【導(dǎo)讀】水是一種寶貴的自然資源，工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、交通運(yùn)輸和日常生活都需要水。也是生命賴以生存的重要條件，沒有水生命就不可能存在。任何生態(tài)系統(tǒng)都離不開水。在地球上是不斷循環(huán)的，這種循環(huán)為地球表面調(diào)節(jié)氣候，也有凈化環(huán)境的作用。均深度達(dá)到km，總量約有×108km3。地球上水的存在狀態(tài)及各種水所占的比例見。這造成一些地區(qū)嚴(yán)重缺水。下水補(bǔ)給，初步估算全國水資源總量約為×1012m3。目前，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展和工業(yè)重心的轉(zhuǎn)移，污染已有向農(nóng)村、向內(nèi)地轉(zhuǎn)移的。趨勢(shì)，由地表水受污染向地下水受污染轉(zhuǎn)移。不斷萎縮；近海水域亦因受污染而赤潮頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國目前有200多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。間，水污染造成的損失達(dá)到2735億元。嚴(yán)格講“廢水”是指廢棄外排的。水，強(qiáng)調(diào)廢棄的一面，“污水”是被污染物污染了的水，強(qiáng)調(diào)其臟的一面。廢水污染是廢水對(duì)水體、大氣、土壤或生物的污染，這里廢水是污染的原因。體污染的主要原因是廢水。者之和稱為總固體，簡稱TS。實(shí)際區(qū)分二者是用特制的

　　

【正文】 ~ m，卵石粒徑為 20~40 mm；墊層上面為石灰石濾料，粒徑為 ~3 mm，平均 mm，濾料層厚度在運(yùn)轉(zhuǎn)初期為 1~ m，最終換料時(shí)為2 m，濾料膨脹率為 50％，濾料的分布狀態(tài)是由下向上，粒徑逐漸減小；濾料上面是緩沖層，高度 m，水和濾料分離，在此區(qū)內(nèi)水流速逐漸減慢，出水由出水槽均勻匯集出流。 圖 217 等速升流式膨脹中和濾池結(jié)構(gòu)示意圖 與普 通中和濾池相比，升流式中和濾池中濾料的粒徑小，濾速高，中和效果好。在升流式中和濾池中，由于流速高，濾料呈懸浮狀態(tài)，濾層膨脹，類似于流化床，濾料間不斷發(fā)生碰撞摩擦，使沉淀難以在濾料表面形成，因而進(jìn)水含酸濃度可以適當(dāng)提高，生成的 CO2氣體也容易排出，不會(huì)使濾床堵塞。此外，由于濾料粒徑小，比表面大，相應(yīng)接觸面積也大，使中和效果得到改善。升流式中和濾池要求布水均勻，因此池子直徑不能太大，并常采用大阻力配水系統(tǒng)。配水系統(tǒng)的示意圖見圖 218。 等速升流膨脹濾池也有缺點(diǎn)，主要是由于濾料是由大小不同的顆粒組成的，但在濾 池中水流的速度相等，會(huì)出現(xiàn)水流速度小時(shí)大顆粒的濾料不能懸浮，流速大時(shí)小顆粒的濾料又會(huì)隨水流走的現(xiàn)象。這既浪費(fèi)了濾料又使出水渾濁。為了克服上述缺點(diǎn)，又出現(xiàn)了 變速升流式膨脹濾池 ，圖 219 所示。其特點(diǎn)是濾料層截面面積是變化的。底部流速較大，可使大顆粒濾料處于懸浮狀態(tài)，上部流速較小，保持上部微小濾料不致流失，從而可防止池內(nèi)濾料表面形成 CaSO4 覆蓋層，又可以提高濾料的利用率，還可以提高進(jìn)水的含酸濃度，同時(shí)不產(chǎn)生堵塞。