第二章 水物理化学处理法 4

第二节
废水的化学处理方法及基本原理
一、 化学处理法
主要是利用化学反应来分离或回收废水中的胶体物质、 溶解性物质等污 染物， 以达到回收有用物质、 降低废水中的酸碱度、 去除金属离子、 氧化某些有
・ %# ・
第四章
废水物化处理
机物等目的。这种处理方法既可使污染物质与水分离， 也能够改变污染物的 性质， 因此可以达到比简单的物理处理方法更高的净化程度。常用的化学处 理方法有： 化学沉淀与混凝法、 中和法、 氧化还原法等。由于化学处理法常需 采用化学药剂或材料， 故处理费用较高， 运行管理的要求也较严格。通常， 化 学处理法还需与物理处理法配合起来使用。如化学法处理之前， 往往需要用 沉淀和过滤等手段作为前处理； 在某些场合下， 又需要采用沉淀和过滤等物理 处理手段作为化学处理法的后处理等。表 ! " # 为废水化学处理的基本方法、 处理对象及适用范围。
废水物理化学处理的基本方法和适用范围
处理对象 适用范围
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第四章
废水物化处理
二、 物理化学处理的基本原理
废水的物理化学处理主要应用了物理化学中相转移的基本原理， 废水的 物理化学处理基本原理见表 ! " #。
表!"#
方法
废水物理化学处理的基本原理
基 本 原 理
利用某种多孔性固体物质吸附剂将废水中一种或几种污染质吸附到其表面上， 用以回收 或除去某种溶质， 从而使废水得到净化。常用的吸附剂有： 活性炭、 活化煤、 磺化煤、 硅藻 土、 焦炭、 煤渣、 腐植质酸、 木屑、 金属及其化合物； 以及由有机物合成、 具有与其他化学成分 交换的活性基团的不溶性高分子化合物 " 离子交换树脂， 大孔吸附树脂等。吸附机理分为 吸 附 法 物理吸附、 化学吸附和交换吸附 物理吸附： 是由固体表面粒子 （分子、 原子或离子） 存在着剩余的吸引力即分子力而引起 的， 是一个放热过程， 吸附热较小， 在低温下就可以进行， 没有选择性 化学吸附： 通过吸附剂与吸附质的原子或分子间的电子转移或共用化学键进行吸附。是 放热过程， 由于化学反应需要大量的活化能， 一般需在较高的温度下进行， 为选择性吸附 交换吸附： 在吸附过程中每吸附一个吸附质离子， 同时吸附剂也放出一个等当量的离子。 离子的电荷是交换吸附的决定因素， 离子所带电荷越多， 它在吸附剂表面上的反电荷点上 的吸附力越强 萃取的实质是溶质在水中和有机溶剂中有着明显不同的溶解度。只有溶质在溶剂中的 溶解度远大于其在水中的溶解度时， 溶质方能从水中转入到溶剂中。萃取剂是萃取的关键 其要求为分配系数大、 萃取容量大、 选择性好、 在水溶液中溶解度小以及粘度、 比重等与水 萃 取 法 溶液差别要大、 使用运输安全、 化学稳定性、 毒性小、 来源方便、 价格低廉等 萃取也是一种可逆的过程， 溶解在有机溶剂中的溶质， 在一定条件下 （如蒸馏、 蒸发、 投加 某种化学药剂以使溶质形成不溶于有机萃取剂的盐类） ， 可以转移到另外一种介质或是溶 剂中， 回收溶剂或去除污染物实现反萃取。当选定萃取剂和反萃取剂后， 萃取或反萃取的 效果主要决定于过程中的各项条件， 如废水的 $% 值、 溶质浓度、 萃取剂与反萃取剂的浓度、 温度以及其他操作参数等

