清大水处理工程教案

PAGE1PAGE7《水处理工程》第一篇水与废水物化处理的原理与工艺主要参考书：顾夏声等：《水处理工程》第一版，清华大学出版社，1985严煦世、范瑾初编著：《给水工程》第四版，中国建筑工业出版社，1999张自杰等编著：《排水工程》第四版，中国建筑工业出版社，2000GeorgeTchobanoglous,FranklinL.BurtonandH.DavidStensel:WastewaterEngineering,treatmentdisposalandreuse,Fourthedition,Metcalf&Eddy,Inc.,（清华大学出版社影印，2002年8月）RonaldL.Droste:TheoryandPracticeofWaterandWastewaterTreatment,JohnWiley&Sons,Inc.,1997《环境工程手册》之《水污染防治卷》，张自杰等，高等教育出版社，1996绪论水资源循环与特点一、中国水资源特点人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），世界平均水准的1/4，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东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差3－6倍（大时）许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在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――配水针对不同的水源水水质，经处理后满足工农业和生活的对水质与水量的要求。排水工程：废水收集（来源于生活、工业和农业）――废水处理――排放或回用第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400亿m3。工业废水处理率约80％，达标排放的只有60％城市污水处理率<15％90％以上的城市水域受到污染，特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河湖泊富营养化严重：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1．工业污染源2.生活污染源3.养殖业4.面污染源：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2．废水水质指标1)物理性质：色，温度，SS2)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3)生物学指标：细菌总数、大肠菌数水污染原因1．人口增加和经济增长的压力：2．粗放型发展模式3.面源污染严重4．污水处理率偏低，大量污水直接排放5．环境意识淡薄、环境管理薄弱、环境执法力度不够6.排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用7.历史欠帐太多，资金投入严重不足五、水污染防止战略对策与保障措施战略对策：1．加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水资源化2．尽快实现从末端治理向源头控制的的战略转移，大力推行清洁生产3．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4．切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性保障措施：1.严格以法治水，制定并实施有效的法律、规章、制度2.完善水的管理体系，改变“多龙管水”的现象3.加大水污染治理投资4.采取有利于水污染防治的经济政策第3节水质标准饮用水卫生标准回顾历史，改善的方向：注重水的外观、预防传染病―去除重金属――去除微量有机物内分泌紊乱物质。有关的内分泌紊乱物质的提出始于90年代初野生动物学者的会议上。96年美国开始食品、饮用水中内分泌紊乱物的筛控方法研究。然后欧洲经济协力开发组织开始研究。97年日本，定出被怀疑的物质67,包括：（1）杀虫剂、除草剂，45种；（2）工业原料，有机氯化合物；（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出现――《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减少了伤寒病死亡的人数。到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》（Safedrinkingwateract），1975年颁布了《国家暂行饮用水基本规则》（NationalInterimprimarydrinkingwaterregulations）――美国饮用水水质标准上的里程碑增加了6种有机物的限制1979年修改《国家暂行饮用水基本规则》1986年提出了《安全饮用水法修正案》（SafeDrinkingWaterActAmendments）《暂行规定》《国家饮用水基本规定》（NationalPrimaryDrinkingWaterRegulations）提出了达到该标准的最佳可行技术（Bestavailabletechnology）。以后，不断改进，增加限制有机物的种类。美国等的情况代表了国际上先进水平水质标准的发展趋势。有机物指标的数目超过了水质指标总数的2/3，特别是消毒副产物项目的增加。国内情况：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年项目修订增加到23项1986年「――――」GB5749-85共35项，关于有机物指标只有6项2001年6月新标准[生活饮用水卫生规范]工业与其它用水标准工业用水标准其它：游泳、渔业、灌溉废水排放标准地表水环境质量标准首次发布1983年第1次修订1988年第2次修订1999年GHZB1-1999，2000年1月1日起实施。分成基本项目和特定项目特定项目适用于地表水域特定污染物的控制。共计75项，其中基本项目31项，以控制湖泊水库富营养化为目的的特定项目4项以控制地表水I，II，III类水域有机化学物质为目的的特定项目40项。水体分类：I类主要适用于源头水、国家自然保护区；II类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区III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IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区V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）：对人体健康产生长远影响，不允许稀释，一律执行严格标准II类（20项）：长远影响小于I类针对排放区域和新建、现有，执行不同的标准。修订标准：GB8978－1996颁布，98年1月1日开始实施。I类：增加到了13项II类：增加到了56项目仍按排放区域不同执行不同的标准。行业排放标准第4节水处理方法和工艺流程简介一、给水处理（一）给水处理的基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：减少、调整如软化、除盐、水质稳定降低水温：冷却去除微量有机物常规处理工艺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营养化湖泊水处理工艺（四）热点问题与发展方向有机污染物特别是80年代以后，对有机物的污染特别关注。