這種濾池可大大提高濾速，下部濾速可達(dá) 130~150 m/h，上部濾速可達(dá) 40~60 m/h。 濾 池出水中的 CO2 一般由脫氣池去除，方法有空氣曝氣、出水跌落、自然曝氣等。圖220 所示為采用變速升流膨脹式中和濾池（塔）處理酸性廢水的實(shí)用裝置流程。該裝置中用曝氣的方法除去水中溶解的 CO2。 濾池在運(yùn)行中，濾料有消耗，應(yīng)定期補(bǔ)充。運(yùn)行中應(yīng)防止高濃度酸性廢水進(jìn)入濾池。否則會(huì)使濾料表面結(jié)垢失去作用。濾池運(yùn)行一定時(shí)期后，由于沉淀物積累過多導(dǎo)致中和效果下降，應(yīng)進(jìn)行倒床，更換新濾料。 1－環(huán)形集水槽； 2－清水區(qū)； 3－石灰石濾料； 4－卵石墊層； 5－大阻力配水系統(tǒng)； 6－放空管。 25 圖 218 等速升流式膨脹中和 219 變速升流膨脹式中 濾池的配水系統(tǒng) 圖 和濾池示意圖 圖 220 變速升流膨脹式中和濾池處理酸性廢水的實(shí)用裝置流程 （ 3）堿性廢水的中和處理 堿性廢水的中和要用酸性物質(zhì)，通常采用的方法有：利用酸性廢水中和、加酸中和及利用煙道氣進(jìn)行中和。 利用酸性廢水中和就是酸堿廢水的相互中和。加酸中和主要是采用工業(yè)硫酸，因?yàn)榱蛩醿r(jià)格較低。使用鹽酸的最大優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度大，泥渣量少，但出水中溶解固體濃度高。無機(jī)酸中和堿性廢水的工藝過程與設(shè)備，與 投藥中和酸性廢水時(shí)基本相同。 廢酸性物質(zhì)包括含酸廢水、煙道氣等。利用酸性廢水中和堿性廢水的原理和用堿性廢水中和酸性廢水相同。煙道氣中的 CO2 含量可高達(dá) 24％，此外有時(shí)還含有 SO2 和 H2S，故 26 可用來中和堿性廢水。用煙道氣中和堿性廢水一般在噴淋塔中進(jìn)行，如圖 221 所示。廢水從塔頂布水器均勻噴出，煙道氣則從塔底鼓入，兩者在填料層間進(jìn)行逆流接觸，完成中和過程，使堿性廢水和煙道氣都得到凈化。根據(jù)資料介紹，用煙道氣中和堿性廢水，可使出水的 pH 值由 10~12 降到中性。該法的優(yōu)點(diǎn)是以廢治廢，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，缺點(diǎn)是出水中的硫化物、耗氧量和色度都會(huì)明顯增加，還需進(jìn)一步處理。 圖 221 噴淋塔示意圖 思考題 1．為什么要對(duì)廢水進(jìn)行調(diào)節(jié)？調(diào)節(jié)的常用方式有幾種？各有什么特點(diǎn)？ 2．中和的作用是什么？為什么中和劑分段加入效果好？ 3．表 I 是某污水按小時(shí)測(cè)定的流量變化數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)水處理廠時(shí)需設(shè)置在線調(diào)節(jié)池。試確定所需調(diào)節(jié)池的最小體積。 表 I 某污水流量變化數(shù)據(jù) 時(shí)間 0~1 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 流量 時(shí)間 8~9 9~10 10~11 11~12 12~13 13~14 14~15 15~16 流量 時(shí)間 16~17 17~18 18~19 19~20 20~21 21~22 22~23 23~24 流量 注：時(shí)間為點(diǎn)鐘，即 0~1 為夜間 0 點(diǎn)至 1 點(diǎn)之間，余者類推。