第二章水的物化处理方法

第一篇

水质净化与水污染控制工程第一章水质与水体自净第二章水的物理化学处理方法第三章水的生物化学处理方法第四章水处理工程与废水最终处置第二章水的物化处理方法第一节水中粗大颗粒物质的去除粗大颗粒物质悬浮物质和胶体物质溶解性物质按颗粒的大小≥0.1或1mm砂石、小卵石、砾石、树枝、菜叶、碎布、垃圾等筛滤截留重力沉降离心分离格栅筛网微滤机沉砂池旋流分离器离心机第二章水的物化处理方法一、格栅、筛网和微滤机1、格栅主要用途：用于去除可能堵塞水泵机组及管道闸门的粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。结构特点：由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成，栅条间形成缝隙。（缝隙宽度和水质决定截留效率）安装：倾斜安装在进水的渠道或进水泵站集水井的进口处。后处理：填埋、堆肥、焚烧等清除方式：人工、机械液面落差：10~15cm水流速度：0.6~1.0m/s

格栅倾角：50~60°缝隙宽度水泵站2~150mm沉淀/砂池15~30mm第二章水的物化处理方法第二章水的物化处理方法格栅不锈钢机械自动格栅链条式格栅除污机带溢流旁通道的人工清理铁格栅格栅的工作原理第二章水的物化处理方法主要用途：去除水中纤维、纸浆、藻类等较小杂物，

去除效果相当于初次沉淀池。水力筛网振动筛网转鼓式筛网2、筛网1、旋转筒2、污水3、筛滤后水4、蒸气或高压空气管5、旋转筒旋转方向6、截留污物排出7、筛网转筒式筛网原理图振

动

筛

网第二章水的物化处理方法振动筛网微滤机第二章水的物化处理方法3、微滤机主要用途：截留细小悬浮物。优点：占地少，过滤能力大，操作方便，应用广泛微滤机1、旋转转筒2、池3、水槽4、孔管5、滤网冲洗设备6、集渣斗7、排渣管8、出水管二、沉砂池2、自由沉降——在沉降过程中颗粒杂质的尺寸、形状和比重均不随时间而变的现象。——Stokes（斯托克斯）公式第二章水的物化处理方法1、沉砂池

——

以重力分离为基础，从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免影响后续处理设备的运行。①平流式沉砂池②竖流式沉砂池③曝气式沉砂池Q——澄清流量，m3/sh——颗粒在t时间内所沉降的距离，mA——与沉降方向垂直的矩形容器截面积，m2u——颗粒沉降速度，m/s第二章水的物化处理方法①平流式沉砂池截留效果好，工作稳定，构造简单且易于排砂，但占地面积大1400平流式沉砂池第二章水的物化处理方法处理能力小结构较复杂②

竖

流

式

沉

砂

池竖流式沉砂池出口③曝气式沉砂池可避免沉砂发臭，预曝气，有利于后续生化处理，但能耗高曝气式沉砂池第二章水的物化处理方法第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除一、沉淀1、沉淀理论

沉淀过程自由沉淀压缩沉淀拥挤沉淀絮凝沉淀沉淀混凝澄清过滤气浮颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不变，下沉速度不受干扰。沉降过程中颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量随深度增加而增大，沉速亦随深度而增加。颗粒浓度较大，在下沉过程中相互干扰，但颗粒间相对位置不变，整体成层下降。颗粒浓度很高且相互接触。上层颗粒的重力作用挤压下层颗粒间的水，使颗粒群压缩。第二章水的物化处理方法平流式竖流式辐流式2、普通沉淀池（1）类型第二章水的物化处理方法进水区有整流措施，保证入流污水均匀稳定地进入沉淀池。出水区设出水堰，控制沉淀池内的水面高度，保证沉淀池内水流的均匀分布。沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3/（m·d），二沉池为130~250m3/（m·d）。锯齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。多斗式沉淀池，不设置机械刮泥设备。每个贮泥斗单独设置排泥管，各自独立排泥，互不干扰，保证沉泥的浓度。平流式沉淀池的构造及工作特点平流沉淀池的构造及工作特点平流式沉淀池的构造及工作特点（进水）平流式沉淀池的构造及工作特点（出水）竖流式沉淀池第二章水的物化处理方法竖流式沉淀池第二章水的物化处理方法第二章水的物化处理方法辐流式沉淀池辐流式沉淀池辐

