当代给水与废水处理原理
【2019年整理】当代给水与废水处理原理
绪论
1. 水源、水处理与用水——三位一体
二、
给 水 与 废 水 处 理
20世纪50年代以前，给水处理与废水处理涵义的 划分是很清楚的。
给水处理：从天然水源取水，为供生活或工业的 使用(特别是生活使用)而进行的处理，称为给水处理。
废水处理：为了排除的目的，对于使用过的水所进 行的处理，称为废水处理。
绪论
（1）悬浮培养体：以活性污泥法为典型代表，它的特 征是起水处理作用的细菌培养体处于悬浮状态的絮体；
（2）生物膜法以滴滤池为典型代表，它的特征是起水 处理作用的细菌培养体呈一层膜固定在填料表面上。
20世纪60年代以后, 为了满足废水再用的水质要求或排放的标 准，出现了对于常规废水处理后的出水进一步处理的过程，称为废 水的高级处理
单元操作往往带有物理变化，但也有不产生物理变化的单元操作， 如：食盐的生产过程。
一、 食盐的生产过程只包括下列几种单元操作：
水
处
理 的
固 体 和
学 送液
科 方
体 的 输
热传
蒸
结
发
晶
干 燥 及 筛 选
法
学
一、
2.水处理中单元操作与单元过程
水
处
理
的 学
合混
沉 淀
浮 升
浓过 缩滤
单 元 操
科
作
方
法
属
于
当代给水与废水处理原理
高良敏 博士、教授 安徽理工大学地球与环境学院
绪论
1.单元操作与单元过程
一、 水 处 理 的 学 科 方 法 学
20世纪50年代起，引用了化学工程中单元操作(unit operation )及单元过程(unit process)的概念，目的是为了 建立各种水处理方法间的理论联系，提高学科的理论水平
当代给水与废水处理原理(第二版)第6章
这两条链都是右旋，以相反方向围绕同一轴盘绕，形成右
旋的双螺旋二级结构，见图6-7。
•
大多数RNA是单链，链的许多区域自身发生回折。回
折区内的多核苷酸段呈螺旋结构。ＲＮＡ分子是一条含短
链的不完全的螺旋区的多核苷酸链。
• ⑶核酸的生物学功能
•
核酸参与遗传信息的传递。DNA是生物遗传的主要物
质基础，是基因的基础化学物质。
• 3.核酸
•
核酸又称多核苷酸，是单核苷酸的多聚体，它与蛋白
质结合成核蛋白。核酸是构成微生物细胞核中染色体及细
胞质内核糖体和质粒的主要成分。核酸又分成核糖核酸
（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
•
⑴核酸的组成 RNA与DNA都是由氮碱、戊糖和磷
酸组成的。
•
⑵核酸的结构 ＤＮＡ分子是由两条多核苷酸链组成，
•
细胞质的中间体是由于细胞膜陷于细胞质内而
形成的，所以是与外界相通的一种结构，其功能是
进行呼吸作用和供给细胞能量。
• 见图６－１。
• 有些细菌在一定的环境条件下可形成一层粘液 性物质，包围在细胞壁外面，这层物质叫粘液层。 有些细菌的粘液层能粘结起来，使许多细菌成团块 状生长，称为菌胶团或冻胶菌。并非所有的细菌都 能形成的菌胶团，能够形成菌胶团的细菌，则称为 菌胶团细菌。菌胶团细菌藏在胶体物质内，一方面 对动物的吞噬起保护作用，同时也增强了它对不良 环境的抵抗能力。
•
细菌细胞的最外层为细胞壁，厚约２０nm，是
具有较强坚韧性的一层薄膜，起固定细菌形态和保
护细胞的作用。细胞壁由脂类、蛋白质和多糖的聚
合物组成，能控制通过细胞壁的分子大小，使大分
子物质不能进入细胞内。
•
当代给水与废水处理
1 x K f e n ★Freundlich公式为： m
• 改性活性炭（表面官能团性质及数量发生变化) 以去除 有机污染物为目的的改性方向应为:减少表面内酯基及羧 基等含氧官能团的含量,增加活性炭表面的疏水性。 • 活性炭工艺与其它手段的结合 活性炭起的是辅助性的作用，主体是生物法、催化剂的应 用等。活性炭与膜联用能解决单独使用膜过滤引起的膜阻 塞和膜污染问题。利用活性炭对进水进行必要的前处理, 以减少水中的有机物、无机物、微生物等在膜表面和膜内 孔积累,极大延长了膜的使用寿命；而膜的存在又可以克 服单独使用活性炭出水中细菌数偏高的问题。