已发现在给水水源中有机物种类在2000种以上；饮用水中有700多种。美国确立了117种优先控制有机物。我国也确定了12类，58种。病原微生物：新的病原微生物：如贾第虫（GiardiaLamblia）、隐孢子虫等。管网水二次污染：细菌繁殖――水质变差、管道堵塞水处理技术的发展方向：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）开发新技术（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控制：二、废水处理（一）基本处理方法物理法：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3．生物处理方法：好氧、厌氧（二）城市污水处理一般流程预处理：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75－9575－95存在问题：基建与运行费用高，占地大，剩余污泥产量大，管理麻烦，不能除去氮磷。发展方向：低耗高效处理技术：天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）工业废水处理根据水质不同、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（调节、气浮除油、中和）根据需要有后处理：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。

第二章混凝混凝的去除对象混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。范围在：1nm~0.1m（有时认为在1m）混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。水处理中主要杂质：粘土（50nm-4m）细菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸1637年我国开始使用明矾净水1884年西方才开始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胶体的性质一、胶体的稳定性动力学稳定性：布朗运动对抗重力。聚集稳定性：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，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。二、胶体的双电层结构动电位电位：决定了胶体的聚集稳定性一般粘土电位＝-15~-40mV细菌电位＝-30~-70mV三、DLVO理论胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用和距离来评价。由下列两方面的力决定：静电斥力：ER－1/d2范德华引力：EA－1/d6（有些认为是1/d2或1/d3）由此可画出两者的综合作用图。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,凝聚（一次凝聚）x>oa，稳定（二次凝聚除外）以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。德加根（derjaguin）、兰道（Landon）(苏联，1938年独立提出〕伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941年独立提出）胶体的凝聚：降低静电斥力――电位――势垒――脱稳――凝聚办法：加入电解质，但只适用于憎水性胶体第3节水的混凝机理与过程一、铝盐在水中的化学反应铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在。在水中，会发生下列过程。1．水解过程配位水分子发生水解：[Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++H+…….其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al(OH)3沉淀2．缩聚反应－OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）……..其结果是：电荷升高，聚合度增大同时多核羟基络合物还会继续水解。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复杂。至今尚未有统一认识。凝聚（Coagulation）、絮凝（Flocculation）混凝：包括两者1．压缩双电层根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入――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。示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三角洲。叔采－哈代法则可以适用，即：凝聚能力离子价数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；2）与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。2．吸附-电性中和这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面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。这一点与第1条机理不同。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。3．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，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。4．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凝聚―――澄清池中发生的现象根据以上机理，可以解释在不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理。pH<3简单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、网捕天然水体一般pH=6.5-7.8三、混凝过程凝聚（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――凝聚，生长成约d=10特点：剧烈搅拌，瞬间完成在混合设备中完成2．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：需要一定时间，搅拌从强弱在絮凝中设备完成第4节混凝剂和助凝剂一、混凝剂种类有不少于200－300种。