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1、徐仲均 ,第一章 污水物理化学处理,水污染控制工程,掌握：混凝、沉淀和气浮的技术和方法；过滤的过程和方法。 熟悉：吸附的过程和方法；离子交换的技术和方法；膜分离的技术和方法；中和及化学沉淀的技术和方法 ；消毒机理和方法。 了解：主要吸附剂的性能与影响因素；主要离子交换剂的性能；膜及膜组件的分类和性能；氧化还原处理技术；萃取、吹脱和汽提的技术要点。,一、混凝,概念：通过投加混凝剂使水中难以自然沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒使之与水分离的过程。主要去除浊度和色度,（一）胶体的基本性质 1.胶体的双电层结构,2.胶体表面电荷的来源,（1）胶体表面分子的电离； （2）胶体颗粒表面的溶解
2、； （3）胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附。,（1） 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。,（2）对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。,3.胶体的稳定性,一、混凝,（二）混凝动力学,1.异向絮凝,细小颗粒在水中的布朗运动造成的颗粒间碰撞聚集。 当颗粒粒径大于1um时，异向絮凝可忽略,2.同向絮凝 在外力作用下颗粒的定向移动发生的碰撞聚集。 胶体颗粒的最终沉淀，同向絮凝更为重要。 同向絮凝发生的条件（假设有颗粒i、j）： z(颗粒间距)(ri+rj)颗粒半径和；有速度差存在,一、混凝,3.混凝控制指标,混凝工艺的
3、控制指标为速度梯度G和水力停留时间T。,混凝控制参数 混合池：G=5001000s-1 T=1060s 絮凝池：G=2070s-1 T=1520min,一、混凝,（三）混凝工艺,1.混凝机理,（1）电性中和,压缩双电层作用:通过向水中投加电解质等混凝剂，消除或降低胶粒的地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性（凝聚）； 吸附电中和作用：水中异号胶粒之间的吸附中和而凝聚。,一、混凝,三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子聚合物，当它一端吸附某一颗粒后，另一端又吸附另一颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）,（2
4、）吸附架桥作用,三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等颗粒，使胶体粘结。,（3）沉淀物的卷扫（网捕作用）,一、混凝,2.影响混凝效果的主要因素,（1）水温 因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低于5），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝。,（2）PH 水的PH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。,（3）水中杂质的组成、性质和浓度,一、混凝,3.混凝剂的配制与投加,（1）混凝剂和助凝剂,混凝剂:在水处理中凡能起到凝聚或（和）絮凝作用的药剂 无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫
5、酸铁）。 高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）、有机类（聚丙烯酰胺）,助凝剂：当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高絮凝效果。 如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。,一、混凝,混凝剂的配置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投加、水射器投加、计量泵投加）,（2）混凝剂的配制和投加,一、混凝,二、沉淀、澄清及浓缩,（一）沉淀的原理和分类,1.沉淀原理 利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除的过程。,2.沉淀分类,沉砂池、初沉池的
6、沉淀为自由沉淀； 活性污泥在二沉池中沉淀为絮凝沉淀； 二沉池下部污泥沉淀为拥挤沉淀； 活性污泥在二沉池污泥斗和污泥浓缩池中的浓缩过程为压缩沉淀。,二、沉淀、澄清及浓缩,四种沉淀类型在二沉池中的应用：,活性污泥在二沉池中的沉淀过程,二、沉淀、澄清及浓缩,3.离散颗粒的沉速,当颗粒所受外力平衡时：Fd=Fg-Ff，对于球形颗粒,us,二、沉淀、澄清及浓缩,层流区（Re1）:,斯托克斯（stokes）公式：,紊流区（1000Re25000）：Cd0.4,牛顿（Newton）公式：,us,二、沉淀、澄清及浓缩,过渡区（1Re1000）：,阿兰（Allen）公式：,要求掌握斯托克斯公式,二、沉淀、澄清及
7、浓缩,3.沉淀试验,（1）自由沉淀,u0：指定时间t0内沉降距离为柱高H的颗粒沉速； x0：沉速小于u0的颗粒所占百分数,（2）絮凝沉淀,（3）拥挤沉淀,二、沉淀、澄清及浓缩,（二）沉淀池,1.沉淀池分类,2.平流式沉淀池,（1）平流式沉淀池的工作原理理想沉淀池,其假设条件是： （1）进出水均匀分布在整个横断面，污水在池内沿水平方向作等速流动； （2）颗粒的水平分速等于水平流速； （3）悬浮颗粒在沉淀区等速下沉； （4）颗粒一经沉到水底视为被去除。,二、沉淀、澄清及浓缩,理想沉淀池示意图,二、沉淀、澄清及浓缩,沉淀池容积：,的物理意义是:在单位时间内沉淀池单位表面积的流量称为表面负荷或溢流率（
8、q），量纲m3/m2.s，而u0的量纲m/s,二者的物理意义不同，但对理想沉淀二者相等，可见，只要确定颗粒的最小沉速 u0 ，就可以求得理想沉淀池的表面负荷q,二、沉淀、澄清及浓缩,在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。,3.辐流式沉淀池,4.竖流式沉淀池,5.斜板（管）式沉淀池,二、沉淀、澄清及浓缩,二、沉淀、澄清及浓缩,（三）澄清池,利用高浓度活性污泥渣层的接触絮凝作用将水中杂质阻留，使水得到澄清。 与沉淀池相比较：沉淀池污泥均被排除而未被利用 澄清池充分利用了沉渣的絮凝作用,1.澄清池原理,二、沉淀、澄清及浓缩,2.澄清池的类型与特点,（1）循环（回流）泥渣型
