《水处理工程》清华

《水处理工程》第一篇 水与废水物化处理的原理与工艺(讲义)黄霞清华大学环境科学与工程系〔20237〕主要参考书：198519992023GeorgeTchobanoglous,FranklinL.BurtonandH.DavidStensel:WastewaterEngineering,treatmentdisposalandreuse,Fourthedition,Metcalf&Eddy,Inc.,〔清华大学出版社影印，20238月〕RonaldL.Droste:TheoryandPracticeofWaterandWastewaterTreatment,JohnWiley&Sons,Inc.,19971996第一章绪论第1一、中国水资源特点人均占有量少6位。但人均占有量只有2340/人年〔以12亿人口计，世界平均水准的1/，占88位。空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南1600mm，造成涝灾500mm200mm年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季，7，8，93－6倍〔大时〕很多地区缺水严峻三北〔西北、华北、东北〕和沿海〔青岛、大连〕640个城市中，300多个城市缺水。二、水资源的自然循环与社会循环三、水处理工程的任务给水工程：取水――给水处理――配水排水工程：废水收集〔来源于生活、工业和农业〕――废水处理――排放或回用2节水污染现状及来源一、水污染现状污水处理率低：污水排放排放量接近400m3。8060％城市污水处理率<15％90％以上的城市水域受到污染，特别严峻的水系：三河：淮河、海河、辽河湖泊富养分化严峻：滇池、巢湖〔安徽、太湖〔江苏〕50％左右地下水水质受到污染50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准二、水污染来源工业污染源生活污染源养殖业面污染源：三、污染物性质与水质指标污染物性质按化学物质分：有机物无机物按物理形态大小分：悬浮物胶体溶解性废水水质指标物理性质：色，温度，SS化学性质：pH、有机物、溶解性固体、有毒物、N、P有机物：综合指标：BOD、COD、TOD〔总需氧量〕单项指标生物学指标：细菌总数、大肠菌数四、水污染缘由人口增加和经济增长的压力：粗放型进展模式面源污染严峻4．污水处理率偏低，大量污水直接排放5．环境意识淡薄、环境治理薄弱、环境执法力度不够排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用历史欠帐太多，资金投入严峻缺乏五、水污染防止战略对策与保障措施战略对策：加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水资源化尽快实现从末端治理向源头把握的的战略转移，大力推行清洁生产从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面源的流域综合综合治理切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性保障措施：严格以法治水，制定并实施有效的法律、规章、制度完善水的治理体系，转变“多龙管水”的现象加大水污染治理投资实行有利于水污染防治的经济政策3节水质标准一、饮用水卫生标准回忆历史，改善的方向：留意水的外观预防传染病―去除重金属――去除微量有机物 内分泌紊乱物质。90年月初野生动物学者的会议上。年美国开头食品、饮用水中内分泌紊乱物的筛控方法争论。然后欧洲经济协力开发组织开头争论。年日本，定出被疑心的物质67,〕452〕3〕副产物，如二恶英。国际上：有现代意义的饮用水标准是在本世纪初在美国消灭――《公共卫生署饮用水水质标准》1914年，只针对细菌数量由此大大削减了伤寒病死亡的人数。1962年期间，有过修订，但主要是针对化学物质、生物学指标和感官指标1974年通过了《安全饮用水法〔Safedrinkingwaterac，1975〔NationalInterimprimarydrinkingwaterregulations〕――美国饮用水水质标准上的里程碑6种有机物的限制1979年修改《国家暂行饮用水根本规章》1986年提出了《安全饮用水法修正案〔SafeDrinkingWaterActAmendments〕《暂行规定》《国家饮用水根本规定〔NationalPrimaryDrinkingWaterRegulations〕提出了到达该标准的最正确可行技术Bestavailabletechnolog。