分类：无机铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）适宜pH：5.5~8铁系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适宜pH：5~11，但腐蚀性强有机人工合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）两性型：使用极少天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂发展方向：无机复合聚合物混凝剂：聚合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅（PASi）、聚合铁硅（PFSi）、聚合硅酸铝（PSA）、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-天然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子有机高分子絮凝剂：阳离子有机化合物天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、助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。1．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（SiO2nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等第5节混凝动力学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，主要发生在凝聚阶段。颗粒的碰撞速率Np＝8/(3)KTn2n：颗粒数量浓度：运动粘度凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。Np只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。二、同向絮凝由水力或机械搅拌产生。其理论仍在发展之中。最初的理论基于层流的假定。碰撞速率N0＝4/3n2d3Gd：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＝G：剪切应力p：单位体积流体所耗功率，W/m3按照牛顿定律＝G(1/s)(1943年发明的理论，甘布公式)：动力粘度，Pasp：水流所耗功率，W/m3水力搅拌时pV＝gQh（由水流本身能量消耗提供）水流体积V＝QT：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破碎程度也增加。此现象尚未很好从理论上得到描述。三、混凝控制指标用G可以来判断混合和絮凝的程度：混合（凝聚）过程：G＝700－1000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂时间通常在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，采用V和T，反过来校核GT或者平均G最近采用：GTC（建议值100），C：颗粒浓度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（前面已有叙述）一、水温低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热温度降低，粘度升高――布朗运动减弱胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚二、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。根据水质、去除对象，最佳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2）加粘土3）投加混凝剂后直接过滤四、混凝效果的评价烧杯试验（Jartest）第7节混凝设备一、混凝剂的配制与投配一般采用液体投加的方式。1．投配流程：药剂－溶解池－溶液池－计量设备－投加设备－混合设备－2．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3．投加量自动控制最佳投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量一般采用混凝搅拌试验，确定最佳混凝剂投加量，然后进行人工调节。自动控制方法：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：根据试验结果反馈到投药，仍有一定滞后。 流动电流检测器（SCD）：流动电流是指胶体扩散层中反离子在外来作用下随流体流动而产生的电流。 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、扩散混合器，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：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂设计参数：流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4－6段絮凝时间：20－30分隔板间距：不大于0.5m折板絮凝池：通常采用竖流式，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时间10－15分但安装维修较困难，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节容易，效果好，大、中、小水厂均可但维修是问题。穿孔旋流不同形式的组合第8节混凝的应用一、给水处理以地面水为水源时，去除浊度和细菌。经混凝沉淀后一般浊度小于10度二、废水处理1．工业废水：用于处理一些特殊的废水，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TOC为50－60mg/L，pH值为7.5。采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时，TOC去除率为68％。含油废水处理：乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。通常采用混凝气浮工艺。例：兰州炼油厂废水加PAC采用二级气浮原水含油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2．废水深度处理与回用如：1）加利福尼亚州橘子县21世纪水厂再生水回灌地下化学澄清化学澄清汽提中和过滤活性炭消毒反渗透煅烧生化处理出水石灰沉渣空气CO2回灌地下37850m3/d18925m3/d56775m3/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3．改善污泥脱水性能