——Stokes 式
Re
过渡状态：1<Re<103
时，C24 Re
—— 3 0.34
Re
Fair式
紊流状态：103<Re<105时，C=0.44 ——Newton式
层流状态下：
24 24 Re du
1 d 2 4
1 6d3Sg1 6d3gC Au 2 2
重
点 Stokes公式
u g(s )d2 18
式中：
h0
（v22-s4in）
2g
h0—计算水头损失，m； g— 重力加速度，m/s2； k — 格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；
ζ —阻力系数，ζ ＝β(s/e) 4/3。与栅条端面形状有关，对圆形β＝，矩形β
＝，迎面半园β＝，迎背面半园β＝。
4. 栅后槽总高度H
Hhh1（h2 2-5）
量均不改变，下沉速度不受干扰。如沉砂池和初沉池中的沉淀。 • 絮凝沉淀（干涉沉淀）
• SS浓度较高(50～500mg/L)，颗粒在沉淀过程中，其尺寸、质量 均会随深度的增加而增大，沉速亦随深度而增加。如活性污泥在 二沉池中的沉淀。
• 区域沉淀(成层沉淀，拥挤沉淀)
• 颗粒在水中的浓度较大时，在下沉过程中将彼此干扰，在清水与 浑水之间形成明显的交界面，并逐渐向下移动。如二沉池中下部 的沉淀。
• 压缩沉淀
• 颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙 水，使污泥得到浓缩。如二沉池泥斗和浓缩池的过程。
沉淀类型
沉淀类型分类表
种类
悬浮物浓 度
固体颗粒
自由沉 淀
低
不碰撞， 不具有絮
凝特征
絮凝沉 淀
不高

2.3.2 典型的污水处理流程 （1） 典型污水处理工艺流程； （2） 典型的焦化废水处理工艺流程； （3） 典型的洗浴废水处理工艺流程；
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水处理工艺流程概论
．1 处理基本方法： 按原理可分为:
物理方法： 主要去除SS;方法;筛滤，反渗透,沉淀,气浮等 化学处理：方法:混凝,中和,吸附,离子交换等；主要去除:各种形态 的污染物 生物化学：主要通过微生物，分解溶解、或胶体状态的有机物。 生物作用： 有氧环境（好氧环境）的活性污泥法和生物膜氧化法 无氧环境（又称为厌氧）：主要用来处理污泥和工业废水 按处理程度来分类 一级处理（primary treatment）：去除 SS 为90% 以上 ，而BOD的去除率最大值为30%
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2.1.2 水的生物处理
水的生物处理是利用微生物具有氧化分解有机物的这 一功能，采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁 殖的环境，使其大量增殖以提高氧化分解有机物效率的一种 污水处理方法。
生物处理一般分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好 氧生物处理是指在有氧条件下进行生物处理，污染物最终被 氧化分解为C02和。厌氧生物处理 则在无氧的环境下，污染物最终被分解为CH4、CO2、H2S、 N2、H2和H2O以及有机酸和醇等。生物处理法因具有高效、 经济等优点$在城市污水和工业废水处理中得到广泛的应用。
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2.3 典型的水处理工艺流程 2.3.1 典型的给水处理工艺流程 （1） 地表水常规处理工艺系统 （2） 典型的地表水处理流程； （3） 典型除污染给水处理流程； （4） 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统； （5） 臭氧－活性炭水处理工艺系统； （6） 高锰酸钾除污染工艺系统。
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第二章 水污染控制的物理法
第二章 水污染控制的物理法
气浮 过滤 离心
第四节 气浮
• 一、气浮理论基础 气浮法是利用高度分散的微小气泡作为
载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡 浮升到水面而加以分离去除的一种水处理 方法。
第四节 气浮
• 在水处理中，气浮法广泛应用于： • （1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体； • （2）回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水
• 减压阀的作用，在于保持溶气罐出口处的压力 恒定，从而可以控制出罐后气泡的大小和数量， 也可用低压溶气释放器代替减压阀。
• 加压溶气气浮法具有以下优点
• （1）在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用 的气泡数量多，能够确保气浮效果；
• （2）溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不 仅微细、粒度均匀、密集度大，而且上浮稳定， 对液体扰动微小，因此特别适用于对疏松絮凝体、 细小颗粒的固液分离；
或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤。 • 1.气泡的产生 • 产生微气泡的方法主要有电解、分散空气和
溶解空气再释放三种。 • 2.润湿性 • 水中通入气泡后，并非任何悬浮物都能与之黏
附。这取决于该物质的润湿性，即被水润湿的程 度。润湿性大小，可用它们与水的接触角来衡量。
第四节 气浮
当0时，这种 物质不能气浮； <90°，颗粒为 亲水性，不易与 气泡黏附； >90°，颗粒为 疏水性，易与气 泡黏附； 180 °时，这
• 同时浮选剂还有促进气泡的作用。 • 常见的浮选剂有：松香油、脂肪酸盐等
• 气浮效果的影响因素包括水中空气的溶解 量、饱和度、气泡的分散程度及稳定性。 它们均与溶气压力有关。
• 运用气浮法，水面上的泡沫应保持一定程 度的稳定性，但又不能过于稳定，过分稳 定的泡沫难于运送和脱水。泡沫最适宜的 稳定时间为数分钟。为此，在污水中应含 有一定浓度的表面活性物质。

