给排水科学与工程概论：第六章 水工艺设备及水工艺过程检测和控制

1、,第六章 水工艺设备 及水工艺过程检测和控制,6.1 水工艺设备概述,水工艺设备是水工艺与工程的重要组成部分。它是保证水质、提高水处理效率、降低制水成本的关键。现代化的水工艺与工程，应在精密、高效、节约动力和原材料、运行稳定的设备方面体现出来。,6.2 水工艺设备分类,水工艺设备分通用设备、专用设备和一体化设备三大类。 一、通用设备：是指水工艺与工程以外其他行业也应用的设备，都是标准化、系列化设备。如水泵、阀门、风机等。 二、专用设备：是指承担水工艺与工程中某一特定任务的设备。如拦污设备只承担拦截固体污（废）物的任务，软化设备只承担水的软化任务等。 三、一体化设备：指完成整个水工艺过程的设备。

2、他往往是工艺技术、通用设备、专用设备、控制设备、仪器、仪表、器材等的高度集成。 本章将重点介绍专用设备和一体化设备。,6.3 水工艺专用设备,水工艺专用设备可分为物化处理设备和生化处理设备。 6.3.1 物化处理设备 在水处理工艺中，通过物理、化学、或物理化学作用去除水中某一特定物质或承担整个水处理工艺中某一特定任务的设备。 拦污设备 加药设备 搅拌设备 气浮设备 撇油撇渣设备,污泥浓缩设备 滗水器 污泥脱水设备 消毒设备,6.3.1 物化处理设备,1、拦污机械设备 格栅除污机 旋转滤网：拦截机排除作为水源的淡水或海水内大于网孔直径的悬浮污物和颗粒杂质，为给水系统中的主要拦污设备。 除毛机：主

3、要用于纺织、印染、皮革加工、屠宰等工业生产污水处理中。 水力筛网：适用于从低浓度悬浮液中去除固体杂质。在污水处理时BOD去除率相当于初次沉淀池。,1、拦污机械设备格栅除污机,作用：去除污水中较大的悬浮或飘浮物，以减轻后续水处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。 分类： 人工清渣格栅：条形格栅用于小型污水处理站网状格栅构造简单、安装灵活 机械清渣格栅：大型污水厂，构造复杂、自动 化程度高。 适用：机械清渣格栅不宜少于两台，如为一台，应设人工清渣格栅备用，栅渣量大于0.2m3/d时宜采用机械清渣格栅。 设置位置：污水处理系统或水泵前，必须设置格栅,回转式格栅,（1）优点：构造简单，制造方便；

4、占地面积小。 （2）缺点：杂质易进入链条和链条之间，使设备停止运行；对于较大尺寸的漂浮物，如粗大的棍棒、球状物、大块的泡沫塑料或木块等难以去除；环形链造价较高。 （3）适用：深度不大的中小型格栅。主要清除长纤维、带状物等生活污水中的杂质。,弧形格栅,弧形格栅,（1）优点：不清污时，设备全部在水面上，维护检修方便；可不停水养护检修；寿命较长。 （2）缺点：传动装置复杂；移动式耙齿与删条间隙的对位较困难；占地面积大。 （3）适用：中等深度的宽大格栅。,2、排泥排砂设备 排泥方式有刮泥型和吸泥型两类。 1）刮泥型： 是将污泥刮集至池心（边）的坑沟内，通过管道排出；多用于污水处理厂的初次沉淀池。 2）

5、吸泥型 是利用泵或虹吸管将污泥抽吸而排出。一般用于自来水厂沉淀池和污水处理厂二次沉淀池。,3、撇油、撇渣设备 撇油、撇渣设备一般用于气浮池或沉淀池中的浮渣、油污、泡沫等物质的去除。它是利用刮板将漂浮在水面的污泥和油污等物质刮至排渣槽内，达到撇油、撇渣的目的。,4、污泥浓缩脱水设备 1）污泥浓缩设备 A、周边传动重力浓缩机 适用：直径较大的辐流型污泥浓缩池的刮泥和污泥的浓缩。池径20米以上。 B、中心传动重力浓缩机 适用：用于小型污泥浓缩池刮泥和污泥的浓缩，池径一般618米。,4、污泥浓缩脱水设备 2）污泥脱水设备 污泥浓缩后，仍有95% 97%的含水率，体积仍很大。为了综合利用和最终处置，还需