第三章沉淀与澄清(Sedimentation,orsettlingandClarification)第1节沉淀原理与分类一、原理利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮沉淀工艺简单，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（活性污泥与水分离）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。第2节自由沉淀(discreteparticlesettling)一、颗粒沉速公式（Stokes’law）假设沉淀的颗粒是球形所受到的重力为F1=1/6d3(p-l)g所受到的水的阻力F2=CDlu2/2d2/4CD与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。平衡时：F1＝F2可得到沉速(terminalvelocity)计算公式（对球形颗粒）：对于非球形颗粒：：形状系数CD与Re有关。Re<1,CD=24/Re：水的动力粘度，Pas该公式难以反映实际，因为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（注意是名义上的）。二、颗粒沉淀实验t=0t=0t=tih在ti时，从底部取样，测定Ci计算tiui=h/tiCipi=Ci/C0pi：沉速小于ui的颗粒占全部颗粒的比重p－u曲线（颗粒粒度分布曲线）ppu=h/t4.颗粒去除率在t0时，uu0的颗粒全部去除u<u0的颗粒部分去除hi/h=uit0/(u0t0)=u/u0通过实验可绘制以下曲线：E-t曲线E－u曲线（与水深无关）中部取样法：P=(C0-C)/C0*100%三、理想沉淀池假设：颗粒为自由沉淀水流水平流动，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/(h0B)B:池宽考察顶点，流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。uu0的颗粒可以全部去除u<u0的颗粒只能部分去除去除率为E＝ui/u0=ui/(Q/A)q=Q/A=u0表面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/u0=ui/(Q/A)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（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。(Hazen理论,1904年）但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。从上式反映以下两个问题：1）E一定，ui越大，表面负荷越大，或q不变但E增大。ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。2）ui一定，增大A，可以增加产水量Q或增大E。当容积一定时，增加A，可以降低水深――“浅层理论”。第3节絮凝沉淀(flocculentsettling)一、特点在沉淀过程中，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，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。二、沉淀实验沉淀柱高度＝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%3）绘制去除百分率等值线4）计算颗粒去除率方法1：按自由沉淀来类推（参考图16－9）方法2：中部取样法P＝（C0-C）/C0*100%C：h/2处的浓度三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系要求一定的去除率设计停留时间和表面负荷假定不同的水力停留时间t计算总去除率P得出相应的表面负荷q绘制三者之间的关系曲线注意：曲线与水深有关。停留时间停留时间表面负荷沉淀效率第4节拥挤沉淀(Hindered(Zone)settling)一、特点发生在SS浓度较高的情况分层沉淀，出现清水－浑水交接面出现4个区，参见图16－2。A：清水区B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）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）以一定速度上升沉淀开始，1－1面下降，2－2面上升当t＝tc时，1－1面和2－2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、沉降过程曲线以1－1界面的高度为坐标，可以作出沉降过程曲线。b-c的斜率代表1－1界面的等速沉降Cc为临界点最后压实高度为H沉降过程曲线的相似性，与水深无关（当原水颗粒浓度一样时）。A11A21A11A21B11B21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第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1．构造1）进水区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v<0.15-0.2m/s2）沉淀区水力条件要求：减少紊动性：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，表明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗能力强。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水流速度的控制也很重要适宜范围：10-25mm/s（给水）5－7mm/s（污水）3）出水区出水均匀。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：<500m3/(md)初沉：<2.9L/(ms)二沉：1.5-2.9L/(ms)4）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，池底需要一定坡度虹吸吸泥车2．设计计算1）设计参数的确定u0或T0由沉淀实验得到选u0时，絮凝性颗粒池深要与实验柱高相等选T0时，无论颗粒的性质如何池深要与实验柱高相等考虑水流的影响u设＝u0/1.25-1.75T设＝1.5-2.0T0在数值上，q设＝u设根据经验：q设（m3/m2h）T设(h)给水处理（混凝后）1－21-3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）1-1.51.5-2.52）设计计算以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/L以T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,沉不下来根据沉淀实验得u0u设；v设≤u设沉淀去除率＝1－p0无沉淀资料时，对于生活污水，v设＝1.5-3m/h,T设＝1–2.0h由v设→A=Q/v设注意：A的算法→直径由T设→H＝v设T设/H<3，使水流接近竖流，<10m注意：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方便，占地小。三、幅流式沉淀池1．中央进水幅流式带刮泥机：中央驱动式周边驱动式（使用较多）＝20－30mm，>16mm适用于大水量，但占地大，机械维修，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设――A＝Q/q设H＝u设T设u设:1.5-3m/h;T设:1.5-2.5h2．向心幅流式周边进水――中心进水：进水断面大，进水易均匀周边进水――周边出水向心式的表面负荷可提高约1倍。四、斜板（管）沉淀池1．