第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 第2章水的物理化学处理方法(4学时) 本章教学内容: 粗大颗粒物质的去除,悬浮物质和胶体物质的去除,溶解物质的去除,消毒 本章教学要求 (1)了解物化处理的主要方法,掌握粗大颗粒去除的原理,掌握悬浮物质和胶 体物质去除的基本原理和常用方法; (2)了解溶解物质的处理方法,掌握几种重要方法的去除机理,掌握消毒原理 熟悉常用的几种消毒方法 (3)了解水的其他物理化学处理方法 本章教学重点: 格柵、沉砂池、沉淀与混凝、软化、消毒 本章习题:P2001,7,9,18,30 2.1粗大颗粒物的去粗 格栅:去除污水中悬浮物,保证泵正常的工作,减轻提升水位,对于减少土 方的开挖量有效。 设施:截流构筑物。截流构筑物的种类如:格栅,筛网,滤池。 重力分离—沉砂池,沉淀池,隔油池 2.1.1格栅 、格栅的作用与分类: 1、定义( definition):由一系列平行的栅条,2.去除大颗粒悬浮物,3.保证有 序进行 按形状分为:(1)平面格栅(2)曲面格栅 格栅按照间距来分:粗格栅;中格栅;细格栅 按清渣的方式来分: 人工清渣:W≤0.2m3ld;可采用人工清渣,安装角度为30°-45° 机械清渣:分为(1)固定式(2)活动式(3)回转耙式 2格栅的安装 平面格栅的有关参数:L,B,S,e,b 组成:栅条和框架 型号:PGAL×B-e 二、设计格栅的步骤 设计尺寸:清渣方式;栅渣量计算 1、格栅尺寸的设计 (1)计算栅间隙数量 (2)格栅宽度的设计 (3)水头损失的计算 第1页
第 1 页 第 2 章 水的物理化学处理方法（4 学时） 本章教学内容： 粗大颗粒物质的去除，悬浮物质和胶体物质的去除，溶解物质的去除，消毒 本章教学要求： （1）了解物化处理的主要方法，掌握粗大颗粒去除的原理，掌握悬浮物质和胶 体物质去除的基本原理和常用方法； （2）了解溶解物质的处理方法，掌握几种重要方法的去除机理，掌握消毒原理， 熟悉常用的几种消毒方法； （3）了解水的其他物理化学处理方法。 本章教学重点： 格柵、沉砂池、沉淀与混凝、软化、消毒 本章习题: P200 1, 7, 9, 18，30 2.1 粗大颗粒物的去粗 格栅：去除污水中悬浮物，保证泵正常的工作，减轻提升水位，对于减少土 方的开挖量有效。 设施：截流构筑物。截流构筑物的种类如：格栅，筛网，滤池。 重力分离 ——沉砂池，沉淀池，隔油池 2.１.1 格栅 一、格栅的作用与分类： 1、定义（definition）:由一系列平行的栅条，2．去除大颗粒悬浮物，3．保证有 序进行。 按形状分为：(1)平面格栅（2）曲面格栅 格栅按照间距来分：粗格栅；中格栅；细格栅 按清渣的方式来分： 人工清渣：W≤ 0.2m3 /d；可采用人工清渣，安装角度为 30°－45° 机械清渣：分为 （1）固定式 （2）活动式（3）回转耙式 2.格栅的安装 平面格栅的有关参数： L , B ,S, e, b 组成：栅条和框架 型号： PGA-L×B-e 二、设计格栅的步骤： 设计尺寸；清渣方式；栅渣量计算 1、格栅尺寸的设计 （１）计算栅间隙数量 （２）格栅宽度的设计 （３）水头损失的计算
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 (4)栅槽总高度的计算 (5)栅槽总长度的计算 (6)栅渣量的计算 2.12沉砂池 作用:去除无机砂,并非有机砂 分类:(1)平流式沉砂池(2)曝气沉砂池(3)多尔沉砂池(4)钟式沉砂池 ·平流沉砂池 1、构造见课本71页 2、平流沉沙池的优点与缺点 优点:平流沉沙池的适应性强,效果稳定 缺点:占地面积大,沉沙池中含有15%的有机物,为后续处理增加困难。 曝气沉砂池 50年代以后,主要以曝气沉沙池为主,优点为 特点:①沉砂中有机物含量小于5% ②具有预曝气、除臭、防止厌氧分解,除泡和加速分离作用 构造和工作原理 ·构造:①形状:矩形②有I=0.1-0.5坡度,坡向集砂槽③集砂槽侧有曝 气装置,距池底06-0.9m 工作原理:水平运动,旋流运动 设计: 设计参数①水平流速V:0.06-0.12m/s一般取0.1m/s 旋流流速0.25-0.3m/s ②停留时间1-3min ③有效水深2-3m宽深比1-1.5长宽比<0.1m/s ④曝气量0.1-0.2m3空气m3污水 ⑤曝气装置距池底距离0.6-0.9m 计算公式P73 ①②③④⑤ ⑥池总高度Ho=hl+H+h2+h3 超高0.3m有效水深 h2→沉砂槽高度06~1.0m ⑦核算tmax=V(60Qmax)3min 第2页