（二）水力循环澄清池
主要组成部分：
• 喷嘴 • 混合室 • 喉管 • 第一反应室
• 第二反应室 • 集水槽 • 污泥斗
优点：无需机械搅拌设备，运行管 理较方便；锥底角度大，排泥效果 好。
缺点：反应时间短，运行不够稳定， 不能适应于大水量。
（三）悬浮澄清池
（四）脉冲澄清池
先充水后排空
四、过滤 P128
浮颗粒，使其随气泡浮升到水面，从而加以分离去除。 分离对象：疏水性细微固体或液体悬浮物质，如细沙、纤维、藻类 及乳化油滴等。
药剂浮选法：在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的
污染物变为疏水性物质，从而将其去除。 分离对象：亲水性固体悬浮物及重金属离子等。 浮选剂种类很多，如松香油、煤油产品、脂肪酸盐等表面活性剂等。 应根据被处理水的性质通过试验选择。
粒径较大的颗粒，以阻力截留为主——表面过滤； 细微悬浮物，以重力沉降和接触絮凝为主——深层过滤。
粒状介质的过滤机理：
1、阻力截留（筛滤作用）
由被截留的固体颗粒所构成的一层滤膜起主要的过滤作用； 悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，滤膜的截污能力越
强；
2、重力沉降
滤料层中众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积，形成无数 小沉淀池；
侧视立面图 俯视平面图
三、澄清 P126
澄清池是同时完成混合、反应以及絮凝体与水的分离这三个过 程的一种专门设备。
• 澄清池中起到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈悬浮状态的泥 渣；
• 微小絮体在运动过程中与相对巨大的悬浮泥渣接触碰撞后，被 吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去；
• 保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣区是决定澄清处 理效果的关键所在。
气浮法应用： 废水处理中用于洗煤水、石油、造纸、食品和电镀等工 业废水的处理； 给水处理中，常用来作为饮用水的前处理措施，如含藻 的湖水或水库水，低温低浊水等。

水质工程学1-第2章 水处理方法概论
二、废水处理 1. 城市污水一般处理流程
一级处理
原
污
水泵
格
沉 砂
站栅池
初沉 池
初沉 池
二级处理
曝气池 曝气池
二沉 池
二沉 池
排放
消毒池
污水流程 污泥流程 消化气管线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ浓缩 池
消化 投池 配 池 消化
池
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
沼气利用
污泥利用
脱水机房
北京市高碑店污水处理厂二期 Phase II of GaoBeidian WWTP
重要课题：
难降解有机物工业废水的治理技术，如农药废水、造纸废水、焦化 废水、染料废水等。
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
2.1 水处理基本方法 2.2 水处理工艺流程
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
去除次序
大块垃圾（格栅）→漂浮物→悬浮物→胶体→溶解态 先易后难，先简后繁
方法次序
物理法—生化法或化学法—物化法
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
2. 废水处理工艺流程选择的原则 水质、水量
（1）水质: 同一水, 浓度不同，方法不同 （2）水量: 同一水, 水量不同，方法不同
工业用除盐水 滤过水→阳离子交换→阴离子交换→除盐水
水质工程学1-第2章 水处理方法概论
2. 热点问题 有机污染物
已发现在给水水源中有机物种类在2000种以上 饮用水中有700多种 美国确立了117种优先控制有机物 我国也确定了12类，58种
病原微生物
如蓝氏贾第虫（Giardia Lamblia）、隐孢子虫(Cryptosporidium) 等

