第十九章 特种水源水处理工艺系统PPT课件

1、.,1,第19章 特种水源水处理工艺系统,19.1 高浊度水处理工艺系统 19.2 地下水除铁除锰 19.3 水的除氟和除砷 19.4 软化、除盐和锅炉水处理工艺系统 19.5 游泳池水处理工艺系统,.,2,19.1 高浊度水处理工艺系统,19.1.1 高浊度河水及其水质特点 在我国，主要指流经黄土高原的黄河、支流的河水。 含沙量大、D0.05mm的细泥沙占50%以上， 受有机污染的高浊水处理更困难。,74.5 8 76.8 9 284,.,3,（1）自由沉淀(Discrete Settling)： 悬浮物质浓度不高； 颗粒之间互不碰撞，呈离散状态； 沉速不变，各自独立完成沉淀过程； （2）絮

2、凝沉淀(Flocculent Settling)： 悬浮物质浓度为50-500mg/L； 颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用； 颗粒粒径与质量逐渐加大，沉速不断加快,.,4,（3）区域沉淀（成层/拥挤沉淀）(Zone Settling)： 悬浮物质浓度500mg/L； 相邻颗粒之间互相妨碍、干扰； 沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒 各自保持相对位置不变 颗粒群结合成一个整体向下沉淀 形成清晰的液固界面，沉淀显示为界面下沉 （4）压缩沉淀(Compression Settling)： 颗粒间互相支承，上层颗粒在重力作用下，挤出下层颗粒的间隙水，使污泥得到浓缩；,.,5,19.1.2 高浊度水的处

3、理工艺系统,在常规处理工艺前增加预处理工艺 典型流程1,适合SS浓度高 排泥量大,.,6,19.1.2 高浊度水的处理工艺系统,典型流程2 一般将贮水与自然沉淀结合起来，即将自然沉淀池扩大为贮水池。占地大、排泥难。 水在贮水池中经长时间的沉淀，有利于后续的常规处理更好地进行。,.,7,19.1.2 高浊度水的处理工艺系统,典型流程3 对于中、小水厂，当高浊度水的含沙量不是很高时，也可采用澄清池，简化处理流程，降低了建设成本。造粒流化床也可采用（适合SS1-20g/L） 排泥：QuCu+QeCe=Q0C0 Qu/Q0=C0/Cu C0100g/L不经济，泥的处置（筑堤、制砖、农用）,.,8,澄清

4、池工作原理 原水颗粒1（d1,n1），絮体颗粒2(d2,n2)粒径相差悬殊 颗粒浓度降低速率: ( 附着效率系数) d1+d2d2,n1+n2n1 1）nt随水中絮体体积浓度增大而减小； 2）原水进入泥渣区与高体积浓度粗粒絮体接触，大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速率。,.,9,19.2 地下水除铁除锰,19.2.1 地下水除铁 存在形式：主要Fe(HCO3)2，5-15mg/L 处理方法：4Fe2+O2+2H2O=4Fe3+4OH-（Fe(OH)3析出） 氧化剂：氧（慢）、氯、高锰酸钾、二氧化氯、臭氧 曝气自然氧化除铁 接触氧化除铁：铁质活性滤膜催化(锰砂、石英砂),提高pH值7,1Hr,pH

5、6 5-30mins,吸附容量大,O2/Fe2+=0.14a,.,10,19.2 地下水除铁除锰,19.2.2 地下水除锰 铁、锰共存时，应先除铁后除锰。 先除铁后除锰的两级曝气两级过滤工艺系统： 单级Fe5ppm,Mn1.5ppm,Fe10ppmMn3ppm,.,11,石英砂外表面随时间的变化,西安北郊地下水中试基地：有机玻璃滤柱（D0.28m，H3.8m），石英砂密度2.65g/L、当量粒径为1.20mm、K80=1.381.4，滤层厚度L120cm，滤速9.74M/H,ECBT=7.4mins。,.,12,接触氧化法除铁锰技术,原水中的Fe2+、Mn2+首先吸附在活性滤膜上，然后通过活性

6、滤膜的催化作用被氧化去除，同时又生成新的活性滤膜成分，该过程为自催化作用，这种滤料成为“熟料”，基于“熟料”的除铁锰反应式如下： （1）除铁反应： 吸附： 氧化： （2）除锰反应： 吸附： 氧化：,最近发现Mn3O4催化？,.,13,滤层厚度L120cm，滤速9.74M/H。,.,14,.,15,地下水的生物法除铁除锰,“锰质活性滤膜”是锰的化合物和铁细菌的共生体。微生物除氧化Fe2+、还氧化Mn2+获得能量，同时氧化生成的MnO2沉积在滤料表面、催化Mn2+ 的氧化，与微生物形成 “黑膜”-锰质活性滤膜。滤膜不断吸附水中的Mn2+ ，铁细菌将Mn2+氧化并沉积在滤膜表面，使滤膜更新。 胞内酶