2.混凝现象的四种机理 • 压缩双电层作用 向溶液中投入电解质，离子浓度增高，扩散层的厚度将 减小，ζ 电位降低，胶粒得以迅速凝聚。 • 吸附和电荷中和作用 胶粒表面对带异号电荷有强烈的吸附作用，中和了它的 部分电荷，减少了静电斥力，易与其他颗粒接近而互相 吸附。
•
吸附架桥作用 高分子物质与胶粒相互吸附，而使胶粒凝聚为大的絮凝 体。 • 沉淀物网捕作用 混凝剂金属盐投加量大，迅速形成金属沉淀物，水中的 胶粒可被这些沉淀物网捕。
当代给水与废水处理原理
第三章 活性炭吸附 第四章 传质及曝气
• 气一液传质模型
• 凝聚与絮凝 沉淀试验 • 膜分离
3-1 活性炭的性能 3-3 Langmuir公式的推导 3-5 吸附柱的设计
3-2 吸附等温线 3-4 吸附公式的应用
曝气设备的充氧能力
第五章 常规分离过程与膜分离
浓缩池 滤床过滤
1
活性炭吸附
2
凝聚与絮凝
3
膜分离
一、活性炭吸附
1.活性炭是一种多孔碳，堆积密度低，炭粒中有更细小 的孔——毛细管，比表面积大，能与气体（杂质）充分 接触，具有很强的吸附能力，起净化作用。 2.活性炭的制造 活性炭的制作分碳化及活化两步。 •碳化也称热解，是在隔绝空气的条件下对原材料加热， 一般温度在600℃以下。 •活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热。
当代给水与废水处理原理第一章
当代给水与废水处理原理XXX大学Xx教授第一部分：相关基本概念介冒一、理论需氧量理论需氧量(ThOD)是根据化学方程式计算求得的有机物被全部氧化所需的氧量。
例如，含有300mg / L葡萄糖溶液的理论需氧量可计算如下：C& 6CO2 + 6H2O180 6 X 32180 = 6 X 32300 _ ThODThOD = 320mg/l（以氧表示）氨基乙酸的理论需氧量，可利用下列化学方程式:(a)C H2(NH2) COOH + -|o2—- NH2 + 2CO2十H2075 48 17(b)N H a + 一＞ HNO2 + H2017 48 47(c)H NO2 + 尹一＞HNO34716由方程式a计算得氨基乙酸的碳化需氧量为:48- 192mg/l＜以氧计）3°°7^所产生的NH§为: ：世沪=6沁/I由式| b，得NH3转化成HNO2所需的氧量为：%储=192mg/l（以氧计）所产生的HN6为：翌評=188mg/l 由式C ，得HNO?转化为HNOj所需的氧量为:18\y— = 64mg/l（以氧计）4 i总的硝化需氧量为：192 + 64 = 256mg/l （以氧计）•••300mg/I氨基乙酸溶液的ThOD为:192 十256 = 448mg/K以氧计）二、化学需氧量化学需氧量或耗氧量是指在一定严格条件下水中有机物与强氧化剂（如重鎔酸钾、高猛酸钾）作用所消耗的氧量。
当用重鎔酸钾作为氧化剂，硫酸银作为催化剂时，水中有机物几乎可以全部（约90%- 95%左右）被氧化。
这时所测得的耗氧量称为重銘酸钾耗氧量或称化学需氧量，以CODc「或COD 表示。
在测定过程中无机性还原物质也会被氧化。
所以一般测得的COD包括可生物降解和不可生物降解两部分，即化学需氧量区别不岀可生物降解和不可生物降解的物质。
COD=COD B+COD NB式中COD B——可生物降解的COD；COD NB——不可生物降解的COD.此外＞COD不包括硝化所需的氧1 =iOI有机物+Cr z Or +H+- +C6+HQAg2S()4Ag2SO4用作催化剂。
当代给水与废水处理原理_部分1(共计547页)