（2）COD CODMn ：饮用水指标。KMnO4可氧化性稍弱，但测 定快速简便，水中不含氮的有机物质在测定条件 下易被KMnO4氧化，而含氮的有机物则较难分解， 所以CODMn适于测定天然水或饮用水处理中使用。 TOD和 （3）TOD和TOC TOD：水样中的有机物在900℃高温下燃烧变成稳 定的氧化物时所需的氧量，叫做总需氧量，结果 以氧(O2)的mg/L计。 TOC：将水样在900～950℃高温下燃烧，有机碳即 氧化生成CO2，量测所产生的CO2量，即得水样中 的总有机碳值，单位以C的mg／L计。通过压缩空 气吹脱无机碳酸盐，排除干扰。
（1）BOD 定义： 定义：水中有机污染物被好氧微生物分解至无机 物时所消耗的溶解氧的量。 物时所消耗的溶解氧的量。 注意：定义中规定有机物被氧化分解至无机物， 注意：定义中规定有机物被氧化分解至无机物， 第一阶段生物氧化中，有机物中的C 第一阶段生物氧化中，有机物中的C已被氧化至 CO2，N被氧化成NH3，都已无机化。故氨的继续氧 被氧化成NH 都已无机化。 化不在考虑之内，即不考虑第二阶段生物氧化。 化不在考虑之内，即不考虑第二阶段生物氧化。 指标： 20℃水温下 水温下， 指标：在20℃水温下，完成两阶段生物氧化约需 100d以上 5d的BOD约占总BOD的70％ 80％， 以上， 约占总BOD ％，20d 100d以上，5d的BOD约占总BOD的70％一80％，20d 后的生化反应过程趋于平缓，常用20d 20d的生化需氧 后的生化反应过程趋于平缓，常用20d的生化需氧 作为总生化需氧量La 工程上常用BOD La， 量BOD20作为总生化需氧量La，工程上常用BOD5作 为可生物降解有机物的综合浓度指标。 为可生物降解有机物的综合浓度指标。
感官性状和一般化学指标
7挥发酚类。水中含酚主要来自工业废水污染，特别时炼焦和 挥发酚类。 石油的工业废水（以苯酚为主）。“国标”规定：饮用水中 挥发酚类含量不应超过0.002 mg/L。 阴离子合成洗涤剂。 8阴离子合成洗涤剂。其化学性质稳定，较难分解和消除，毒 性极低。“国标”规定为不应超过0.3 mg/L。 硫酸盐。 9硫酸盐。硫酸盐含量过高会使水有苦涩味，且能使人腹痛、 腹泻、甚至便血。“国标”规定不应超过250 mg/L。 10氯化物 氯化物。 10氯化物。水中氯化物含量过高，使水产生令人厌恶的味道， 长期饮用氯化物含量过高的水还会引起高血压、心脏病和婴 儿猝死，“国标” 规定为不应超过250 mg/L。 11溶解性总固体。水中溶解性总固体主要成分为钙、镁、钠 11溶解性总固体。 溶解性总固体 的重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等无机物。“国标”规定溶解 性总固体不应超过1000 mg/L。 12耗氧量 耗氧量（ 12耗氧量（以O2计）。3 mg/L，特殊情况下不超过5 mg/L。

本章参考文献
[1]严煦世,范瑾初主编.给水工程.北京:中国建筑 工业出版社,1999,12:230~251. [2]张自杰,林荣忱,金儒霖主编.排水工程.北京:中 国建筑工业出版社,1996,6:44~47. [3]许保玖，安鼎年著.给水处理理论与设计.北 京:中国建筑工业出版社,1992,11:94~99.
2.3 水处理工艺流程
1.典型给水处理工艺流程 典型给水处理工艺流程 典型给水处理工艺 （1）常规处理工艺流程 ）
原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水
图2－4 典型地表水处理流程
（2）预处理＋常规处理工艺 预处理＋ 预处理方法：粉末活性炭吸附法、 预处理方法：粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰 酸氧化、生物氧化法等。 酸氧化、生物氧化法等。
第2章 水的处理方法概论 章
内蒙古工业大学市政系 刘宇红
2.1 主要单元处理方法
2.1.1 水的物理化学处理方法 混凝 沉淀和澄清 浮选 过滤 膜分离 吸附 离子交换 中和 氧化与还原
2.1.2 水的生物处理方法 好氧处理 厌氧处理
2.2 反应器的概念及其在水处理中的应用
一.反应器的概念 二.理想反应器分类及物料在反应器内的 流动模型 见图2 1,有完全混合间歇式反应器 见图2-1,有完全混合间歇式反应器 CMB型）、完全混合连续式反应器 （CMB型）、完全混合连续式反应器 CSTR型）、推流式反应器 PF型 推流式反应器（ （CSTR型）、推流式反应器（PF型） 三种。 三种。
例：
流量Q A的进口 浓度CAi 容积V A的浓度CA A的反应速率RA
图2-2 连续搅拌反应器
流量Q A的出口浓度CA
在进口流量Q和A的进口浓度CAi 的条件下，反应 Q A C 器内的浓度总是永远为CA ，而出口的浓度完全与反 应器内的浓度一样，也是CA。 列物料A的衡算方程：