7、促一级氧化和胞外分泌物酶促二级氧化 生物氧化和化学氧化作用相对大小？,.,16,19.3 地下水除氟和除砷,19.3.1 地下水除氟 当水中氟浓度高于1.0 mg/L时，需要进行除氟处理。 常用的除氟方法有吸附法、药剂法、电渗析法等，常用的吸附剂有活性氧化铝、磷酸三钙或骨灰等。 活性氧化铝是由氧化铝的水化物经400600灼烧而成的颗粒状滤料，具有较大的比表面积，可以通过离子交换进行除氟。 活性氧化铝对水中阴离子的吸附亲和力顺序为 ：,.,17,19.3 地下水除氟和除砷,19.3.1 地下水除氟 先用硫酸铝对氧化铝进行活化，使转为硫酸盐型： 活化后的氧化铝可表示为 活性氧化铝吸附饱和后，可用硫

8、酸铝再生：,.,18,活性氧化铝的除氟容量为1.22.2mgF/g活性氧化铝。 活性氧化铝下向流吸附滤池。滤料粒径0.52.5mm，滤层厚度7001000mm，滤料不均匀系数K2，承托层为卵石，层厚400700mm。滤料干容重为800kg/m3。滤速与水的含氟量以及滤层厚度有关，一般为1.52.5m/h。 活性氧化铝再生时，先用原水对滤层进行反冲洗，反冲洗强度为1112L/（sm2），冲洗5min，再用2的硫酸铝溶液以0.6m/h滤速自上而下通过滤层对滤料进行循环再生，再生时间约需1845h。,.,19,19.3.1 地下水除氟 磷酸三钙吸附法除氟，常采用羟基磷灰石作为吸附滤料。反应公式为：

9、羟基磷灰石的除氟能力一般为24mg/g。 骨灰吸附法除氟，工作原理与磷酸三钙基本相同。 药剂法除氟，是向水中投加铝盐混凝剂，如硫酸铝、聚合铝等。,.,20,19.3.2 地下水除砷,砷含量:我国饮用水标准50g/L WHO和USA标准10g/L。 铁盐混凝法除砷。向水中投加铁盐混凝剂，如三氯化铁，铁盐水解生成氢氧化铁絮凝体，能吸附水中的砷，通过沉淀、过滤除砷。 用氧化剂将三价砷氧化成五价砷，能显著提高混凝法除砷效果。,.,21,19.4 软化、除盐和锅炉水处理工艺系统,19.4.1 概述 水中钙离子、镁离子含量的总和一般叫做水的总硬度 降低水中钙离子、镁离子含量的处理叫做水的软化。 水中全部阳

10、离子和阴离子含量的总和叫做含盐量。 水中含盐量高会加重受热面的结垢与腐蚀状况，因此需要降低用水中的含盐量，该过程称为除盐处理。,.,22,19.4.2 软化的基本工艺系统,1. 药剂软化工艺系统 水的药剂软化：投加某些药剂（如石灰、纯碱等），使原水中的钙离子、镁离子生成可沉淀物质碳酸钙和氢氧化镁，去除绝大部分钙离子、镁离子。 目前常用的药剂软化法有：石灰软化法、石灰苏打法、磷酸盐法及掩蔽剂法。,.,23,（1）石灰软化法 适用于碳酸盐硬度较高的原水,石灰是CaO的工艺产品，溶于水中生成消石灰，反应如下： 水中的 和 会与 生成 ，反应如下： 碳酸镁会进一步与氢氧化钙反应生成氢氧化镁：,.,24

11、,石灰软化法的工艺流程,.,25,（2）石灰苏打法,适用于非碳酸盐硬度较低的水质条件。 对原水同时投加石灰和苏打，软化反应如下： 经石灰苏打软化后，剩余硬度可降到0.30.4mmol/L。,.,26,（3）磷酸盐法,经石灰苏打软化后，水中理论残余硬度能降低到碳酸钙和氢氧化镁溶解度，为进一步降低硬度，采用磷酸盐软化法。磷酸盐法反应式为： 残余硬度为0.020.04mmol/L。,.,27,2. 离子交换软化工艺系统,主要根据原水水质和处理要求来选择，常用的有Na离子交换软化系统和HNa联用离子交换脱碱软化系统。 如果原水碱度不高，可采用Na离子交换软化系统。离子交换反应？ 如果原水碱度较高，可采

12、用HNa联用离子交换除碱软化系统，同时去除水中的硬度和碱度。,.,28,19.4.3 除盐工艺系统,除盐是减少水中溶解盐类的总量。 除盐方法：离子交换法、蒸馏法、电渗析法、反渗透法、电子混合床等。 1. 离子交换除盐工艺系统（Ion Exchange Desalting Process） （1）复床除盐（Combined Bed Desatination ） （2）混合床除盐（Mixed Bed Desatination） 2. 电渗析除盐（Electrodialysis Desalination） 3. 反渗透除盐（Reverse Osmosis Desalination） 4. 电除盐（E