流

式

沉

淀

池周边进水中央出水周边进水周边出水进水出水排泥进水出水排泥水力吸泥装置第二章水的物化处理方法周边进水周边出水的辐流式沉淀池第二章水的物化处理方法（2）沉淀池类型的选择类型优点缺点适用条件平流式（1）沉淀效果好（2）对冲击负荷和温度变化的适应能力较强（3）施工简易，造价较低（1）配水不易均匀（2）采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作量大，管理复杂；采用链带式刮泥机排泥时，机件浸于水中，易锈蚀。（1）适用于地下水位高及地质差地区（2）适用于大中小型水处理厂。竖流式（1）排泥方便、管理简单（2）占地面积较小（1）池子深度大，施工困难（2）造价较高（3）对冲击负荷和温度变化的适应能力较差（4）池径不宜过大，否则布水不匀适用于小型污水处理厂，给水厂多不用。辐流式（1）多为机械排泥，运行较好，管理简单（2）排泥设备已趋稳定（1）水流不易均匀，沉淀效果较差（2）机械排泥设备复杂，对施工质量要求高（1）适用于地下水位较高地区（2）适用于大中型水处理厂第二章水的物化处理方法（2）平流沉淀池的设计设计原则设计参数设计举例第二章水的物化处理方法第二章水的物化处理方法3、斜板斜管沉淀池A增大Q不变u0减小t减小u0不变H减小（1）浅池沉降理论缩小沉淀区深度对沉淀过程的影响第二章水的物化处理方法（2）构造斜板斜管沉淀池1、配水槽2、穿孔墙3、斜板或斜管4、淹没孔口5、集水槽6、集泥斗7、穿孔排泥管8、阻流板第二章水的物化处理方法二、混凝

凝聚—使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程混凝

絮凝—微粒通过吸附、卷带和桥连而成为更大絮体的过程第二章水的物化处理方法胶体结构与电位示意图电位离子反离子滑动面胶团边界胶核胶粒吸附层扩散层1、

混

凝

过

程

的

理

论

基

础①胶体的结构胶体所受影响由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且ξ电位越高，胶粒间的静电斥力越大受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”胶粒之间还存在着相互引力——范徳华引力胶体间的相互斥力不仅与ξ电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。水化作用也使胶体不能相互聚结。2.混凝原理(1)压缩双电层作用混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层,使ξ电位降低。当ξ电位为零时,称为等电状态。此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。实际上，ξ电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的ξ电位称为临界电位。胶粒因ξ电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。(2)吸附电中和作用胶粒表面对异号离子、异号胶粒或者链状高分子带异号电荷部位有强烈吸附作用，中和部分或全部电荷作用。高分子物质的带电部位与胶粒表面所带异号电荷中和作用小的带正号胶粒被带负号电荷的大胶粒说吸引(3)吸附架桥作用

当两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间形成架桥，就能连结、团聚成絮体而被除去。由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。天然水混凝，阳离子型聚合物具有吸附电中和及吸附架桥双重作用；阴离子或中性的聚合物只能起到架桥的作用。(4)网捕作用

向水中投加含铁、铝等金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。

2、混凝剂、助凝剂及其作用（1）铝盐的水解过程脱稳凝聚桥连絮凝网捕絮凝氧化铝不同pH值相对应的三价铝水解产物各水解产物所占比例第二章水的物化处理方法各阶段的脱稳机理？低聚合度高电荷多核羟基配合物高聚合度的羟基配合物氢氧化物溶胶第二章水的物化处理方法（2）有机合成高分子絮凝剂聚丙烯酰胺天然有机高分子絮凝剂（3）助凝剂酸碱类：调整pH绒里核心类：改善矾花结构（活化硅酸）加固作用：聚硅酸铝盐第二章水的物化处理方法