6、要对污泥作脱水处理。经过污泥脱水以后，污泥呈固体状态，含水率可降至80%以下。,转鼓真空过滤机,原理：转鼓由隔板分成多个小室，转鼓和滤布内抽真空后，在过滤区段和干燥区段水分被过滤成滤液，污泥在滤布上析出成滤饼。,5、搅拌设备,搅拌设备是水处理工程中的常用设备，在水处理工艺中，搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。通过搅拌，在溶液中产生循环和剧烈的涡流，达到药剂与水快速充分混合的目的。 搅拌装置包括传动装置、搅拌轴、搅拌器等。,6、气浮设备,一、定义 向水中加入压缩空气，使空气以高度分散的微小气泡形式作为载体将水中的悬浮颗粒浮于水面，从而实现固液分离的水处理设备。 二、

7、分类 按产生气泡的方式可分为： 布气气浮设备； 电解气浮设备； 加压溶气气浮设备。,6、气浮设备1）布气气浮设备,利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成微细气泡。如射流气浮等。 射流气浮原理： 利用射流器喷嘴将水以高速喷出时，连续携带走了吸入室内的空气，在吸入室内形成负压，从吸气管吸入空气，当水其混合体进入喉管后，空气被粉碎成微小气泡，然后进入扩散段，流体流速减慢，动能转化为压势能，增加气体的溶解度，最后进入气浮池。,7、投药设备,净水药剂是自来水厂和污水厂主要消耗品。投加设备的优劣直接关系到水质、药耗和运行经济。投药方式可分为湿投装置和干投装置。 湿投设备由溶药罐、搅拌系统、计量泵组成，用

8、于水处理工艺中投加絮凝剂、助凝剂等，药液通过计量泵送投至投药点。 干投装置用于水处理工艺中投加干粉化学品，如粉末活性炭、石灰粉等。它依靠电机驱动螺旋杆定量投加。设备主要由螺旋给料器、料斗和控制单元组成。,8、消毒设备,作用：用于城市水厂消毒、脱色、除臭等深度处理，也常用于有机工业废水的氯化深度处理及医院含菌废水的消毒与氧化处理等。 消毒设备：转子真空加氯机 臭氧发生器 二氧化氯发生器 紫外线杀菌灯 静电杀菌消毒设备 微电解消毒器,液 氯 消 毒,优点：具有余氯的持续消毒作用；成本较低；操作简单，投量准确；不需要庞大的设备。 缺点：原水有机物高时会产生有机氯化物；原水含酚时产生氯酚味；氯气有毒，

9、使用时需注意安全，防止漏氯。 适用：液氯供应方便的地区。,自动真空加氯系统,组成：由氯瓶、自动切换装置、氯气蒸发器(加氯量小时可不用)、减压阀、真空调节器、自动真空加氯机、水射器等。,9、过滤设备,过滤设备是用压力或重力将水通过具有一定孔隙的粒状滤料层，依靠机械筛滤、接触絮凝作用，分离水中悬浮物的水处理设备。 如压力过滤器 压力过滤器是钢制压力容器，内装粒状滤料及进水和配水系统。容器外设置各种管道和阀门等。压力过滤器在压力下进行过滤。一般采用石英砂或无烟煤作为滤料，滤料可为单层滤料或双层滤料。,10、离子交换设备,采用离子交换树脂去除水中的钙镁离子或各种盐类，达到软化除盐的目的。多用于工业给水

