栅 格栅的效率：取决于栅条的间距。 栅条的结构形式： 污染物的清除：人工清除和机械清除。污水处理厂都采用机械自动清除式格栅。（1）人工清渣格栅（2）机械清除格栅（3）曲面格栅二、筛网 某些悬浮物用格栅不能截留，也难通过重力沉降去除，常给后续处理构筑物或设备带来麻烦，可采用筛网过滤来分离和回收。 去除对象：纺织、造纸、制革、洗毛等工业废水中含有细小纤维状的悬浮物质 装置类型：转鼓式、旋转式、转盘式、水力筛网振动和微滤机等。 结构形式：筛网由金属丝织物或穿孔板构成。（一）转筒式筛网 （二）振动筛网（三） 水力筛网 （靠水力作用旋转）三、微滤机 微滤机是截留细小悬浮物的筛网装置。 微滤机是一个鼓状的金属框架，上面覆盖有不锈钢丝编织成的支撑网和工作网。四、栅渣的处理第三节 调节池一、调节池的作用 为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。 主要作用（2个）：调节水量； 均和水质；其它作用：调整pH值；降低水温；临时贮存事故排水。生物预处理二、调节池的分类与特征 1、形式：圆形、方形、（自然）多边形等，可建在地下或地上。 2、结构：混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。 3、位置： 4、功能：三、水质调节池 水质调节的任务是对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出水质比较均匀。（一）水质调节的基本方法（二）调节池的位置（三）调节池的容积（四）调节池出水方式（五）常见调节池 （1）强制搅拌调节池 曝气均和池（空气搅拌） 机械搅拌 水泵强制循环搅拌（2）差流式调节池 折流式调节池 对角线出水调节池四、水量调节 单纯的水量调节的方式： （1）线内调节：进水一般采用重力流，出水用泵提升。（2）线外调节： 五、分流贮水池（事故排放池）第 4 次课 2 学时上次课复习：（1）了解水质预处理的基本方法； （2）水质、水量调节的原理和方法。本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀教学要求： （1）了解颗粒沉淀的四种类型的特点；（2）掌握自由沉淀和絮凝沉淀的特点；（3）自由沉淀沉淀试验及效率的计算重 点：（1）沉淀四种类型的特性；（2）自由沉淀的Stocks公式难 点：自由沉淀效率的计算教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第4章 重力沉淀第一节 概述；第二节 自由沉淀共2课时，讲授课后作业1、何为颗粒最小沉速？2、某废水静置沉淀试验数据如下：沉淀时间t(min)01530456090180Xi=Ci/C010.960.810.620.460.230.06试验有效水深H=1.2m。试求在u0=3.0cm/min时的颗粒的去除效率。参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第3章 重力沉淀第一节 概 述1、沉淀的定义 水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。 (1) 当悬浮物密度大于水时，下沉形成沉淀物，与水分离。重力沉降 (2) 当悬浮物密度小于水时，上浮。2、沉淀的处理对象： 砂粒； 化学沉淀物； 混凝处理所形成的絮体； 生物处理的污泥； 沉淀污泥的浓缩。3、沉淀的作用：4、位置及名称： （书P19） （设置部位不同，名称有所差异） A、沉砂池：去除易沉物（如砂粒）。 B、初次沉淀池：进入生物处理设备前的初步处理； C、 二次沉淀池：生物处理后用以分离生物膜、活性污泥等。 D、污泥浓缩池：将来自初次沉淀池、二次沉淀池的污泥进一步浓缩脱水。5、沉淀类型： 根据悬浮颗粒的性质、凝聚性能的强弱及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型： （1）自由沉淀（2）絮凝沉淀（3）拥挤沉淀（区域沉淀、成层沉淀）（4）压缩沉淀第二节 自由沉淀一、自由沉降动力学本质 水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉降的因素很多。颗粒在自由沉淀时为stocks公式表明：A、颗粒与水密度差（s-）差异越大，沉速越快，成正比关系；B、颗粒直径愈大，沉速愈快，成平方关系。C、水的粘度愈小，沉速愈快，成反比关系。二、自由沉淀沉淀过程分析由于实际废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒粒径不均匀，形状多种多样，密度也有差异，因此常常不能采用上述理论公式来计算沉淀速度和沉淀效率，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备和设计参数。 沉淀实验是在沉淀柱（沉降管）中进行的。 试验原理： 将含悬浮物浓度为C0的原水混合均匀后，注入一组（通常5-7个）沉淀管，经t1时间后，从第一沉淀管深度H处取样，测定悬浮物浓度C1；沉淀时间为t2时，从第二沉淀管深度同为H处取样，分析悬浮物浓度C2，。