水处理絮凝学 第六章
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絮凝原理及应用PPT课件
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目录
• 絮凝原理简介 • 絮凝动力学 • 絮凝剂的种类与选择 • 絮凝的应用 • 絮凝的未来发展与挑战
01
CATALOGUE
絮凝原理简介
絮凝定义
絮凝
是指胶体颗粒通过吸附、桥接和 网捕等作用，相互聚结成为大颗 粒絮体的过程。
絮凝剂
在一定条件下能产生大量高分子 聚合物，促使胶体颗粒凝聚成大 颗粒絮体的物质。
02
CATALOGUE
絮凝动力学
絮凝动力学方程
絮凝动力学方程是描述絮凝过程中粒子运动和相互作用的数学模型，通常表示为微 分方程或积分方程。
该方程描述了粒子在流体中的运动规律，包括自由运动和相互作用引起的相对运动 ，以及粒子浓度随时间的变化规律。
絮凝动力学方程的求解可以揭示絮凝过程中粒子的运动轨迹、速度分布、浓度分布 等重要信息，有助于深入理解絮凝机理。
印染废水处理
印染废水含有大量的染料 和悬浮物，絮凝技术可用 于处理印染废水，降低其 对环境的影响。
电镀废水处理
电镀废水含有大量的重金 属离子和悬浮物，絮凝技 术可用于处理电镀废水， 降低其对环境的影响。
饮用水处理
天然水处理
絮凝技术可用于天然水处理，去 除水中的悬浮物和溶解物，提高
水质。
井水处理
井水可能含有悬浮物和溶解物，絮 凝技术可用于井水处理，提高水质 。
动力学理论的应用
动力学理论在絮凝工艺设计和 优化中具有重要应用价值。
通过建立数学模型，可以模拟 不同条件下的絮凝过程，预测 絮凝效果，为实际生产提供参 考依据。
同时，动力学理论还可以指导 絮凝剂的研发和改进，提高絮 凝剂的性能和效果，推动絮凝 技术的发展和应用。
03
目录
• 絮凝原理简介 • 絮凝动力学 • 絮凝剂的种类与选择 • 絮凝的应用 • 絮凝的未来发展与挑战
01
CATALOGUE
絮凝原理简介
絮凝定义
絮凝
是指胶体颗粒通过吸附、桥接和 网捕等作用，相互聚结成为大颗 粒絮体的过程。
絮凝剂
在一定条件下能产生大量高分子 聚合物，促使胶体颗粒凝聚成大 颗粒絮体的物质。
02
CATALOGUE
絮凝动力学
絮凝动力学方程
絮凝动力学方程是描述絮凝过程中粒子运动和相互作用的数学模型，通常表示为微 分方程或积分方程。
该方程描述了粒子在流体中的运动规律，包括自由运动和相互作用引起的相对运动 ，以及粒子浓度随时间的变化规律。
絮凝动力学方程的求解可以揭示絮凝过程中粒子的运动轨迹、速度分布、浓度分布 等重要信息，有助于深入理解絮凝机理。
印染废水处理
印染废水含有大量的染料 和悬浮物，絮凝技术可用 于处理印染废水，降低其 对环境的影响。
电镀废水处理
电镀废水含有大量的重金 属离子和悬浮物，絮凝技 术可用于处理电镀废水， 降低其对环境的影响。
饮用水处理
天然水处理
絮凝技术可用于天然水处理，去 除水中的悬浮物和溶解物，提高
水质。
井水处理
井水可能含有悬浮物和溶解物，絮 凝技术可用于井水处理，提高水质 。
动力学理论的应用
动力学理论在絮凝工艺设计和 优化中具有重要应用价值。
通过建立数学模型，可以模拟 不同条件下的絮凝过程，预测 絮凝效果，为实际生产提供参 考依据。
同时，动力学理论还可以指导 絮凝剂的研发和改进，提高絮 凝剂的性能和效果，推动絮凝 技术的发展和应用。
03
水质工程学 第四章凝聚与絮凝
水质工程学1 XX大学 环境工程学院XX教研室水质工程学1第四章 凝聚与絮凝混凝机理02混凝剂的配置与投加06混凝动力学04胶体结构01影响因素05混凝剂与助凝剂03教学内容及要求1)理解胶体的结构及稳定性；2)掌握混凝机理以及混凝效果影响因素；3)掌握混凝剂种类及其选用原则；4)掌握混凝动力学原理；5)掌握混凝过程的特征及要求；6)理解混凝设施的类型及特点，掌握其设计计算方法。
7)了解混凝设施的运行与管理。
对象：水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。
办法：1、首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体；2、再用重力沉降法予以分离。
混凝的定义：包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。
混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。
水处理中主要杂质：◆粘土（50nm-4 μm）◆细菌（0.2μm-80μm）◆病毒（10nm-300nm）◆蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸4.1胶体的稳定性和胶体结构A:胶体的稳定性B:胶体的双电层结构C:DLVO理论4.1胶体的稳定性和胶体结构 A:胶体的稳定性（1）胶体在水中作布朗运动在水分子热运动的撞击下作不规则运动，即布朗运动。