3、混合与反应设备药剂的溶解与投加过程药量小的时候用水力搅拌，药量大用机械搅拌（1）混凝剂投配

3、混合与反应设备第二章水的物化处理方法混合的目的是使药剂迅速均匀扩散到水中，并与水中的悬浮颗粒接触，产生微小的矾花。搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流，混合流速应在1.5m/s以上，时间不超过2min。（2）混合设备

3、混合与反应设备第二章水的物化处理方法反应设备的任务是使细小矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀去除。搅拌强度比混合设备中小，但时间比较长。（3）反应设备（1）澄清池三、澄清池水和药剂的混合反应絮凝体和水的分离保持悬浮状态、浓度稳定且均匀分布的泥渣区泥渣循环分离型悬浮泥渣过滤型机械加速澄清池悬浮澄清池第二章水的物化处理方法机械加速澄清池一次混合及反应区二次混合及反应区竖管澄清水原水回流区转动叶轮泥浆池浓缩斗取样栓排泥及放空排泥罩投药投药电动机出水孔口（2）常见澄清池第二章水的物化处理方法悬

浮

澄

清

池泥渣悬浮层强制出水槽排泥穿孔管进水穿孔管泄水穿孔管反应罩检修人孔（2）常见澄清池第二章水的物化处理方法四、过滤1、过滤机理阻力截留接触絮凝重力沉降水中悬浮物的粒径表层滤料的最小粒径过滤速度滤料直径过滤速度滤料直径（比表面积）荷电量单层滤池双层滤池多层滤池普通快滤池虹吸滤池无阀滤池重力式滤池压力滤池慢滤池快滤池第二章水的物化处理方法滤料种类作用水头过滤速度进出水及反冲洗水的供给方式第二章水的物化处理方法2、普通快滤池

（1）过滤工艺过程（过滤、反洗）集水渠洗砂排水槽废水渠（2）滤料/层A滤料滤料的要求：足够的机械强度，较好的化学稳定性，适宜的级配和足够的孔隙率级配：滤料的颗粒范围以及在此范围内各种粒径的滤料数量之比例。常用的滤料有石英砂、无烟煤、陶粒、高炉渣、天然矿石，以及聚苯乙烯球、塑料纤维球等。第二章水的物化处理方法滤料的性能指标有效直径和不均匀系数滤料的纳污能力滤料的孔隙率和比表面积滤料石英砂无烟煤纤维球果壳鹅卵石垫层第二章水的物化处理方法B滤层单层滤池通常以石英砂作为滤料。双层过滤，在石英砂层上铺比重轻、粒度大的无烟煤滤层深度（cm）单层滤料双层滤料藏污量(g/cm3)第二章水的物化处理方法C垫层填充于滤层与集（配）水系统之间，其作用是过滤时阻挡滤料进入集水系统，反洗时还能起到均匀布水的作用。垫层材料要有足够的机械强度和化学稳定性，一般采用天然卵石或碎石。第二章水的物化处理方法其他种类的滤池虹吸滤池重力式无阀滤池均粒滤料滤池

水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。五、气浮污水处理技术中，气浮法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离;工业废水处理;污水中有用物质的回收;取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况;剩余活性污泥的浓缩。按生产细微气泡的方法分微气泡曝气气浮法剪切气泡气浮法加压溶气气浮法真空气浮法电解气浮法分散空气气浮法溶解空气气浮法气浮法的类型从溶解空气和析出条件来看加压溶气气浮法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空气浮法：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶解空气气浮法

真空浮上法加压溶气浮上法的基本原理空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度的表示单位体积水溶液中溶入的空气质量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL(气)/L(水)加压溶气气浮空气在纯水中的饱和溶解度

空气在水中的溶解度与温度、压力有关。在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。一定温度下，溶解度与压力成正比。

空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。气泡核的形成过程起决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足气浮工艺的要求。加压溶气的两种方式存在问题：填料长膜；压缩气含油；调节不便；时而需放气。存在问题：设备较复杂；造价偏高。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂主要是调节污水的pH，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。

