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1、第三章第三章 水处理方法概论水处理方法概论3 31 1 物料衡算与质量传递物料衡算与质量传递3.1.1 3.1.1 物料衡算方程物料衡算方程设在反应器内某一指定部位，任选某一物组设在反应器内某一指定部位，任选某一物组 分分i i，可写出如下物料平衡式：，可写出如下物料平衡式：单位时间变化量单位时间变化量= =单位时间输入量单位时间输入量- -单位时间输出单位时间输出 量量+ +单位时间反应量单位时间反应量 (31)(31)当变化量为零时，称为稳态，即：当变化量为零时，称为稳态，即：单位时间输入量单位时间输入量- -单位时间输出量单位时间输出量+ +单位时间反应单位时间反应 量量0 03.1.2
2、3.1.2质量传递质量传递 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递 。 1.1.主流传递主流传递物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质 浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等， 方向与水流方向一致。方向与水流方向一致。 2.2.分子扩散传递分子扩散传递 (32)(32)式中式中: : J J物质扩散通量，单位：物质扩散通量，单位： 摩尔摩尔/ /面积面积/ /时间时间 或或 质量单位质量单位/ /面积面积/ /时间时间
3、DB DB分子扩散系数，单位：分子扩散系数，单位： 面积面积/ /时间时间 Ci Ci组分组分I I的浓度，单位：的浓度，单位： 摩尔摩尔/ /体积体积 或或 质量单位质量单位/ /体体 积积 x x浓度梯度方向的坐标浓度梯度方向的坐标3.3.紊流扩散传递紊流扩散传递紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式；紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式； (33)(33)式中：式中：DCDC称紊流扩散系数。称紊流扩散系数。3 32 2 理想反应器模型理想反应器模型 3.2.1 3.2.1 理想反应器分类理想反应器分类见图见图3-1,3-1,有完全混合间歇式反应器（有完全混合间歇式反应器（CMBCMB型
4、型）、完全混合连续式反应器（）、完全混合连续式反应器（CSTRCSTR型）、型）、推流式反应器（推流式反应器（PFPF型）等三种型）等三种 3.2.2 3.2.2 完全混合间歇式反应器（完全混合间歇式反应器（CMBCMB型）型） 物料衡算式为：物料衡算式为： (34)(34)t=0t=0，Ci=C0Ci=C0；t=tt=t，C=CiC=Ci，积分上式得：，积分上式得： (35)(35) 设为一级反应，设为一级反应，r r（CiCi）=-kCi=-kCi，则，则(36)(36) 设为二级反应，设为二级反应，r r（CiCi）=-kCi2=-kCi2，则：，则：(37)(37) 3.2.3 3.2
5、.3 完全混合连续式反应器完全混合连续式反应器物料衡算式为：物料衡算式为： （3838） 按稳态考虑，即按稳态考虑，即 ，于是：，于是：（3939） 设为一级反应，设为一级反应， r r（CiCi）=-kCi=-kCi，则，则 因，故因，故（310310） 3.2.4 3.2.4 推流型反应器推流型反应器现取长为现取长为dxdx的微元体积，列物料平衡式：的微元体积，列物料平衡式：稳态时稳态时 ， ，则：，则： （312312）x=0x=0，Ci=C0Ci=C0；x=tx=t，C=CiC=Ci，积分上式得，积分上式得 （313313）3.33.3非理想反应器非理想反应器3.3.1 3.3.1 一
6、般概念一般概念PFPF型和型和CSTRCSTR型反应器是两种极端的、假型反应器是两种极端的、假 想的流型。图想的流型。图3333表示两种理想反应器自进口表示两种理想反应器自进口 端至出口端的浓度分布。端至出口端的浓度分布。PFPF型反应器在进口端是在高浓度型反应器在进口端是在高浓度C0C0下进行下进行 反应，只是在出口端才在低浓度反应，只是在出口端才在低浓度CeCe下进行反应下进行反应 。而。而CSTRCSTR型始终在低浓度型始终在低浓度CeCe下进行反应，故下进行反应，故 反反CSTRCSTR型反应器生产能力低于型反应器生产能力低于PFPF型。型。CSTRCSTR型反应器中存在返混，即停留时
7、间不型反应器中存在返混，即停留时间不 同的物料之间混合。同的物料之间混合。纵向分散模型见图纵向分散模型见图3-43-4，其基本设想是在推，其基本设想是在推 流型基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用流型基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用 纵向分散系数纵向分散系数D1D1来表征它的特性：来表征它的特性：（314314） 取出一个微元长度，列物料衡算式：取出一个微元长度，列物料衡算式：输入量：输入量： 输出量：输出量： 反应量：反应量： 物料变化量：物料变化量： 则：则： （315315） 稳态时，稳态时， 故：故：（316316）3.4 3.4 水处理基本方法与工艺水处理基本方法与工艺 3.