以后，不断改进，增加限制有机物的种类。美国等的状况代表了国际上先进水平水质标准的进展趋势2/3，特别是消毒副产物工程的增加。国内状况：1956年 制订了第1个「生活饮用水卫生标准〔试行，16项水质指标1976年 工程修订增加到23项1986年 「――――」GB5749-85356项20236月标准[生活饮用水卫生标准]二、工业与其它用水标准工业用水标准其它：游泳、渔业、浇灌三、废水排放标准地表水环境质量标准首次公布 1983年第1次修订1988年第2次修订1999年GHZB1-1999，202311日起实施。分成根本工程和特定工程特定工程适用于地表水域特定污染物的把握。7531项，以把握湖泊水库富养分化为目的的特定工程4项以把握地表水I，II，III类水域有机化学物质为目的的特定工程40项。水体分类：类 主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、贵重鱼类保护区、鱼虾产卵区类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的消遣用水区类主要适用于农业用水区及一般景观要求区域污水综合排放标准原有标准：GB8978－88污染物分成两类：I类〔9项II类〔20项：长远影响小于I类针对排放区域和建、现有，执行不同的标准。公布，9811日开头实施。I13项II56工程仍按排放区域不同执行不同的标准。行业排放标准4节水处理方法和工艺流程简介一、给水处理〔一〕给水处理的根本方法去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒变革水中溶解物质：削减、调整如软化、除盐、水质稳定降低水温：冷却去除微量有机物〔二〕以没有受到污染的地面水源为生活饮用水水源时：原水－混凝－沉淀－过滤－消毒－饮用水以去除浊度、满足卫生学标准。地面水源水质：杂质多、含盐量较低。工业用除盐水：滤过水－阳离子交换－阴离子交换――除盐水〔三〕其它水处理工艺高浊度水处理工艺低温第浊水处理工艺微污染水处理工艺富养分化湖泊水处理工艺〔四〕热点问题与进展方向有机污染物80年月以后，对有机物的污染特别关注。2023700多种。117种优先把握有机物。12类，58种。病原微生物：的病原微生物：如贾第虫GiardiaLambli、隐孢子虫等。管网水二次污染：细菌生殖――水质变差、管道堵塞水处理技术的进展方向：加强微量有机物去除：加强常规处理增加预处理〔如生物预处理〕增加后处理〔如活性炭吸附、化学氧化〕开发技术〔如膜技术〕加强消毒：防止各种致病微生物的影响消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术管网水二次污染把握：二、废水处理〔一〕根本处理方法物理法：沉淀、气浮、筛网化学法：处理溶解性物质或胶体中和、吹脱、混凝、消毒生物处理方法：好氧、厌氧〔二〕城市污水处理一般流程预处理预处理一级处理二级处理三级处理原废水格沉初排放或利用生物处理活性污泥法二排放或利用物化处理消排放或利用栅砂沉初沉污泥沉或生物处理毒回流污泥剩余污泥沼气利用处置或利用消化脱水上清液预处理：Preliminarytreatment一级处理：Primarytreatment二级处理：Secondarytreatment三级或深度处理：Tertiaryoradvancedtreatment深度处理一般以污水回收、再用为目的。BOD去除率SS去除率一级处理20－4050－70二级处理存在问题：75－9575－95基建与运行费用高，占地大，剩余污泥产量大，治理麻烦，不能除去氮磷。进展方向：低耗高效处理技术：自然处理厌氧处理技术深度处理与再生利用技术污泥处理技术传统污水系统的变革〔三〕工业废水处理依据水质不同、处理程度工艺而异。一般大多以生物处理为主，但常有前处理〔调整、气浮除油、中和〕依据需要有后处理：混凝、过滤、活性炭吸附重要课题：难降解有机物工业废水的治理技术，如农药废水、造纸废水、染料废水等。第1节混凝的去除对象混凝可去除的颗粒大小是胶体及局部细小的悬浮物，是一种化学方法。范围在：1nm~0.1m〔1m〕混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互分散生长成大矾花。水处理中主要杂质：粘土〔50nm-4m〕病毒〔10nm-300nm〕蛋白质1nm-50n、腐殖酸1637年我国开头使用明矾净水1884年西方才开头使用混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质混凝剂在水中的水解与形态胶体与混凝剂的相互作用一、胶体的稳定性

