【正文】 假定不同的水力停留時間 t計算總去除率 P 得出相應的表面負荷 q 繪制三者之間的關系曲線 注意：曲線與水深有關。 (Hazen 理論 ,1904 年） 但實際沉淀池是偏離理想沉淀池。 Re1, CD= 24/Re ?：水的動力粘度， Pa s dCgu l lpD ? ?? ?? 342181 gdu lp ? ?? ??dC gu l lpD ? ??? ?? 34 16 該公式難以反映實際，因為實際中顆粒大小不一，不是球形。 例：某針織廠廢水 TOC 為 50－ 60mg/L， pH 值為 。 13 管式混合：管式靜態(tài)混合器、擴散混合器，混合時間 2－ 3 秒 機械混合：攪拌 三、絮凝設備 ?隔板絮凝池：由往 復式和回轉式兩種 水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成。 根據(jù)水質(zhì)、去除對象，最佳 pH 范圍也不同。其理論仍在發(fā)展之中。 pH3 簡單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用 pH=4－ 5 多核羥基絡合物起吸附電性中和 pH= 多核羥基絡合物起吸附電性中和；氫氧化鋁起吸附架橋、網(wǎng)捕 天然水體一般 pH= 三、混凝過程 1． 凝聚（ coagulation） 帶電荷的水解離子或高價離子壓縮雙電層或吸附電中和―― ?電位 ?――脫穩(wěn)――凝聚，生長成約d=10? 特點：劇烈攪拌，瞬間完成 ??在混合設備中完成 2．絮凝（ flocculation） 高聚合物的吸附架橋 脫穩(wěn)膠粒――生長成大礬花 d= 特點：需要一定時間，攪拌從強 ?弱 ??在絮凝中設備完成 10 第 4 節(jié) 混 凝劑和助凝劑 一、混凝劑 種類有不少于 200－ 300 種。 這些都與膠粒的吸附力有關，絕非只來源于靜電力，還來源于范得華力、氫鍵及共價鍵力（多出現(xiàn)在有聚合離子或高分子物質(zhì)存在時）。 1．水解過程 配位水分子發(fā)生水解： [Al(H2O)6]3+―― [Al(OH)(H2O)5]2++ H+ …… . 其結果是：價數(shù)降低， pH 降低，最終產(chǎn)生―― Al(OH)3沉淀 2．縮聚反應 － OH－發(fā)生架橋，產(chǎn)生高價聚合離子（多核羥基絡合物） …… .. 其結果是：電荷升高，聚合度增大 同時多核羥基絡合物還會繼續(xù)水解。 水處理中主要雜質(zhì)：粘土（ 50nm4 ?m） 細菌（ ?m80?m） 病毒（ 10nm300nm） 蛋白質(zhì)（ 1nm50nm）、腐殖酸 1637 年 我國開始使用明礬凈水 1884 年 西方才開始使用 混凝過程涉及到三個方面的問題：水中膠體的性質(zhì) 混凝劑在水中的水解與形態(tài) 膠體與混凝劑的相互作用 第 2節(jié) 膠體的性質(zhì) 一、膠體的穩(wěn)定性 1． 動力 學穩(wěn)定性：布朗運動對抗重力。 我國也確定了 12 類， 58 種。 水體分類： I 類 主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)； II 類 主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區(qū)、珍貴魚類保護區(qū)、魚蝦產(chǎn)卵區(qū) III 類 主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區(qū)、一般魚類保護區(qū)及游泳區(qū) IV類 主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū) V類 主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求區(qū)域 2． 