这是胶体在水中保持稳定的因素之一。
（2）运动中的胶体带电荷电泳现象可以说明胶体微粒是带电的。
带正电的微粒：氢氧化铁、氢氧化铝等；带负电的微粒：碱性条件下的氢氧化铝和蛋白质等。
同种胶体微粒带同号电荷，静电斥力相互作用，不易凝聚。
4.1胶体的稳定性和胶体结构胶体稳定性分：“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。
1）动力学稳定性：是指胶体粒子的布朗运动对抗重力影响的能力。
胶体粒子的布朗运动足以抵抗重力影响，故而长悬，称动力学稳定。
为什么不聚集下沉呢？2）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。
水处理的絮凝原理
水处理的絮凝原理
水处理的絮凝原理是通过加入絮凝剂，使水中的微小悬浮物（如泥沙、有机物等）聚集成较大的絮体，从而便于后续的沉淀或过滤处理。
絮凝剂通常是带有正电荷或负电荷的化学物质，当其与水中的微小悬浮物接触时，会形成化学吸附或电荷中和作用。
在絮凝过程中，絮凝剂的添加需要适当的剂量和搅拌时间，以确保最佳效果。
在水处理池中添加絮凝剂后，剂量应根据水质情况进行调整，剂量过低可能无法有效聚集絮体，剂量过高则会造成浪费。
絮凝剂的类型有很多，常见的有无机絮凝剂如铁盐、铝盐等，有机絮凝剂如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。
不同类型的絮凝剂适用于不同特性的水质处理，需要根据水质特点和处理要求选择合适的絮凝剂。
絮凝过程中，絮凝剂与微小悬浮物之间的化学作用或电荷中和作用会使微小悬浮物聚集成絮体。
这些絮体之间的吸引力会逐渐增强，形成较大的聚集物。
经过一段时间搅拌后，大部分絮体会聚集在水体的上部形成絮状物，也称为絮凝物。
最后，通过沉淀或过滤等方法将絮凝物与水相分离，达到水处理的目的。
沉淀可以利用重力作用，将絮凝物直接沉降到水底部，再通过沉淀池或沉沙池等设备进行分离。
过滤可以使用过滤器，将絮凝物截留在过滤介质中，实现分离。
综上所述，水处理的絮凝原理是通过絮凝剂与微小悬浮物之间的化学作用或电荷中和作用使其聚集成絮体，然后通过沉淀或过滤将絮凝物与水相分离。
这一原理在各类水处理过程中得到广泛应用，有效提高了水质的净化效果。
第6章 水的混凝
宜。它配合铝盐、铁盐使用效果较好，尤其是处理低温、
低浊水更为有利。 要现场调制，即日使用（18小时以内），否则宜形 成冻胶。 粘土、沉淀污泥等，也可作为絮凝剂的助凝剂。
混凝动力学ห้องสมุดไป่ตู้
推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面： 一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称
“异向絮凝”。
另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，由流体运动所造成 的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝”。
凝工艺的两个阶段。为了提高混凝效果，技术上的
关键在于结合原水水质选用性能良好的药剂，创造
适宜的化学和水力条件，是混凝工艺各阶段顺利进 行的关键。
水的混凝机理
一、水中胶体的稳定性
胶体稳定性的主要原因有三种： 1.微粒的布朗运动； 2.胶体颗粒间的静电斥力； 3.胶体颗粒表面的水化作用。
二、混凝机理
H2SO4+ Na2O· XSiO2· 2O Na2SO4+XSiO2+(y+1)H2O yH
活化剂 水 玻 璃 XH2SiO2 发生缩聚反应、生成带有负
电荷的硅酸高分子化合物
加酸搅拌后尚需等待6∼8小时（成熟时间），待溶液变 成乳白色后变可使用。
当酸化度为158 % 时，SiO2将全部分解出来，一般酸化 度宜采用75~100 % ，活化水玻璃以SiO2 浓度1~1.5 %为
G gh T
（4）
g——重力加速度（9.8m/s2) h——混凝设备中的水头损失（m） ——水的运动黏度（m2/s） T——水流在混凝设备中的停留时间（s）
三、混凝控制指标
在混合阶段，水中杂质颗粒微小，异向凝聚占主导地位，混合速度 快速剧烈，通常在10~30S，最多不超过2分钟既告完成。搅拌强度按
水处理絮凝学习题
