【正文】 間變化，多數(shù)屬理想情況），稱為穩(wěn)態(tài)，即： 單位時(shí)間輸入量 單位時(shí)間輸出量 +單位時(shí)間反應(yīng)量＝ 0 ? ?OedC CCi r C idttt? ? ? 反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的輸入和輸出都是質(zhì)量傳遞的結(jié)果，按傳遞機(jī)理可分：主流傳遞、分子擴(kuò)散傳遞、紊流擴(kuò)散傳遞。 14反應(yīng)器 反應(yīng)器是化工生產(chǎn)過(guò)程中的核心部分，在反應(yīng)器中既有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程又有物理反應(yīng)過(guò)程，影響因素。 細(xì)菌總數(shù)、大腸菌、余氯含量 總 α 放射性、總 β 放射性 工業(yè)用水種類繁多 ,對(duì)水質(zhì)要求各不相同。 （ P237表 142） 1）水中不得含有病源微生物（ 3種）。 （ 5）在無(wú)機(jī)物、有機(jī)物單項(xiàng)項(xiàng)目的選擇和限制的確定 上，既借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)（ WHO、歐盟、美國(guó)），又 考慮中國(guó)國(guó)情。 不同的用水對(duì)象，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求不同，既使相同對(duì)象，也因經(jīng)濟(jì)及技術(shù)問(wèn)題而有較大差異（不同國(guó)家差異很大）。 ： 水源污染是普遍問(wèn)題，特別水有機(jī)物的污染尤為嚴(yán)重及危險(xiǎn)（ P236自看）。 溶解雜質(zhì)的主要形式： 1）溶解氣體： 0 N CO H2S 2）離子：陽(yáng)離子、陰離子 ： 經(jīng)地層滲濾，水質(zhì)清澈，水質(zhì)水溫較穩(wěn) 定，宜作飲用水和工業(yè)冷卻水水源。 ： 尺寸很小，長(zhǎng)期靜置也難下沉，水處理解決 的主要對(duì)象。 ? 手段：采用各種方法使水質(zhì)達(dá)到要求，其目的 ? 就是將水中“雜質(zhì)”去除掉。 11水源水質(zhì) ?167。《 水質(zhì)工程學(xué) 》 電子教案 給水處理工程 總學(xué)時(shí)： 60 專業(yè)必修課 教材 《 給水工程 》 (第四版 ) 嚴(yán)煦世 范瑾初 主編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版 主講教師：延克軍 教授 課程性質(zhì)及任務(wù) 〈 水質(zhì)工程學(xué) 〉 是給水排水工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課 ， 其任務(wù)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí) ， 使學(xué)生全面系統(tǒng)地了解水的性質(zhì) 、 水質(zhì)特征與水質(zhì)指標(biāo)等概念 ， 較扎實(shí)地掌握水處理的基本概念 、 基本原理 、 基本方法及基本應(yīng)用與發(fā)展；基本掌握各種水處理的技術(shù)與方法 、應(yīng)用條件 、 設(shè)計(jì)規(guī)范以及新工藝與新技術(shù) ， 為將來(lái)從事本專業(yè)的工程設(shè)計(jì) 、 科學(xué)研究及運(yùn)行管理工作等奠定必要的理論和應(yīng)用基礎(chǔ) 。 12水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) ?167。 ? 給水處理典型工藝流程： 消毒劑 二級(jí)泵站 清水池 絮凝沉淀 原水 投藥 混合 過(guò)濾 用戶 167。 ： 包括有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩大類。 ： 受自然條件影響很大，水中懸浮物、膠體態(tài)雜質(zhì)含量較多。其解決辦法：保護(hù)水源，控制污染源；強(qiáng)化處理工藝。但隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步及水源污染的日益嚴(yán)重，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總在不斷修訂與補(bǔ)充中。 （ 6）重視消毒劑和消毒副產(chǎn)物的危害，從原有的 1項(xiàng)， 增加到 13項(xiàng)。 2）水中所含化學(xué)物質(zhì)（ 70多種）及放射性物質(zhì)（ 2種） 不得危害人體健康。由各行業(yè)制訂。