第二章水的物理化学处理方法0314

1、水污染控制 污废水处理工艺 地表水污染控制 给水处理技术社会需求实例 药厂废水需要处理，可否提供处理方案？需要哪些资料？分哪些步骤？ 造纸厂废水排放曾引起严重污染，如何处理造纸废水？ 电镀厂废水处理？ 系统处理方案水处理实例分析 某制药车间生产废水的排放量为100m3/d，CODcr为4000mg/L，BOD5为1500mg/L，SS为250mg/L，拟采用生化处理方法，使排放达到CODcr150mg/L，BOD530mg/L,SS150mg/L的要求。 绘出整个处理装置的工艺流程图，并对各处理单元的功能和选用型式作简要说明，整体治理方案。污水处理工艺设计学习内容 设计水质 设计水量 设计原则

2、与厂址选择 污水处理工艺流程选择 平面与高程布置 配水与计量 运行管理、水质监控与自动控制 污泥的处理与污泥的最终处置第二章水的物理化学处理方法 水体污染物的物理化学特征 广广 义义 颗颗 粒粒 物物 溶溶 质质 胶体或高分子胶体或高分子 颗颗 粒粒 物物 10 9 8 7 6 5 4 3 log (粒度粒度/m) 1 1nm 0.45 m 1 m 1mm 无无 OH ,Cl , HCO3 硅溶胶硅溶胶 颜颜 料料 水水 泥泥 机机 SO42 , HS 等等 Fex(OH)y FeOOH 细细 泥泥 灰灰 尘尘 化化 Al13(OH)327+ MnO2 细细 砂砂 合合 Na+,K+,Ca2+

3、 碳碳 黑黑 粘粘 土土 类类 中中 砂砂 物物 Mg2+, Cu2+等等 金属硫化物金属硫化物 碳碳 酸酸 盐盐 磷酸盐磷酸盐 悬悬 浮浮 沉沉 积积 物物 有有 有机酸有机酸 含氧酸含氧酸 DNA 无无 机机 颗颗 粒粒 吸吸 附附 的的 有有 机机 物物 机机 氨基酸氨基酸 酶酶 红血球红血球 化化 苯酸苯酸 染料染料 肽肽 纤维素纤维素 纸浆纤维纸浆纤维 合合 蛋白质蛋白质 橡胶橡胶 石油微滴石油微滴 物物 胺胺 多聚糖多聚糖 絮凝剂絮凝剂 富里酸富里酸 胡敏酸胡敏酸 缩聚物缩聚物 微微 生生 病病 毒毒 细细 菌菌 藻藻 类类 浮浮 游游 动动 物物 物物水中杂质分类水中杂质分类杂质

4、溶解物（低分子、离子）胶体悬浮物颗粒尺寸 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1 10 100 1mm分辨工具电子显微镜超显微镜显微镜肉眼水的外观透明浑浊浑浊 污水处理常规工艺去除杂质粒度由大到小水质逐级改善多种方法选择废水预处理废水预处理废水预处理: : 属纯物理性质或机械性质的，其目的在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。处理工程的物质。预处理方式：预处理方式：物理处理（机械处理）物理处理（机械处理）调节调节物理处理法物理处理法污水物理处理污水物理处理是利用物理作用分离污水中呈悬浮状态是利用物理作用

5、分离污水中呈悬浮状态 的污染物质。是污水处理的基本方法。的污染物质。是污水处理的基本方法。 生活污水和工业废水含有大量的漂浮物与悬浮物质，来生活污水和工业废水含有大量的漂浮物与悬浮物质，来源：水流夹带源：水流夹带 物理处理对象就是这些物理处理对象就是这些漂浮物与悬浮物质漂浮物与悬浮物质,尺度：尺度：0.1-1mm以上以上 采用的处理方法：采用的处理方法： 1.筛滤截留法：筛网、格栅、滤池、微滤机、砂滤筛滤截留法：筛网、格栅、滤池、微滤机、砂滤 2.重力分离法：沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池。重力分离法：沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池。 3.离心分离法：离心机与漩流分离器。离心分离法：离心机与漩