一、选择题：1.不属于胶体稳定的原因的是（）A.漫射B.布朗运动C.带电D.水化膜2.下列说法正确的是（）A.对无机物盐类混凝剂来说，吸附架桥起决定作用B.对无机物盐类混凝剂来说，双电层作用机理起决定作用C.对有机高聚物来说，吸附架桥起决定作用D.对有机高聚物来说，双电层作用起决定作用3.颗粒在沉砂池中的沉淀属于（）A自由沉淀B絮凝沉淀C拥挤沉淀D压缩沉淀4.颗粒在初沉池初期（），在初沉池后期（）A自由沉淀B絮凝沉淀C拥挤沉淀D压缩沉淀5.颗粒在二沉池初期（），在二沉池后期（），在泥斗中（）A自由沉淀B絮凝沉淀C拥挤沉淀D压缩沉淀6.颗粒在污泥浓缩池中（）A自由沉淀B絮凝沉淀C拥挤沉淀D压缩沉淀7.水中( )和胶体性物质在混凝剂的作用下的凝聚和絮凝总称为混凝。
A细小悬浮物B氧化性物质C还原物质D漂浮物质二、判断题1.投加助凝剂的作用是减弱混凝效果，生成粗大结实易于沉降的絮凝体。
( )2.分子量高、浓度低、温度高的ＰＡＭ，其陈化程度越高，粘度降低得越快，絮凝性能就越差。
（）3.聚丙烯酰胺的聚合物本身是无毒的，但其单体有毒性的。
（）4.活性污泥在二沉池后期的沉淀是絮凝沉淀。
（）5.拥挤沉淀是悬浮物浓度不高。
（）6.压缩沉淀过程中颗粒物之间无相互影响。
（）7.有机物的存在不会影响出水的浊度。
（）8.同样的原水浊度和出水浊度，存在有机物时所需絮凝剂投加量比不存在有机物时要高。
（）9.水中有机物的存在会影响浊度物质的絮凝去除。
（）10.水在用絮凝剂处理后的剩余浊度，可以作为絮凝消毒可靠性的大概指标。
（）11.泵前投加混凝剂一般适用于取水泵房离水处理厂较远的情况。
（）三、填空题1.混凝剂的种类较多，目前应用最广的是_______和_____________。
2.混凝沉淀过程包括__________ __________ __________几个部分。
3.助凝剂有以下几类__________ _____________ __________。
水质工程学(Ⅰ)例题、思考题、习题答案
水质工程学（Ⅰ）例题、思考题、习题第1章水质与水质标准1.水中杂质按尺寸大小可分为几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。
水中杂质按尺寸大小分为悬浮物、胶体、溶解物三类。
悬浮物：尺寸较大（1?m-1mm），可下沉或上浮（大颗粒的泥砂、矿碴下沉，大而轻的有机物上浮）。
主要是泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后的腐败产物等有机物。
这类杂质由于尺寸较大，在水中不稳定，常常悬浮于水流中。
当水静置时，相对密度小的会上浮与水面，相对密度大的会下沉，因此容易去除。
胶体：尺寸很小（10nm-100nm）,具有稳定性，长时静置不沉。
主要是粘土、细菌和病毒、腐殖质和蛋白质等。
胶体通常带负电荷，少量的带正电荷的金属氧化物胶体。
一般可通过加入混凝剂进去去除。
溶解物：主要是呈真溶液状态的离子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，HCO3-、SO42-等酸根，O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解气体分子。
溶解物与水成均相，透明。
但可能产生色、臭、味。
是某些工业用水的去除对象，需要特殊处理。
有毒有害的无机溶解物和有机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
2.各种典型水质特点。
（数值可不记）江河水：易受自然条件影响，浊度高于地下水。
江河水年内浊度变化大。
含盐量较低，一般在70～900mg/L之间。
硬度较低，通常在50～400mg/L(以CaCO3计）之间。
江河水易受工业废水和生活污水的污染，色、臭、味变化较大，水温不稳定。
湖泊及水库水：主要由河水补给，水质类似河水，但其流动性较小，浊度较低；湖水含藻类较多，易产生色、臭、味。
湖水容易受污染。
含盐量和硬度比河水高。
湖泊、水库水的富营养化已成为严重的水污染问题。
海水：海水含盐量高，在7.5～43.0g/L之间，以氯化物含量最高，约占83.7%，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。
海水须淡化后才可饮用。
地下水：悬浮物、胶体杂质在土壤渗流中已大部分被去除，水质清澈，不易受外界污染和气温变化的影响，温度与水质都比较稳定，一般宜作生活饮用水和冷却水。
《水处理技术及原理》第4章-沉淀
一般不大于5mm/s（污水）
18
3）出水区
•溢流堰（施工难） •三角堰（对出水影响不大） •淹没孔口（容易找平）
19
4）存泥区及排泥措施
泥斗排泥
靠静水压力 1.5 – 2.0m 多斗形式，可省去机械刮泥设备
机械排泥
20
二、竖流式沉淀池
21
三、幅流式沉淀池
1．中央进水幅流式 ＝20－30m，>16m 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差
5
颗粒浓度
自由沉淀
絮凝沉淀