求
反
应 的
1
t1/ 2 c A0 n1
级
数
第一章 化学动力学
图解法求反应级数
（1）以初始浓度cA0为100％，画出浓度变化的历时曲线
六、
求
反
应
的
级 （2）求出浓度分别降低为50％、25％反12.5％的时
数
间t1/2、t1/4、t1/8等，以下列比值的变化规律就可以
绪论
一、 水 处 理 的 学 科 方 法 学
1.单元操作与单元过程
1915年出现单元操作的概念，在20世纪30年代类比于单元操作 提出了单元过程概念
任何化工生产过程都可以分解为许多步对物料所采取的行动， 每一步行动产生一种独特的效果。当这种行动不包含产生任何化学 反应时，称为单元操作，当这种行动产生了化学反应时，则称为单 元过程。
新时期的给水处理与废水处理 自从水污染日益严重，水源逐渐紧张以来，给水处理 与废水处理间的界限也就逐渐模糊起来。现在，废水可 以作为水源，经处理后以供工业用水，甚至生活用水。
常规水源
绪论
海水水源
绪论
2.水处理目的
二、 给 水 与 废 水 处 理
（1）去除水中的影响使用水质的杂质以及污泥的处置——最 主要的内容
（2）为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化 学性质
如：循环冷却水中加缓蚀剂及缓垢剂以控制腐浊及结垢等； (3)改变水的物理性质的处理。如水的冷却，降低水的粘滞度等。
3.水处理的物理化学方法包括三种情形
（1）在处理过程中只发生物理变化； （2）在处理过程个只发生化学变化； （3）在处理过程中同时发生物理及化学变化。
两
及 cB0，则产物P的浓度表达式可以分别按 c A0 cB0 及 c A0 cB0
当代给水与废水处理原理(第二版)第7章
7-5 微生物集团的模型
在生物化学过程中，微生物集团的形
态不外是固定在填料壁面上的微生物膜或 者在液相内处于悬浮状态的微生物絮体。 微生物间为凝胶。微生物的尺寸以um来 计，而膜或絮体的尺寸以102um来计。微 生物集团的凝胶部分据报道约为23～38％， 是和填料床的自由空间数值类似。微生物 集团的模型见图7—12。
a
V中所含活微生物的总比 微生物集团的体积
表面积 V
下面进行微生物膜的微分方程式的推导： 微生物膜的厚度为L，在膜与液体界面处的底
物浓度为Pb。把膜当一个单向的底物扩散过 程来处理。底物在y方向上扩散。在稳定状态 时取dy厚度，面积为dydz的体积微元dxdydz 内的物料衡算关系得：
N ydy dxdz r(adxdydz) N y dxdz
式中，为体积内得单位表面面积去除底物的速率。 整理得：
N ydy N y ra 0 dy
dN ra 0 dy
以
N
De
d
dy
代入得
De
d 2
dy 2
ra
0
按式（7—7）代入r得表达式得
De d 2 a 0 dy2 K
边界条件为:
y=L时， ＝ b
y＝0时，d 0
dy
基本方程的解 用有效系数法对该方程进行求解： 对式（7—26）及（7—27）进行无量纲化转换得：
进行微生物集团模型的数学公式推导， 做以下假定：
(1)微生物集团的成分是稳定的，即不随时 间发生变化；
(2)微生物细胞的功能也是不随时间变化的， 即细胞的总性质只是局部环境的函数。
(3)在微生物集团整体中，菌龄分布以及其 他微生物的生活特性也是不随时间变化的。
微生物膜的微分方程
当代给水与废水处理原理(第二版)第4章b
如公式４－７９
KLdb D
0.33
db
ND
0.6
D
0.5
４－８ 水膜的传质性能
１.水膜的厚度
在废水的生物膜处理方法中，水膜的厚度是一个影响传递氧的重要 因素。
２.沿光滑板下落的水膜传质系数k1