气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为2.0~2.5m，一般以单格宽度不超过10m、长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为5~15min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为10~20mm/s，停留时间应大于60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150~200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。气浮池竖流式气浮池平流式气浮池

气浮法的优点处理效率高，一般只需要10~20Min即可完成固液分离，且占地面积小；生成污泥比较干燥，表面刮泥也比较方便；在处理废水时由于向水中曝气，增加了水中的溶解氧，有利于后续的生化处理。第二章水的物化处理方法

气浮法的缺点在于电耗较大，设备的维修和管理工作量增加，特别是减压阀、释放器或射流器等易被堵塞。第三节水中溶解物质的去除软化：降低水中Ca2＋、Mg2＋含量的处理。Ca2＋、Mg2＋、Na＋、K＋CO32－、HCO3－、SO42－、Cl－阳离子阴离子一、水的软化与除盐溶解气体O2、CO2①加热软化②药剂软化③离子交换第二章水的物化处理方法

除盐：降低水中部分或全部含盐量的处理。

①蒸馏②电渗析③离子交换软化的基本方法一、水的软化与除盐Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2↑Mg(HCO3)2MgCO3+H2O+CO2↑MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑第二章水的物化处理方法软化：降低水中Ca2＋、Mg2＋含量的处理。

①加热软化不能降低非碳酸盐硬度②药剂软化常用的药剂法为石灰法、石灰-纯碱法与石灰-石膏法③离子交换

利用离子交换剂将水中的Ca2+、Mg2+转换成Na+，其他阴离子成分不改变。二、离子交换法1、离子交换剂离子交换树脂树脂本体活性基团固定离子活动离子阳离子交换树脂结构示意图水固定离子可交换离子乙二烯交联链聚苯乙烯链第二章水的物化处理方法给水水质软化和除盐的主要方法之一实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。

离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：交换树脂交换离子饱和树脂

在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：

K(平衡常数)值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。第二章水的物化处理方法离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。种类凝胶型树脂大孔型树脂多孔凝胶型树脂巨孔型(MR型)树脂高巨孔型(超MR型)树脂按活性基团可分为含有酸性基团的阳离子交换树脂含有碱性基团的阴离子交换树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂两性树脂第二章水的物化处理方法（二）离子交换树脂的性质1.物理性质（1）外观和粒度：多呈透明或半透明的球形，颜色有黄、白、深褐色等。树脂的粒径一般为0.3~1.2mm。（2）密度：干真密度、湿真密度和湿视密度。

湿真密度：树脂在水中经充分膨胀后的颗粒密度，不包括空隙体积。在确定反冲洗强度和选择阳阴混合床树脂时用到。

（阳树脂：1.20-1.35g/mL，阴树脂：1.04-1.12g/mL）

湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。包括树脂的空隙率。一般0.6-0.85g/mL，常用来计算离子交换器内树脂的用量。（二）离子交换树脂的性质1.物理性质（3）含水率：树脂的含水率主要取决于树脂的交联度，反映了树脂网架中的孔隙率。（一般在50%）（4）溶胀性：树脂由于吸水或转型等条件改变，而引起的体积变化现象。（5）耐热性：阳树脂可耐受100℃或跟高温度阴树脂可耐受60-80℃（6）机械强度：树脂颗粒的机械强度取决于交联度，交联度越大，机械强度越高。水处理工程中要求树脂的机械强度保证每年使用的损耗率不超过7%。2、离子交换树脂化学性能指标（1）树脂的交联度

树脂在合成时采用的交联剂（如二乙烯苯）的用量，影响树脂分子的交联度。交联度高的树脂，孔隙率较低，密度较大，离子扩散速率较低，对半径较大离子的交换量较小；浸泡水中时，溶胀性较低，比较稳定，不易破碎。水处理中使用的离子交换树脂交联度8%~12%（2）离子交换树脂的有效pH范围树脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围1~145~141~120~7交换容量全交换容量工作交换容量一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量树脂在给定工作条件下实际的交换能力（3）交换容量