第2节胶体的性质动力学稳定性：布朗运动对抗重力。聚拢稳定性：胶体带电相斥〔憎水性胶体〕水化膜的阻碍〔亲水性胶体〕两者之中，聚拢稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。二、胶体的双电层构造动电位电位：打算了胶体的聚拢稳定性一般粘土电位＝-15~-40mV细菌电位＝-30~-70mV三 、DLVO理论的稳定性和分散可由两胶粒间的相互作用和距离来评R价。由以下两方面的力打算：静电斥力：E－1/d2RA范德华引力：E－1/d6〔1/d21/d3〕由此可画出两者的综合作用图。A另一方面，胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kTk：波兹曼常数，T：温度Eb<Emax〔势垒〕胶体距离x<oa,分散〔一次分散〕x>oa，稳定〔二次分散除外〕以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。德加根derjagui、兰道Lando〕1938年独立提出〕伏维Verwe、奥贝克Overbee〔1941年独立提出胶体的分散：降低静电斥力――电位――势垒――脱稳――分散方法：参与电解质，但只适用于憎水性胶体3节水的混凝机理与过程一、铝盐在水中的化学反响铝盐最有代表的是硫酸铝 Al(SO)18HO，溶于水后，马上离解铝离子，通常是以2 43 2[Al(HO)]3+存在。在水中，会发生以下过程。2 6水解过程配位水分子发生水解：[Al(HO)]3+――[Al(OH)(HO)

]2++H+2 6 2 5…….其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al(OH)沉淀3缩聚反响－OH－发生架桥，产生高价聚合离子〔多核羟基络合物〕……..其结果是：电荷上升，聚合度增大同时多核羟基络合物还会连续水解。因此，产物包括：未水解的水合铝离子单核羟基络合物多核羟基络合物氢氧化铝沉淀各种产物的比例多少与水解条件〔水温、pH、铝盐投加量〕有关。二、混凝机理水的混凝现象比较简洁。至今尚未有统一生疏。分散Coagulatio、絮凝Flocculation〕混凝：包括两者压缩双电层依据DLVO理论，参与电解质对胶体进展脱稳。电解质参与――与反离子同电荷离子――压缩双电层――电位――稳定性――凝聚电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要电位＝0，只要使Emax=0即可，此时的电位称为临界电位。例如角洲。叔采－哈代法则可以适用，即：分散力气离子价数6但该理论不能解释：1〕混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；或高分子混凝效果好。