6、流分离器。2.1 格格栅与筛网栅与筛网 一、格栅一、格栅作用作用：拦截拦截污水中粗大悬浮或漂浮状态污染物，污水中粗大悬浮或漂浮状态污染物，保护后续处理设施保护后续处理设施安装位置：安装位置：格栅设在污水处理厂中所有处理构筑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。物之前，或设在泵站之前。去除对象：去除对象：用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及处理构筑物的管道。物，以免堵塞水泵及处理构筑物的管道。 结构形式：结构形式：平面格栅和曲面格栅平面格栅和曲面格栅 1、隔栅的类型及应用、隔栅的类型及应用（1）人工清渣的隔栅）人工清渣的隔栅 一般采

7、用一般采用直栅条平行焊制直栅条平行焊制而成，栅条间距而成，栅条间距2040mm，安装倾角，安装倾角4560度，隔栅间应设度，隔栅间应设置操作平台。置操作平台。 （2）机械清渣的隔栅）机械清渣的隔栅SCLLX移动伸缩臂式移动伸缩臂式格栅除污机格栅除污机. 下图为用于预处理的下图为用于预处理的HUBER ROTAMAT隔栅，废水从固定栅鼓内流出鼓外时，超隔栅，废水从固定栅鼓内流出鼓外时，超过缝宽的悬浮物被截留，刮刀将悬浮物刮过缝宽的悬浮物被截留，刮刀将悬浮物刮到渣槽，由螺旋推进器卸走，形成干渣运到渣槽，由螺旋推进器卸走，形成干渣运走走 回转式隔栅回转格栅回转格栅2、隔栅的计算、隔栅的计算 隔栅本身

8、隔栅本身水流阻力很小水流阻力很小，主要是由截留，主要是由截留物堵塞栅条造成的。物堵塞栅条造成的。 隔栅水头损失达到隔栅水头损失达到1015厘米厘米时就该清捞。时就该清捞。 隔栅后渠底应比栅前隔栅后渠底应比栅前低低1015厘米厘米。避免造。避免造成回水成回水 根据流速可计算隔栅总宽度。（废水过栅根据流速可计算隔栅总宽度。（废水过栅流速取流速取0.7米米/秒秒） 二、筛网二、筛网作用：去除沉淀池不容易去除的纤维、藻类、作用：去除沉淀池不容易去除的纤维、藻类、纸浆等，可选择纸浆等，可选择不同材质金属丝网和不同孔不同材质金属丝网和不同孔径径的筛网过滤器来处理。可做深度处理的预的筛网过滤器来处理。可做深

9、度处理的预处理。处理。种类：种类： 1、振动式、振动式 2、回转式、回转式2.2 沉淀沉淀 沉淀法是水处理的最基本方法之一。沉淀法是水处理的最基本方法之一。 利用水中悬浮颗粒利用水中悬浮颗粒可沉降可沉降性能，在重力作用下性能，在重力作用下下沉，达到下沉，达到固液分离固液分离的一种过程。的一种过程。应用应用 水与废水处理：水与废水处理： 各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体）的沉降）的沉降 比重较小絮体的上浮比重较小絮体的上浮 油珠的上浮油珠的上浮 气体净化：气体净化： 粉尘、液珠粉尘、液珠沉淀处理应用的位置用于废水的预处理用于废水的预处理沉砂池沉砂池 用于污水进入生物处

10、理构筑物前的初步处理用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理初次沉淀池初次沉淀池 用于生物处理后的固液分离用于生物处理后的固液分离二次沉淀池二次沉淀池 用于污泥处理阶段的污泥浓缩用于污泥处理阶段的污泥浓缩污泥浓缩池污泥浓缩池 一、沉淀基本理论一、沉淀基本理论 1、沉淀类型（1）自由沉淀：离散颗粒、沉速不变 （沉砂池、初沉池前期）（2）絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉速增加（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）（3）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层干扰，分层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）（高浊水、二沉池、污泥浓缩池） （4）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间