第 2 页 （４）栅槽总高度的计算 （５）栅槽总长度的计算 （６）栅渣量的计算 2.1.2 沉砂池 作用：去除无机砂，并非有机砂。 分类：（ 1）平流式沉砂池（2）曝气沉砂池（3）多尔沉砂池（4）钟式沉砂池 • 平流沉砂池 1、构造见课本 71 页 2、平流沉沙池的优点与缺点： 优点：平流沉沙池的适应性强，效果稳定 缺点：占地面积大，沉沙池中含有 15%的有机物，为后续处理增加困难。 • 曝气沉砂池 50 年代以后，主要以曝气沉沙池为主，优点为： 特点：①沉砂中有机物含量小于 5% ②具有预曝气、除臭、防止厌氧分解，除泡和加速分离作用 构造和工作原理 • 构造：①形状：矩形 ②有 I＝0.1－0.5 坡度，坡向集砂槽 ③集砂槽侧有曝 气装置，距池底 0.6－ 0.9m • 工作原理：水平运动，旋流运动 • 设计： • 设计参数 ①水平流速 V：0.06－ 0.12m /s 一般取 0.1m /s 旋流流速 0.25－ 0.3m /s ②停留时间 1－3min ③有效水深 2－3m 宽深比 1－1.5 长宽比≤ 0.1m /s ④曝气量 0.1－ 0.2m 3 空气 /m 3 污水 ⑤曝气装置距池底距离 0.6－0.9m 计算公式 P73 ①②③④⑤ ⑥池总高度 H 0 ＝h 1 + H+ h 2 + h 3 ↓ ↓ 超高 0.3m 有效水深 h 2 →沉砂槽高度 0.6~ 1.0m ⑦核算 t max =V/(60Q max )≤3min
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 22悬浮物质和胶体物质的去除(混凝、澄清和过滤部分自学) 2.2.1基础理论 (1)单个颗粒在水中的沉降 单个颗粒在稀悬浮液中的沉淀,不受周围颗粒的影响,其沉降速度仅仅是液 体性质及颗粒本身特性的函数。任何一个静水中的固体颗粒,都受到两种基本力 的作用,即重力Fg和浮力Ff。颗粒在水中的合力F为这两种力之差,即: F=F-F=Vg(Pp -p1) 式中:Vp-—颗粒体积 pp和pl—分别为颗粒和水的密度; 重力加速度 当ρp>p1时,FgFf,颗粒在合力F的作用下作加速下沉运动。这时,颗粒 便受到第三种力,即水的阻力的作用。根据因次分析和实验验证,阻力Fd可按 下式计算: Fa=cap (2-2) 式中:Cd一牛顿无因次阻力系数; Ap-—颗粒在垂直于运动方向上的投影面积; 颗粒的沉降速度。 因次某一短时间后,图方F不交增组与即相江衡01=单此 时颗粒的加速度为零,沉速为常数。由此可以得到自由沉降的沉降速度表达式为: 2g(p-P1) 设颗粒是直径为d的球形颗粒,则有43,带入公式2-3,可以得到 4g(p 公式2-4称为牛顿定律,u称为单个颗粒的稳定沉降速度或最终沉降速度。 阻力系数Cd是颗粒沉降时周围液体绕流的雷诺数Re的函数,二者的关系如 图2.1所示。根据雷诺数的大小,流态分为层流区( Stokes区,斯托克斯区)、 过渡区(Aln区,艾伦区)和紊流区( Newton区,牛顿区)三个区域。在层流 区和紊流区,阻力系数Cd和雷诺数Re呈线性关系: Stokes区(Re≤2):Cd=24/Re Newton区(500<Re≤105):Cd=04 在过渡区则呈指数函数关系 Allen区(2<Re≤500):Cd=10/Re0.5 第3页
第 3 页 2.2 悬浮物质和胶体物质的去除（混凝、澄清和过滤部分自学） 2.2.1 基础理论 （1）单个颗粒在水中的沉降 单个颗粒在稀悬浮液中的沉淀，不受周围颗粒的影响，其沉降速度仅仅是液 体性质及颗粒本身特性的函数。任何一个静水中的固体颗粒，都受到两种基本力 的作用，即重力 Fg 和浮力 Ff。颗粒在水中的合力 F 为这两种力之差，即： F F F V g( ) = g − f = p p − l (2-1) 式中：Vp——颗粒体积； ρp 和ρl——分别为颗粒和水的密度； g——重力加速度。 当ρp>ρl 时，Fg>Ff，颗粒在合力 F 的作用下作加速下沉运动。这时，颗粒 便受到第三种力，即水的阻力的作用。根据因次分析和实验验证，阻力 Fd 可按 下式计算： ) 2 ( 2 u F C A l d d p = (2-2) 式中：Cd——牛顿无因次阻力系数； Ap——颗粒在垂直于运动方向上的投影面积； u ——颗粒的沉降速度。 颗粒在下沉运动过程中，净重 F 不变，而阻力 Fd 则随沉速 u 的平方增大。 因次，经过某一短暂时间后，阻力 Fd 会增加到与净重 F 相平衡，即 Fd＝F。此 时颗粒的加速度为零，沉速为常数。由此可以得到自由沉降的沉降速度表达式为： 2 1 2 ( ) − = p p d l p l A V C g u (2-3) 设颗粒是直径为 d 的球形颗粒，则有 3 2d A V p p = ，带入公式 2-3，可以得到： 2 1 3 4 ( ) − = d l p l C g d u (2-4) 公式 2-4 称为牛顿定律，u 称为单个颗粒的稳定沉降速度或最终沉降速度。 阻力系数 Cd 是颗粒沉降时周围液体绕流的雷诺数 Re 的函数，二者的关系如 图 2.1 所示。根据雷诺数的大小，流态分为层流区（Stokes 区，斯托克斯区）、 过渡区（Allen 区，艾伦区）和紊流区（Newton 区，牛顿区）三个区域。在层流 区和紊流区，阻力系数 Cd 和雷诺数 Re 呈线性关系： Stokes 区（Re≤2）：Cd=24/Re Newton 区（500<Re≤105）： Cd=0.4 在过渡区则呈指数函数关系： Allen 区（2<Re≤500）： Cd=10/Re0.5