污水綜合排放標準 原有標準： GB8978－ 88 污染物分成兩類： I 類（ 9 項）：對人體健康產(chǎn)生長遠影響，不允許稀釋，一律執(zhí)行嚴格標準 II 類（ 20 項）：長遠影響小于 I 類 針對排放區(qū)域和新建、現(xiàn)有，執(zhí)行不同的標準。 國際上： ?有現(xiàn)代意義的飲用水標準是在本世紀初在美國出現(xiàn)―― 《公共衛(wèi)生署飲用水水質(zhì)標準》 1914 年，只針對細菌數(shù)量 由此大大減少了傷寒病死亡的人數(shù)。 2. 空間分布不均 81％的水資源分布在長江流域及其以南 東南地區(qū)降水量可達 1600mm，造成澇災 2 西北地區(qū)降水只有 500mm，少的地區(qū)不到 200mm 3. 年內(nèi)及年際變化大 60－ 80％降水集中在夏季， 7， 8， 9 月；年際變化差 3－ 6 倍（大時） 4. 許多地區(qū)缺水嚴重 三北（西北、華北、東北）和沿海（青島、大連） 在 640 個城市中， 300 多個城市缺水。 但人均占有量只有 2340m3/人年（以 12 億人口計），世界平均水準的 1/4，占 88 位。 97 年日本，定出被懷疑的物質(zhì) 67, 包括：（ 1）殺蟲劑、除草劑， 45 種；（ 2）工業(yè)原料，有機氯化合物；（ 3）副產(chǎn)物，如二惡英。 共計 75 項，其中基 本項目 31 項，以控制湖泊水庫富營養(yǎng)化為目的的特定項目 4 項 以控制地表水 I， II， III 類水域有機化學物質(zhì)為目的的特定項目 40 項。 美國確立了 117 種優(yōu)先控制有機物。 范圍在： 1nm~?m（有時認為在 1?m） 混凝目的：投加混凝劑使膠體脫穩(wěn)，相互凝聚生長成大礬花。在水中，會發(fā)生下列過程。 叔采－哈代法則可以適用，即：凝聚能力 ?離子價數(shù) 6 但該理論不能解釋： 1）混凝劑投加過多，混凝效果反而下降； 2）與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子混凝效果好。 4．網(wǎng)捕或卷掃 金屬氫氧化物在形成過程中對膠粒的網(wǎng)捕 小膠粒與大礬花發(fā)生接觸凝聚 ―――澄清池中發(fā)生的現(xiàn)象 根據(jù)以上機理，可以解釋在不同 pH 條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機理。 二、同向絮凝 由水力或機械攪拌產(chǎn)生。 無機鹽水解，造成 pH 下降，影響水解產(chǎn)物形態(tài)。 絮凝監(jiān)測器：利用光電原理檢測水中絮凝顆粒變化 二、混合設備 水泵混合：投藥投加在水泵吸水口或管上。 可以單獨用無機混凝劑，也可和有機高分子絮凝劑聯(lián)用。 平衡時： F1＝ F2 可得到沉速 (terminal velocity)計算公式（對球形顆粒）： 對于非球形顆粒： ?：形狀系數(shù) CD 與 Re 有關。 u?u0 的顆粒可以全部去除 uu0 的顆粒只能部分去除 去除率為 E＝ ui/u0 = ui/(Q/A) q=Q/A =u0 表面負荷或溢流率 對于顆粒沉速小于 u0 的顆粒來講，去除率為 E＝ ui/u0 = ui/(Q/A) 由上式可知，顆粒在理想沉淀池的沉淀效率只與表面負荷有關，而與其它因素（如水深、池長、水平流速、沉淀時間）無關。 無理論描述公式，只能通過沉淀實驗預測沉淀效果。通常采用：溢流堰（施工難） 三角堰（對出 水影響不大） 淹沒孔口（容易找平） 控制單位堰長的出水量： 給水： 500 m3/(m d) 初沉： (m s) 二沉： L/(m s) 4）存泥區(qū)及排泥措施 ? 泥斗排泥 靠靜水壓力 – ，下設有排泥管 21 多斗形式，可省去機械刮泥設備（池容不大時） ? 