11、）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水的水 在上层颗粒的重力下在上层颗粒的重力下挤出挤出，污泥得到，污泥得到浓缩浓缩。 2、自由沉淀基本理论、自由沉淀基本理论 假设沉淀的颗粒是球形 重力： F1= 1/6 d3 (p - l ) g 阻力： Fd=CD l u2/2 d2/4CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。流体阻力流体阻力 n当某一颗粒在不可压缩的连续流体中做稳定运行时，颗粒会当某一颗粒在不可压缩的连续流体中做稳定运行时，颗粒会受到来自流体的阻力。受到来自流体的阻力。 n该阻力由两部分组成：形状阻力和摩擦阻力。该阻力由两部分组成：形状阻力和摩擦阻力。 n流体阻力的方向与颗粒物在流体

12、中运动的方向相反，其大小流体阻力的方向与颗粒物在流体中运动的方向相反，其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度与流体和颗粒物之间的相对运动速度u u、流体的密度、流体的密度 、粘度、粘度 以及颗粒物的大小、形状有关。以及颗粒物的大小、形状有关。n对于一般非球形的颗粒物，这种关系非常复杂。对于一般非球形的颗粒物，这种关系非常复杂。 对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：对于球形颗粒，流体阻力的计算方程： 22DDPuFC A)(RePDfCPPudRe颗粒的雷诺数 C CD D: :阻力（曳力）系数，是雷诺数的函数阻力（曳力）系数，是雷诺数的函数。AP：颗粒的投影面积：颗粒的投影面积重力沉降重力沉降一

13、、重力场中颗粒的沉降过程一、重力场中颗粒的沉降过程 浮力浮力Fb重力重力FggdFPPg36gdFPb36假设球形颗粒粒径为假设球形颗粒粒径为dP、质量为、质量为m。沉速如何计算？。沉速如何计算？ dtdumFFbg根据牛顿第二定律，颗粒根据牛顿第二定律，颗粒将产生向下运行的加速度将产生向下运行的加速度 阻力（曳力）阻力（曳力）FD22uACFPDD达到平衡时：达到平衡时：0DbgFFF0)2(4662233tPDPPPudCgdgdut颗粒终端沉降速度（颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） （1）层流区：）层流区：ReP 2 CD=24/ReP 2181PPtgdu斯托克

14、斯（斯托克斯（Stokes）公式）公式 DPPtCgdu3)(4（2）过渡区过渡区：2ReP103 6 . 0Re)(27. 0PPPtgdu艾仑艾仑(Allen)公式公式 PPtgdu)(74. 1（3）紊流区：）紊流区：103ReP2 105 CD = 0.44牛顿（牛顿（Newton）公式）公式 6 . 0Re5 .18PDC3、理想沉淀池、理想沉淀池1）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，速度为u。2）水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等，水平流速为v。3）进口区域，悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上4）颗粒到底就被去除。水平流速水平流速 v=Q/(H B) B: 池宽池宽 流线流线III：停

15、留时间内正好有一个沉降速度为：停留时间内正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度截留速度。 u u0的颗粒可以全部去除的颗粒可以全部去除 uu0的颗粒只能部分去除的颗粒只能部分去除 去除率去除率 Eui/u0 = ui/(Q/A) q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率表面负荷或溢流率对于颗粒沉速小于对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为的颗粒来讲，去除率为 Eui/u0 = ui/(Q/A)表面负荷表面负荷q000qAQBLvBHLvHtHu q0在数值上等于在数值上等于截留沉速截留沉速； q0，E； 在自由颗粒沉降中，当处理水量为定值时，在自

16、由颗粒沉降中，当处理水量为定值时，处理效率处理效率E 仅是沉降区表面积的函数仅是沉降区表面积的函数.由上式可知，颗粒在理想沉由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关深、池长、水平流速、沉淀时间）无关 (Hazen 理论理论,1904年）。年）。A，q0， 则则ET。 AQuquuuEiii/0000 0 00 0 0)1 ()1 (PPTdpuupdpHhpE静沉试验所得到的沉降规律用于理想沉淀池。静沉试验所得到的沉降规律用于理想沉淀池。o 去除效率为反映两个问题反映两个问题1