可列表计算出各沉淀时间的沉降速度u和沉降效率E。 重要概念： 沉降速度：指在指定时间t内，能从水面恰好沉到水深H处的最小颗粒的沉速。 u0=H/t 沉降效率：若原水中悬浮物浓度C0，经t时间沉降后，水样中残留浓度为c，则沉淀效率为: 。 分别绘制沉淀效率E与沉淀时间t和沉淀效率E与沉速u0的关系曲线： 应用：当已知沉淀时间或沉速，可查出去除效率。 缺陷：与实际沉淀情况还有一定的差距。 解决方案： 在t1时刻，沉速大于u1(=H/t1)的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为C1，这样，C1/C0表示这部分颗粒与全部颗粒的重量比，计作x1，余类同。将xi对ui作图，可得下图沉淀曲线。经t0时间沉淀，各种沉淀颗粒的总去除率为：式中第二项如图中阴影部分表示，可用图解法求得。 改进方法：（1）可以从有效水深内的上、中、下部取相同数量的水样，混合后求出有效水深（污泥层以上）的平均悬浮物浓度。（2）中部取样方法： 利用中部取样方法得到的沉降特性曲线与前面的曲线是很相近的。第 5 次课 2 学时上次课复习：（1）颗粒沉淀的四种类型及特点；（2）自由沉淀沉淀试验及效率的计算本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀教学要求： （1）絮凝沉淀沉淀试验及效率的计算（2）平流式理想沉淀池的原理及设计计算重 点：（1）絮凝沉淀沉淀试验；（2）平流式理想沉淀池的原理难 点：絮凝沉淀效率的计算教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第4章 重力沉淀第三节 絮凝沉淀；第四节 理想沉淀池共2课时，讲授课后作业3、某有机废水含悬浮物430mg/L，絮凝沉淀试验数据如表所示：沉淀时间（min）指定深度的SS浓度0.6m1.2m1.8m5356.9387.0395.610309.1346.2365.520251.6298.9316.130197.8253.7288.140163.4230.1251.650144.1195.7232.260116.1178.5204.375107.5143.2180.6试求该废水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的总悬浮物去除率。参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第三节 絮凝沉淀 由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。 悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。 可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。 絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。 絮凝沉淀试验原理： 采用多点取样法。在直径约0.1-0.2m，高约1.5-2.0m，且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率。以取样口高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。 把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线，称为等去处率曲线，如下图示。 等去处率曲线含义： 当沉淀时间为t0时，对应沉速u0=H/t0，凡是uu0的颗粒能全部被去除，u0的颗粒只有部分被去除。对指定的沉淀时间和沉淀高度，总沉淀效率可用下式计算： （见下图） 简易处理方式：沉淀柱中部取样法可近似地求絮凝沉降的去除率。第四节 理想沉淀池 前面所述沉淀曲线是静止沉淀试验的结果，虽然它比较真实地反映了废水中不同的悬浮颗粒沉降的特性，但是并不能反映实际沉淀池中水流运动对悬浮颗粒沉降的种种复杂影响。 为了分析悬浮颗粒在沉淀池内运动的普遍规律及分离结果，哈增和坎普提出了一种概念化的沉淀池理想沉淀池。 在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。 沉速大于u0的颗粒可全部除去；沉速u0的颗粒因处于水面以下，也可以除去一部分。例如：沉速为u的颗粒被除去率为h/H或u/u0。 设处理水量Q(m3/s)，水平流速度v(m/s)，沉淀池宽度B(m)，水面面积A (m2)，沉淀池容积V (m3)。故颗粒在沉淀池内的沉淀时间t为： t=L/v=H/u0 V=Qt=HBL， A=BL Q=V/t=HBL/t=Au0 有： u0=Q/A=q0Q/A的物理意义是：在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷或溢流率，用q0表示。表面负荷的量纲m3/(m2s)或m3/(m2h)。表面负荷q0的数值等于颗粒沉速u0(m/s) 。实际运行的沉淀池与理想沉淀池是有区别的。 