定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂)或mol/L(湿树脂)

当去除无机阳离子或有机碱性物质时，宜选用阳树脂；去除无机阴离子或有机酸时，宜选用阴树脂；有机物宜用低交联度的大孔树脂来处理

1.离子的交换的交换势,除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外,温度和浓度的影响都很大。

2.在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。

3.在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大致上是原子序数越高，交换势越大；但是稀土元素情况正好相反。

4.氢离子对阳离子交换树脂的交换势，取决于树脂的性质。

5.在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子交换树脂来说,酸根(阴离子)的交换序列如下：SO42->CrO42->柠檬酸根>酒石酸根>NO3->AsO43->PO43->MoO42->醋酸根、I-、Br->Cl->F-。（4）离子交换的选择性

6.对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随树脂的性质而异，没有一般性的规律。

7.氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树脂类型。

8.离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。

9.大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。

3、离子交换工艺及应用（1）离子交换的运行操作交换反洗再生清洗离子交换装置固定床单层床双层床混合床连续床移动床流动床（1）离子交换装置的类型离子交换系统一般包括：预处理设备、离子交换器和再生附属设备。软化Na＋型阳离子交换柱除盐H＋型阳离子交换柱OH－型阳离子交换柱（2）离子交换的应用钠型离子交换柱H＋柱和OH－柱串联除盐第二章水的物化处理方法

三、吸附法吸附法——利用多孔性的固体物质使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。吸附——相界面上，物质自动发生累积或浓集的现象。吸附剂吸附质作用力反应温度吸附热选择性可逆性吸附层物理吸附范德华力低温小无可逆单/多分子层化学吸附化学键力较高温大有不可逆单分子层1、吸附类型第二章水的物化处理方法2、吸附剂大孔微孔溶剂和吸附质均可进入的区域溶剂和小吸附质可进入的区域只有溶剂可进入的区域活性炭的微孔结构小孔＜2nm过渡孔

2～100nm大孔

100～10000nm第二章水的物化处理方法活性炭第二章水的物化处理方法3、吸附平衡和吸附等温线吸附量

——吸附平衡时单位质量吸附剂吸附的吸附质的质量吸附等温线

——在一定温度下，活性炭与被处理的水接触并达到平衡时，吸附质在溶液中的浓度与活性炭吸附量之间的关系。第二章水的物化处理方法表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。Freundlich等温式对上式取对数，可得：Freundlich吸附等温线ρLangmuir等温式该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：将上式变换成以下形式，使用时较方便：Langmuir吸附等温线ρeρ4.影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来第二章水的物化处理方法5.吸附剂的再生6.吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中第二章水的物化处理方法7、吸附法在污水处理中的应用（1）吸附法除汞

活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程第二章水的物化处理方法（2）炼油厂、印染厂废水的深度处理

某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。

废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。第二章水的物化处理方法四、膜分离技术半透膜

——凡在溶液中一种或多种成分不能透过，而其它成分能透过的膜。膜分离法

——利用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使一侧溶液中的某种溶质透过膜或溶剂（水）渗透出来，从而达到分离溶质的目的。第二章水的物化处理方法优点：常温下操作、没有相变、设备可工厂化生产、容易操作。缺点：需要消耗相当的能量，处理能力小。渗透膜法半透膜的渗析作用依靠薄膜中“孔道”的大小分离不同的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质动力分子扩散作用电力压力渗析法电渗析法反渗法和超过滤法1、

电渗析法海水淡化电渗析法示意图阳极反应式：阴极反应式：用渗析法处理酸洗废水2.反渗透法反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透

任何溶液都具有相应的渗透压，其数值取决于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数学表达式为：

当完全解离时，i等于阴、阳离子的总数；对非电解质，则i＝1。>900.643.5％NaCl，1032.5kPa芳香聚酰膜>920.443.5％NaCl，10132.5kPaCA混合膜980.4海水，6079.5kPaCA3中空纤维膜981.0海水，10132.2kPaCA3复合膜>900.81％NaCl，5066.3kPaCA2.5膜脱盐率/%透水性测试条件品种几种反渗透膜的性能装置板框式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件管式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，制成管状膜的元件螺旋卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空纤维式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管