通過(guò)數(shù)學(xué)模型方法的簡(jiǎn)化，使得反應(yīng)裝置的選擇、尺寸計(jì)算、過(guò)程操作及最優(yōu)控制等找到了科學(xué)的方法。 1）主流傳遞 物質(zhì)隨水流主體而移動(dòng)，稱主流傳遞。 Fick第一定律給出了分子擴(kuò)散的經(jīng)驗(yàn)式： (12) 式中 : J——物質(zhì)擴(kuò)散通量，單位： [摩爾 /面積 /時(shí)間 ] 或 [質(zhì)量單位 /面積 / 間 ] DB——分子擴(kuò)散系數(shù)，單位： [面積 /時(shí)間 ] Ci——組分 I的濃度，單位： [摩爾 /體積 ]或 [質(zhì)量單位 /體積 ] x——濃度梯度方向的坐標(biāo)。本書結(jié)合水處理介紹了三種理想反應(yīng)器：完全混合間歇式反應(yīng)器（ CMB型）、完全混合連續(xù)式反應(yīng)器（ CSTR型）、推流式反應(yīng)器（ PF型）等。 解： 顯然遠(yuǎn)大于 CMB，這是因 CMB是在 CO下，而CSTR是在 Ce下進(jìn)行的。而 CSTR型始終在低濃度 Ce下進(jìn)行反應(yīng)，故 CSTR型反應(yīng)器生產(chǎn)能力低于 PF型。 表 11 水處理中的常見(jiàn)反應(yīng)器 作業(yè) P252： 2 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì) 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì) 快速混合器 絮凝器 沉 淀 砂濾池 吸 附 離子交換 完全混合 局部完全混合的活塞流 活塞流 活塞流 活塞流 活塞流 軟化 加氯 污泥反應(yīng)器 生物濾池 化學(xué)澄清 活性污泥 完全混合 活塞流 局部完全混合的活塞流 活塞流 完全混合 完全混合及活塞流 第二章混凝 ?167。 24影響混凝的主要因素 ?167。 ? 凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱為凝聚。 膠體穩(wěn)定性分：“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。在 布朗運(yùn)動(dòng)下有聚集頃向，但由于 ①膠體帶電相斥（憎 水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體） 3）兩種穩(wěn)定性間的關(guān)系：很顯然，如果膠體粒子表面電 荷或水化膜被消除，則失去聚集穩(wěn)定性，從而可聚集 成大顆粒，使動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性破壞，沉淀就會(huì)發(fā)生。擴(kuò)散層外邊緣的 ?電位為零。該理 論認(rèn)為，對(duì)于憎水性膠體，兩顆粒接近以至發(fā) 生雙電層重疊時(shí)既存在靜電斥力也存在范德華 引力，能否聚集取決于這兩力的相對(duì)大小。 布朗運(yùn)動(dòng)能量 Eb＝ ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排斥能峰，膠 體顆粒不可能發(fā)生凝聚。18H2O溶于水后，立即離解出鋁離子，通常是以 [Al(H2O)6]3+存在，但接著會(huì)發(fā)生水解與縮聚反應(yīng)，形成不同的產(chǎn)物。 電性中和作用機(jī)理包括壓縮雙電層與吸附電中和 作用機(jī)理，見(jiàn)后圖 64。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過(guò)多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋，架橋模型示意見(jiàn)圖 65。何種作用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、 pH、溫度等。 22混凝劑和助凝劑 本節(jié)自學(xué)為主，提綱為： ； 、性質(zhì)、常用類型； 、投加條件。 ，以便將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。 23凝聚動(dòng)力學(xué) 混凝發(fā)生的一個(gè)必要條件就是顆粒間相互 碰撞，凝聚動(dòng)力學(xué)即研究其碰撞的過(guò)程與方式。 顆粒在水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊下作無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn) 動(dòng)，導(dǎo)致相互的碰撞，對(duì)于脫穩(wěn)膠體，一經(jīng)碰撞就會(huì) 聚集成大顆粒，從而使單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)減少。 