機械排泥 帶刮泥機，池底需要一定坡度 虹吸吸泥車 2．設計計算 1）設計參數(shù)的確定 ? u0 或 T0 由沉淀實驗得到 選 u0時，絮凝性顆粒 池深要與實驗柱高相等 選 T0時，無論顆粒的性質(zhì)如何 池深要與實驗柱高相等 考慮水流的影響 u 設 ＝ u0/ T 設 ＝ T0 在數(shù)值上， q 設 ＝ u 設 根據(jù)經(jīng)驗 ： q 設 （ m3/m2h） T 設 (h) 給水處理（混凝后） 1－ 2 13 初次沉淀池 12 二次沉淀池（生物膜法后） 12 （活性污泥法后） 2）設計計算 ? 以 q 來計算 A ＝ Q/q 設 L= v T； T：水力停留時間 水流流速 v＝ 1025mm/s（給水） 5－ 7mm/s（污 水） 寬度 B＝ A/L ? 以 T 來計算 計算有效體積 V ＝ Q T 選池深 H（ ） 計算 B＝ V/(LH) L= v T 校核水流的穩(wěn)定性， Fr ＝ 104~105之間。 功能：去除比重較大的無機顆粒（如泥沙、煤渣等） 保證措施：流速控 制 常用的有：平流沉砂池、曝氣沉砂池 25 平流式沉砂池： 最大流速 m/s, 最小流速 最大流量時的停留時間不少于 30s, 一般 3060s 曝氣沉砂池： 旋流速度： m/s 最大流量時的 T： 13min, 水平流速： m/s 第 6 節(jié) 澄清池 (Clarifier) 污泥再懸浮起來，池中保持大量礬花，脫穩(wěn)膠體靠接觸凝聚粘附在活性泥渣上。 具體過程：通入空氣 → 產(chǎn)生微細氣泡 → SS附著在氣泡上→上浮 應用：自然沉淀或上浮難于去除的懸浮物，以及比重接近 1的固體顆粒 一、 界面張力和潤濕接 觸角 任何不同介質(zhì)的相表面上都因受力不均衡而存在界面張力 氣浮的情況涉及： 氣、水、固 三種介質(zhì)，每兩個之間都存在界面張力 σ 。 對于親水性顆粒的氣浮，表面需改性為疏水性 → 投加浮選劑 浮選劑：松香油、煤油、脂肪酸，起連接顆粒和氣泡之間作用。適當?shù)谋砻婊钚詣┦潜匾摹? 2．散氣氣浮法：擴散板曝氣氣浮和葉輪氣浮法兩種 擴散板曝氣氣?。簤嚎s空氣通過擴散裝置以微小氣泡形式進入水中。 31 2．加壓溶氣氣浮工藝的主要設備 工 藝組成 ： 壓力溶氣系統(tǒng)、空氣釋放系統(tǒng)、氣浮池 1)壓力溶氣系統(tǒng)： 包括加壓水泵、壓力溶氣罐、空氣供給設備及其他附屬設備 加壓水泵： 提升污水，將水、氣以一定壓力送至壓力溶氣罐。 HRT? 10－ 20 分 組合式：見圖 1329～圖 1331。 優(yōu)點：處理能力比沉淀池高，氣浮污泥濃度高，可以同時去除多種污染物（表面活性劑、嗅味物質(zhì)等） 缺點：耗電、維修 第五章 過濾 (Filtration) 第 1 節(jié) 概述 一、慢濾池 ? 濾速慢： V＝ m/h ? 表面生長一層濾膜（ 1－ 2 個星期后） 效果：濁度可降到 0，可不消毒。 ――――虹吸濾池、無閥濾池 水頭損失與過濾時間的關系： 清潔水頭損失 H0 過濾任意時的水頭損失 H＝ H0＋ h ＋ ?Ht h：配水系統(tǒng)、承托層及灌渠水頭損失之和 ?Ht：濾層的水頭損失增值 ?Ht 與時間的關系反映了濾層截留雜質(zhì)與過濾時間的關系。雜質(zhì)主要截留在濾料表層。 ?有效粒徑和不均勻系數(shù) d10和 d80：分別通過濾料重量 10％和 80％的篩孔孔徑 不均勻系數(shù) K80＝ d80/d10 d10反映了產(chǎn)生水頭損失的主要部分 。 穿孔濾磚： 開孔比，上層 ％，下層 % 下層連通起配水渠的作用，上層不連通。 三、濾池反沖洗 恢復過濾能力 1． 反沖洗方式 1) 高速水流反沖洗 2) 氣、水反沖洗 氣沖強度： 10－ 20 L/m2 s 水沖強度： 3－ 4L/m2 s 3) 表面輔沖加高速水流反沖洗