17、 1）E E一定，一定，u ui i越大，表面负荷越大、产水量越高；或越大，表面负荷越大、产水量越高；或q q（溢流率）不变，（溢流率）不变，u ui i越大，越大，E E越大。越大。u ui i与混凝效果与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。有关，应重视加强混凝工艺。2 2）u ui i一定，增大一定，增大A A，可以增加产水量，可以增加产水量Q Q或增大或增大E E。当容。当容积一定时，增加积一定时，增加A A，可以降低水深，可以降低水深“浅层理论浅层理论”。AQuquuuEiii/00三、实际沉淀池三、实际沉淀池 在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的在实际沉淀池，理想沉淀池的假

18、设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。运动是不规则运动。 0)75. 1125. 11(uq 0)0 . 25 . 1 (tt 四、对于絮凝沉降四、对于絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或颗粒之间并聚变大，或s变大，变大，u也会之变大。也会之变大。其运动轨迹发生其运动轨迹发生变化：变化： 沉降试验和沉降曲线沉降试验和沉降曲线一、自由沉降试验及一、自由沉降试验及沉降曲线沉降曲线二、絮凝沉降试验及二、絮凝沉降试验及沉降曲线沉降曲线一、自由沉降试验及一、自由沉降试验及沉降曲线沉降曲线 1、试验装置、试验装置3、Camp图解积分法及沉降曲线图解积分法及沉降曲线 2、常规计算法、常规计算法H H0 0=1.5=

19、1.52.0m2.0m100mm100mmhH=H0-hi自由沉淀试验装置示意图自由沉淀试验装置示意图2 2常规计算法常规计算法( (数据记录与处理数据记录与处理) )tt0t1t2t3titnHH0H0H0 h1H0 hi-1 CC0C1C2C3CiCnuE%10000CCCEitHu 3CampCamp积分法积分法 给定的沉降时间给定的沉降时间t内：内： 对于对于uu0的的颗粒全部除去颗粒全部除去 对于对于uu0的颗粒可被部分去除。的颗粒可被部分去除。1-p0 给定的沉降时间给定的沉降时间t内：内： 对于对于dd0的颗粒全部除去的颗粒全部除去 对于对于dd0的颗粒可被部分去除。的颗粒可被部

20、分去除。1-p0 ？：对于？：对于uu0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？3 3CampCamp积分法积分法u u u u0 0的颗粒中，的颗粒中，d di i d di i + + d dd d范围内颗粒所占范围内颗粒所占SSSS总量的百分率用总量的百分率用dpdp表示。表示。对于对于u u u u0 0的颗粒，其中可去除部的颗粒，其中可去除部分所占比例为：分所占比例为：0/uutHthHh则在则在d di i d di i + + d dd d范围内能被去除部分颗粒占范围内能被去除部分颗粒占SSSS总量的百分率为：总量的百分率为

21、：dpuu0对于全部对于全部uuuu0 0颗粒群体，可去除部分为：颗粒群体，可去除部分为：dpuup0 0 03 3CampCamp积分法积分法uu0部分颗粒所占百分率为部分颗粒所占百分率为1 p0 则，总沉降效率为则，总沉降效率为ET ： dpuupEpT0 0 00)1 (二、絮凝沉降试验及二、絮凝沉降试验及沉降曲线沉降曲线 絮凝沉降的特点：絮凝沉降的特点：颗粒的形状颗粒的形状d d、在沉降过程中改变；、在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；浓度上稀下浓；SSSS浓度随水深度变化而变化，且呈现非浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。线性变化。u u 随随d d 而增大。而增大。悬浮物的去除率

22、不仅与沉速有关，而且与深度、时间有关。悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度、时间有关。无理论描述公式，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。无理论描述公式，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。1.絮凝沉降试验絮凝沉降试验 装置：装置：140150mm H=2.02.5m 45个取样口，间距个取样口，间距500mm 沉淀柱高度实际沉淀池深度 取样：取样：C0由由t=0时中间取样口采集；时中间取样口采集；t1、t2、ti、tn时，同时从各取时，同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），样口取水样（两份，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留用以确定不同时间、不同水深处残留的的SS浓度浓度C1、C2、