10、。 离子交换器为圆筒形钢制容器，可耐3050kPa的压力，内衬橡胶或环氧树脂，以防酸碱腐蚀。 离子交换器内部由排水装置、离子交换树脂层、布水装置和再生液分配装置组成，外部设有各种管道。,11、膜处理设备,膜处理是指在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能，达到分离水中离子或分子以及某些微粒的目的。 膜处理设备包括：电渗析设备、反渗透设备、超滤设备、微滤装置。,6.3.2 生化处理设备,定义：在水处理工艺中，通过生物氧化作用去除水中某一特定物质或承担整个水处理工艺中某一特定任务的设备，称为生化处理设备。 主要介绍曝气设备和生物转盘。,6.3.2 生化处理设备,1、曝气设备 曝气的主要作用：一是充

11、氧，向活性污泥中的微生物提供足够的溶解氧，以满足其在代谢过程中所需的氧量；二是搅拌混合，使曝气池内的各相物质处于悬浮状态。 曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。 （1）鼓风曝气 鼓风曝气是将带有一定压力的气体通过曝气扩散器，将空气以微小气泡的形式扩散至曝气池中，使气泡中的氧转移到混合液中。与此同时，气泡在混合液中的强烈扩散、搅动，使泥水充分混合。,1、曝气设备（1）鼓风曝气,曝气扩散器主要分为微孔曝气器、中粗气泡曝气器、动态曝气器和旋混曝气器等。 A 微孔曝气器 这种装置主要采用多孔性材料，使得气体通过空气扩散装置变成微小的气泡。 分类：盘式曝气器（刚玉微孔曝气器、橡胶模微孔曝气器、聚乙烯微孔曝

12、气器）；管式曝气器（多孔性材料构成的扩散管）。 优点：是产生的气泡微小，气液接触面积大，氧利用率高。 缺点：压力损失较大，容易堵塞，送入的空气需要预先净化。,1、曝气设备（1）鼓风曝气,B 中粗气泡曝气器 主要形式为穿孔管。它是由管径为2550的钢管或塑料管制成，在管两侧向下按45夹角，留有直径35mm的孔眼或缝隙，间距50100mm。空气由孔眼溢出。 优点：穿孔管构造简单，不易堵塞、阻力小。 缺点：氧的利用率低。,1、曝气设备（2）机械曝气,机械曝气设备式样较多，可归纳为叶轮曝气和转刷曝气两类。 A 叶轮曝气：利用安装在水面的叶轮高速旋转，强烈地搅动水面，造成水与空气接触表面不断更新，使空气

13、中的氧转移到水中去，还有提升水流的作用。,泵型叶轮表面曝气装置,倒伞型叶轮表面曝气装置,K型叶轮表面曝气装置,机械曝气,1、曝气设备（2）机械曝气,B 转刷曝气 转刷曝气是由水平转轴和固定在轴上的叶片组成，转轴带动叶片转动，搅动水面形成水花，空气中的氧通过气液界面转移到水中。 转刷曝气具有负荷调节方便、维护管理简单、动力效率高等优点。,6.3.2 生化处理设备2、生物转盘（生物膜法）,生物转盘是利用盘片表面的生物膜，将被吸附的有机物氧化分解，达到处理有机废水的目的。,由旋转圆盘、转轴、接触反应槽组成。,6.4 水工艺一体化设备,给水一体化处理设备 生活污水一体化处理设备,6.4.1 小型一体化

14、净水设备,小型一体化净水设备是以地面水为水源，将混凝、沉淀、过滤三个净水单元合理地组合与同一设备内，再配以加药、消毒即可成为一个完整的小型净水设备。 净水能力一般在10100m3/h。 适用范围：它适用于水量较小，远离城市供水系统以外的供水需求。,6.4.2 小型一体化污水设备,小型一体化污水设备多用于生活污水的处理，由于生活污水可生化性强，采用生物处理比较经济有效，所以一体化生活污水处理设备基本都采用生物处理。 1、压力式污水生物处理装置 将传统的城市污水二级处理工艺组合在一个设备里，其中关键的生化处理部分一般采用接触氧化法。装置为钢制容器、平面性状呈长方形。,6.4.2 小型一体化污水设备