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 另外,雷诺数R=d/H。将雷诺数Re以及上述不同流态下的阻力系数Cd 带入公式5-4,即可得到固体颗粒在三种流态区域的稳定沉降速度表达式: 在Re≤2的层流区域, 8(P-P) 18 (2-5) 在2<Re≤500的过渡区域, 8(P-Pu) (2-6) 在500<Re≤105的紊流区域, P 公式2-5、26、2-7分别称为斯托克斯公式、艾伦公式以及牛顿公式。 素流区 =24/Re 圆柱体 Stokes定 010-10-210-410°10410210310410 图21阻力系数与雷诺数之间的关系 图22理想平流沉淀池示意图 (2)理想沉淀池 为了分析悬浮颗粒在沉淀池内的运动规律和沉淀效果,提出了理想沉淀池概 念。理想沉淀池的假定条件是: I)水在池内沿水平方向作等速流动,水平流速为ⅴ,从入口到出口的流动 时间为t。 2)在流入区,颗粒沿截面均匀分布并处于自由沉淀状态,颗粒的水平分速 等于水平流速v。 3)颗粒沉到池底即认为被去除。 图22是理想平流沉淀池示意图。理想沉淀池分为流入区、流出区、沉淀区 和污泥区。从点A进入的颗粒,它们的运动轨迹是水平流速ⅴ和颗粒沉速u的 矢量和。这些颗粒中,必存在着某一粒径的颗粒,其沉速为υo,刚巧能沉至池 底。故可得关系式: H 式中:uo——颗粒沉速; 第4页
第 4 页 另外，雷诺数 Re = dul 。将雷诺数 Re 以及上述不同流态下的阻力系数 Cd 带入公式 5-4，即可得到固体颗粒在三种流态区域的稳定沉降速度表达式： 在 Re≤2 的层流区域， 2 18 ( ) d g u p l − = (2-5) 在 2<Re≤500 的过渡区域， d g u l p l 1 3 2 2 ( ) 0.26 − = (2-6) 在 500<Re≤105 的紊流区域， 1 2 1 2 ( ) 1.82 d g u l p l − = (2-7) 公式 2-5、2-6、2-7 分别称为斯托克斯公式、艾伦公式以及牛顿公式。 图 5-1 阻力系数与雷诺数之间的关系 图 5-2 理想平流沉淀池示意图 图 2.1 阻力系数与雷诺数之间的关系 图 2.2 理想平流沉淀池示意图 （2） 理想沉淀池 为了分析悬浮颗粒在沉淀池内的运动规律和沉淀效果，提出了理想沉淀池概 念。理想沉淀池的假定条件是： 1) 水在池内沿水平方向作等速流动，水平流速为 v，从入口到出口的流动 时间为 t。 2) 在流入区，颗粒沿截面均匀分布并处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速 等于水平流速 v。 3) 颗粒沉到池底即认为被去除。 图 2.2 是理想平流沉淀池示意图。理想沉淀池分为流入区、流出区、沉淀区 和污泥区。从点 A 进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速 v 和颗粒沉速 u 的 矢量和。这些颗粒中，必存在着某一粒径的颗粒，其沉速为 uo，刚巧能沉至池 底。故可得关系式： L H v uo = L H u v o = (2-8) 式中：uo——颗粒沉速；
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 一一污水的水平流速,即颗粒的水平分速; H—一沉淀区水深 L一一沉淀区长度 从图22可知,沉速ut≥uo的颗粒,都可在D点前沉淀掉,可见轨迹I所代 表的颗粒。沉速ut<uo的那些颗粒,视其在流入区所处在的位置而定,若处在靠 近水面处,则不能被去除,见轨迹Ⅱ实线所代表的颗粒;同样的颗粒若处在靠近 池底的位置,就能被去除,见轨迹Ⅱ虚线所代表的颗粒。若沉速ut<uo的颗粒的 重量,占全部颗粒重量的dP%,可被沉淀去除的量应为hdP因h-m,hl, 所以=吃,mP=方,积分得P=uP。可见,沉速小于0的颗粒 被沉淀去除的量为uP。理想沉淀池总去除量为:(1-P)+udP,P为 沉速小于u的颗粒占全部悬浮颗粒的重量百分数。用去除率表示,可改写为 100 如果处理水量为Q(m3/s),沉淀池的宽度为B,水面面积为A=BL(m2),故颗 粒在池内的沉淀时间为: H 而沉淀池的容积为:V=Q=HBL,因Q==2B=An,所以 g的物理意义是:在单位时间内通过 荷 溢流率,量纲是m}m3或mm,也可 简化为m/s和m/h。表面负荷的数值等于 颗粒沉速。若需要去除的颗粒的沉速uo 水 确定后,则沉淀池的表面负荷q值同时被∠ 确定。 疏水性颗粒 亲水性颗粒 (3)气浮理论 气浮法是固一一液分离或液一一液分 离的一种方法,它是通过某种方式产生大 量的微气泡,使其与废水中密度接近于水 的固体或液体微粒粘附,形成密度小于水 的气浮体,在浮力的作用下,上浮至水面, 被水润 进行固一一液或液一一液分离 被水润湿的面积 湿的面积 实现气浮法的必要条件有两个:第一, 图23不同悬浮颗粒与水的润湿 必须向水中提供足够数量的微细气泡,气 泡理想尺寸为15~30μum:第二,必须使目的物呈悬浮状态或具有疏水性性质, 第5页