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（Fr和Re可以同时满足）1959年日本开始应用斜板1972年中国汉阳正式应用断面形状：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R≤d/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）2．构造1）异向流异向流基本参数：＝60度，L＝1-1.2m板间距50－150mm清水区0.5-1.0m布水区0.5-1.0mu0=0.2-0.4mm/s,v3mm/sQ设＝u0（A斜＋A原）：0.6-0.8，斜板效率系数；A斜：斜板在水平面的投影面积2）同向流水流促进泥的下滑，斜角可减少到30－40度沉淀效果提高，但构造比较复杂，使用少Q设＝u0（A斜－A原）3）横向流使用少，结构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设＝u0A斜3．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），缓冲能力差对混凝要求高耗材，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相同。功能：去除比重较大的无机颗粒（如泥沙、煤渣等）保证措施：流速控制常用的有：平流沉砂池、曝气沉砂池平流式沉砂池：最大流速0.3m/s,最小流速0.15m/s最大流量时的停留时间不少于30s,一般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/s第6节澄清池(Clarifier)污泥再悬浮起来，池中保持大量矾花，脱稳胶体靠接触凝聚粘附在活性泥渣上。（混合）澄清常用于给水处理需保持矾花一定浓度，通过排泥控制沉降比在20－30％。泥渣悬浮型（过滤型）：矾花容易冲出去，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（分离型）：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1920年美国infilco公司发明的1935年有工程实例1965年我国开始使用一反应区容积：15－20分Q二反应区容积：7－10分Q分离区v上＝1－1.2mm/st总＝1－1.5h，比平流式快需定期排泥回流泥量Q’＝3－5Q第2：第1：清水区＝1：2：7优点：处理效果好，稳定，适应性强,适用于大、中水厂缺点：机电维修启动时有时需人工加土和加大加药量二、水力循环澄清池喷嘴速度过大、过小都不行，v＝4－7m/s喉管v＝2－3m/s一反应室出口v=60mm/st＝15－30s二反应室下降v＝40－50mm/s出口v＝5mm/st＝80－100s分离区v＝1－1.2mm/s,t＝1h回流泥量＝2－4Q优点：不需机械搅拌，结构简单缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，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年法国首先发明工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。四、悬浮澄清池强制出水管出水20－30％，来保持池内泥渣浓度一定。池内水流上升速度v＝0.8-1.0mm/s结构简单，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，注意反应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)第1节理论基础是一种固－液和液－液分离的方法。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的固体颗粒界面张力和润湿接触角任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力气浮的情况涉及：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线称为润湿周边。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θ。见图13－3和13－4。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按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。界面能W=σSS：界面面积；σ：界面张力附着前W1=σ水气+σ水粒（假设S为1）附着后W2=σ气粒界面能的减少△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒又图13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180-θ)所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)按照热力学理论,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。(1)θ0,COSθ--1,△Ｗ=0不能气浮θ<90,COSθ<1,△Ｗ<σ水气颗粒附着不牢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气粒－σ水粒）/σ水气（由图13-4）σ水气增加，θ增大,有利于气浮如石油废水,表面活性物质含量少,σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→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一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100左右为好。洁净水中：气泡常达不到气浮要求的细小分散度洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。稳定性不好。缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中↓加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定，污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好如何控制最佳的投加量？影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果四、乳化现象与脱乳疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。→乳化油稳定体系带电的稳定体系是不利于气浮的，应→脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等第2节气浮分类与工艺过程一、气浮分类电解气浮法：直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。有竖流式和平流式装置。2．散气气浮法：扩散板曝气气浮和叶轮气浮法两种扩散板曝气气浮：压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。见图13－11。叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图13－12。