与胶粒带同样电号的聚合物还来源于范得华力、氢键及共价键力〔多消灭在有聚合离子或高分子物质存在时。吸附-电性中和这种现象在水处理中消灭的较多。指胶核外表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。这一1条机理不同。水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。吸附架桥指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，缺乏以形成吸附架桥，但投加过多，会消灭“胶体保护”现象。网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕小胶粒与大矾花发生接触分散―――澄清池中发生的现象依据以上机理，可以解释在不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理。pH<3 简洁的水合铝离子起压缩双电层作用pH=4－5 多核羟基络合物起吸附电性中和pH=6.5-7.5 多核羟基络合物起吸附电性中和；氢氧化铝起吸附架桥、网捕自然水体一般pH=6.5-7.8三、混凝过程分散〔coagulation〕带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和――电位――脱稳――分散，生长成约d=10特点：猛烈搅拌，瞬间完成在混合设备中完成絮凝〔flocculation〕高聚合物的吸附架桥脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-1.2mm特点：需要确定时间，搅拌从强弱在絮凝中设备完成4节混凝剂和助凝剂一、混凝剂200－300种。分类：铝系铝系无机铁系硫酸铝明矾聚合氯化铝〔PAC〕聚合硫酸铝〔PAS〕三氯化铁硫酸亚铁硫酸铁〔国内生产少〕聚合硫酸铁聚合氯化铁阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阴离子型：水解聚丙烯酰胺〔HPAM〕非离子型：聚丙烯酰胺PA，聚氧化乙烯〔PEO〕两性型：淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂pH：5.5~8pH：5~11，但腐蚀性强国外开头增多，国内尚少人工合成有机使用极少自然进展方向：聚合硫酸铝铁PFA、聚合氯化铝铁PFA、聚合硫酸氯化铁PFSPASPASPFSPS、聚合硅酸铁〔PSF〕无机－有机复合：聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-自然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子有机高分子絮凝剂：阳离子有机化合物自然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素等多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻微生物絮凝剂二、助凝剂可以参与混凝，也可不参与混凝。酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸SiOnH、骨胶、高分子絮凝剂2 2氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl、O等2 35颗粒间的碰撞是混凝的首要条件――混凝动力学一、异向絮凝由布朗运动造成的碰撞，主要发生在分散阶段。Np＝8/(3)KTn2n：颗粒数量浓度：运动粘度分散速度打算于颗粒碰撞速率。Np只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。1m，布朗运动消逝。二、同向絮凝由水力或机械搅拌产生。其理论仍在进展之中。最初的理论基于层流的假定。碰撞速率N＝4/3n2d3G0d：颗粒粒径G＝U/Z(速度梯度)〔相邻两流层的速度增量〕可由水流所耗功率p来计算。p/p＝G ：剪切应力p：单位体积流体所耗功率，W/m3依据牛顿定律p/G (1/s) (1943年制造的理论，甘布公式)：动力粘度，Pasp：水流所耗功率，W/m3ghT水力搅拌时 pV＝gQh〔由水流本身能量消耗供给〕水流体积ghTG：运动粘度，m2/sh：水头损失，mT：水流在混凝设备中的停留时间但存在问题：层流假设基于紊流理论的颗粒碰撞机率计算？微涡旋理论G增加碰撞机率增加絮凝效果增加但裂开程度也增加。此现象尚未很好从理论上得到描述。三、混凝把握指标G可以来推断混合和絮凝的程度：混合〔分散〕过程：G＝700－1000s-1，但猛烈搅拌是为尽快分散药剂10～30s，一般<2min絮凝过程 ：不仅与G有关，还与时间有关。平均G＝20－70s-1，GT＝1～104－105实际设计，承受V和T，反过来校核GT或者平均GGT〔建议值10，：颗粒浓度第6节 混凝影响因素主要包括：水温、水化学特性、杂质性质和浓度、水力条件〔前面已有表达〕一、水温低温，混凝效果差，缘由是：无机盐水解吸热温度降低，粘度上升――布朗运动减弱胶体颗粒水化作用增加，阻碍分散二、pH及碱度视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。依据水质、去除对象，最正确pH范围也不同。需碱度来调整pH，碱度不够时需要投加石灰。三、水中杂质浓度杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。对策：1〕加高分子助凝剂加粘土投加混凝剂后直接过滤四、混凝效果的评价烧杯试验〔Jartest〕7节混凝设备一、混凝剂的配制与投配一般承受液体投加的方式。投配流程：药剂－溶解池－溶液池－计量设备－投加设备－混合设备－剂量与投加方式计量：流量计〔转子、电磁、孔口、计量泵投加方式：泵前投加，虹吸投加，水射器投加，泵投加投加量自动把握最正确投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量一般承受混凝搅拌试验，确定最正确混凝剂投加量，然后进展人工调整。自动把握方法：数学模型法：需要大量的生产数据、涉及仪表多现场模拟试验法：依据试验结果反响到投药，仍有确定滞后。流淌电流检测器SC下随流体流淌而产生的电流。絮凝监测器：利用光电原理检测水中絮凝颗粒变化二、混合设备水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。管式混合：管式静态混合器、集中混合器，混合时间2－3秒机械混合：搅拌三、絮凝设备隔板絮凝池：由往复式和回转式两种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0.3－0.5m，回转式的水头损失比往复式的小40％左右。特点：构造简洁、治理便利，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4－6段絮凝时间：20－30分隔0.5m折板絮凝池：通常承受竖流式，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝10－15分但安装修理较困难，折板费用较高机械絮凝池：浆板式和叶轮式水平轴式和垂直轴式调整简洁，效果好，大、中、小水厂均可但修理是问题。穿孔旋流不同形式的组合一、给水处理