第 5 页 v——污水的水平流速，即颗粒的水平分速； H——沉淀区水深； L——沉淀区长度。 从图 2.2 可知，沉速 ut uo 的颗粒，都可在 D 点前沉淀掉，可见轨迹Ⅰ所代 表的颗粒。沉速 ut<uo 的那些颗粒，视其在流入区所处在的位置而定，若处在靠 近水面处，则不能被去除，见轨迹Ⅱ实线所代表的颗粒；同样的颗粒若处在靠近 池底的位置，就能被去除，见轨迹Ⅱ虚线所代表的颗粒。若沉速 ut<uo 的颗粒的 重量，占全部颗粒重量的 dP%，可被沉淀去除的量应为 dP%, H h 因 h=utt，H= uot， 所以 t uo H u h = ， dP H h dP u u o t = ，积分得 u dP u dP u u p t o p t = 0 0 0 0 0 1 。可见，沉速小于 u0 的颗粒 被沉淀去除的量为 u dP u po o t 1 。理想沉淀池总去除量为：（1－Po）+ u dP u po o t o 1 ，Po 为 沉速小于 uo 的颗粒占全部悬浮颗粒的重量百分数。用去除率表示，可改写为： u dP u P po o t o o = − + 100 100(1 ) (2-9) 如果处理水量为 Q(m3 /s)，沉淀池的宽度为 B，水面面积为 A=BL(m2)，故颗 粒在池内的沉淀时间为： t= uo H v L = (2-10) 而沉淀池的容积为：V=Qt=HBL，因 Q= Auo t HBL t V = = ，所以 u q A Q = o = (2-11) A Q 的物理意义是：在单位时间内通过 沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷或 溢流率，量纲是 m3 /m2 s 或 m3 /m2h，也可 简化为 m/s 和 m/h。表面负荷的数值等于 颗粒沉速。若需要去除的颗粒的沉速 uo 确定后，则沉淀池的表面负荷 q 值同时被 确定。 （3）气浮理论 气浮法是固——液分离或液——液分 离的一种方法，它是通过某种方式产生大 量的微气泡，使其与废水中密度接近于水 的固体或液体微粒粘附，形成密度小于水 的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面， 进行固——液或液——液分离。 实现气浮法的必要条件有两个：第一， 必须向水中提供足够数量的微细气泡，气 泡理想尺寸为 15~30µm；第二，必须使目的物呈悬浮状态或具有疏水性性质， 图 2.3 不同悬浮颗粒与水的润湿 θ θ 水 颗粒 被水润 湿的面积 被水润湿的面积 σL•G σL•S σL•G σL•S 颗粒 σG•S σG•S 气泡 θ 气 气 气 气 颗粒 疏水性颗粒 σL• G σL• S σG• S 气 气 气 σL• G σS• G σL• S θ 颗粒 亲水性颗粒 水 图 3-6 不同悬浮颗粒与水的润湿
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 从而附着于气泡上浮升。 气泡能否与悬浮颗粒发生有效附着主要取决于颗粒的表面性质。如果颗粒易被水润湿, 则称该颗粒为亲水性的,如颗粒不易被水润湿,则是疏水性的。颗粒的润湿性程度常用气液 固相间的接触角的大小来解释。在静止状态下,当气、液、固三相接触时,在气-液界面张 力线和固液界面张力线之间的夹角(对着液相的)称为平衡接触角,用0表示。θ90者为疏水性物质(如图23所示) 1)当颗粒完全被水润湿时,θ→0°,cos→1,△W-0,颗粒不能与气泡相粘 附,因此也就不能用气浮法处理。 2)当颗粒完全不被水润湿时,0→180°,cos0→1,△W→2oG,颗粒与气泡粘 附紧密,最易于用气浮法去除 3)对oLG值很小的体系,虽然有利于形成气泡,但△W很小,不利于气泡与颗粒的粘 (4)斜管斜板沉淀理论 斜板、斜管沉淀池是根据浅层沉降原理设计的新型沉淀池。与普通沉淀池比 较,它有容积利用率高和沉降效率高的明显优点 设有一理想沉淀池,其沉降区的长、宽、深分别为 L、B和H,表面积为A,处理水量为Q,表面负荷为q 颗粒沉速为u,则由公式2-1,可得Q=uA。由此可见,+ 在A一定的条件下,若增大Q,则山成正比增大,从而 使u≥u的颗粒所占分率(1-p)和u<u的颗粒中能被 去除的分率uu都减小,总沉降效率Er相应降低;反之, 要提高沉降效率,则必须减小υ,结果Q成正比减小 图24浅层沉降原理示意 以上分析说明,在普通沉淀池中提高沉降效率和增大处理能力相互矛盾,二者之 间呈此长彼落的负相关系。 