流量為指定時(shí)間段內(nèi)的平均流量， m3/s。 4．中和濾池有幾種？各有什么特點(diǎn)？用中和濾池對(duì)酸性廢水進(jìn)行中和時(shí)如何選擇合適的濾料？ 27 第三章 廢水的重力分離處理 概述 定義 廢水的重力分離 處理是依靠廢水中懸浮物的密度與水不同這一特點(diǎn)來分離廢水中固體懸浮物的方法。當(dāng)懸浮物的密度大于水的密度時(shí)，在重力作用下，懸浮物下沉形成沉淀物 ,這時(shí)稱為 沉降法 ；當(dāng)懸浮物的密度小于水的密度時(shí)，懸浮物將上浮到水面形成浮渣，通過收集沉淀物或浮渣，使廢水得到凈化，此時(shí)稱為 上浮法 。這是最常 用、最基本、最經(jīng)濟(jì)的廢水處理方法，所以幾乎所有的廢水處理過程都包括重力分離的方法。 工業(yè)廢水中含有各種不同性質(zhì)的懸浮物，如有機(jī)性懸浮物、無機(jī)性懸浮物、浮油和乳化油等。這些懸浮物大多是有用物質(zhì)，用重力分離法進(jìn)行處理，既可使廢水得到一定程度的凈化，有時(shí)還可以回收有用物質(zhì)。本章重點(diǎn)介紹沉降法。 沉降在廢水處理系統(tǒng)中的作用 重力分離法中應(yīng)用最廣泛的是沉降法。沉降法工藝簡單易行，分離效果良好，是廢水處理的重要工藝過程，應(yīng)用得非常廣泛。在各種類型的廢水處理系統(tǒng)中，沉降幾乎是不可缺少的工藝過程，而且還可 能多次采用。沉降在廢水處理系統(tǒng)中的主要作用如下：（ a）在一級(jí)廢水處理系統(tǒng)中，沉降是主要處理工藝，廢水處理效果的高低，基本取決于沉淀池的沉降效果；（ b）在二級(jí)廢水處理系統(tǒng)中，沉降具有多種功能。在生物處理設(shè)備前設(shè)初次沉淀池的目的是減輕后繼處理設(shè)備的負(fù)荷，保證生物處理設(shè)備凈化功能的正常發(fā)揮；在生物處理設(shè)備后設(shè)二次沉淀池，用以分離生物污泥，使處理水得到澄清。對(duì)于城市污水處理系統(tǒng)，無論一級(jí)處理系統(tǒng)或二級(jí)處理系統(tǒng)，都必須設(shè)沉砂池，以去除砂粒類的無機(jī)固體顆粒；（ c）在灌溉或排入氧化塘前，廢水也必須進(jìn)行沉淀，以穩(wěn)定水質(zhì)，去 除寄生蟲卵和能夠堵塞土壤孔隙的固體顆粒。 在工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，沉降是根據(jù)不同的需要而設(shè)立的，因此其作用是多種多樣的。 沉降過程的分類 顆粒在廢水中的沉降是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。因?yàn)閺U水中懸浮物的顆粒大小、物理和物理化學(xué)性質(zhì)不同，在沉降過程中表現(xiàn)出的規(guī)律也不同，另外不同顆粒之間還會(huì)有相互作用，這種作用的程度又與顆粒的性質(zhì)、質(zhì)量濃度等有關(guān)系。因此，到目前為止還沒有一種理論可以準(zhǔn)確地描述所有沉降過程。 根據(jù)廢水中可沉降物質(zhì)顆粒的大小、凝聚性能的強(qiáng)弱及其質(zhì)量濃度的高低，可把沉降過程分為四種類型： 自由沉降、絮凝沉降、成層沉降和壓縮沉降。 （ 1）自由沉降 自由沉降 是在廢水中的懸浮固體質(zhì)量濃度不高，而且不具有凝聚性時(shí)發(fā)生的。