物理法与化学法水处理设备适用范围及设计要点PPT教材共21页

出水 池
微滤机是个鼓状的金属框架，微 滤机的处理能力与滤网孔径及悬浮物 的性质和浓度有关。
例如用孔径为35m的滤网处理含 藻湖水时，产水率可达30～127m3／ m2.h ， 除 藻 率 在 60 ％ 以 上 ； 用 孔 径 65m 的 滤 网 处 理 造 纸 白 水 时 ， 纸 浆 回收率达80 ～ 90％。
格栅安装角度：一般45～75°，对人工清渣， 为省力一般角度≦60 °；对机械清渣，角度 一般60～75 °，特殊时为90 °；对回转式一 般60～90 °。
如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁通道。 旁通道进口处设有间距为75一l00m的垂直栅 条。
1.2 筛网
当需要去除水中纤维、纸浆和藻类等稍 小的杂物时，可选用不同孔径的筛网。
三、离心分离
3.2 重力式水力旋流器
也称水力旋流沉淀池，废水由切线方向进 入池内，造成旋流。与压力式旋流器相比， 这种水力旋流沉淀池直径要大得多，离心力 的作用减弱，颗粒的分离主要是由重力决定 的。在这两种力的作用下，颗粒被抛向池壁 并沉于池底，定期由抓斗排渣。
主要应用于废水的澄清和浓缩处理，以及 高浊度河水的预处理，以代替庞大的预沉池。
筛滤 截留 沉降 离心
去除方法
相应设备 格栅 筛网 微滤机 离心机 旋流分离器
一、格栅、筛网、微滤机
一、格栅、筛网、微滤机
一、格栅、筛网、微滤机
1. 格栅
1.1格栅的结构 格栅是一组平行的金属栅条、带钩的塑料
栅条或金属筛网组成。栅条间形成缝隙。
格栅的隙缝（截流效率取决于缝隙宽度）
进水泵站前50 mm
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
一般来说，20-100um以上的颗粒可以直接用沉降法去 除，但此法不适宜用于较小的颗粒，特别是较小的胶体微 粒（10-9m—10-6m），需要采取其他方法才可除去，如沉 淀、混凝、过滤、气浮和膜技术等。

缩聚物
细 菌 藻 类 浮游动物
水中杂质分类
杂质 溶解物 （低分子、离子）
胶体
悬浮物
颗粒 尺寸
分辨 工具
水的 外观
0.1nm 1nm 10nm 100nm 1μ 10μ 100μ 1mm
电子 显微镜
超 显微镜
显微镜
肉眼
透明
浑浊
浑浊
污水处理常规工艺
去除杂质粒度由大到小
多种方 法选择
水质逐级改善
废水预处理
废水预处理: 属纯物理性质或机械性质的，其目的在于 去除那些在性质上或大小上不利于后续处 理工程的物质。
预处理方式： 物理处理（机械处理） 调节
物理处理法
污水物理处理是利用物理作用分离污水中呈悬浮状态 的污染物质。是污水处理的基本方法。 生活污水和工业废水含有大量的漂浮物与悬浮物质，来
源：水流夹带 物理处理对象就是这些漂浮物与悬浮物质,尺度：0.1-
• 下图为用于预处理的HUBER ROTAMAT 隔栅，废水从固定栅鼓内流出鼓外时，超 过缝宽的悬浮物被截留，刮刀将悬浮物刮 到渣槽，由螺旋推进器卸走，形成干渣运 走
• 回转式隔栅
回转格栅
2、隔栅的计算
隔栅本身水流阻力很小，主要是由截留 物堵塞栅条造成的。 隔栅水头损失达到10~15厘米时就该清捞。 隔栅后渠底应比栅前低10~15厘米。避免造 成回水 根据流速可计算隔栅总宽度。（废水过栅 流速取0.7米/秒）
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------------- 污废水处理设施运行管理：物理化学法 -------------
（二）常见类型
（1）水量调节池 （2）水质调节池 （3）事故调节池
------------- 污废水处理设施运行管理：物理化学法 -------------
（1）水量调节池
①根据污水水源的流量变化特点进行考虑； ②城市污水厂很少设调节池，利用管网进行调节； ③工业废水处理设施通常需要设立调节池。
（2）水质调节池
设置穿孔导流槽 设置搅拌设备：空气搅拌、机械搅拌、水力搅拌等。
此种方式较常见。
二、格栅与筛网
（一）格栅
1. 定义和功能 • 格栅是由一组平行的金属棒或栅条制成的
框架。 • 用以截留污水中粗大的悬浮物或漂浮物,以
防止水泵、管道和处理设备堵塞，并减轻 后续构筑物的处理负荷。 • 被截留的物质称为栅渣。
------------- 污废水处理设施运行管理：物理化学法 -------------
物理化学法
物理化学作用去除无机或有机的 （难于生物降解的）溶解性污染 物或胶体物质
------------- 污废水处理设施运行管理：物理化学法 -------------
本章要点
1 各种方法的功能和原理； 2 各种处理方法的主要形式和所用设备的结构特点； 3 各种方法的运行管理要点。
------------- 污废水处理设施运行管理：物理化学法 -------------
2. 格栅的分类 （1）按格栅栅条净间距分类
粗格栅（50～100mm） 中格栅（10～40mm） 细格栅（3～10mm）
（2）按照栅渣的清除方式分类
人工清渣：适用于小型污水设施，格栅倾角以50°～ 60°为宜，劳动强度较大。 机械清渣：适用于大中型污水处理厂，格栅倾角以 60°～80°，可减轻人工劳动强度。