283pN K T n? ??2. 同向絮凝 層流條件下顆粒的碰撞示意見(jiàn)下圖： ΔΔτΔ x （ 212） 式中，紊流擴(kuò)散系數(shù) ， 為相應(yīng)于尺度的脈動(dòng)速度，為 （ 213） 式中 ε —— 為單位世間單位體積流體的有效能耗； λ —— 旋渦尺度。平均 G＝ 700~1000s1，時(shí)間通常在 10～ 30s，一般 2min即告完成，此階段，雜質(zhì)顆粒微小，同時(shí)存在顆粒間異向絮凝。 平均 G＝ 20－ 70s1， GT＝ 104－ 105 隨著絮凝的進(jìn)行， G值應(yīng)逐漸減小，這是因 G值增大時(shí)，水流剪切力隨之增大，使絮 體又有破碎的可能。其原因有： ①無(wú)機(jī)鹽水解吸熱； ②溫度降低，粘度升高 ―― 布朗運(yùn)動(dòng)減弱； ③水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚； ④水溫與水的 pH值有關(guān) pH和堿度影響 水的 pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類 有關(guān)。 石灰投量按下式估算： [CaO]=3[a] – [x] + [δ] （ 214） 式中 [CaO]——純石灰 CaO投量， mmol/L； [a]——混凝劑投量， mmol/L； [x]——原水堿度，按 mmol/L， CaO計(jì)； [δ]——保證反應(yīng)順利進(jìn)行的剩余堿度，一般取 ~（ CaO）。 如果原水懸浮物含量過(guò)高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。 1. 混凝劑的溶解和溶液配制 溶解池容積 W1： （ 215） 式中 W2為溶液池容積。 （ 1）泵前投加 ：安全可靠，一般適用取水泵房距水廠 較近者，圖中水封箱是為防止空氣進(jìn)入，見(jiàn)圖。 123456h578910圖 6 9 泵前 投加1 溶解池；2提 升泵；3溶液 池；4 恒位箱；5浮 球閥；6投藥 苗嘴；7水封 箱；8 吸水管；9水 泵；10 壓水管 ；325687圖 61 0 高位 水箱溶液重力投加1 溶解池；2 溶液池 ；3 提升泵；4 水封 箱；5浮球 閥；6 流量計(jì)；7 調(diào)節(jié)閥 ；8 壓力水；14123645高壓水圖 61 1 水射 器投加1 溶液池；2 投藥箱 ；3 漏斗；4水射 器；5 壓水管；6 高壓 水管1 溶液池；2計(jì) 量泵；3 壓水 管圖 61 2 計(jì)量 泵投加321 混凝劑最佳投藥量：是指達(dá)到既定水質(zhì)目標(biāo)的最小混凝劑投加量。 對(duì)于某一特定水源，可根據(jù)水質(zhì)、水量建立數(shù)學(xué)模型，寫出程序交計(jì)算機(jī)執(zhí)行調(diào)控。原水濁度低時(shí)，常用模擬過(guò)濾器，原水濁度高時(shí)可用斜管沉淀器或過(guò)濾器串聯(lián)使用。 流動(dòng)電流是指膠體擴(kuò)散層中反離子在外力作用下隨著流體流動(dòng)而產(chǎn)生的電流。缺點(diǎn)是投藥量與流動(dòng)電流很少相關(guān)。 26混合和絮凝設(shè)備 1. 混合設(shè)備：使藥劑與水快速均勻地混合。目前 dmax可達(dá) 2023mm。 混合器節(jié)管長(zhǎng)度不小于 500mm。 ：分往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式，見(jiàn)下頁(yè)圖。適應(yīng)大水廠。 3）單通道：水流從兩折板間依次流過(guò)。 折板分段數(shù)不少于 3段，流速為： 第一段： —； 第二段： —； 第三段： —。 新建水廠不見(jiàn)有，設(shè)計(jì)及計(jì)算自學(xué)。絮凝時(shí)間 15～ 25min。每個(gè)豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間的隔墻上、下交錯(cuò)開(kāi)孔，進(jìn)水端至出水端逐漸減少，一般分 3段控制。其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)后頁(yè)表。不同形式的絮凝池組合應(yīng)用可以相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短。 31懸浮顆粒在靜水中的沉淀 ?167。 31懸浮顆粒在靜水中的沉淀 ? 定義：水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中下沉而分 離出來(lái)的過(guò)程。 1）懸浮顆粒在靜水中的下沉?xí)r受到三種力： a. 受到的重力為： (21) b. 所受到的水的浮力： (22) c. 繞流阻力：