其特征是沉降過程中，固體顆粒不改變形狀和尺寸，也不互相粘合，各自獨(dú)立地完成沉降過程。顆粒的沉降速度（簡稱沉速）在經(jīng)一定的沉降時(shí)間后保持不變。可觀察到的現(xiàn)象是水是從上到下逐漸變清。 28 （ 2）絮凝沉降 絮凝沉降 是在廢水中的懸浮固體質(zhì)量濃度也不高，但具有凝聚性時(shí)發(fā)生的。其特征是在沉淀的過程中，顆?；ハ嗯鲎?、粘合，結(jié)合成較大的絮凝體而沉降，并且在沉降的過程中顆粒的尺寸不斷變化，顆粒的沉 降速度也是變化的?？捎^察到的現(xiàn)象也是水由上到下逐漸變清，但有時(shí)可觀察到顆粒的絮凝現(xiàn)象。 （ 3）成層沉降（也稱為集團(tuán)沉降） 成層沉降 是廢水中懸浮顆粒的質(zhì)量濃度提高到一定程度后發(fā)生的。其特征是每個(gè)顆粒的沉降受到其周圍顆粒的干擾，沉速有所降低，如質(zhì)量濃度進(jìn)一步提高，顆粒間的干涉影響加劇，沉速大的顆粒也不能超過沉速小的顆粒，在聚合力的作用下，顆粒群結(jié)合成為一個(gè)整體，各自保持相對(duì)不變的位置，共同下沉。觀察到的現(xiàn)象是水與顆粒群之間有明顯的分界面，沉降的過程實(shí)際上是該界面下沉的過程。 （ 4）壓縮沉降 壓縮沉降 是廢 水中懸浮物的質(zhì)量濃度很高時(shí)發(fā)生的。此時(shí)固體顆?；ハ嘟佑|，互相支承，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間隙中的液體被擠出界面，固體顆粒群被濃縮。特征是顆粒群與水之間也有明顯的界面，但顆粒群部分比成層沉降時(shí)密集，界面的沉降速度很慢。 上述四種類型的沉降只是人為的劃分，它們之間并不是相互孤立的，而是相互聯(lián)系的。在實(shí)際應(yīng)用中，在同一個(gè)沉淀池中的不同沉降時(shí)間，或沉淀池的不同深度可能是不同的沉降類型。如果在實(shí)驗(yàn)室用量筒來觀察沉降過程，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨沉降時(shí)間的延長，不同的沉降類型會(huì)在不同時(shí)間出現(xiàn)，如圖 31 所示。圖中 1 時(shí)刻為沉 降時(shí)間為零時(shí)，在攪拌的作用下廢水中的懸浮物呈均勻狀態(tài)；在 1 與 2 時(shí)刻之間為自由沉降或絮凝沉降時(shí)間；到時(shí)刻 2 時(shí)，水與顆粒層出現(xiàn)明顯的界面，此時(shí)變?yōu)槌蓪映两惦A段，同時(shí)由于靠近底部的顆粒很快沉降到容器底部，所以在底部出現(xiàn)壓縮層 D。在時(shí)刻 2 與時(shí)刻 4 之間，界面繼續(xù)以勻速下沉，沉降區(qū) B 的質(zhì)量濃度基本保持不變，壓縮區(qū)的的高度增加。到時(shí)刻 5 時(shí)沉降區(qū) B 消失，此時(shí)稱為臨界點(diǎn)。時(shí)刻 5 和時(shí)刻 6 之間為壓縮沉降階段。實(shí)驗(yàn)時(shí)各時(shí)刻出現(xiàn)的時(shí)間和存在的時(shí)間長短與顆粒的性質(zhì)、質(zhì)量濃度和是否添加藥劑有關(guān)。 為了解各種沉降類型發(fā)生的條件，可以用圖 32 來表示不同性質(zhì)顆粒在不同質(zhì)量濃度下沉降時(shí)，發(fā)生不同沉降類型的區(qū)域。