3.溶气气浮法根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮加压溶气气浮特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡气泡粒径小（20～100um）、均匀，设备流程简单1．气浮工艺全溶气法：电耗高，但气浮池容积小。部分溶气法：省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力回流加压溶气法：适用于SS高的原水，但气浮池容积大。2．加压溶气气浮工艺的主要设备工艺组成：压力溶气系统、空气释放系统、气浮池压力溶气系统：包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备加压水泵：提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐。加压泵压力应适当，过高：溶解到水中的空气增加，经减压后释放的空气多，会促进微气泡的聚集，不利气浮；太低：增加溶气水量，气浮池容积增加。压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样，一般采用填充式。空气在水中的溶解度遵循亨利定律：V＝KTP（L-气/m3-水,或g-气/m3-水）P：空气所受的绝对压力,以mmHg计。KT：溶解常数，与温度有关实际气浮操作中，空气量应适当，气水比：1－5％，气固比（重量比）：0.5－1％。溶气方式：水泵吸气式，图13－18，简单，但空气量不能太大水泵压水管射流，图13－19，射流器能量损失大水泵－空压机（常用），图13－22，能耗少，但噪音大2〕释放设备：将空气以极细小（20－100）的气泡释放。3）气浮池平流式，竖流式――图13－27和图13－28。HRT…10－20分组合式：见图13-29～图13-31。重要参数：气固比a采用质量比时，A＝Cs(fP-1)R/1000S=QSaCs：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L。P：溶气绝对压力，绝对压力f：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8R：加压溶气水量，m3/dSa：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m3Q：进行气浮处理的废水量，m3/da的选择影响气浮效果（出水水质,浮渣浓度）,应作试验确定。无资料时，可选取0.005－0.06。剩余污泥气浮浓缩时一般采用0.03－0.04气浮法在水处理中的应用废水：含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（>10,隔油池）乳化油（<10,一般0.1-2气浮）溶解性造纸厂白水回收纤维：时间短，SS去除率90％以上，COD去除率80％，浮渣浓度5％。染色废水等毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂浓缩污泥（效果比沉淀法高）给水：高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀，藻类去除率达80％以上。低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。优点：处理能力比沉淀池高，气浮污泥浓度高，可以同时去除多种污染物（表面活性剂、嗅味物质等）缺点：耗电、维修

第五章过滤(Filtration)第1节概述一、慢滤池滤速慢：V＝0.1-0.3m/h表面生长一层滤膜（1－2个星期后）效果：浊度可降到0，可不消毒。机理：微生物吞食细菌微生物分泌出起凝聚作用的酶藻类产生氧气，起氧化作用。但生产效率低，1－3月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。二、快滤池及其机理条件：滤速大于10m/h 必须先投加混凝剂作用：去除浊度，浊度<5度，同时可去除一部分细菌、病毒机理：表层细砂层粒径为0.5mm，滤料孔隙率为80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附迁移是颗粒脱离流线接近滤料的过程，主要由以下作用力引起：拦截、沉淀惯性扩散水动力（非球形颗粒在速度梯度作用下发生转动）对于这几种力的大小，目前只能定性描述。粘附：物理－化学作用力（范德华引力、静电力、以及一些特殊化学力）但表层滤料的筛分作用也不能排除，特别是在过滤后期，当滤层中的孔隙尺寸逐渐减少时。应用：•给水处理原水－混凝沉淀/澄清－过滤原水－微絮凝－过滤（微絮凝过滤）原水－加药－过滤（接触过滤）•废水处理原水－生物处理－过滤第2节快滤池一、快滤池分类普通快滤池虹吸滤池重力滤池压力滤池移动罩冲洗滤池二、普通快滤池的构造组成：集水渠 洗砂排水渠 滤料层 承托层 配水系统管廊：浑水进水管清水出水管初滤水冲洗来水冲洗排水 四大阀门（至少）过滤过程：最大过滤水头损失1.5－2m工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12－24h三、过滤方式1．变水头等速过滤随着过滤进行，滤层孔隙率减少，水头损失的增加，滤池内水位自动上升，自由进流，以保持过滤速度不变。――――虹吸滤池、无阀滤池水头损失与过滤时间的关系：清洁水头损失H0过滤任意时的水头损失H＝H0＋h＋Hth：配水系统、承托层及灌渠水头损失之和Ht：滤层的水头损失增值Ht与时间的关系反映了滤层截留杂质与过滤时间的关系。可以直线关系来表示。Hmax为最大过滤水头损失，一般为1.5–2.0m2．等水头等速过滤通过设置出水流速调节器，――普通快滤池3．等水头变速过滤如果过滤水头始终保持不变，滤速必然要降低。――移动罩滤池多格滤池进水渠连通，各池的水位和总水头损失相等，但滤速v不等，主要是因为截污量不同。干净滤料滤速大。每座滤池的滤速是阶梯性的下降，但在每一阶梯段还是等速过滤，滤池内的水位有一定程度上升，待某一个滤池反冲洗重新投入运行时后，其它滤池的滤速下降一级，相应地滤池组的水位也突然下降一些。滤池组整体的总平均出水量是保持不变的。四、滤层内杂质分布规律滤料表层孔隙率较小。杂质主要截留在滤料表层。下部滤层的截污能力还未得到充分发挥，由于水头损失的提高，过滤就得停止，导致滤料层截污能力低。五、提高滤池截污能力的途径改进方向：提高滤层含污能力，延长过滤周期。上向流当流速太大时，表面应加格网或格栅。缺点：反冲洗时膨胀受到限制冲洗水流与过滤水流方向一致，冲洗效果不好，大量污泥需通过整个滤层才能排出，往往使污泥排除不净。双向流苏联发明的。此种过滤方式效果虽好，但滤池构造复杂。3）双层或多层滤料无烟煤石英砂无烟煤石英砂无烟煤石英砂重质矿石第3节滤料与承托层一、滤料1．种类石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石聚苯乙烯发泡塑料纤维球滤料2．粒状滤料的粒径与级配粒径：假想球面直径级配曲线：各种粒径的颗粒所占重量比例的累积曲线。有效粒径和不均匀系数d10和d80：分别通过滤料重量10％和80％的筛孔孔径不均匀系数K80＝d80/d10d10反映了产生水头损失的主要部分。K80愈大，颗粒愈不均匀，孔隙率下降，含污能力降低，反冲洗强度不好确定。最大与最小粒径：dmax,dmin工程上为方便，一般dmind10,dmaxd80我国规范中，采用dmax,dmin,K80来控制滤料粒径分布。