为考察沉淀池的工作特性，可从以下三个方面进行分析： 水流的紊动性，可用雷诺数Re判断。 水流稳定性：以弗罗德数Fr判断，Fr表示水流动能与重力能的比值。增大Fr，可克服股流密度影响。 容积利用系数：是水在池内的实际停留时间和理论停留时间的比值。 要提高平流式沉淀池的效率，可降低Re和提高Fr，其有效措施是减小水力半径R。池中纵向分格及斜板（管）沉淀池也能达到上述目的。实际应用： 由于实际沉淀池受各种因素的影响，采用沉淀试验数据时，应考虑相应的放大系数。其中： q设=（1/1.25-1/1.7）倍（平均1.5倍）q0， t设=（1.5-2）倍（平均1.75倍）t0。第 6 次课 2 学时上次课复习：（1）絮凝沉淀沉淀试验及效率的计算（2）平流式理想沉淀池的原理及设计计算本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀教学要求：（1）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的原理及特点；（2）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的设计计算；（3）掌握沉砂池的原理、特点及类型。重 点：（1）沉淀池的原理；（2）沉淀池的设计计算；难 点：浅池沉淀理论教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第4章 重力沉淀 第五节 沉淀池 第六节 沉砂池共2课时，讲授课后作业4、已知某工厂排放的废水量Q=6000 m3/d，时变化系数1.5，废水中悬浮固体含量SS=300mg/L，要求经过初沉后处理出水中的SS为80mg/L，沉淀试验如下：T(min)u0(mm/s)去除率（%）5102040601202.52.01.50.90.70.3203042617080试设计一座平流式沉淀池，试确定其基本尺寸，并画出草图。5、若造纸废水设计流量 Q=1000m3/d，由试验确定设计上升流速为0.7mm/s，沉淀时间为1.5h，拟设计一竖流式沉淀池，试确定其基本尺寸，并画出草图。参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第五节 沉淀池 按池内水流方向分类 平流式沉淀池 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池 斜板式沉淀池 工作方式：间歇式和连续式。 （书P30） 特点及适用条件： （书P30）一、平流式沉淀池 平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一端流处，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可以是单个或多个串联。 平流式沉淀池有进水区、沉淀区、出水区和污泥区四部分组成。1、进水区 进水区的作用是使水流均匀分布在整个断面上，尽可能减少扰动。2沉淀区 如前所述，要降低沉淀池中水流的Re数和提高水流的Fr数，必须设法减少水力半径，采用导流墙，对平流式沉淀池进行纵向分格等，均可减小水力半径，改善水流条件。3出水区 沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀池常见出水口布置形式。 4污泥区（积泥区和排泥区） 及时排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。5、缓冲区 污泥区和清水区之间应有一个缓冲区，其深度可取0.3-0.5m，以减轻水流对存泥的搅动，也为存泥留有余地。沉淀池设计：进行沉淀池设计时若无沉淀数据可选取手册设计参数。平流式沉淀池的几何尺寸计算： （书P34-35）二竖流沉淀池 竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度与水流上升速度相等。 （1）当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比平流式沉淀池中低得多。 （2）当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。 （3）沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉降效率比平流沉淀池高。结构： 竖流式沉淀池多为圆形，直径介于4-7m之间。沉淀池的上部为圆筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，中间为缓冲层。竖流沉淀池的设计：三辐流式沉淀池 辐流式沉淀池是直径较大（20-30m）的圆池，最大直径可达100m。中心深度为2.5-5.0m，周边深度为1.5-3.0m。进水方式：周边进水，中心进水。排泥方式：辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排出，刮泥机一般每小时转2-4周。辐流式沉淀池的设计：四、斜板(管)沉淀池(一)浅池沉降理论 对一深度为H、体积为V的平流式理想沉淀池，其处理水量： （1）在V、H一定时，若欲得要求的(即u0一定），处理水量Q 不能随意变化；在给定Q时，一定。 （2）从式中可知：Q与u0成正比，增大Q，则u0 增大， q0 增大，降低；反之，若要提高，需减小u0，处理的流量Q就必须减小。两者不能同时满足。 若将沉淀池（Q、V、H、 u0 ）用平隔板分为n层浅池，则每个浅池深度为h=H/n，进入每个浅池的流量为q=Q/n。 （假定水平流速不变） 结论一： 浅池沉速u0=q0=q/A=(Q/n)A =q0/n=u0/n，沉速减少了n倍，从而使效率大大提高。 结论二：当每个浅池保持原有的沉速u0不变时，每个浅池处理的流量为q=q0A=u0A=Q，则n个浅池的总处理能力提高了n倍。结论三：在实际应用中，沉淀池的分格和分层还可改善水力条件（减小水力半径R、Re，增大Fr），降低水的紊动性、提高水流稳定性，增大池的容积利用系数，从而提高去除效率。工程应用： 在工程实际应用中，采用分层沉淀池，排泥十分困难，所以一般将分层的隔板倾斜一个角度，以便能自行排泥，这种形式即为斜板沉淀池。如各斜隔板之间还进行分格，即称为斜管沉淀池。（二）斜板(管)沉淀池结构特点： （1）斜板（管）倾角多采用60，斜板（管）长一般在1.0-1.2m左右，板间距一般不小于50mm。斜管管径25-35mm。 （2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波纹板；（3）斜板沉淀池的结构形式：异向流、同向流及横向流。 （4）进水方式：大多采用异向流。 （5）斜板（管）上部清水区为0.7-1.0m，斜板（管）下部为配水区大于1.5m（目的：布水均匀），布水区下部为污泥区。 （6）出水方式：采用穿孔集水管集水。 （7）排泥方式：采用多斗排泥。（8）斜板（管）沉淀池的优点：第六节 沉砂池 （1）沉砂池的功能：从废水中分离比重较大的无机颗粒，如砂粒，炉灰渣、煤渣等。 （2）沉砂池位置：设在泵站及沉淀池之前。 （3）沉砂池作用：（4）沉砂池的形式： A、平流式沉砂池 B、竖流式沉砂池 C、曝气沉砂池一平流式沉砂池 平流式沉砂池是最常用的一种沉淀池，它的截流效果好，工作稳定，构造简单，而且易于排除泥砂。结构特点：平流式沉砂池的水流部分，实际上是一个有所加深加宽的明渠，两端没有闸板，以控制水流。二曝气沉砂池（一）工作特点 普通沉砂池的一大缺点是其截流的沉砂中夹杂一些有机物。对被有机物包覆的砂砾的截流效果不高，而且沉渣容易腐败发臭，难以处置。 曝气沉砂池能够克服上述缺点。 沉砂中有机物的含量低于5%，一般长期存放不腐败；（二）曝气的作用： 水力旋流使砂粒与有机物分离，沉渣不易腐败； 气浮油脂并吹脱挥发性物质； 预曝气充氧、氧化部分有机物，防止污水厌氧分解（脱臭）。 （三）曝气沉砂池的设计 （见书P28）第 7 次课 2 学时上次课复习：（1）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的原理及特点；（2）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的设计计算；（3）掌握沉砂池的原理、特点及类型。本次课题（或教材章节题目）： 第4章 水的混凝教学要求： （1）了解混凝的基本特点；（2）掌握胶体的基本特性； 重 点：（1）混凝的作用及去除对象；（2）胶体的性质；难 点：胶体的双电层结构教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第4章 水的混凝 第一节 概述第二节 胶体的特性共2课时，讲授课后作业1、胶体的基本特性有哪些？参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第4章 水的混凝 （Coagulation and Flocculation）第一节 概 述一、 混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。 混凝处理的对象：主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。二 、凝聚、絮凝和混凝 凝聚(coagulation)：投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花”。 絮凝(flocculation)： 凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。 混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。三、天然水中的胶体杂质 通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。四、混凝的应用 给水处理： 混凝+沉淀，微絮凝+过滤 废水处理：五、混凝的特点 优点：设备简单，操作方便； 便于间歇运行，效果好。 缺点：运行费用高； 沉渣量大，处置困难；第二节 胶体的特性一、胶体的基本特性 (一) 光学特性：指胶体在水溶液中能引起光的反射。 (二) 布朗运动 (三) 表面特性：胶体为常见的分散体系之一。