从光滑板上下落的水膜传质系数k1受流态，倾斜角与水质的影响。 在雷诺数较高的层流表面出现小波浪，这种波浪使水膜吸收气体的速率比没 有波浪的层流水膜约大２～３.５倍波浪使水表面积的增加不过百分之几。所以， 使用k1值增大数倍的原因是由于波浪体内流体的循环作用，而不是表面积增加的作 的影图响，４以－及２表３面综活合性了剂一对些k水1的膜影吸响收。CO2的k1的数据，它表示出Re数和倾斜角Ø 表面活性剂水面发生波浪，因此，起了降低k1值的作用。
功率数NP的物理涵义可以通过量纲分析来理解：
2.淹没式曝气器
淹没式叶轮曝气器主要是从曝气池底部的空气分布系统引入的空气 中吸收氧气。
淹没式曝气器一般在产生气泡的同时，对气泡进行搅拌，这是一种 搅拌型鼓泡系统。
由于搅拌使气泡的传质效率提高，故在传质系数KL的相关公式中， 必然要反映出搅拌这个因素来。
当气泡淹没水中时，其界面浓度由于同时受到温度，水中溶质浓度 和压力三个因素变化的影响，其数值与表4－8所列的必然不同。
其中压力的情况较复杂，这包括三个方面： (1)当地的大气压力不是0.1MPa (2)空气气泡中含有饱和蒸汽的分压 (3)淹没水深所产生的水柱压力
2.气泡在水中的上升速度 气泡在水中的上升速度大致可以分3个区：
的趋向。 下面以平均气泡来进行分析：
平均气泡的直径为db。db 与曝气中单位容积液体中所含气泡表面积a 的关系可以推导如下： 如图所示：
当代给水与废水处理原理(第二版)第9章a
另外，出口平均浓度o与进口浓度i的比值可以表示为、及的函数 F(、、)，F(、、)可以由下列关系得出：
从g(Y、Z、、、0)的表达式可知，计算是很夏杂的，所以利用图9-4 的曲线来求值o/i
悬浮生长与固着生长 悬浮生长(suspended growth) 微生物单独或成团悬浮水中，与基质完全混合 摄取基质与溶氧不受传质 (mass transfer)过程限制
例如：活性污泥法
固着生长(attached growth) 微生物聚集成黏膜与水接触
摄取基质与溶氧受到传质 (mass transfer)过程限制
N z
(2)整个系统为稳定状态
(4)水膜内无纵向的混合
2 (3)水膜内的流速按§4-8的层流流速分布公式（4－85）计算 s 1 2 ，
(5)底物的横向通量按Fick公式计算 N D (6)底物的纵向通量 N z (7)气—水交界面无限制营养物传递； (8)在z=0进口处不存在底物的浓度梯度。
污水蝇
滴滤塔 污水 沉 淀池 污水
滴滤塔
沉淀池
回流水
回流水
回流污泥
HRTF
滴滤塔 污水
废弃物泥
废弃污泥
ABF
滴滤塔 污水
回流水
回流水
沉淀池
沉淀池
回流污泥 废弃污泥
回流污泥 废弃污泥
TF-SC
BF-AS
9—3 Atkinson的滴滤池数学模型
1、基本方程式 滴滤池的模型见图9—3。水膜沿填料表面 的生物膜向下流动。水膜厚δ，高度H。水膜在 z=0处的底物浓度为 i，在流动过程中，向生物 膜传递的底物通量为N，因此，在水膜和生物膜 中都存在底物浓度的梯度，这由底物浓度分布 曲线可以看出。在水膜与生物膜交界处的底物 浓度为*。浓度*在生物膜内传递的数学模型即 采用§ 7—5所建立的模型，因此*即相当于图 7—12及式(7—39)、式(7—40)中的b。底物浓 度是沿高度减少的，出口处(z=H)的底物浓度为 e,交界面的底物浓度*也是沿高度变化的。 这一模型的假定如下： (1)生物膜内的代谢过程服从§ 7—5的模型假定： 微生物集团的成分是稳定的，即不随时间而变 化的； 微生物细胞的功能也是不随时间变化的， 细胞的总性质只是局部环境的函数 在微生物集团整体中，菌龄分布以及其 它微生物的生活特性也是不随时间变化的。
当代给水与废水处理原理
非极性的 链烷化合 物在活性 炭表面的
吸附。
有关极性 分子氨基 酸及蛋白 质的吸附 资料极少
活性炭对于 吸附无机物 也有一定的 潜力
活性炭的吸 附性能是由 于它的表面 基团类型、 比表面积和 孔径的分布 决定的。