拥挤沉淀
压缩沉淀 颗粒絮凝性
6
第2节 自由沉淀 (discrete particle settling)
7
一、颗粒沉速公式
假设：① 颗粒为球形，不可压缩，无凝聚， ② 水处于静止状态
重力，浮力，阻力平衡可导出沉降速度；
u 4 g p l d 3 CD l
u：颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） ：形状系数, 1 for spheres Cd：阻力系数, Cd与Re有关 ，Re＝u d/ = duρ/μ
效果与上相反 如机械加速澄清池、水力循环澄清池
28
•沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒 •胶体颗粒需混凝后才能沉淀。 •给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 •废水处理
3
4
二、分类
•自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
•絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉淀过程中沉速增加
•拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间干扰，分层
•压缩沉淀：下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得 到浓缩。
13
清水区
浑液面----逐渐下降
等浓度区或受阻沉降层 颗粒浓度均匀 等速下沉vs
18
3）出水区
•溢流堰（施工难） •三角堰（对出水影响不大） •淹没孔口（容易找平）
19
4）存泥区及排泥措施
泥斗排泥
靠静水压力 1.5 – 2.0m 多斗形式，可省去机械刮泥设备
机械排泥
20
二、竖流式沉淀池
21
三、幅流式沉淀池
1．中央进水幅流式 ＝20－30m，>16m 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差
5
颗粒浓度
自由沉淀
絮凝沉淀
拥挤沉淀
压缩沉淀 颗粒絮凝性
6
第2节 自由沉淀 (discrete particle settling)
7
一、颗粒沉速公式
假设：① 颗粒为球形，不可压缩，无凝聚， ② 水处于静止状态
重力，浮力，阻力平衡可导出沉降速度；
u 4 g p l d 3 CD l
u：颗粒终端沉降速度（terminal velocity ） ：形状系数, 1 for spheres Cd：阻力系数, Cd与Re有关 ，Re＝u d/ = duρ/μ
效果与上相反 如机械加速澄清池、水力循环澄清池
28
•沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒 •胶体颗粒需混凝后才能沉淀。 •给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 •废水处理
3
4
二、分类
•自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
•絮凝沉淀：絮凝性颗粒，沉淀过程中沉速增加
•拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间干扰，分层
•压缩沉淀：下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得 到浓缩。
13
清水区
浑液面----逐渐下降
等浓度区或受阻沉降层 颗粒浓度均匀 等速下沉vs
水处理絮凝学 第六章
第六章 絮凝的特殊应用 与效能
6.1污泥脱水
❖ 污泥调理系指采用物理和化学的方法去 改变污泥的性质，便之便了脱水。
❖ 一般来说，污泥调理的目的是将无定形 的胶样污泥性质，转变成有空隙的物质， 便于释出其中的水分。
❖ 化学调理法是最普遍采用的污泥调理法。 化学调理法常常依靠多价金属离子或有机 高分子聚合物，使絮凝污泥生成膨胀结构 的聚集体。
❖ 根据上述三种沉淀类型，从沉淀的角度出 发可以认为，所谓高浊度水，就是其中的泥 沙沉淀系以约制沉淀为主的水，约制沉淀的 主要特性是：泥沙颗粒不再根据各自粒经的 大小；按照各自沉速自由下沉，而是各种不 同大小的泥沙颗粒以相同的沉速组成一个群 体下沉，此群体的沉速，就是可以方便地加 以观测的浑液面沉速。
❖ 此外，水中含有有机物能引起离子交换 树脂的污染而使其处理出水水质恶化。
❖ 漏过水处理系统的有机物还能引起热力设 备的腐蚀损坏．从而威胁电厂的安全经济 运行。
❖ 1絮凝去除有机物的机理
❖ 腐殖质是一些基本类似但分子量和所含 官能团的种类和比例不同的一类大分子弱有 机酸，它们在水中因官能团的离解而显阴离 子型，其中一部分分子大到使之显示胶体的 性质，而这些胶体时常是高度分散的。能够 透过o．45um的滤膜。