圖中橫坐標(biāo)表示顆粒的絮凝程度的強(qiáng)弱，縱坐標(biāo)表 圖 31 不同沉降時(shí)間沉降類型分布示意圖 A－澄清區(qū)； B－沉降區(qū)； C－過渡區(qū)； D－壓縮區(qū) B 29 示廢水中的懸浮物質(zhì)量濃度?？梢娮杂沙两档那闆r是很少見的，特別是強(qiáng)絮凝性的顆粒。 0％固體 自由沉降區(qū) 成層沉降區(qū) 壓縮沉降區(qū) 100％固體 分散顆粒 強(qiáng)絮凝顆粒 圖 32 不同性質(zhì)顆粒和質(zhì)量濃度條件下的沉降性能 自由沉降試驗(yàn)及去除率的計(jì)算 在廢水處理中研究懸浮物沉降規(guī)律的目的，是了解各種性質(zhì)的懸浮物的沉降規(guī)律，確定沉淀池的尺寸和形式，取得最好的去除效果，下面就介紹不同沉降形式時(shí)去除率的確定方法。 顆粒自由沉降速度的確定 顆粒的自由沉降規(guī)律是唯一可以在一定條件下用傳統(tǒng)力學(xué)來描述的過程。 水中所含 懸浮物的大小、形狀、性質(zhì)是十分復(fù)雜的，因而影響顆粒沉降的因素很多。為了簡化討論，假定 :（ a）顆粒為球形，不可壓縮，也無凝聚性，沉淀過程中其大小、形狀和質(zhì)量等均不變；（ b）水處于靜止?fàn)顟B(tài)；（ c）顆粒沉降僅受重力和水的阻力作用。靜水中的懸浮顆粒開始沉降時(shí)，因受重力作用而產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)水的阻力也增大。經(jīng)過一很短的時(shí)間后，顆粒在水中的有效重量與阻力達(dá)到平衡，此后作等速下沉運(yùn)動(dòng)。等速沉降的速度稱為 沉降末速度 ，簡稱沉降速度。在上述假設(shè)條件下， Stokes 推導(dǎo)出在水流呈層流狀態(tài)時(shí)，即雷諾數(shù) Re1 時(shí)，顆粒的 自由沉降 速度 可用下式計(jì)算： 18μρ)dg(ρu2s ?? 式 31 式中： u－顆粒的沉降速度， m/s； ?s、 ?－分別表示顆粒及水的密度 , kg/m3； g－重力加速度， m/s2； μ－水的粘度， Pas； d－顆粒的粒徑， m。 式 31 稱為 Stokes 公式。該式表明 :（ a）顆粒與水的密度差（ ?s－ ?）愈大，它的沉速也愈大，成正比關(guān)系。當(dāng) ?s ?時(shí) u 0，顆粒下沉；當(dāng) ?s ?時(shí) ,u 0，顆粒上?。划?dāng) ?s=?時(shí)，u=0，顆粒既不下沉又不上??；（ b）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成平方關(guān)系。因此隨粒度的下降，顆粒的沉降速度會(huì)迅速降低。再加上實(shí)際水處理過程中，水流呈層流狀態(tài)的情況較少，所以一般沉降只能去除 d 20 μm 的顆粒。通過混凝處理可以增大顆粒表觀粒徑，使顆粒的沉降速度大大增加。（ c）水的粘度 μ 愈小，沉速愈快，成反比關(guān)系。因粘度與水溫 30 成反比，故提高水溫有利于沉降。 例 31：油珠的直徑為 50 ?m，密度為 800 kg/m3。試計(jì)算油珠在 20℃水中的上浮速度。 解：油珠 d＝ 50 ?m=5 10─5 m， 20℃水的粘度 ?＝ 01Pa s，代入式（ 31）得 u = （ 800－ 1 000）（ 510─5） 2/（ 1810─3）＝－ 10─4 m/s＝－ m/h 沉降速度為負(fù)值，表示油在水中是上浮的。 自由沉降去除率的確定 雖然自由沉降顆粒的沉降速度在一定條件下可以計(jì)算，但由于實(shí)際廢水中懸浮物組成十分復(fù)雜，顆粒粒徑不均勻，形狀多種多樣，密