8、4.13.4.1给水处理的基本方法给水处理的基本方法1.1.去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒 ，此即为自来水厂常用的工艺流程。，此即为自来水厂常用的工艺流程。2.2.除臭、除味：用活性炭吸附或者用氧化法去除水中的除臭、除味：用活性炭吸附或者用氧化法去除水中的 溶解有机物，用气浮法或微滤机除藻，用曝气法去溶解有机物，用气浮法或微滤机除藻，用曝气法去 除水中溶解气体；除水中溶解气体；3.3.除铁、除锰、除氟：接触氧化法除铁、除锰，活性氧除铁、除锰、除氟：接触氧化法除铁、除锰，活性氧 化铝或混凝沉淀除氟；化铝或混凝沉淀除氟；4.4.软化：去
9、除钙、镁有离子交换法或药剂软化法；软化：去除钙、镁有离子交换法或药剂软化法；5.5.除盐与淡化：蒸馏法、离子交换法、或药剂软化法；除盐与淡化：蒸馏法、离子交换法、或药剂软化法；6.6.降低水温：冷却塔或喷水冷却池；降低水温：冷却塔或喷水冷却池；7.7.水的腐蚀与结垢控制：用缓蚀剂与阻垢剂；水的腐蚀与结垢控制：用缓蚀剂与阻垢剂；3.4.23.4.2微污染水源水处理微污染水源水处理现阶段，已发现在给水水源中有机物种类在现阶段，已发现在给水水源中有机物种类在20002000 种以上；饮用水中有种以上；饮用水中有700700多种。世界上确立了多种。世界上确立了117117种有种有 机物为优先控制有机物
10、，它们均为机物为优先控制有机物，它们均为“ “三致三致” ”（致癌、致（致癌、致 突变、致畸变）物质。突变、致畸变）物质。这些有机物有些来源于水源污染，有些则为传统这些有机物有些来源于水源污染，有些则为传统 氯消毒过程中产生的，如腐殖酸加氯消毒后生成三氯氯消毒过程中产生的，如腐殖酸加氯消毒后生成三氯 甲烷。甲烷。微污染水源水的预处理方法有：粉末活性炭法、微污染水源水的预处理方法有：粉末活性炭法、 臭氧或高锰酸钾氧化法、生物氧化法、曝气法、水库臭氧或高锰酸钾氧化法、生物氧化法、曝气法、水库 蓄存法。蓄存法。微污染水源水的深度处理方法有：粒状活性炭吸微污染水源水的深度处理方法有：粒状活性炭吸 附法；臭氧粒状活性炭吸附法或生物活性炭法；化附法；臭氧粒状活性炭吸附法或生物活性炭法；化 学氧化法；光化学氧化法及超声波紫外线联用法等学氧化法；光化学氧化法及超声波紫外线联用法等 物理化学氧化法；膜滤法等等。物理化学氧化法；膜滤法等等。3.5 3.5 污水水处理基本方法与工艺污水水处理基本方法与工艺污水处理及固体处理的各种方法见图污水处理及固体处理的各种方法见图3-43-4。可以根据。可以根据 处理目的是一级处理、二级处理、深度处理等合理选处理目的是一级处理、二级处理、深度处理等合理选 用。用。