❖ 含沙量在100kg/m3以下的高浊度水,投加 液在2%时进行投加。
❖ b聚丙烯酰胺的投加剂量
❖ 单位体积水中的加药量，称为投加剂量， 应是在加药后将高浊度水的浑液面沉速提高 到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求 的沉速所需要的剂量。
❖ 浑液面在其沉降过程中，除了在等速阶段 时浑液面沉速为一固定值外，在其后沉降曲 线发生转折后，浑液面沉速成为随水深而变 的变量。
❖ d压挤沉淀 当水中泥沙含量更多，以至颗 粒间己相互接触而形成所谓空间网状结构 时发生压挤沉淀。
6.1污泥脱水
❖ 污泥调理系指采用物理和化学的方法去 改变污泥的性质，便之便了脱水。
❖ 一般来说，污泥调理的目的是将无定形 的胶样污泥性质，转变成有空隙的物质， 便于释出其中的水分。
❖ 化学调理法是最普遍采用的污泥调理法。 化学调理法常常依靠多价金属离子或有机 高分子聚合物，使絮凝污泥生成膨胀结构 的聚集体。
❖ 根据上述三种沉淀类型，从沉淀的角度出 发可以认为，所谓高浊度水，就是其中的泥 沙沉淀系以约制沉淀为主的水，约制沉淀的 主要特性是：泥沙颗粒不再根据各自粒经的 大小；按照各自沉速自由下沉，而是各种不 同大小的泥沙颗粒以相同的沉速组成一个群 体下沉，此群体的沉速，就是可以方便地加 以观测的浑液面沉速。
❖ 此外，水中含有有机物能引起离子交换 树脂的污染而使其处理出水水质恶化。
❖ 漏过水处理系统的有机物还能引起热力设 备的腐蚀损坏．从而威胁电厂的安全经济 运行。
❖ 1絮凝去除有机物的机理
❖ 腐殖质是一些基本类似但分子量和所含 官能团的种类和比例不同的一类大分子弱有 机酸，它们在水中因官能团的离解而显阴离 子型，其中一部分分子大到使之显示胶体的 性质，而这些胶体时常是高度分散的。能够 透过o．45um的滤膜。
❖ 含沙量在100kg/m3以下的高浊度水,投加 液在2%时进行投加。
❖ b聚丙烯酰胺的投加剂量
❖ 单位体积水中的加药量，称为投加剂量， 应是在加药后将高浊度水的浑液面沉速提高 到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求 的沉速所需要的剂量。
❖ 浑液面在其沉降过程中，除了在等速阶段 时浑液面沉速为一固定值外，在其后沉降曲 线发生转折后，浑液面沉速成为随水深而变 的变量。
❖ d压挤沉淀 当水中泥沙含量更多，以至颗 粒间己相互接触而形成所谓空间网状结构 时发生压挤沉淀。
《水处理技术》电子教案
《水处理技术》电子教案第一章：水处理技术概述1.1 教学目标了解水处理技术的基本概念理解水处理技术的重要性掌握水处理技术的主要方法1.2 教学内容引言：水处理技术的定义和重要性水处理技术的历史发展水处理技术的主要方法概述1.3 教学活动引入讨论：水的价值和处理必要性讲解演示：水处理技术的历史发展小组讨论：水处理技术的主要方法及其优缺点1.4 教学评价知识测试：水处理技术的基本概念和方法小组报告：水处理技术的应用案例第二章：物理处理技术2.1 教学目标掌握物理处理技术的基本原理了解物理处理技术的应用范围熟悉物理处理技术的主要设备2.2 教学内容物理处理技术的定义和原理常用的物理处理技术：过滤、沉淀、浮选等物理处理技术的主要设备及其工作原理2.3 教学活动讲解演示：物理处理技术的基本原理实验室实践：物理处理技术的操作演示小组讨论：物理处理技术的应用案例2.4 教学评价知识测试：物理处理技术的基本原理和设备实验室报告：物理处理技术的操作实践第三章：化学处理技术3.1 教学目标理解化学处理技术的基本原理掌握化学处理技术的应用方法熟悉化学处理技术的主要药品3.2 教学内容化学处理技术的定义和原理常用的化学处理技术：消毒、絮凝、中和等化学处理技术的主要药品及其作用3.3 教学活动讲解演示：化学处理技术的基本原理实验室实践：化学处理技术的操作演示小组讨论：化学处理技术的应用案例3.4 教学评价知识测试：化学处理技术的基本原理和药品实验室报告：化学处理技术的操作实践第四章：生物处理技术4.1 教学目标理解生物处理技术的基本原理掌握生物处理技术的应用方法熟悉生物处理技术的主要微生物4.2 教学内容生物处理技术的定义和原理常用的生物处理技术：好氧消化、厌氧消化、活性污泥等生物处理技术的主要微生物及其作用4.3 教学活动讲解演示：生物处理技术的基本原理实验室实践：生物处理技术的操作演示小组讨论：生物处理技术的应用案例4.4 教学评价知识测试：生物处理技术的基本原理和微生物实验室报告：生物处理技术的操作实践第五章：水处理技术的综合应用5.1 教学目标理解水处理技术之间的相互关系掌握水处理技术的综合应用方法熟悉水处理技术在实际工程中的应用案例5.2 