8节混凝的应用以地面水为水源时，去除浊度和细菌。10度二、废水处理工业废水：用于处理一些特别的废水，脱色、去除悬浮物等印染废水处理：适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。混凝剂的选择与染料种类有关，需做混凝试验。可以单独用无机混凝剂，也可和有机高分子絮凝剂联用。例：某针织厂废水TOC50－60mg/L，pH7.5。承受PAC140mg/L时，TOC68％。含油废水处理：乳化油颗粒小、外表带电荷，加混凝剂，压缩双电层。通常承受混凝气浮工艺。例：兰州炼油厂废水加PAC承受二级气浮50-100mg/L投加PAC50mg/L一级气浮出水，油20－30mg/LPAC30mg/L二级气浮出水，油15－20mg/L肉类加工厂废水处理：例：某肉类加工厂屠宰废水COD为670mg/L，用聚合硫酸铁处理后，COD去除率在77％以上。混凝优点：上马快、投资省、效果好，但运转费高，沉渣多废水深度处理与回用如：1〕21世纪水厂再生水回灌地下石灰石灰生化处理出水化学澄清汽提中和56775m3/d煅烧沉渣空气CO237850m3/d消毒回灌地下活性炭过滤反渗透18925m3/d2〕南非纳米比亚的首都温德和克：世界上第一座将城市污水再生水直接用作饮用水源改善污泥脱水性能第三章沉淀与澄清一、原理

(Sedimentation,orsettlingandClarification)1节沉淀原理与分类利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮沉淀工艺简洁，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池〔去除无机物〕初沉池〔去除悬浮有机物〕二沉池〔活性污泥与水分别〕二、分类自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变〔沉砂池、初沉池前期〕絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加〔初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀〕拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层〔高浊水、二沉池、污泥浓缩池〕压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。2节自由沉淀(discreteparticlesettling)一、颗粒沉速公式假设沉淀的颗粒是球形所受到的重力为F1=1/6d3(p

-)gl所受到的水的阻力F2=CD

u2/2 d2/4lC 与颗粒大小、外形、粗造度、沉速有关。D平衡时：F1＝F24 g3C 4 g3C plduD l4g4g3CplduD l：外形系数C Re有关。DRe<1,

=24/ReD1 u p 18

gd2：水的动力粘度，Pas该公式难以反映实际，由于实际中颗粒大小不一，不是球形。但可以了解u的影响因素。此外，一般d难以测定，在层流区，颗粒太小。可以通过测定u，算出d〔留意是名义上的。二、颗粒沉淀试验ht=0t=tiht=0t=tit时，从底部取样，测定Cii计算tiui=h/tiCipi=Ci/C0p：沉速小于u

的颗粒占全部颗粒的比重i ip－u曲线〔颗粒粒度分布曲线〕ppu=h/tu=h/t颗粒去除率在t 时，uu 的颗粒全部去除0 0u<u 的颗粒局部去除0hi/h=ut/(ut)=u/ui0 00 0p0P(1p0)1/u0udpi i0通过试验可绘制以下曲线：E-t曲线中部取样法：