滤料筛选方法可以按要求设计d10和d803．滤料层规格材质、粒径和厚度粒径：小，比表面积大，有利于矾花的吸附但易堵塞厚度：矾花穿透深度＋保护厚度穿透深度与粒径、滤速及水的混凝效果有关（大）（大）（高）（差）类别滤料组成滤速(m/h)强制滤速(m/h)粒径(mm)不均匀系数K80厚度(mm)单层石英砂滤料dmax＝1.2dmin＝0.5<2.07008-1010-14双层滤料无烟煤dmax＝1.8dmin＝0.8石英砂dmax＝1.2dmin＝0.5<2.0<21414-18三层滤料无烟煤dmax＝1.6dmin＝0.8石英砂dmax＝0.8dmin＝0.5重质矿石dmax＝0.5dmin＝0.2575<1.74502307018-2020-25二、承托层作用：阻挡滤料进入配水系统均匀配水（反冲洗时）主要配合大阻力配水系统而使用。第4节配水系统与反冲洗一、配水系统的不均匀性配水系统的目的：均匀分布反冲洗水均匀收集过滤水配水不均匀会造成：1）部分区域水量小，冲洗不净2）部分区域水量大，冲动垫层配水不均匀原因：a点的冲洗水头Hx：Hx＝S1a(qaa)2+S2(aqa)2+S3(aqa)2+S4(aqa)2＋流速水头S1：配水系统的阻力系数S2：孔眼出水的阻力系数S3：承托层的阻力系数S4：滤料层的阻力系数q：冲洗强度(L/(sm2))同样对于b点而言Hx＝S1b(bqb)2+S2(bqb)2+S3(bqb)2+S4(bqb)2＋流速水头q最小/q最大0.95达到均匀两种途径：1）增大孔眼出水水力阻抗2）降低配水系统水力阻抗二、配水系统类型1．大阻力配水系统使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力――增加孔眼流速（5－6m/s）配水孔眼面积为滤池面积的1/500开孔比小＝0.2－0.25%特点：工作可靠、采用最广、冲洗干净但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或水泵一般为穿孔管大阻力配水系统。2．小阻力配水系统减少配水系统阻抗S1增大配水空间配水系统流速降低使孔眼处的压力接近相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%。特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）适应于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。造价低，孔口不易堵，配水均匀性好，强度高，耐腐蚀但尼龙网接缝应接好，有时可铺一层卵石。穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%下层连通起配水渠的作用，上层不连通。钢筋混凝土或陶瓷制成。由于滤砖整体性，反冲时不易上浮，所需承托层厚度不大，配水均匀性较好，但价格高。复合气水反冲洗滤砖：可单独用于水反冲，也可用于气水反冲洗。上层开孔比：0.5-0.8%，斜面开孔比：1.2-1.5%。一般可用ABS工程塑料制成。加工精度易控制，安装方便，配水均匀性好，但价格高。滤头：短柄滤头用于单独水冲洗滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。三、滤池反冲洗恢复过滤能力1．反冲洗方式1)高速水流反冲洗气、水反冲洗气冲强度：10－20L/m2s水冲强度：3－4L/m2s表面辅冲加高速水流反冲洗2．反冲洗影响因素冲洗强度：L/(sm2)滤层膨胀度：e冲洗强度大e大剪切力增大但摩擦减少因此应有一个要求。滤层冲洗强度(L/sm2)膨胀度（％）冲洗时间（min）石英砂滤料双层滤料三层滤料12－1513－1616－174550557－58－67－53．冲洗水排出与供给1）冲洗排水槽与集水槽排水槽：均匀排水，中心间距：1.5-2.2m,槽总面积占滤池面积的25％以内。2）冲洗水塔与水泵第5节其它过滤设备改进普通快滤池的操作方式一、虹吸滤池1960年初美GreenLeaf圆形六格1964年北京市政院第1座，北京印染厂圆形七格北京市政院标准图1．构造及工作原理最大水头损失：1.5－2.0m冲洗水头＝清水槽水位－冲洗排水槽顶，1.0－1.2m2．特点利用虹吸原理进水和排走洗砂水――节省了两个阀门小阻力配水系统――不用冲洗水泵或水箱，可用滤池本身的出水冲洗变水头等速过滤――不需设置滤速调节器滤过水头高于滤层――正水头过滤易于自动化控制但池深大，冲洗效果不够理想，单池面积不宜大适用于中小水厂，造价比普快滤池低20－30％。3．滤池分格数满足冲洗要求n3.6q/vq：冲洗强度（L/(sm2)）Q：每格滤池过滤流量（L/s）F：单格滤池面积（m2）n：一组滤池分格数v=8–12m/hn>5-7二、其它滤池重力式无阀滤池自动运行、操作方便结构简单、造价低30－50％小阻力配水系统，冲洗水由上部水箱供给但高度大，冲洗时进水被带走一部分有顶盖，装卸滤料不变，观察不到过滤情况。2.移动罩冲洗滤池反冲洗来自其它格的滤过水―――与虹吸滤池相同移动冲洗罩――与无阀滤池相同分格数不小于83.压力滤池最大允许水头损失：5-6m三、过滤技术的新发展非粒状的新型滤料研究活跃纤维球滤料、纤毛型滤料、纤维束状滤料――提高滤床滤速，增大截污能力，扩大应用范围过滤装置朝自动化、管理容易、智能型方向发展

第六章消毒(disinfection)第1节概述一、消毒定义：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。人体内致病微生物主要包括：病菌(bacteria)、原生动物胞囊（protozoanoocystsandcysts）、病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒）等。消毒与灭菌(sterilization)不同：灭菌是消灭所有活的生物。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、消毒简史1854年JohnSnow在伦敦发现霍乱（cholera）与饮用水密切相关1881年Koch发现氯可以杀死细菌1902年比利时的Middleheike市首次在公共水处理中采用氯消毒三、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）四、消毒机理可能有以下几个方面的作用：(1)破坏细胞壁；(2)改变细胞通透性：（3）改变微生物的DNA或RNA；(4)抑制酶的活性第2节氯消毒氯化作用（chlorination）常用作消毒的同义词。一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。pH>9，OCl-接近100%。pH<6，HOCl接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。实践也表明pH越低，消毒作用越强。有关氯消毒理论仍有待研究。如果有氨存在：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+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<4.5三氯胺氯氨的消毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。如氯消毒5分钟，杀灭细菌99％以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭50％。