第二章 水的物理化学处理办法(1)

近年来，随着工业的发展、城市化进程的加快及农用化学品种类和数量的增加，我国大部分城镇饮用水源已受到不同程度的污染。

据相关报道，我国七大水系中I到III类水体占45.1%，IV类和V类水体占22.9%，劣V类水体占32.0%[1]，水源污染加大了水源选择和处理的困难。

饮用水水源中含有的有机污染物导致了“三致物”（致癌、致畸、致突变）的潜在威胁加大，水源水的污染问题日益严重，饮用水的安全问题得到了广泛关注和重视。

饮用水水源的氮磷污染问题也越来越受到人们的关注，氮磷过量导致湖泊等封闭水体富营养化，而水质恶化会增加给水处理的难度，在给水处理中，磷的去除主要通过混凝沉淀和过滤2个工艺阶段进行，通过与混凝剂形成沉淀以及非溶解性的磷形成矾花而被去除[2]，而过量的氨氮通过常规处理难以达到饮用水卫生+就足以使硝化细菌生长繁标准，有研究表明[3]，在供水管网中，0.25mg/L的NH4殖，且硝化细菌在代谢过程中会释放出嗅味；过量的硝态氮会在人胃中还原为亚硝态氮，与胃中的仲胺或酞胺作用形成致癌性物质亚硝胺。

因此，法国和德国规-N）0.5mg/L；荷兰更是严格至0.2 mg/L；我国生活饮用定饮用水中的氨氮（NH3-N为0.5mg/L。

水卫生标准规定NH3微污染水源水一般是指水体受到有机物污染部分水质指标超过地表水环境质量标准（GB3838－2002）III类水体标准的水体[4]。

随着水源水体的富营养化现象不断加重，水体中有机物种类和数量激增以及藻类的大量繁殖，现有常规处理工艺（混凝→沉淀→过滤→消毒）不能有效去除微污染水源水中的有机物、氨氮等污染物，同时液氯很容易与原水中的腐殖质结合产生消毒副产物（DBPs）直接威胁饮用者的身体健康[5-6]，无法满足人们对饮用水安全性的需要；同时随着生活饮用水水质标注的日益严格，微污染水源水处理不断出现新的问题。

因此本文在掌握微污染水源特征以及各种处理对策之后，对其中的生物预处理方法在脱氮技术中的应用进行了探讨。

水的物理、化学及物理化学处理方法简介（一）物理处理方法利用固体颗粒和悬浮物的物理性质将其从水中分离去除的方法称为物理处理方法。

物理处理法的最大优点是简单易行，效果良好，费用较低。

物理处理法的主要处理对象是水中的漂浮物、悬浮物以及颗粒物质。

常用的物理处理法有格栅与筛网、沉淀、气浮等。

（1）格栅与筛网格栅是用于去除水中较大的漂浮物和悬浮物，以保证后续处理设备正常工作的一种装置。

格栅通常有一组或多组平行金属栅条制成的框架组成，倾斜或直立地设立在进水渠道中，以拦截粗大的悬浮物。

筛网用以截阻、去除水中的更细小的悬浮物。

筛网一般用薄铁皮钻孔制成，或用金属丝编制而成，孔眼直径为0.5~1.0mm。

在河水的取水工程中，格栅和筛网常设于取水口，用以拦截河水中的大块漂浮物和杂草。

在污水处理厂，格栅和筛网常设于最前部的污水泵之前，以拦截大块漂浮物以及较小物体，以保护水泵及管道不受阻塞。

（2）沉淀沉淀是使水中悬浮物质（主要是可沉固体）在重力作用下下沉，从而与水分离，使水质得到澄清。

这种方法简单易行，分离效果良好，是水处理的重要工艺，在每一种水处理过程中几乎都不可缺少。

按照水中悬浮颗粒的浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀现象可分为：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀。

水中颗粒杂质的沉淀，是在专门的沉淀池中进行的。

按照沉淀池内水流方向的不同，沉淀池可分为平流式、竖流式、辐流式和斜流式四种。

（3）气浮气浮法亦称浮选，它是从液体中除去低密度固体物质或液体颗粒的一种方法。

通过空气鼓入水中产生的微小气泡与水中的悬浮物黏附在一起，靠气泡的浮力一起上浮到水面而实现固液或液液分离的操作。

其处理对象是：靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度接近于1的微小悬浮颗粒。

浮选过程包括微小气泡的产生、微小气泡与固体或液体颗粒的粘附以及上浮分离等步骤。

实现浮选分离必须满足两个条件：一是必须向水中提供足够数量的微小气泡；二是必须使气泡粘附与分离的悬浮物而上浮达到分离。

第二章 水的物理化学处理方法2-1 自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在区别和特点。

悬浮颗粒在水中的沉降，根据其浓度及特性，可分为四种基本类型：自由沉淀：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变，下沉速度不受干扰。

絮凝沉淀：沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量会随深度增加而逐渐增大，沉速亦随深度而增加。

拥挤沉淀：颗粒在水中的浓度较大，颗粒间相互靠得很近，在下沉过程中彼此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间相对位置不变，作为一个整体而成层下降。