①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4~6段； ②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2~1.5倍； ③絮凝时间：20~30min； ④池底应有0.02~0.03坡度直径不小于150mm的排泥管； ⑤廊道的宽度应大于0.5m；
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⑥各段的水头损失 a.廊道内沿程水头损失：
短路。
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二、电解槽的类型
电解槽多采用矩形，槽内水流为折流式，有回流式和翻 腾式两种布置形式 回流式：水流在水平方向折流
回流式水流流程长，离子易于向水中扩散，容积利用率 高；但施工和检修较困难 翻腾式：水流在上下方向折流 采用悬挂方式固定，极板与池壁不接触而减少了漏电的 可能，更换极板也较方便
极板间距应适当，一般约为30~40mm，过大则电压要求 高，电耗大；过小不仅安装不便，而且极板材料耗量高。 所以极板间距应综合考虑多种因素确定
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A、分流隔板混合池
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B、跌水混合池
利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。
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C、水跃式混合池
利用3m/s以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行混 合。
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D、涡流式混合设备
设计要点： 底部锥角30-45°； 反应时间1-1.5min，≤2min； 入口流速1-1.5m/s； 圆柱部分上升流速25mm/s。
合。 药剂加入方式：
《图》
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B、管式静态混合器 管内装设若干个固体混合单元体。
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C、扩散混合器 在管式孔板混合器 前加一锥形帽，水流 和药剂对冲锥形帽而 后扩散形成剧烈紊流， 使药剂和水达到快速 混合。
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2.其它水力混合方式
A、分流隔板混合池 B、跌水混合池 C、水跃式混合池 D、涡流式混合设备 E、廊道式格板混合池

物化处理法应用的场合很多， 多用在废水的深度处理中，在自来 水的常规处理工艺以及工业给水的 处理工艺中，也常见到物化的处理 技术。
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2.1 离子交换剂
离子交换剂的种类
根据母体材质的不同，离子交换剂可以分为无 机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。
无机离子交换剂：沸石、磺化煤等，用得不多； 有机离子交换剂：又称离子交换树脂，一种高分 子聚合物电解质，使用最广泛。
➢转型膨胀率（％）:树脂从一种型号转为另一种型号时体积 变化的百分数。在交换容器的设计时需预留空间。
一般地，苯乙烯系阳树脂从Na型转为H型，转型膨胀率 5～10％；苯乙烯系阴树脂从Cl型转为OH型，膨胀率10～20 ％；丙烯酸系阳树脂的转型膨胀率很高，由H型转为Na型膨 胀率约为60~70%。
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(8) 其他性能指标
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离子交换树脂的保存
树脂宜在0～40℃下存放，当环境温度低于0 ℃或发现树脂 脱水后，应向包装袋内加入饱和食盐水浸泡；对长时期停运而 闲置在交换器中的树脂应定期换水；
通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂 以游离胺型保存，性能最稳定。
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离子交换树脂的预处理
树脂在使用前都要进行预处理，以除去杂质，最好分别用水、 5％HCl、2％～4％NaOH反复浸泡清洗两次，每次4～8h。
一般来说，阳树脂的密度大于阴树脂。
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(5) 树脂的交联度
树脂的交联度对树脂的许多性能有广泛的影响： 随交联度的增加，树脂结构紧密，微孔小，树脂含水
量降低，溶胀度减小，离子交换速度下降，在催化反应中 活性降低；但在另一方面，树脂对离子的选择性会有所增 加，机械强度改善，耐化学药品和氧化性能提高。
➢水处理中常用的树脂的交联度为7％～10％，此时，树 脂网架中平均孔隙大小约为2～4nm。