三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。自由性或游离性氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl－化合性氯或结合性氯（combinedavailablechlorine）：二、消毒动力学1.接触时间的影响：在一定消毒剂的浓度下，消毒速度可用Chick定律（1908年）表示：-dN/dt＝kNN：t时刻活的微生物数目；k：反应速率常数；t：反应时间2.浓度的影响（modifiedChick/WatsonEquation）k’：比反应速率常数在给定的灭活率条件下，在log-log坐标上，作C和t之间的关系，可求得nn=1浓度和时间都同等影响n>1浓度影响大n<1时间影响大在一般情况下，可以视n=1。CT值作为消毒剂消毒能力的判断指标。三、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，图18－2中的=1\*GB3①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\*GB3②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。H：峰点B：折点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、加氯点：滤后加氯滤前加氯――混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯五、加氯设备与工艺1.加氯设备一般用氯气：有毒气体，在6－8气压下变成液氯使用时采用氯瓶。干燥氯气和液氯对钢瓶无腐蚀作用，但遇水或受潮则会严重腐蚀金属。因此，必须严格防止水和潮气进入氯瓶。加氯机：转子加氯机2.加氯工艺六、氯化消毒副产物有机物与氯生成有机氯化物，三卤甲烷。我国新标准规定了三卤甲烷(THMs)浓度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。1993年美国制订的消毒剂－消毒副产物方案中建议：THMs80g/L，卤乙酸（HAAS）：一共五种（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸），五种之和在1997年低于60g/L，2000年低于30g/L。第3节其它消毒法一、氯氨消毒优点：水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产生，能保持水中余氯较久。但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨＝3：1～6：1采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。二、二氧化氯消毒ClO2在常温下是一种黄绿色气体，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。故必须以水溶液的形式现场制取。制取方法：亚氯酸钠和氯制取：Cl2+H2O→HOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O用酸与亚氯酸钠制取:5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2OClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂。对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，灭活能力强。不会与水中有机物作用生成有机氯化物。甚至本身的氧化能力能去除THMs前驱体。ClO2消毒能力比氯强。ClO2不水解，消毒受pH影响较小。ClO2余量能在管网中保持很长的时间。作为氧化剂，能去除或降低水的色度等。但ClO2本身和副产物ClO2－对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。三、臭氧消毒作用：既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。作为消毒剂，不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强。但由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。欧洲普遍用臭氧处理饮用水，在美国也逐渐流行。但近年来臭氧化的副作用也开始引起人们的关注。水中大分子物质变成分子较小的中间产物，可能有毒性。或者中间产物和氯作用后致突变反而增强。四、其它次氯酸钠消毒：次氯酸钠发生器食盐电解：NaCl+H2ONaOCl+H2紫外线消毒：消毒速度快，几十秒钟即能杀菌；不影响水的物理和化学性质；操作简单电化学消毒：消毒效率高第4节污水消毒污水经一级或二级处理以后，水质大大改善，细菌含量也幅度降低，但细菌的绝对值仍很高，并存在有病原菌的可能。因此在排放之前或回用之前，应进行消毒。一般采用氯消毒：Cl2污水→混合池→接触池→排放加氯量：一般城市污水二级处理出水：加5－10mg/L接触时间：30分，余氯量：>0.5mg/L污水消毒的特点：一般氨氮含量高，因此一般为化合性余氯有机氯化物的产生问题。

第七章氧化还原（OxidationandReduction）第1节概述一、氧化还原的基础通过氧化或还原，将水中溶解性物质→无害物无机物：失去电子过程→氧化过程，失去电子的物质→还原剂得到电子过程→还原过程，得到电子的物质→氧化剂每个物质都有各自的氧化态和还原态。氧化还原能力（失去或得到电子的能力）：―――氧化还原电位作为指标。标准氧化还原电位E0，以氢的电位值作为基准，氧化态和还原态的浓度为1.0M时所测的值，由负值到正值依次排列。E0越大，氧化性越大，如：E0/(S/S2-)=-0.428VE0/(Cr2O72-/2Cr3+)=1.33V…E0/(Cl2/2Cl-)=1.36VE0/(MnO4-/Mn)=1.51V当物质浓度不为1.0M时可用能斯特方程计算：E＝E0＋RT/nFln[氧化态]/[还原态]R:气体常数；T：绝对温度F：法拉第常数；n：反应中转移的电子数位置在前者可以作位置在后者的还原剂，放出电子。◆有机物：难以用电子的转移来分析（因为涉及到共价健，电子的移动很复杂，只是发生电子云密度变动）氧化：加氧或去氢反应，或生成CO2，H2O还原：加氢或去氧反应二、氧化还原法分类分类方法氧化法常温常压空气氧化法氯氧化法（液氯、NaClO、漂白粉等）Fenton氧化法臭氧氧化法电解（阳极）光氧化法光催化氧化法高温高压湿式催化氧化超临界氧化燃烧法还原法药剂还原法（亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫）金属还原法（金属铁、金属锌）电解（阴极）第2节氧化法一、氯氧化法投加药剂：漂白粉、次氯酸钠、液氯等。氯在水中瞬间水解：Cl2＋H2OHOCl＋HClHOClH++OCl-pH>9时，OCl-接近100％OCl-的标准氧化还原电位1.2V主要用途：氰化物、硫化物、酚、醛、油类的氧化去除以及脱色、脱臭、杀菌等下面主要介绍处理含氰废水处理。氰的毒性与其结合状态有关。一般游离CN－毒性大，络合离子形态毒性小。第一阶段（局部氧化法）：CN－＋OCl－＋H2O→CNCl（有毒）＋2OH－该式在任何pH下，