分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体看来产生特殊的吸附能力和溶解现象。 (四) 动电现象 （电泳现象）：胶体的带电性二、胶体的结构 胶核 胶粒 胶团 吸附层 扩散层三、双电层理论 胶核的静电作用把溶液中的反离子吸附到其周围。受胶核电位离子的静电引力和反离子热运动的扩散作用、溶液对反离子的水化作用，反离子的浓度随与固体表面距离增加浓度逐渐减少，分布符合Boltzmann分布。四、胶体的类型 (一) 疏水性胶体（憎水性胶体） 吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。 (二) 亲水性胶体 胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。五、胶体的稳定性 胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 稳定因素： 不稳定因素：胶体的稳定性 （1）动力学稳定：是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。 （2）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的排斥力作用或水化膜的的阻碍使这种自发聚集不能发生。 可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性关键在于聚集稳定性。 混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性。第 8 次课 2 学时上次课复习：（1）混凝的作用及去除对象；（2）胶体的基本特性；本次课题（或教材章节题目）： 第4章 水的混凝教学要求： （1）掌握混凝的基本原理；（2）混凝剂的种类和特点；（3）助凝剂作用； 重 点：（1）混凝的原理；（2）混凝剂的种类和特点；难 点：混凝的四个基本原理教学手段及教具：采用多媒体教学课件。讲授内容及时间分配：第4章 水的混凝 第三节 混凝原理第四节 混凝剂和助凝剂共2课时，讲授课后作业 1、试概述水的混凝机理。 2、简述铝盐混凝剂的水解过程及作用机理参考资料1、排水工程下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、水处理工程师手册 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 3、给水排水工程快速设计手册 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、给水排水设计手册（第二版 中国建筑工业出版社 5、给水处理理论 许保久主编，中国建筑工业出版社注：本页为每次课教案首页第三节 混凝原理根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：投加电解质；投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质；投加高分子物质；接触凝聚；上述投加的物质统称混凝剂化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。一、双电层压缩机理 1、憎水性胶体 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。 加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。 重新稳定现象: 当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。 2、亲水性胶体： 水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。 亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。二、吸附电中和机理 异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚； 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。 再稳现象：过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电，电荷异号，而出现的再稳现象。三、吸附架桥机理 吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。胶体再稳现象： （1）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生“胶体保护”作用。 （2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用； （3）长时间的剧烈搅拌。四、沉淀物网捕机理 当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量