9、澄清池,机械搅拌澄清池 水力搅拌澄清池,（2）悬浮泥渣（泥渣过滤）型澄清池,悬浮澄清池 脉冲澄清池,二、沉淀、澄清及浓缩,（四）浓缩,污泥浓缩工艺有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩，国内主要为重力浓缩,1.浓缩目的,污泥中所含水分大致分为4类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70%；毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20%；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占10%。,污泥含水率从99降至96，体积可减小3/4，含水率从97.5降至95，体积可减小1/2,2.重力浓缩的分类,间歇式,连续式,二、沉淀、澄清及浓缩,三、沉砂,目的：去除废水中比重较大颗粒； 原理：自由沉淀； 类型：平流沉砂池、曝气沉砂池、钟式
10、沉砂池,四、隔油,1.油品在废水中的状态,重油：比重大于1,悬浮油：油珠粒径大于100um,乳化油：油珠粒径0.12um,溶解油：油珠粒径小于0.1um,2.隔油原理,3.隔油池,平流式隔油池,斜板式隔油池,4.隔油池设计参数,四、隔油,五、气浮,（一）气浮原理,向水中通入空气，产生微细气泡，使水中的微细悬浮物黏附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣而除去。气浮操作中可加入混凝剂或浮选剂。 气浮法可用于除去污水中密度比水小的悬浮物、油、脂，活性污泥浓缩,1.悬浮物与气泡黏附条件,气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起的。根据作用于气-固-液三相之间的界面张力，可以推测这种吸附力的大小
11、。,五、气浮,在气固液三相的接触点上，由液、气界面与液、固界面构成的 角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有： GS= LGcos+ LS 当=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面。 当0 90时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。 当 90时，则容易吸附。 或者吸附前后单位面积上的界面能差 W=W1-W2 =（ LG+ LS）- GS = LG（1-cos） 0 ， W 0，不能吸附。 180 ， W 2 LG ，易吸附。,五、气浮,2.气浮的影响因素及提高气浮效果的措施,（1）气泡直径越小，数量越多，气泡效果越好。加入适量表面活性剂可达最佳效果； （2
12、）如果水中含有或投加大量溶解性无机盐，会降低气泡牢度，增加气泡尺寸，加速气泡的合并和破裂，降低气浮效果； （3）胶体物质的存在会影响气浮，因此气浮前投加混凝剂，压缩双电层，促进悬浮物凝聚 （4）污水中亲水性物质影响气浮。投加由极性和非极性集团组成的浮选剂可除去亲水性物质,五、气浮,（二）气浮法的分类和适用范围,1.气浮法的分类,2.气浮法的适用范围,五、气浮,（三）加压溶气气浮法,1.基本工艺流程,加压溶气气浮工艺由溶气系统、空气释放设备和气浮池组成。该工艺有3种流程：全溶气、部分溶气、回流加压溶气,2. 溶气方式 吸气溶气、射流溶气、压缩空气溶气,3.加压溶气气浮法优点,4.气浮池形式：平流
13、式和竖流式,5.平流气浮池设计参数,（四）气浮法优缺点,（五）气浮法在废水处理中的应用,1.含油废水处理 2.羽毛清洗废水处理,五、气浮,六、过滤,（一）过滤原理,1.迁移：悬浮颗粒从水流向滤料表面的迁移,2.附着：悬浮颗粒附着在滤料上,3.脱附：悬浮颗粒从滤料上脱落下来,六、过滤,（二）过滤周期及反冲洗,（三）滤池基本结构,滤料层、 承托层、 配水系统、 集水系统、 反冲洗系统,六、过滤,（四）滤池分类,（五）城市污水三级处理中过滤单元的设计要点,反冲洗； 池型 设计参数,七、吸附,（一）吸附原理,吉布斯方程：,由于吸附剂的存在，溶质的减少能增大溶液表面张力，即dr/dc为负值时，a为正值，
14、产生吸附，反之解吸。,（二）吸附类型,1.物理吸附：分子间力（范德华力）引起 2.化学吸附：化学键力引起 3.离子交换吸附：静电力引起,七、吸附,（三）吸附等温线,达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用q (mg/g)表示。 将平衡吸附量q与相应的平衡浓度c作图得吸附等温线。,1.吸附等温线,七、吸附,2.吸附等温式,（1）朗格谬尔（Langmuir）等温式,（2）弗兰德利希（Freundlich）等温式,以上两式均描述I型吸附等温线,七、吸附,（2）BET等温式,该式描述的是II型吸附等温线,七、吸附,（四）吸附速率,吸附速率取决于以下传质过程：,外扩散,内扩散,吸附速
15、率快，传质阻力可忽略,限速步骤,（五）常用吸附剂及影响因素,1.了解活性碳及特性,2.影响活性碳吸附的主要因素,（1）活性碳的特性 （2）吸附剂的性质和浓度 （3）污水pH值 （4）共存物质 （5）温度 （6）接触时间,七、吸附,（六）吸附操作方式,（七）吸附床设计,七、吸附,八、离子交换,离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。在水处理中常用离子交换树脂和磺化煤,（一）离子交换基本原理,1.离子交换树脂的构造,八、离子交换,2.离子交换树脂的性能,物
16、理性能 （1）外观 常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。 （2）交联度 水处理用树脂交联度在7-10。,（3）含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。 （4）溶胀性 干树脂+水湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度,八、离子交换,(5)密度,八、离子交换,化学性能 (1)酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。 (2)选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。 (3)交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。 EVEW（1-含水量）湿视视密度