教学内容水处理技术之间的相互关系和综合应用常用的水处理技术组合方案及其优缺点水处理技术在实际工程中的应用案例5.3 教学活动讲解演示：水处理技术之间的相互关系和综合应用案例分析：水处理技术在实际工程中的应用案例小组讨论：设计一个水处理方案5.4 教学评价知识测试：水处理技术之间的相互关系和综合应用小组报告：设计的水处理方案及可行性分析第六章：水处理技术的经济性和环境影响6.1 教学目标理解水处理技术经济性的重要性掌握评估水处理技术经济性的方法了解水处理技术对环境的影响6.2 教学内容水处理技术经济性的概念和影响因素经济性评估方法：成本效益分析、生命周期成本分析等水处理技术对环境的影响：能耗、污泥产量、化学物质排放等6.3 教学活动讲解演示：水处理技术经济性的概念和影响因素案例分析：经济性评估方法的应用小组讨论：水处理技术对环境的影响及其可持续发展6.4 教学评价知识测试：水处理技术经济性和环境影响的基本概念小组报告：针对特定水处理技术的环境影响和经济性评估第七章：水处理技术的法规和标准7.1 教学目标了解水处理技术相关的法规和标准理解法规和标准对水处理技术的影响掌握获取和应用法规标准的方法7.2 教学内容水处理技术相关的国内和国际法规和标准法规和标准对水处理技术的要求和影响获取和应用法规标准的方法和工具7.3 教学活动讲解演示：水处理技术相关的法规和标准案例分析：法规和标准对水处理技术应用的具体影响小组讨论：如何获取和应用法规标准7.4 教学评价知识测试：水处理技术相关法规和标准的基本内容小组报告：针对特定水处理技术应用的法规和标准分析第八章：水处理技术的创新与发展8.1 教学目标理解水处理技术创新的重要性掌握水处理技术最新的发展趋势熟悉水处理技术创新的应用案例8.2 教学内容水处理技术创新的概念和重要性水处理技术最新的发展趋势：纳米技术、生物技术等水处理技术创新的应用案例：新型絮凝剂、高效生物反应器等8.3 教学活动讲解演示：水处理技术创新的概念和重要性案例分析：水处理技术最新发展趋势的应用小组讨论：水处理技术创新的应用案例分析8.4 教学评价知识测试：水处理技术创新的基本概念和发展趋势小组报告：针对特定水处理技术创新的应用案例分析第九章：水处理技术的案例研究9.1 教学目标理解水处理技术案例研究的重要性掌握水处理技术案例研究的方法熟悉水处理技术案例研究的应用案例9.2 教学内容水处理技术案例研究的概念和重要性水处理技术案例研究的应用案例：城市污水处理、工业废水处理等9.3 教学活动讲解演示：水处理技术案例研究的概念和方法实验室实践：水处理技术案例研究的操作演示小组讨论：水处理技术案例研究的应用案例分析9.4 教学评价知识测试：水处理技术案例研究的基本概念和方法实验室报告：水处理技术案例研究的操作实践第十章：水处理技术的未来挑战10.1 教学目标理解水处理技术面临的未来挑战掌握应对未来挑战的方法和策略熟悉未来挑战的应用案例10.2 教学内容水处理技术面临的未来挑战：人口增长、气候变化、资源短缺等应对未来挑战的方法和策略：技术创新、政策制定、可持续发展等水处理技术未来挑战的应用案例：海淡化、雨水收集利用等10.3 教学活动讲解演示：水处理技术面临的未来挑战案例分析：应对未来挑战的方法和策略的应用小组讨论：水处理技术未来挑战的应用案例分析10.4 教学评价知识测试：水处理技术未来挑战的基本概念和应对方法小组报告：针对特定水处理技术未来挑战的应用案例分析重点和难点解析一、第一章至第五章的教学内容涵盖了水处理技术的基本概念、方法、设备和应用，这是理解水处理技术的基础。
水处理絮凝机理
经过脱稳后的胶体颗粒经过碰撞后颗粒由小变大，布 朗运动随颗粒的增大而逐渐减弱，当颗粒增长到一定尺 寸时，布朗运动不再起作用
同向絮凝 同向絮凝是相对于异向絮凝来说的，在外力作用下，产 生的流体运动，推动脱稳的胶体，使得所有胶体颗粒向 同一方向运动，由于胶体颗粒存在速度快慢的差异，胶 体快的颗粒将会赶上胶体慢的颗粒，两个颗粒将会碰撞 产生絮凝现象。
絮凝机理
絮凝主要是脱稳的胶体或者微小悬浮物聚集成较大的絮 凝体的过程，要使两个完全脱稳的胶体颗粒凝聚成较大 的颗粒，需要增加胶体互相碰撞的Байду номын сангаас会。 可以通过两种方式： 一、颗粒在水中热运动即布朗运动，称为异向絮凝 二、颗粒受外力（水力或者机械力）推动产生的作用， 称为同向絮凝
异向絮凝 胶体的运动方向是无规则的，每一个脱稳胶体，可能朝 各个方向运动，胶体颗粒向不同方向运动时，两个胶体 颗粒向不同方向运动而发生碰撞聚集的情况。
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❖ 一、利用无机絮凝剂调理污泥
❖
❖ 无机絮凝剂在污泥调理中所使用的剂量， 与污泥的类型有密切的关系，难脱水的污泥 需投加的剂量较大，易脱水的污泥需投加的 剂量较小。
城市污水处理的各种污泥按调理时所需 剂量增加的顺序排列：