E－u曲线〔与水深无关〕P=(C

-C)/C

*100%0 0三、抱负沉淀池假设：颗粒为自由沉淀水流水平流淌，在过水断面上，各点流速相等。颗粒到底就被去除。水平流速v=Q/(h0

B:池宽考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。0uu的颗粒可以全部去除0u<u0

的颗粒只能局部去除去除率为E＝u/u=u/(Q/A)i 0 iq=Q/A=u0 外表负荷或溢流率对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲，去除率为E＝ui/u=ui/(Q/A)0〔如水深、池长、水平流速、沉淀时间〕(Hazen理论,1904年〕但实际沉淀池是偏离抱负沉淀池。从上式反映以下两个问题：1〕E确定，ui越大，外表负荷越大，或qE增大。u与混凝效果有关，应重视加i强混凝工艺。2〕uAQE。当容积确定时，增加A，可以降低水i一、特点

3节絮凝沉淀(flocculentsettling)在沉淀过程中，颗粒变大，沉淀变大。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，只能通过沉淀试验推想沉淀效果。二、沉淀试验沉淀柱高度＝实际沉淀池深度1〕在时间ti，不同深度测Ci2)计算各深度处的颗粒去除百分率p＝(C0

-Ci)/C0

*100%绘制去除百分率等值线计算颗粒去除率1：按自由沉淀来类推〔16－9〕Pp

/th1 h

h/tp) 2

p)...2 u 3 20

u 4 302：中部取样法P＝〔C-C〕/C*100% C：h/2处的浓度0 0三、沉淀效率、外表负荷和停留时间之间的关系要求确定的去除率 设计停留时间和外表负荷假定不同的水力停留时间t------计算总去除率P得出相应的外表负荷q间时留停绘制三者之间的关系曲线留意：曲线与水深有关。间时留停荷负面表沉淀效率沉淀效率4节拥挤沉淀(Hindered(Zone)settling)一、特点发生在SS浓度较高的状况分层沉淀，消灭清水－浑水交接面416－2。A：清水区B：等浓度区〔与原水颗粒浓度一样〕或称受阻沉降层颗粒沉速等于界面〔1－1面〕沉降速度，等速下降〔Vs〕C：变浓度区颗粒浓度由小变大D：压实区颗粒沉速从大――小悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程界面〔2－2面〕以确定速度上升沉淀开头，1－1面下降，2－2面上升t＝tc时，1－12－2面相遇时，临界沉降点当再延长沉降时间，污泥层就会发生压实。分区的条件：最大颗粒粒径/最小颗粒粒径<6发生在：混凝后的矾花〔>2-3g/L〕活性污泥>1g/L高浓度泥沙>5g/L二、沉降过程曲线1－1界面的高度为坐标，可以作出沉降过程曲线。b-c1－1界面的等速沉降Cc为临界点最终压实高度为H沉降过程曲线的相像性，与水深无关〔当原水颗粒浓度一样时。A1B1A2B2A1B1A2B2由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线证明见：Kynch理论界面沉降速度Vs与颗粒浓度有关Vs=f(C)对于活性污泥Vs=ac-n〔n>1〕临界点图解近似求解法5节沉淀池一、分类平流式竖流式辐流式斜流式二、平流式沉淀池进水区、沉淀区、存泥区、出水区构造进水区流量均匀分布可承受配水孔或者缝给水中，通常承受穿孔花墙v<0.15-0.2m/s沉淀区水力条件要求：削减紊动性：紊动性指标Re=vR/ ：运动粘度提高稳定性：弗劳德数Fr＝v2/Rg〔Fr高，说明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗力气强。同时满足的只能降低水力半径R，措施是加隔板L/B>4, L/H>10水流速度的把握也很重要适宜范围：10-25mm/s〔给水〕5－7mm/s〔污水〕出水区出水均匀。通常承受：溢流堰〔施工难〕三角堰〔对出水影响不大〕漂移孔口〔简洁找平〕把握单位堰长的出水量：给水：<500m3/(md)初沉：<2.9L/(ms)二沉：1.5-2.9L/(ms)存泥区及排泥措施泥斗排泥靠静水压力1.5–2.0m，下设有排泥管多斗形式，可省去机械刮泥设备〔池容不大时〕机械排泥带刮泥机，池底需要确定坡度虹吸吸泥车设计计算设计参数确实定u或T0 0由沉淀试验得到选u时，絮凝性颗粒 池深要与试验柱高相等0选T时，无论颗粒的性质如何 池深要与试验柱高相等0考虑水流的影响u ＝u0/1.25-1.75 T ＝1.5-2.0T0设 设在数值上，q ＝u设 设依据阅历：q 〔m3/m2h〕 T (h)设 设给水处理〔混凝后〕 1－2 1-3初次沉淀池1.5-31-2二次沉淀池〔生物膜法后〕1-21.5-2.5〔活性污泥法后〕1-1.51.5-2.5设计计算q来计算A＝Q/q设L=3.6vT；T：水力停留时间水流流速v＝10-25mm/s〔给水〕5－7mm/s〔污水〕宽度B＝A/LT来计算计算有效体积V＝QT选池深H〔3.0-3.5m〕计算B＝V/(LH) L=3.6vT校核水流的稳定性，Fr＝10-4~10-5之间。二、竖流式沉淀池水流上升速度v颗粒沉速>v，下沉v, 沉不下来依据沉淀试验得u0---u ；v ≤u设 设 设沉淀去除率＝1－p0无沉淀资料时，对于生活污水，v ＝1.5-3m/h, T 设 设由v →A=Q/v设 设→直径由T →H＝v