超过滤法作用溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起堵塞溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。主要用于分离有机的溶解物,如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。3、微滤MF、超滤UF、纳滤NF膜技术渗透电渗析反渗透纳滤超滤微滤驱动力浓度差电位差压力差压力差压力差压力差操作孔径/nm2～50（中孔）<2（微孔）<2（致密孔）<2（微孔）2～50（中孔）>50（大孔）分离范围/nm荷电离子0.1～11～105～20080~2000应用回收酸、碱回收酸、碱、淡化和除盐海水淡化饮用水处理高纯水制备废水处理去除相对分子量大于200～400的物质去除相对分子量大于1000～100000的物质去除胶体、悬浮固体和细菌。可降低浊度、水消毒第二章水的物化处理方法各类膜技术的比较

第四节水中有害微生物的去除鼠疫杆菌霍乱弧菌第二章水的物化处理方法一、概述

1、水中的细菌和病毒大肠杆菌

2、定义：将水体中的病原微生物(pathogenicorganisms)灭活，使之减少到可以接受的程度。

3、评价指标：（生活饮用水卫生规范，卫生部,2001.6）细菌总数：<100个/mL

总大肠菌群：每100mL水样中不得检出粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出

二、消毒方法与消毒剂1、消毒方法化学药剂（氧化剂等）、物理法（热和光）、机械法（格网、膜）、辐射（

射线、电子束）2、消毒剂•氧化剂：O3,ClO2

•重金属离子,如银等,很少用•有机化合物:医用,非水处理用•物理性消毒:热,UV,离子辐射和pH

三、氯消毒

1、自由有效氯1）CI2+H2O=HOCI+H++CI-pH>3,平衡向右;H+

的产生Cl2巨毒,遇水很快形成HOCl,pH>3,极少Cl2溢出Cl-无消毒力,就如NaCl2）HOCl=H++OCl-HOCl和OCl-是自由有效氯HOCl的消毒力是OCl-的100倍;最佳pH范围6~7

3）加入OCl-盐形成有效氯

Ca(OCl)2(固体),NaOCl(液体)Ca(OCl)2=Ca2++2OCl-OCl-+H+=HOClpH上升,加酸,维持pH在6~7,使HOCl为主4）次氯酸盐远比氯气贵,大处理装置用Cl22.结合有效氯（有氨存在）（combinedavailablechlorine）定义：氯与氨反应形成氯胺,称结合有效氯。

NH3+HOCl

NH2Cl+H2ONH2Cl+HOCl

NHCl2+H2ONHCl2+HOCl

NCl3+H2O其比例与pH有关。

pH>9，一氯胺占优势

pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在。

pH<6.5时，二氯胺

pH<4.5三氯胺

•结合有效氯的消毒力比自由有效氯低几个数量级,但剩余量维持时间长,适于长的配水系统。3、加氯量加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。余氯：出厂水接触30分后余氯不低于0.3mg/L；在管网末梢不应低于0.05mg/L。

加氯曲线：

•

水中无任何微生物、有机物等，加氯量＝余氯，

18－2中的①

•水中有机物较少时，需氯量满足以后就是余氯。图18－2中的②

•当水中的污染物主要是氨和氮化合物时，情况复杂。见图18－3。

OA段：水中杂质把氯消耗光。AH段：氯与氨反应，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量继续增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而减少。BC段：B点以后，出现自由性余氯。加氯量超过折点需要量：折点氯化H：峰点B：折点

当原水游离氨<0.3mg/L时→→加氯量控制在折点后当原水游离氨>0.5mg/L时→→加氯量控制在峰点前四、消毒副产物（DBPs）——卤代酰胺五、其它消毒法

1、物理消毒（1）加热消毒（2）紫外线消毒2、臭氧消毒

3、二氧化氯消毒

4、其它：重金属消毒、其他氧化剂消毒一、中和法常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10％左右，反应在池中进