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MBR膜组件
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4、曝气生物滤池BAF
曝气生物滤池的结构简图，污水从滤池上 部流入，从下部流出滤池。在滤池中下部 布设曝气管（一般距底部25cm-40cm处)进 行曝气，曝气管上部起生物降解作用，下 部主要起截留SS及脱落的生物膜的作用。 运行中，因截留了SS及脱落的生物膜，水 头损失会逐渐增加，达到设计值后，开始 反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设 反冲洗的气、水装置。
2.电效应 纳滤膜上或者膜中有负的带电基团，其与电解质离子间形成静电 作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对于离子的截留率 有差异。在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南 （DONNAN）效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的 离子通过膜的比例也不相同。
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5.1生物接触氧化法基本工艺流 程
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五、深度处理
深度过滤
膜处理
消毒
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膜分离
膜分离技术的基本原理
膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，在膜 的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某 些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分 透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技 术。是一种属于传质分离过程的单元操作。
污染物，如磷、氮及生物难以降解的有机污染物、无机污染物、
病原体等。）
混凝、过滤、臭氧、膜处理
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北京高碑店污水处理厂的工艺流程图(100万t/d)

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二.状态和状态函数
状态：系统宏观性质确定时（平衡态）的位置。
状态函数：描述系统热力学性质的一些具体宏观参数。如n,
T, p,V……是系统的状态性质。
1）对单组分封闭体系，系统具有两个独立变量。
Vn
R
T
p
Ff(x
,y)
UU
(p
,T
)

dx
dy


x y
y x
当 dF 0
F
F
dx
dy 0


x y
y x
F y
F


x
x y

y
F

x
F x y
1
循环关系





x y y F F x
3）状态函数有广度量和强度量的区别。
广度量是物质量的一次齐次函数，它具有加和性；强度量
是物质量的零次齐次函数，它无加和性。
体积与摩尔体积 摩尔量
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三. 过程(process)与途径(path)
当系统和环境间发生物质或能量交换时，系统完成从始态
到终态的一系列变化称为过程。完成该过程的方式称为途径。
•
•
•
听课： 注重概念、深入思考、联系实际
看书： 考前突击对本课程几乎不起作用
练习和总结： 在练习中掌握，在总结中提高
注重概念、深入思考、及时总结、联系实际
有关课程的几点具体要求：
• 作业 笔记 到课率

6）氧化剂
• 废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）时， 会使树脂氧化分解。强碱性阴树脂容易被氧化剂氧化， 使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。 氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化， 结果使交换能力下降。
4、离子交换装置
固定床
离子交换装置
单层床 双层床 混合床
③ 离子交换
离子交换剂将水中的Ca2+、Mg2+转换成Na+。
2、水的除盐
① 蒸馏
将液体加热气化，同时使产生的蒸气冷凝液化并收集的 联合操作过程叫做简单蒸馏或普通蒸馏，也简称蒸馏。
② 电渗析
在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中 阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种 物化过程。
连续床
移动床 流动床
交换
反洗
再生
清洗
离子交换的运行操作步骤
• 交换：利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分 离脱除需要去除的离子的操作过程
• 反洗：反冲洗的目的有二：一是松动树脂层，使再 生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；二 是把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。 为了达到这两个目的，树脂层在反冲洗时要膨胀 30%-40%。冲洗水可用自来水或废再生液。
• 离子交换剂分为无机和有机两大类。 • 无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。沸
石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。 • 有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。 • 离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分
子聚合电解质，离子交换树脂的合成一般是先制备 母体，然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。 • 生成离子交换剂的树脂母体最常用苯乙烯聚合物。
③ 离子交换

在层流状态下，CD=24/Re，
Re（雷诺数）= ρl ·u ·d/ μ 带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式 （亦称斯托克斯定律）：
u1SLgd2 18
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
u 1 SL gd2 18
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：
当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，
需单独设排泥管各自排泥， 及地质较差的地区；
力较强；
操作工作量大，采用机械
排泥，机件设备和驱动件 2. 适用于大、中、小
水面的颗粒不能沉到池底
，会随水流出，如左下图
中轨迹xy″所示；而当其
位于水面下的某一位置时
，它可以沉到池底而被去
除，如图中轨迹x′y所示
。
说明对于沉速u小于指定颗 粒沉速u0的颗粒，有一部
. 分会沉到池底被去除。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v/u0 L/H
vu0(L/H)
将上式带入式中 v q v/A ' q v/H b 并简化后得出
8.核算最小流速vmin
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m； S1，S2 ——贮砂斗上口和
下口的面积。
vmin qvmi/nn 1A min
式中:qvmin ——设计最小流量，
m3/s；
6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度i=
n1——最小流量时工作
的沉砂池数目;
6%，坡向砂斗，则
Amin ——最小流量时沉砂
式中：v——颗粒的水平分速；
vqv/A 'qv/H (b)
qv——进水流量； A′——沉淀区过水断面