留意：A的算法设 设 设/H<3，使水流接近竖流，<10m留意：中心管的流速不宜太大，<30mm/s适用于小水深，池深大，但沉淀效果较差排泥便利，占地小。三、幅流式沉淀池中心进水幅流式带刮泥机：中心驱动式周边驱动式〔使用较多〕＝20－30mm，>16mm适用于大水量，但占地大，机械修理，配水条件差由于水流速度由大――小颗粒沉降轨道是曲线。计算：由q――A＝Q/q设 设H＝u T设 设u向心幅流式

:1.5-3m/h; 设

:1.5-2.5h设 周边进水――中心进水：进水断面大，进水易均匀周边进水――周边出水1四、斜板〔管〕沉淀池原理沉淀效率＝ui/Q/A在原体积不变时，较少H，加大A，可以提高沉淀效率或提高Q浅层理论1904年Hazen提出1945年Camp认为池浅为好1955年多层沉淀池产生〔FrRe可以同时满足〕1959年日本开头应用斜板1972年中国汉阳正式应用断面外形：圆形、矩形、方形、多边形除园性以外，其余断面均可同相邻断面共用一条边。水力半径R>d/3 斜板Rd/3 斜管斜管比斜板的水力条件更好。材质：轻质，无毒纸质蜂窝、薄塑料板〔硬聚氯乙烯、聚丙烯〕构造异向流异向流根本参数：＝60度，L＝1-1.2m板间距50－150mm清水区0.5-1.0m布水区0.5-1.0mu=0.2-0.4mm/s, v3mm/s0Q ＝u〔A ＋A