水质工程学
第 2 章 水的处理方法概论
化工生产中的反应器是多种多样的。按反应器内物料的形态可以分为均相反应器 (homogermusreactor)及多相反应器(heterogeneousreactor)。均相反应器的特点是反应 只在一个相内进行，通常在一种气体或液体内进行。当反应器内必需有两相以上才能进行 反应时，则称为多相反应器。 按 反 应 器 的 操 作 情 况 可 以 分 为 间 歇 式 反 应 器 (batchreactor) 和 连 续 流 式 反 应 器 (continuousflowreactor)两大类。间歇反应器是按反应物“一罐一罐地”进行反应的， 反应完成卸料后，再进行下一批的生产，这是一种完全混合式的反应器。当进料与出料都 是连续不断地进行时， 这类反应器则称为连续反应器。 连续反应器是一种稳定流的反应器。 连续反应器有两种完全对立的理想类型，分别称为活塞流反应器(plugnowmactor)和 恒流搅拌反应器(CFSTR,constantflowstirrdtankreactor)。后者属于完全混合式的反应 器。 为了有利于反应，反应器还具有其他的操作类型，如流化床反应器、滴洒床反应器 等。 1.间歇式反应器 间歇反应器是在非稳态条件下操作的，所有物料一次加进去，反应结束以后物料同 时放出来，所有物料反应的时间是相同的；反应物浓度随时间而变化，因此化学反应速 度也随时间而变化；但是反应器内的成分却永远是均匀的。 这是最早的一种反应器，和实验室里所用的烧瓶在本质上没有差别，对于小批量生 产的单一液相反应较为适宜。 2.活塞流反应器 活塞流反应器通常用管段构成，因此也称管式反应器(tubularreactor),其特征是流 体是以列队形式通过反应器，液体元素在流动的方向决无混合现象(但在垂直流动的方向 上可能有混合)。构成活塞流反应器的必要且充分的条件是：反应器中每一流体元素的停 留时间都是相等的。由于管内水流较接近于这种理想状态，所以常用管子构成这种反应 器，反应时间是管长的函数，反应物的浓度、反应速度沿管长而有变化;但是沿管长各点 上反应物浓度、反应速度有一个确定不变的值,不随时间而变化。在间歇式反应器中,最 快的反应速度是在操作过程中的某一个时刻;而在活塞流反应器中,最快的反应速度是在 管长中的某一点。 随着化工生产越来越趋向于大型化、连续化,连续操作的活塞流反应器在生产中使用 得越来越多。

•由金属丝4织. 研物究或内穿容孔板构成的称为筛网
第格一章栅 （1绪） 论
位置： 1. 研究背景
格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。 分类： 2. ASBR反应器的工艺特性和特点
平面格栅：筛网呈平面
按形状3. 反应器的设计
曲面格栅：筛网呈弧状 4. 研究内容
第格一栅章（ 2绪 ）论
1. 研究背景粗格栅（50-100mm）
厂
调节 能力
3.
反应器调的设计
较差
4.
节 研究内池容
泵 站
可以节 省能源
实际调节第池一布章置示意绪图论（在线）
1. 研究背景
调节池水位变化以 适应来水量的变化
出水量保 持不变
2. ASBR反应器的工艺特性和特点
3. 反应器的设计
4. 研究内容
调节第池保证充分均和，避免固体的沉淀。 o 通过搅2拌. A和S曝BR气反也应可器使的还工原艺性特物性质和氧特化点。 o 使某些可溶性气体通过吹脱而减少。 ❖ 方法：3. 反应器的设计 常用的搅拌方法有：机械曝气法、扩散空气 法 式及搅涡拌轮器4式。. 研搅究拌内器容等。最常用的是装设淹没
第第三一章节 沉绪淀论
一、概述1. 研究背景
沉淀法是水处理中最基本的方法之一。 水中悬浮颗粒的去除，可通过颗粒和水的密度差，
在重力作用2.下A进S行BR分反离应。器密的度大工于艺水特的性颗和粒特将点下沉
，小于水的则上浮。沉淀法一般只适于去除20—
1体0不0微能米用以沉3上.淀反的法颗应去粒器除(的与，颗设需粒经计的混性凝质处与理比后重，有使关颗)粒。尺胶
平流式沉砂池实际上是一个较入流渠道和出流渠道为宽和深的
渠道。当污1.水研流究过沉背砂景池时，由于过水断面增大，水流速度下