13、lectrodeionization，EDI）,.,29,水质工程学重点内容,1 水质与水质标准 概念：水体富营养化、水质标准 问题： 按化学性质分类，天然水体中的杂质和污染水体中的污染物主要有哪些？ 水体富营养化产生的原因和危害？ 我国饮用水水质标准（GB5749-2006）包括哪四类指标？,.,30,概念：反应器、停留时间分布函数、水处理工艺流程 问题： 水的物理化学处理方法主要有哪些？ 饮用水的生物处理方法主要有哪些？ 常规处理工艺流程的组成及去除目标？ 受污染水源水净化处理的主要对策？强化常规处理、预处理、深度处理、水源水质改善。 反应器理论在水处理中有何应用？,2 水的处理方法概论,

14、.,31,停留时间分布函数E(t)：在某一时刻t2从反应器流出的物料或示踪剂中，如停留时间在t1和t1+dt1间隔内所占的比例可表示为E(t1)dt1,则E(dt1)满足如下关系：,.,32,3 凝聚和絮凝,概念：混凝、凝聚与絮凝 问题： 胶体的双电层结构(图)、胶体稳定性(3个)？ 混凝机理（凝聚4个、絮凝2个）？ 影响混凝效果的因素？ 混凝过程的控制指标和要求？ 混凝剂及助凝剂的主要类型及特点？,.,33,胶体的双电层结构,双电层内层,双电层外层,1nm-1m,.,34,胶体的稳定性 胶体稳定性：胶体在水中长期保持分散状态的特性。 动力学稳定性：强烈、无规则的布朗运动对抗重力作用而不下沉，

15、强弱与分散度和分散介质粘度有关。 带电稳定性：带同号电荷的胶粒之间存在静电斥力对抗范德华引力而稳定，强弱取决于电荷量和颗粒之间距离。 溶剂化作用稳定性：胶粒与水作用形成水化层，阻碍胶粒相互接近而稳定。 影响胶体稳定性的主要作用： 憎水胶体：带电稳定性和动力稳定性 亲水胶体：溶剂化作用稳定性 电位，决定憎水胶体的聚集稳定性，也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当电位降低，水化膜减薄及至消失。,.,35,3.2 混凝机理 3.2.1 胶体的凝聚机理 压缩双电层、吸附-电中和、吸附-架桥、网捕-卷扫 压缩双电层： 原理：根据DLVO理论，比较薄的双电层能降低胶粒之间的排斥能，两胶粒之间的作用力由排斥力为主

16、变为吸引力为主时，胶粒会互相接近发生凝聚。 方法：向水中加入高价正电荷会置换胶粒表面上的反离子（原有的低价正离子），正离子的数量减少导致双电层厚度变薄，胶粒表面电位降低，当或max=0，胶粒即可发生凝聚。,.,36,吸附电中和： 原理：胶粒表面吸附异号离子，异号胶粒或带异号电荷的高分子，中和胶粒本身所带的部分或全部电荷，从而降低电位，减少胶粒之间的静电斥力，使胶粒互相接近发生凝聚。但过量吸附使胶粒表面电性发生反转而再稳定。 主要驱动力：包括静电引力、范德华引力、氢键和配位键等。,.,37,吸附架桥： 原理：胶粒通过吸附有机或无机高分子混凝剂助凝剂而架桥连接，使胶粒相互凝聚成大的絮凝体而脱稳。

17、方法： 与不带电荷、带异号电荷、带同号电荷的高分子物质架桥（范德华引力、氢键、配位键、电中和等） 高分子物质投加量：过少不架桥，过多覆盖保护。 网捕卷扫： 原理：向水中投加金属盐混凝剂后，金属离子水解和聚合后形成较大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀物，当此沉淀物体积收缩沉降时，网捕卷扫胶粒。,投加量适中,投加量过多,.,38,絮凝机理 异向絮凝（perikinetic flocculation）：由布朗运动引起的脱稳胶粒碰撞聚集。 不规则运动/碰撞、强度随胶粒粒径增大而减弱，当絮体增加到一定尺寸，不再起作用。 同向絮凝（orthokinetic flocculation）：由水力或机械

18、搅拌所造成的流体运动引起的脱稳胶粒碰撞聚集 。,.,39,混凝过程控制指标 混合（凝聚）过程：对水流进行剧烈搅拌，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T1030s，一般2min。此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。 絮凝过程：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G、T有关，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。,.,40,4 沉淀,概念：水中造粒、气浮、表面负荷 问题： 沉淀的类型及特点？ 理想沉淀池及斜板沉淀池理论（结合图示）？ 影响沉淀效率的主要因素？ 澄清池的工作原理？ 水中造粒的原理及条件控制？,.,41,5 过滤,概念：过滤，滤料的比表面积，滤速，等速过滤与等水头过滤 问题： 过滤去除悬浮物的机理及提高滤池截污能力（过滤效果）的措施？ 分析过滤过程中水头损失变化规律、负水头的产生原因及预防措施（结合图示）？