〕：0.6-0.8，斜板效率系数；A斜：斜板在水平面的投影面积设 0 斜 原同向流30－40度沉淀效果提高，但构造比较简洁，使用少Q ＝u〔A －A 〕设 0 斜 原横向流使用少，构造和平流式沉淀池较接近，易于改造，但水流条件差Re大，难支撑Q ＝uA设 0 斜优缺点优点：沉淀面积增大，水深降低，产水量增加q＝9－11m3/(m2h)平流式q<2m3/(m2h)层流状态Re<200，平流式>500缺点：停留时间短〔几分钟对混凝要求高耗材，有时堵，常用于给水处理，和污水隔油池五、沉砂池原理与沉淀池一样。功能：去除比重较大的无机颗粒〔如泥沙、煤渣等〕保证措施：流速把握常用的有：平流沉砂池、曝气沉砂池平流式沉砂池：0.3m/s,0.15m/s30s,30-60s曝气沉砂池：旋流速度：0.25-0.3m/s最大流量时的T：1-3min,水平流速：0.1m/s6节澄清池(Clarifier)污泥再悬浮起来，池中保持大量矾花，脱稳胶体靠接触分散粘附在活性泥渣上。〔混合〕澄清常用于给水处理需保持矾花确定浓度，通过排泥把握沉降比在20－30％。泥渣悬浮型〔过滤型：矾花简洁冲出去，但对细小矾花具有过滤作用如悬浮澄清池、脉冲澄清池泥渣循环型〔分别型：效果与上相反如机械加速澄清池、水力循环澄清池一、加速澄清池1920infilco公司制造的1935年有工程实例1965年我国开头使用一反响区容积：15－20分Q二反响区容积：7－10分Q分别区v上＝1－1.2mm/st＝1－1.5h，比平流式快需定期排泥回流泥量Q3－5Q优点：处理效果好，稳定，适应性强,适用于大、中水厂缺点：机电修理启动时有时需人工加土和加大加药量二、水力循环澄清池v＝2－3m/s一反响室出口v=60mm/st＝15－30s二反响室下降v＝40－50mm/s出口v＝5mm/st＝80－100s分别区v＝1－1.2mm/s, t＝1h回流泥量＝2－4Q优点：不需机械搅拌，构造简洁缺点：反响时间短，运行不稳定，泥渣回流把握较难，适应性差，适用于小水厂。三、脉冲澄清池靠脉冲方式进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀：1〕有利于颗粒和悬浮层接触；2〕悬浮层污泥趋于均匀。配水方式：紊流板充水时间：25－30s放水时间：6－10s1956年法国首先制造工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。四、悬浮澄清池20－30％，来保持池内泥渣浓度确定。池内水流上升速度v＝0.8-1.0mm/s构造简洁，但运行适应性差〔水温、水量、变化时，泥渣层工作不稳定〕澄清池中加斜板，留意反响室的配套设计欧洲过滤型澄清池多，美国机械加速澄清池多。第四章气浮(Flotation)1节理论根底是一种固－液和液－液分别的方法。具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒一、界面张力和润湿接触角任何不同介质的相外表上都因受力不均衡而存在界面张力气浮的状况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。三相间的吸附界面构成的交界限称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ13－313－4。θ>90，疏水性,易于气浮θ<90,亲水性二、悬浮物与气泡的附着条件依据物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能削减为最小的趋势。界面能W=σS S：界面面积； σ：界面张力附着前W1=σ水气+σ水粒〔假设S1〕附着后W2=σ气粒界面能的削减△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180θ)所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)依据热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。θ0, COSθ--1,△Ｗ=0不能气浮θ<90, COSθ<1,△Ｗ<σ 颗粒附着不牢水气θ>90, △Ｗ>σ水气 易气浮――疏水吸附θ180 △Ｗ=2σ水气 最易被气浮(2)同时,COSθ ＝〔σ －σ 〕/σ 〔由图13-4〕气粒 水粒 水气σ 增加，θ增大,有利于气浮水气如石油废水,外表活性物质含量少,σ 大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。水气而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中外表活性物质含量多，σ 小，直接气浮效果水气差。对于亲水性颗粒的气浮，外表需改性为疏水性→投加浮选剂浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。三、气泡的稳定性气浮中要求气泡具有确定的分散度和稳定性。气泡粒径在100左右为好。干净水中：气泡常达不到气浮要求的细小分散度干净水外表张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。稳定性不好。缺乏外表活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。即使悬浮物已附着在气泡上也易重脱落会水中↓参与起泡剂〔一种外表活性物质，保护气泡的稳定性。见图1－5对于有机污染物含量不多的废水在进展气浮时适当的外表活性剂是必要的。但外表活性物质过多太多→σ 降低，同时 →此时，尽管气泡稳定，水气污染粒子严峻乳化 但颗粒－气泡附着不好如何把握最正确的投加量？影响三个因素：稳定性、外表张力、乳化效果四、乳化