但是,如果象图24那样,将沉降区高度分隔为n层,即n个高度为h=H/ 的浅层沉降单元,那么在Q不变的条件下,颗粒的沉降深度由H减小到H/n, 可被完全除去的颗粒沉速范围由原来的u≥uo扩大到u≥uo/,沉速u<u的颗粒中 能被除去的分率也由uuo增大到nuu,从而使Er值大幅度提高:反之,在ET 值不变,即沉速为u的颗粒在下沉了距离h后恰好运动到浅层的右下端点,那 么由un/y=h1L和h=H/n可得v=n,即n个浅层的处理水量Q=HBnv=nQ,比 原来增大了n倍。显然,分隔的浅层数愈多,Er值提高愈多或Q值增加愈多 222沉淀与气浮设备概述 (1)沉淀设备 平流式沉淀池的工艺见图2.5,由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、 污泥区及排泥装置等组成。 1)流入装置由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成,起均匀布水与 消能作用。挡流板入水深不小于0.25米,水面以上0.15~0.20米,距流入槽0.50 米。 2)流岀裝置由流岀槽与挡板组成。流岀槽设有自由溢流堰,溢流堰严格水 平,既可保持水流均匀,又可控制沉淀池水位。为此,溢流堰常采用锯齿形堰。 第6页
第 6 页 从而附着于气泡上浮升。 气泡能否与悬浮颗粒发生有效附着主要取决于颗粒的表面性质。如果颗粒易被水润湿， 则称该颗粒为亲水性的，如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。颗粒的润湿性程度常用气液 固相间的接触角的大小来解释。在静止状态下，当气、液、固三相接触时，在气-液界面张 力线和固液界面张力线之间的夹角（对着液相的）称为平衡接触角，用θ表示。θ＜900 者 为亲水性物质，θ＞900 者为疏水性物质（如图 2.3 所示）。 1) 当颗粒完全被水润湿时，θ→0 0，cosθ→1，∆W→0，颗粒不能与气泡相粘 附，因此也就不能用气浮法处理。 2) 当颗粒完全不被水润湿时，θ→1800，cosθ→1，∆W→2σLG，颗粒与气泡粘 附紧密，最易于用气浮法去除。 3) 对σLG 值很小的体系，虽然有利于形成气泡，但∆W 很小，不利于气泡与颗粒的粘 附。 （4）斜管斜板沉淀理论 斜板、斜管沉淀池是根据浅层沉降原理设计的新型沉淀池。与普通沉淀池比 较，它有容积利用率高和沉降效率高的明显优点。 设有一理想沉淀池，其沉降区的长、宽、深分别为 L、B 和 H，表面积为 A，处理水量为 Q，表面负荷为 q， 颗粒沉速为 uo，则由公式 2-11，可得 Q=uoA。由此可见， 在 A 一定的条件下，若增大 Q，则 uo 成正比增大，从而 使 u uo 的颗粒所占分率（1－po）和 u<uo 的颗粒中能被 去除的分率 u/uo 都减小，总沉降效率 ET 相应降低；反之， 要提高沉降效率，则必须减小 uo，结果 Q 成正比减小。 以上分析说明，在普通沉淀池中提高沉降效率和增大处理能力相互矛盾，二者之 间呈此长彼落的负相关系。 但是，如果象图 2.4 那样，将沉降区高度分隔为 n 层，即 n 个高度为 h=H/n 的浅层沉降单元，那么在 Q 不变的条件下，颗粒的沉降深度由 H 减小到 H/n， 可被完全除去的颗粒沉速范围由原来的 u uo 扩大到 u uo/n，沉速 u<uo 的颗粒中 能被除去的分率也由 u/uo 增大到 nu/uo，从而使 ET 值大幅度提高；反之，在 ET 值不变，即沉速为 uo 的颗粒在下沉了距离 h 后恰好运动到浅层的右下端点，那 么由 uo v = h L , 和 h = H n 可得 v´=nv，即 n 个浅层的处理水量 Q´=HBnv=nQ，比 原来增大了 n 倍。显然，分隔的浅层数愈多，ET 值提高愈多或 Q´值增加愈多。 2.2.2 沉淀与气浮设备概述 （1） 沉淀设备 平流式沉淀池的工艺见图 2.5，由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、 污泥区及排泥装置等组成。 1) 流入装置由设有侧向或槽底潜孔的配水槽、挡流板组成，起均匀布水与 消能作用。挡流板入水深不小于 0.25 米，水面以上 0.15~0.20 米，距流入槽 0.50 米。 2) 流出装置由流出槽与挡板组成。流出槽设有自由溢流堰，溢流堰严格水 平，既可保持水流均匀，又可控制沉淀池水位。为此，溢流堰常采用锯齿形堰。 图 2.4 浅层沉降原理示意