23、Ci、Cn。计算：各深度处的颗粒去除百分率 p=(C0-Ci)/C0100% 绘图：绘图：例如：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各处各有一取样口，按设定的时间序列同时有一取样口，按设定的时间序列同时取样，绘图并计算取样，绘图并计算Et。 颗粒去除率的计算颗粒去除率的计算o 方法：按自由沉淀来类推方法：按自由沉淀来类推.)(/)(/E23002120010pputhpputhE用等百分去除率曲线计算对应于深度用等百分去除率曲线计算对应于深度2.5m2.5m和停留时间和停留时间30min30min的沉淀池的沉淀池的悬浮物去除率：的悬浮物去除率：计算对应于深度计算对应于深度2.5m2.5m和停留

24、时间和停留时间30min30min的沉淀池的沉淀速度的沉淀池的沉淀速度u u0 0 沉速大于和等于沉速大于和等于u u0 0的颗粒全部都被去除。其相应的去除百分率为的颗粒全部都被去除。其相应的去除百分率为60%60%；在；在去除百分率去除百分率60%60%至至72%72%之间作中间曲线，该曲线与时间之间作中间曲线，该曲线与时间30min30min的垂直线相交的垂直线相交于深度为于深度为2.3m2.3m处。此区间颗粒的平均沉速是处。此区间颗粒的平均沉速是 此部分颗粒的相应的去除百分率为（此部分颗粒的相应的去除百分率为（1.28/1.391.28/1.39）(72-60)=11.1%(72-60)

25、=11.1%注意到沉速的比，实际上就是平均深度与原始深度的比，并将类似的方法注意到沉速的比，实际上就是平均深度与原始深度的比，并将类似的方法应用于其他区间，计算出总去除百分率应用于其他区间，计算出总去除百分率E E： 三、沉淀池三、沉淀池分类分类平流式竖流式辐流式斜流式平流式沉淀池竖流式沉淀池 （一）平流式沉淀池1、构造、构造（1）流入装置 流量均匀分布 可采用配水孔或者缝 给水中，通常采用穿孔花墙 v0.15-0.2 m/s（2）流出区装置出水均匀。通常采用：溢流堰（施工难） 三角堰（对出水影响不大 淹没孔口（容易找平） 控制单位堰长的出水量： 给水：500 m3/(m d) 初沉：2.9L

26、/（m） 二沉：1.5- 2.9 L/(m s)2.3调节调节 一、调节池的一、调节池的作用作用 1、调节水质水量、调节水质水量 2、平衡水温、平衡水温 调节池其它作用：调节池其它作用： 调整调整pHpH值；值； 降低水温；降低水温； 临时贮存事故排水。临时贮存事故排水。 生物预处理（如预曝气）生物预处理（如预曝气）调节池的分类与特征调节池的分类与特征 1 1、形式：、形式：圆形、方形、（自然）多边形等，可建在地圆形、方形、（自然）多边形等，可建在地下或地上。下或地上。 2 2、结构：、结构：混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。 3 3、位置：、位置：前

27、置原废水集中调节池前置原废水集中调节池 分流调节地分流调节地 处理后水调节池。处理后水调节池。 4 4、功能：、功能：水量调节池水量调节池 水质水量调节池水质水量调节池 具预处理作用的调节池具预处理作用的调节池水质调节池水质调节池 水质调节的任务是对不同时间或不同来源的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，使流出废水进行混合，使流出水质比较均匀水质比较均匀。（一）水质调节的基本方法（一）水质调节的基本方法 利用利用外加动力强制调节外加动力强制调节（如叶轮搅拌、（如叶轮搅拌、空气搅拌、水泵循环）。空气搅拌、水泵循环）。 利用差流方式进行利用差流方式进行自身水力混合自身水力混合。二、调节池构造二、调节池构造1、对角线出水的调节池、对角线出水的调节池调节池调节池构造构造：出水槽沿池的对角线方向：出水槽沿池的对角线方向设置。设置。 池内设有若干池内设有若干纵向隔板纵向隔板。废水废水走向走向：经：经左右两侧左右两侧的水槽进入池内。的水槽进入池内。同时进入池内的废水，停留时间不同。同时进入池内的废水，停留时间不同。出水槽内，同一废水不同时刻流入池内出水槽内，同一废水不同时刻流入池