15、,（2）间歇式生物处理装置 采用SBR工艺，全自动操作。 （3）地埋式污水生物处理装置 采用污泥吸附池加二至三级接触氧化。污泥吸附池利用剩余污泥的活性吸附进水有机质，同时兼作污泥池和浓缩池。接触氧化池采用悬浮型生物填料作生物载体，生物量大，易挂膜，不宜堵塞。,埋地式污水生物处理设备,6.5 水工艺过程检测和控制,6.5.1 水工艺过程检测方法、仪器和仪表 在水工艺过程中，为了使工艺系统安全可靠地、高质量和高效率地运行，操作管理人员必须掌握各个单元过程的运行信息，如各单元过程的进出水量，水质变化信息，设备的运行信息等。否则，难以对水工艺过程实行有效的控制。各种检测是提供这些信息的重要手段。随着科

16、学技术的飞速发展，现代化的检测仪器和仪表在水工艺过程的管理和运行控制中，发挥越来越重要的作用。,6.5.1 水工艺过程检测方法、仪器和仪表,水工艺过程检测分为三个部分： 水质监测； 水工艺参数检测； 水工艺设备运行参数检测 1、水质检测 水质检测目的是为水处理工艺过程的控制提供依据，并保证后处理的水质达到预期的要求和规定的水质标准，掌握水处理设备的运行状况。 （1）水质检测项目 浑浊度-反映水中悬浮物和胶体含量 色度 -反映水中发色物质含量 臭和味 PH 电阻率-反映水中溶解离子的含量 电导率-反映水中溶解离子的含量，是电阻率的倒数,1、水质检测（1）水质检测项目,硬度 -主要反映水中钙、镁离

17、子的含量 碱度-主要反映水中重碳酸盐、碳酸盐和氢氧化物含量 总溶解性固体-表明水中全部溶解性有机离子总量 生化需氧量（BOD）-主要反映水中可生物氧化的有机物含量 化学需氧量（COD）-反映水中可化学氧化的有机物含量 总有机碳-反映水中含碳有机物总量 紫外吸收值-反映水中有机物含量，与TOC有一定相关性 活性炭氯仿萃取物-反映水中有机物含量 总需氧量（TOD）-反映水中需氧有机物和还原性无机物含量 总大肠杆菌群-反映水中病原菌存在状况,1、水质检测 （2）水质检测方法分类 化学分析法 仪器分析法 细菌检测 （3）化学分析法 A 滴定分析法 将已知准确浓度的试剂溶液（称标准溶液或滴定剂）用具有计

18、量刻度的滴定管滴入被测水样中。水样中同时加入合适的指示剂。当滴定剂与被测物质反应完全时，指示剂正好发生颜色变化，根据滴定剂用量和浓度可计算出被测物质的含量。 具体可分为酸碱滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定、络合滴定。,（3）化学分析法B 重量分析法 将水中被测物质与其它物质分离后，转化为一定的称量形式，然后用称重方法计算该物质在水样中的含量。 如气化法： 又称挥发法，是利用被测物质本身的挥发性进行测定的方法，如用于水中总残渣灼烧减重的测定等。 如沉淀法： 利用被测物质以微溶化合物的形式沉淀出来，再将沉淀物质过滤、洗涤、烘干或灼烧，最后称重并计算出其含量。例如，用于水中Ba2+的测定等。,1、水质检测 （4）仪器分析法 A 光学分析法 利用被测物质的光学性质，即被测物质对电磁波的辐射、吸收、散射等性质，测定其成分和含量，是水工艺中目前常用的微量和痕量分析方法。 比色法： 利用水中被测物质本身的颜色或在合适条件下与某些试剂反应生成有色物质，根据被测物质颜色的深浅与其浓度成正比，通过比较溶液颜色深浅来确定被测物质含量。如用比色法测定水样中的色度和余氯等。 吸收光谱法： 又称吸光光度法或分光光度法。检测设备为分光光度计。分光光度计比光电比色计测量物质浓度时检测灵敏度和准确度更高，测量范围更大，不仅包括可见光区，还包括