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 溢流堰最大负荷29L/m·s(初次沉淀池),20L/m·s(二沉池)。为了减少符 合、改善出水水质,溢流堰可采用多槽沿程布置,如需阻挡浮渣随水流走,流出 堰可用潜孔出流。出流挡板入水深0.3-04米,距溢流堰0.25-0.5米。 3)缓冲层底作用是避免已沉污泥被水流搅起以及缓冲冲击负荷 4)污泥区起贮存、浓缩污泥以及排除污泥的作用,其排泥方法一般可通过 静水压力和机械排泥方法予以排除。 浮渣去除槽 1配水槽:2整流墙:3斜板斜管体:4淹没孔口: 5集水槽:6污泥斗:7穿孔排泥管:8阻流板 图5-5平流式沉淀池 图5-6斜管斜板沉淀池示意图 斜管(板)沉淀池的构造形式如图2.6所示。图26中,安装斜板或斜管的 区域为沉降区,沉降区以下依次为入流区和污泥区,沉降区上面为出流区。沉淀 池工作时,水从斜板之间和斜管内流过,沉落在斜板、斜管底面上的泥渣靠重力 自动滑入泥斗。这种沉淀池常用穿孔整流墙布水,以穿孔管或淹没孔口集水,也 可在池面上增设潜孔式中途集水槽使集水更趋均匀。集泥常采用多斗式,以穿孔 管靠静压或泥泵排泥。 除了上述两种形式的沉淀设备外,还有辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。辐流 式和竖流式沉淀池一般呈圆形或正方形,辐流式沉淀池多用于大中型水厂,而竖 流式沉淀池由于池深较大,一般适用于中小型污水处理厂。 (2)气浮设备 水处理气浮工艺一般采用分散气浮法( Dispersed- Air flotation)和溶气气浮法 ( Dissolved- Air Flotation)。由于溶气气浮工艺应用较多,这里着重介绍溶气气浮 工艺及其相关设备 (1)溶气气浮法 溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态,然后使废水压力骤 然降低,这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮,用这种方法产 生气泡直径约为20-100um,并且可人为地控制气泡与废水的接触时间,因而分 离效果比分散空气法好,应用广泛。 根据气泡从水中析出时所处的压力不同,溶气气浮又可分为两种方式:一种 是空气在常压或高压下溶于水中,在负压下析出,称为溶气真空气浮;另一种是 空气在高压下溶入水中,在常压下析出,称为加压溶气气浮。 溶气真空气浮的主要特点是气浮池在负压下运行,空气在水中易呈过饱和状 态,析出的空气量取决于溶解空气量和真空度。这种方法的优点是溶气压力比加 压溶气法低,能耗较小,但其最大缺点是气浮池构造复杂,运行维护有困难,因 此在生产中应用不多 加压溶气气浮法的操作原理是在加压情况下,将空气溶解在废水中达饱和状 态,然后突然减至常压,这时溶解在水中的空气就成了过饱和状态,以极微小的 第7页
第 7 页 溢流堰最大负荷 2.9L/m·s（初次沉淀池），2.0 L/m·s（二沉池）。为了减少符 合、改善出水水质，溢流堰可采用多槽沿程布置，如需阻挡浮渣随水流走，流出 堰可用潜孔出流。出流挡板入水深 0.3~0.4 米，距溢流堰 0.25~0.5 米。 3) 缓冲层底作用是避免已沉污泥被水流搅起以及缓冲冲击负荷。 4) 污泥区起贮存、浓缩污泥以及排除污泥的作用，其排泥方法一般可通过 静水压力和机械排泥方法予以排除。 图 5-5 平流式沉淀池 1 配水槽；2 整流墙；3 斜板斜管体；4 淹没孔口； 5 集水槽；6 污泥斗；7 穿孔排泥管；8 阻流板 图图4-511-6 斜板斜管沉淀池示意图 斜管斜板沉淀池示意图 斜管（板）沉淀池的构造形式如图 2.6 所示。图 2.6 中，安装斜板或斜管的 区域为沉降区，沉降区以下依次为入流区和污泥区，沉降区上面为出流区。沉淀 池工作时，水从斜板之间和斜管内流过，沉落在斜板、斜管底面上的泥渣靠重力 自动滑入泥斗。这种沉淀池常用穿孔整流墙布水，以穿孔管或淹没孔口集水，也 可在池面上增设潜孔式中途集水槽使集水更趋均匀。集泥常采用多斗式，以穿孔 管靠静压或泥泵排泥。 除了上述两种形式的沉淀设备外，还有辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。辐流 式和竖流式沉淀池一般呈圆形或正方形，辐流式沉淀池多用于大中型水厂，而竖 流式沉淀池由于池深较大，一般适用于中小型污水处理厂。 （2） 气浮设备 水处理气浮工艺一般采用分散气浮法 (Dispersed-Air Flotation)和溶气气浮法 (Dissolved-Air Flotation)。由于溶气气浮工艺应用较多，这里着重介绍溶气气浮 工艺及其相关设备 (1) 溶气气浮法 溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后使废水压力骤 然降低，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮，用这种方法产 生气泡直径约为 20~100µm，并且可人为地控制气泡与废水的接触时间，因而分 离效果比分散空气法好，应用广泛。 根据气泡从水中析出时所处的压力不同，溶气气浮又可分为两种方式：一种 是空气在常压或高压下溶于水中，在负压下析出，称为溶气真空气浮；另一种是 空气在高压下溶入水中，在常压下析出，称为加压溶气气浮。 溶气真空气浮的主要特点是气浮池在负压下运行，空气在水中易呈过饱和状 态，析出的空气量取决于溶解空气量和真空度。这种方法的优点是溶气压力比加 压溶气法低，能耗较小，但其最大缺点是气浮池构造复杂，运行维护有困难，因 此在生产中应用不多。 加压溶气气浮法的操作原理是在加压情况下，将空气溶解在废水中达饱和状 态，然后突然减至常压，这时溶解在水中的空气就成了过饱和状态，以极微小的