❖ a未处理的初次污泥。
❖ b未处理的初次污泥和生物滤池污泥的混合 污泥。
❖ c未处理的初次污泥和废活性污泥的混合污 泥
❖ 高浊度水之所以不同于一般水，除了在 浊废或含沙量的数量级上有差别以外，更 本质的不同还表现在泥沙沉淀的机理方面 和絮凝特性方面。
❖ 一、高浊度水的沉降特性
❖ 水中泥沙的沉淀运动．根据泥沙浓度的 大小及沉淀时表现现象的不同，可分为四 种类型：自由沉淀 、絮凝沉淀、约制沉淀、 压挤沉淀。
❖ a自由沉淀 泥沙颗粒或絮凝颗粒在沉淀过 程中不受具他因素干扰而由由沉淀，球形颗 粒在粘性状态下遵守stokes公式。其沉速与 粒径的平方成正比。自由沉淀的表现特征是 当沉淀进行一段时间后，由于泥沙颗粒的不 断下沉，沉降水柱呈现从下往上的逐渐变清， 除了在水柱底部有积泥外。清水与浑水之间 没有明显的界面。
❖ d厌氧消化污泥。
❖ e好氧消化污泥。
❖
❖ 最常用的污泥调理无机絮凝剂是三氯化铁， 硫酸亚铁和水合氯化铝。其它金属盐如硫酸 铝及助凝剂石灰等也可用于污泥调理。
❖ 污泥调理时改用其他方法去降低污泥的缓 冲度，比单独使用金属离子絮凝剂可获得更 经济更有效的污泥调理效果。
❖ (一）投加石灰 析出的碳酸钙比金属离子沉 淀物的过滤性好。
❖ 含沙量在100kg/m3以下的高浊度水,投加 液在2%时进行投加。
❖ b聚丙烯酰胺的投加剂量
❖ 单位体积水中的加药量，称为投加剂量， 应是在加药后将高浊度水的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ液面沉速提高 到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求 的沉速所需要的剂量。
❖ 浑液面在其沉降过程中，除了在等速阶段 时浑液面沉速为一固定值外，在其后沉降曲 线发生转折后，浑液面沉速成为随水深而变 的变量。
❖ H-液面从水面下沉至要求的沉降水深处的距 离（mm）
❖ t-沉降上述距离所需时间(s)
❖ 聚丙烯酞胺的投加剂量应为将浑液面沉 速提高到相当于沉淀池在当时的出水负荷 下所要求的沉速所需的剂量．也就是说， 投药剂量与所要求的浑液面沉速有关。一 般来说，浑液面要求沉速越高时，投药量 亦应越高。
❖ 除此而外。原水水质也影响投药剂量， 原水水质对投加剂量产生影响，主要为含 沙量及颗粒物组成。
❖ 铁盐及铝盐絮凝剂在高浊废水处理中常 不能获得满意的结果：硫酸铝、三氯化铁 及聚合氯化铝、投加量很大． 要达到数百 ppm的数量级．絮体结构硫松，沉淀排出的 泥浆浓度低、体积大。
❖ 经研究以吸附架桥为主要机理的聚丙烯 酰胺作为絮凝剂，得到了良好的效果。
❖ a．聚丙烯酷胺投加液的浓度
❖ 实验证明，水样含沙量越小，投加液浓 度对絮凝效果的影响越小，当水样含沙量 或投加量增高时，投加液浓度对絮凝产生 越来越显著的影响。
❖ 在自来水生产中，当对原水进行加氯处理 时，水中的有机物可能会被氯化而生成三氯 甲烷（THMs）等有机氯化物。这些物质对 人体健康是非常有害的，有的甚至是可以致 癌或致突变的。
❖ 天然水氯化时不但能产生THMs，而且还 会产生含量更高的不挥发有机氯化物，已 被检出的有三氯乙酸、二氯乙酸、二氯乙 腈、氯代酮，特别是1，1，1一三氯丙酮等。 这些物质会引起与THMs同样严重的后果。
❖ 所以聚丙烯酰胺的投加剂量应结合浑波 面要求达到的沉降水深来确定。当其投加 量能使浑液面从水面下沉至要求的沉降深 度过程中的平均沉速符合沉淀池要求的沉 速时、应视为恰当的投加剂量。而混液面 要求达到的沉降深度，应随水样含沙量的 增加而减少。
❖ 一般以沉降水深的增加速率下跌为零时的 沉降水深为极限沉降水深。
❖ 淘洗法的缺点是，除大颗粒以外，其余污 泥组分均需回流到污水处理厂去。还需考虑 费用问题。
❖ 利用无机絮凝剂进行污泥调理时，投加量 较大，约为20%固体重量，而利用无机高分 子聚合物时，投加量仅为干固体质量的1%， 甚至更少。但是聚合物的单价高于无机絮凝 剂。因此要综合考虑。
❖ （二）利用有机高分子絮凝剂调理污泥
❖ 此外，水中含有有机物能引起离子交换 树脂的污染而使其处理出水水质恶化。
❖ 漏过水处理系统的有机物还能引起热力设 备的腐蚀损坏．从而威胁电厂的安全经济 运行。
❖ 1絮凝去除有机物的机理
❖ 腐殖质是一些基本类似但分子量和所含 官能团的种类和比例不同的一类大分子弱有 机酸，它们在水中因官能团的离解而显阴离 子型，其中一部分分子大到使之显示胶体的 性质，而这些胶体时常是高度分散的。能够 透过o．45um的滤膜。
❖ 根据上述三种沉淀类型，从沉淀的角度出 发可以认为，所谓高浊度水，就是其中的泥 沙沉淀系以约制沉淀为主的水，约制沉淀的 主要特性是：泥沙颗粒不再根据各自粒经的 大小；按照各自沉速自由下沉，而是各种不 同大小的泥沙颗粒以相同的沉速组成一个群 体下沉，此群体的沉速，就是可以方便地加 以观测的浑液面沉速。