清水与浑水间形成明显的界面，沉降过程实际上就是该界面下沉过程。

压缩沉淀：颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。

上层颗粒的重力作用可将下层颗粒间的水挤压出界面，使颗粒群被压缩。

2-2 水中颗粒的密度s =2.6 3/g cm ，粒径d=0.1 mm ，求它在水温10 ℃情况下的单颗粒沉降速度。

解：6.7×10-3m/s 。

2-3 非絮凝性悬浮颗粒在静止条件下的沉降数据列于表2-22中。

试确定理想式沉淀池过流率为1.8m 3/m 2h 时的悬浮颗粒去除率。

试验用的沉淀柱取样口离水面120cm 和240cm 。

ρ表示在时间t 时由各个取样口取出的水样中悬浮物的浓度，ρ0代表初始的悬浮物浓度。

2-4 生活污水悬浮物浓度300mg/L ，静置沉淀试验所得资料如表2-23所示。

求沉淀效率为65%时的颗粒截留速度。

2-5 污水性质及沉淀试验资料同习题2-4，污水流量1 000m 3/h ，试求：（1）采用平流式、竖流式、辐流式沉淀池所需的池数及澄清区的有效尺寸； （2）污泥的含水率为96%时的每日污泥容积。

解：以平流式沉淀池为例：6座池子，长24m ，宽5m ，有效水深1.8m 。

污泥的含水率为96%时的每日污泥容积19.5m 3。

2-6 已知平流式沉淀池的长度L=20m ，池宽B=4m ，池深 H=2m 。

今欲改装成斜板沉淀池，斜板水平间距10cm ，斜板长度l =1 m ，倾角60°。

环境工程学》知识要点整理蒋展鹏主编第3 版普通专升本考试绪论与第一章水质标准和水体净化1、水质是指水和其所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合性质。

水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质是否符合要求的具体衡量标准。

主要分为化学性指标、物理性指标、生物性指标。

2、C OD化学需氧量的简称，指在一定严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（如K2Cr2O7、KMmO 4）作用时消耗的氧化剂量，结果用氧的mg/L 数来表示。

BOD:生物化学需氧量的简称，指在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解，这个过程所需要的氧量叫做生物化学需氧量，结果用氧的mg/L 数来表示。

3、常用水质标准：《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006 、《饮用水净水标准》CJ94-1999 、《地表水环境质量标准》GB 3838-2002 、《废水综合排放标准》GB8978-1996、《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-20024、水体自净：污染物质随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物学的作用，污染物质被分散，分离或分解，最后受污染的水体部分的或完全的恢复原状的现象。

净化机理：1）物理过程：稀释、扩散、挥发、沉淀、上浮等。

2）化学和物理化学过程：中和、絮凝、吸附、络合、氧化、还原等。

3）生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，被水生生物吸附、吸收、吞食消化等过程，特别是有机物质由于水中微生物的代谢活动而被氧化分解并转化为无机物的过程。

第二章（1-2）水的物理化学处理方法1、格栅：格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。

分类：按格栅形状分：平面格栅、曲面格栅；按栅条间隙分：粗格栅e=50-100mm、中格栅e=10-40mm、细格栅e=3-10mm ；按清除方式分：人工清除格栅、机械清除格栅、水力清除格栅。

第二章水的物理化学处理法1水的物理化学处理法第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除沉淀混凝澄清过滤气浮水的物理化学处理法一、沉淀沉淀是利用水中悬浮物质与水的密度差进行分离的基本方法。

当悬浮物的密度大于水时，的基本方法。

当悬浮物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物的密度小用下，悬浮物下沉形成沉淀物；于水时，则上浮至水面形成浮渣( 于水时，则上浮至水面形成浮渣(油)。

通过收集沉淀物和浮渣使水体得到净化。

沉淀物和浮渣使水体得到净化。

水的物理化学处理法(一)沉淀理论基础颗粒参数自由沉降沉降类型不变，离不变，散状态下沉速度不受干扰产生条件初沉池初期沉淀初沉池中期沉淀和二沉初期絮凝沉降尺寸质量渐大渐大不变，拥挤沉降不变，颗粒相界面沉速二沉池后期对位置不变压缩沉降不变，不变，颗粒挤压沉速加上重力挤压污泥浓缩池水的物理化学处理法水的物理化学处理法(1)自由沉降牛顿提出：牛顿提出：落入静止流体中的颗粒会进行加速运动，运动，直到作用于颗粒上的摩擦阻力与颗粒的牵引力相等为止，这时颗粒作匀速运动。

牵引力相等为止，这时颗粒作匀速运动。

浮力f 浮力 b 浮力阻力f 阻力 d重力f 重力g 合力f 合力n= fg -fb =(ρs- ρ )gVs重力阻力f 阻力d= CdρAs u2/2水的物理化学处理法Stokes Formulag u= (ρs ρ)d 2 18:水的动力粘度，Pa s d : 颗粒直径，mρ S : 颗粒密度，kgm-3g:重力加速度，m s-2水的物理化学处理法对于雷诺数不同的水流环境，颗粒沉降情况差别很大，对于雷诺数不同的水流环境，颗粒沉降情况差别很大，必须通过沉降实验来确定水样的沉降性能。

水的物理化学处理法(2)絮凝沉降当悬浮物浓度约为50- 当悬浮物浓度约为- 500mg/L 时，在沉淀时过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞，过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞，产生凝聚作用，形成更大的絮凝体( 颗粒粒径与质量逐聚作用，形成更大的絮凝体( 渐加大) 沉淀速度随深度而不断加快。