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 气泡释放出来,乳化油和悬浮颗粒就粘附于气泡周围而随其上浮,在水面上形成 泡沫然后由刮泡器清除使废水得到净化。加压溶气气浮按溶气水不同有全流程溶 气气浮、部分溶气气浮和部分回流式压力溶气气浮三种基本流程。 (2)溶气气浮设备 不论何种溶气气浮流程,其主要设备有加压泵、溶气罐、减压阀和气浮分离 设备 1)加压泵 加压泵的作用一是提升废水,二是对水气混合物加压,受压空气按享利定律 溶于水中。空气通入水中的方法有两种,当空气吸入量小于某温度下废水中空气 的饱和溶解量时,在泵前设水射器吸入。这种方式的气水混合好,但水泵必须采 用自吸式进入,而且要保持lm以上的水头,此外,空气最大吸入量不能大于吸 水量的10%当空气吸入量大于空气在废水中的饱和溶解量时,可用空压机在水 泵出水管上将空气压入,但其量不宜大于吸水量的20%。 2)溶气罐 溶气罐是一个密封的钢罐。溶气罐的作用是实施水和空气的充分接触,加速 空气的溶解,使水、气良好混合。为了防止短路,使水气充分接触,罐内常设水 平或垂直的隔板若干块,或在罐内填充瓷环。罐顶设排气阀排除多余的空气。罐 底设放空阀,用来排空溶气罐。水气混合物在罐内的停留时间通常为2~3分钟。 3)减压释放器 减压释放设备是将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以极为细小的 气泡形式释放出来,要求微气泡的直径在20-100m。目前生产中采用的减压释 放设备分两类:一是减压阀,一是释放器。 4)溶气水与原废水混合设备 压力溶气水经减压释放设备后,可获得质量较高的微气泡。微气泡与悬浮的 粘附,并不取决于它们之间接触时间的长短和相互之间流速的大小,而主要取决 于微气泡能否及时均匀地弥散在悬浮颗粒中,并且微气泡能机会均等地与每个悬 浮颗粒碰撞粘附。为此经减压释放后的溶气水可考虑与原水(如需加药时,应与 加药后的废水)在某一固定的混合设备(或在一段管道中)立即进行充分混合然 后将挟气絮凝体均匀地分配在整个气浮池的宽度上,从而达到提高气浮分离效果 与降低溶气水量的目的。 5)气浮分离设备 目前采用的气浮池均为敞开式水池。池子的形状有圆形和矩形两种。近年来 平流式矩形气浮池应用比较广泛,它具有可按比例扩大,构造简单易于设计与施 工,经加药反应后的原水容易进入,排泥方便,占地较少等优点 2.3溶解物质的去除(自学) 第8页
第 8 页 气泡释放出来，乳化油和悬浮颗粒就粘附于气泡周围而随其上浮，在水面上形成 泡沫然后由刮泡器清除使废水得到净化。加压溶气气浮按溶气水不同有全流程溶 气气浮、部分溶气气浮和部分回流式压力溶气气浮三种基本流程。 (2) 溶气气浮设备 不论何种溶气气浮流程，其主要设备有加压泵、溶气罐、减压阀和气浮分离 设备。 1) 加压泵 加压泵的作用一是提升废水，二是对水气混合物加压，受压空气按享利定律 溶于水中。空气通入水中的方法有两种，当空气吸入量小于某温度下废水中空气 的饱和溶解量时，在泵前设水射器吸入。这种方式的气水混合好，但水泵必须采 用自吸式进入，而且要保持 1m 以上的水头，此外，空气最大吸入量不能大于吸 水量的 10%。当空气吸入量大于空气在废水中的饱和溶解量时，可用空压机在水 泵出水管上将空气压入，但其量不宜大于吸水量的 20%。 2) 溶气罐 溶气罐是一个密封的钢罐。溶气罐的作用是实施水和空气的充分接触，加速 空气的溶解，使水、气良好混合。为了防止短路，使水气充分接触，罐内常设水 平或垂直的隔板若干块，或在罐内填充瓷环。罐顶设排气阀排除多余的空气。罐 底设放空阀，用来排空溶气罐。水气混合物在罐内的停留时间通常为 2~3 分钟。 3) 减压释放器 减压释放设备是将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以极为细小的 气泡形式释放出来，要求微气泡的直径在 20~100μm。目前生产中采用的减压释 放设备分两类：一是减压阀，一是释放器。 4) 溶气水与原废水混合设备 压力溶气水经减压释放设备后，可获得质量较高的微气泡。微气泡与悬浮的 粘附，并不取决于它们之间接触时间的长短和相互之间流速的大小，而主要取决 于微气泡能否及时均匀地弥散在悬浮颗粒中，并且微气泡能机会均等地与每个悬 浮颗粒碰撞粘附。为此经减压释放后的溶气水可考虑与原水（如需加药时，应与 加药后的废水）在某一固定的混合设备（或在一段管道中）立即进行充分混合然 后将挟气絮凝体均匀地分配在整个气浮池的宽度上，从而达到提高气浮分离效果 与降低溶气水量的目的。 5) 气浮分离设备 目前采用的气浮池均为敞开式水池。池子的形状有圆形和矩形两种。近年来， 平流式矩形气浮池应用比较广泛，它具有可按比例扩大，构造简单易于设计与施 工，经加药反应后的原水容易进入，排泥方便，占地较少等优点。 2.3 溶解物质的去除（自学）