❖ 污泥脱水中使用高分子量、高电荷密度 的阳离子型聚电解质可以大大提高脱水效 率。在真空过滤中，添加聚电解质可以改 善滤瓶的透气性．大大降低回流污泥水中 固态物质的含量。阳离子聚电解质与石灰 及三氯化铁合用可以克服单用无机絮凝剂 时生成污泥过多的缺点。
❖ 实验研究证明，聚电解质的效能因污泥不 同而异，甚至对来自同一污水厂的同一类型 的污泥，因取样的时间不同而不同，因其悬 浮和溶解物质的浓度和类型存在差异。此外， 聚电解质的类型、分子量、电荷等因素也具 有显著的影响。
❖ (1)污泥固体含量的影响
❖ 对于固体含量较低的活性污泥，聚电解质 的需要量与污泥固体含量无关。由悬浮胶体 微粒决定。这时阳离子聚电解质同带负电的 胶体微粒之间的反应以及阳离子聚电解质同 溶解阴离子物质的反应为决定性机理。
❖ （2）污泥含盐量的影响
❖ 对于消化污泥．研究发现污泥中盐的含量 对其脱水具有决定性的影响，一般来说，高 的含盐量会造成不良的脱水效果。
第六章 絮凝的特殊应用 与效能
6.1污泥脱水
❖ 污泥调理系指采用物理和化学的方法去 改变污泥的性质，便之便了脱水。
❖ 一般来说，污泥调理的目的是将无定形 的胶样污泥性质，转变成有空隙的物质， 便于释出其中的水分。
❖ 化学调理法是最普遍采用的污泥调理法。 化学调理法常常依靠多价金属离子或有机 高分子聚合物，使絮凝污泥生成膨胀结构 的聚集体。
❖ c约制沉淀 由于水中泥沙颗粒较多，所以 某个颗粒在沉淀时除了受到水的阻力的影 响外，还受到其他颗粒的干扰，这种颗粒 间的相互干扰导致颗粒在约制沉淀时的沉 速远远低于在自由沉淀条件下的沉速。
❖ 约制沉淀时的表观特征是当沉淀过程进 行一段时间后，在沉降水柱的上部形成一 个清水层，下部为浑水层，其间有一明显 的交界面，称为浑液面，泥沙的下沉在表 现上表现为浑液面的下沉。
6.3水中有机物的絮凝去除
❖ 一、生活污水和工业废水中有机物的絮凝去除
❖ 水中有机物对水质的影响主要在于其耗氧 性质及一些有机物的毒性。
❖ 由于水中的有机物往往与水中颗粒物相联系， 或者其本身即为颗粒物，因此絮凝成为去除它 们的有效方法之一，特别是作为顶处理的于段。
❖ 生活污水中物质按其粒度分级： ❖ 可沉降固体，dp＞100um ❖ 超胶体固体：1um＜dp＜100um ❖ 胶体： 0．001um＜dp＜1um ❖ 溶解性物质：dp＜0.001um
❖ 该分级的基础属物理分离，根据由电子显
微镜估计的微粒大小而得到，其中在锥形筒 中沉降1小时所能除去的粒子被定义为可沉降 固体。用受控离心法所能除去的粒子定义为 超胶体固体，以超滤法可以分离的粒子定义 为胶体。
生活污水的固体成分
生活污水的固体组成
❖ 二、天然水中有机物的絮凝去除
❖ 天然水中有机物的主要成分是腐植酸。
❖ 总的投加量
❖
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２
❖ （二）在投加调理剂以前先将污泥进行淘 洗或清洗
❖ 在淘洗过程中．以低碱度的水与污泥混 合，然后将水排出，使污泥碱度降低．同 时去除能大量消耗絮凝剂的某些可溶性有 机和无机组分。
❖ 逆流运行方式能降低淘洗水的用量。
❖ 淘洗法的另一优点是洗去污泥中的细小物 质，小颗粒的表面积很大．洗去后絮凝剂剂 量可以大大降低。
❖ 所谓沉降水深的增加速率，意即在单位时 间间隔内，沉降水深的增加值，以％表示， 在等速阶段，沉降水深的增加速率保持不变， 当进入减速沉降阶段后，随着沉降水深的增 加，沉降水深的增加速率逐步减低，特别是 在浑液面下降至接近其终了深度的后期阶段， 沉降水深的增加速率减低极为急剧。
❖ 所谓加药后的浑液面沉速，都是指浑液面 从上面下沉至某沉降水深处的平均沉速。即
c分步投药
❖ 所谓分步投药，就是将投药剂量分成两 部分或多部分加入水中，每加入一部分药 剂后，便与水迅速混合，然后立即加入另 一部分药剂，再使之与水迅速混合，分步 投药这一措施，是为了避免药剂局部浓度 过高而使活性基团被封闭而考虑设想的。 实验证明，分步投药可大大提高聚丙烯酰 胺的絮凝效果，并减少投加剂量。
❖ 高含盐量会使絮凝受到损害的原因与聚合 物上带电基团被异电荷离子屏蔽的作用有关， 这种屏蔽作用引起带电基团间相互吸引作用 的减弱。
❖ (3)聚合物性质的影响
❖ 聚合物分子的性质对污泥脱水有着显著的 影响，特别是分子量和分子电荷密度尤为重 要。
6.2高浊度水处理
❖ 高浊度水:是指浊度较高及含沙量较大的 水，但是仅就浊度的高低或含沙量的大小 来作为高浊度水与一般水的区分标准．往 往无法作出更精确的划定。
❖
❖ 三氯化铁的投放剂量一般取决于污泥的碱 度和有机固体含量。由碱度决定的三氯化铁 的剂量Dl可用下式估算：
❖ 式中Pw为污泥含水率(％)，Ps为污泥固体含 量(％)．A为污泥的碱度（以CaCO3计，mg ／Ｌ）