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 24有害微生物的去除[消毒( disinfection]](2学时) 概述 一、消毒定义 将水体中的病原微生物 pathogenic organisms)灭活,使之减少到可以接受的 程度 人体内致病微生物主要包括: 病菌( bacteria)、原生动物胞囊( protozoan oocysts and cysts)、病毒( vIruses) (如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒)等。 消毒与灭菌( sterilization)不同:灭菌是消灭所有活的生物 评价指标:(生活饮用水卫生规范,卫生部,20016) 细菌总数:<100个/mL 总大肠菌群:每100mL水样中不得检出 粪大肠菌群:每100mL水样中不得检出 、消毒简史 1854年 John Snow在伦敦发现霍乱( cholera)与饮用水密切相关 1881年Koch发现氯可以杀死细菌 1902年比利时的 Midd leheike市首次在公共水处理中采用氯消毒 三、消毒方法 化学药剂(氧化剂等) 物理法(热和光) 机械法(格网、膜) 辐射(γ射线、电子束) 四、消毒机理 可能有以下几个方面的作用: (1)破坏细胞壁:(2)改变细胞通透性:(3)改变微生物的DNA或RNA:(4) 抑制酶的活性 氯消毒 氯化作用( chlorination)常用作消毒的同义词 一、氯消毒原理 氯易溶于水中,在清水中,发生下列反应 Cl2+H2O分HOCl+H++C HOCl→H++OCh HOCl和OC的比例与水中温度和pH有关。p高时,OC较多 第9页
第 9 页 2.4 有害微生物的去除[消毒(disinfection)]（2 学时） 概述 一、消毒定义： 将水体中的病原微生物(pathogenic organisms)灭活，使之减少到可以接受的 程度。 人体内致病微生物主要包括： 病菌(bacteria)、原生动物胞囊（protozoan oocysts and cysts）、病毒（viruses） （如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒）等。 消毒与灭菌(sterilization)不同：灭菌是消灭所有活的生物。 评价指标：（生活饮用水卫生规范，卫生部, 2001.6） 细菌总数：<100 个/mL 总大肠菌群：每 100mL 水样中不得检出 粪大肠菌群：每 100mL 水样中不得检出 二、消毒简史 1854 年 John Snow 在伦敦发现霍乱（cholera）与饮用水密切相关 1881 年 Koch 发现氯可以杀死细菌 1902 年 比利时的 Middleheike 市首次在公共水处理中采用氯消毒 三、消毒方法： 化学药剂（氧化剂等） 物理法（热和光） 机械法（格网、膜） 辐射（射线、电子束） 四、消毒机理 可能有以下几个方面的作用： (1) 破坏细胞壁；(2)改变细胞通透性：（3）改变微生物的 DNA 或 RNA；(4) 抑制酶的活性 氯消毒 氯化作用（chlorination）常用作消毒的同义词。 一、氯消毒原理 氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应： Cl2 + H2O HOCl + H+ + ClHOCl H+ + OClHOCl 和 OCl-的比例与水中温度和 pH 有关。pH 高时，OCl-较多
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 H>9,OCh接近100% pH9,一氯胺占优势 pH为7时,一氯胺和二氯胺同时存在 pH1浓度影响大;n<1时间影响大,在一般情况 下,可以视n=1 CT值作为消毒剂消毒能力的判断指标 第10页
第 10 页 pH>9，OCl-接近 100%。 pH9，一氯胺占优势 pH 为 7 时，一氯胺和二氯胺同时存在。 pH1 浓度影响大；n<1 时间影响大，在一般情况 下，可以视 n=1。 CT 值作为消毒剂消毒能力的判断指标