第5页，共19页。
第三章 活性炭吸附
§3-2 吸附等温线
吸附 等温 线的 类型
第一种类型的等温线， 没e 有极限值，但 却x 有m 一极限
ka代表单位体积活性炭在单位时间内所吸收的杂质量。
活性炭的容量传质系数可以通过实验得出。 当这个系数已知后，就能够确定吸附柱所需要的活性炭总体积。但这需要知 道吸附柱的吸附容量、吸附柱的吸附过程曲线与容积传质系数三者间的关系。
第15页，共19页。
第三章 活性炭吸附
求活性炭的容量传质系数
活性炭的容量传质系数ka，一般通过用初始有机物浓度ρ1的水样，每 升加活性炭mg做吸附试验，由吸附试验可以得出下列物料衡算关系：
值 ，(这x m种)0类型的吸附试验资料可用Langmuir公式处 理。
第二类型的等温线， 有e 一个极限值 ，称s 为饱和浓
度，但x/m却没有极限值。这种类型的等温线可用 Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。
第三类型的等温线， 和e x都m没有极限值，可用
Freundlich公式处理。
活化的定义
活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。当氧化过程的 温度在800-900℃时，一般用蒸汽或二氧化碳为氧化剂；当氧化温度在600℃以下时，一 般用空气做氧化剂。
第2页，共19页。
第三章 活性炭吸附
碳
①使原材料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳及氢等
当代给水与废水处理原理
十四烷酸(C14)
37
0.11
0.11
0.010 105
乙酸
35 0.34~0.05 0.04~0.05 0.015 165~250
丙酸
35
0.31
0.042
0.010 60
丁酸
35
0.37
0.047
0.027 13
§10-2 厌氧过程动力学
甲烷生成动力学 ：
在厌氧处理中，COD减小的途径主要是生成甲烷和微生物 的细胞，其它途径有生成氢气、通过硫酸盐的还原生成硫化氢气 体等。
k0 6.67 10 0.015(35t)
§10-3 厌氧活性污泥法
传统消化池
Y YC
1 bc
K (1 bc ) YCk0c (1 bc )
X
YC
i 1
bc
Y (i
)
V Qc
Ru
X
Yc
d 0.935 0.3 X 0.298
k0 6.67 10 0.015(35t)
K 2224100.046(35t)
(GO )Tp
GO
T 273
•
1 p
1.28 102
T p
式中，T为厌氧反应器中的热力学温度；P为反应器室内的 气压（单位Pa）。
根据§7-4，每克干细菌完全氧化所需的单体氧为1.41g。利 用一个类似于需氧处理中氧的摄入率计算公式（见式（8-40）） 形式来计算厌氧处理的甲烷生成率：
G
G0
Tp
R 0 1
§10-4 厌氧生物膜法
在无回流的厌氧活性污泥法中，就不得不加大水力停留时间 来获得较长的污泥停留时间；
在有回流的厌氧活性污泥法中，虽然可通过回流来减短水力 停留时间并增大污泥停留时间。
当代给水与废水处理原理第二版
（10－1） （10－2）
（10－3）
因为氧化氢形成甲烷的细菌可以从二氧化碳 中获得碳源，所以这些细菌带有自养性，其生长 速率很慢，虽然它们与分解乙酸的细菌在厌氧反 应器中有共生关系，但其数量较少，在厌氧反应 过程中，生成的甲烷大部分来自乙酸的分解。图 10－2所示为Speece1983年发表的厌氧反应过程 中甲烷的主要生成途径及其以COD计所占的百分 数。
上述各种厌氧工艺和厌氧反应器，除传统消化池处 理污泥外，多数都处于试验研究阶段，虽然有些生产性 装置，但也是试验性的。表10－1所示为各类厌氧处理过 程的运行和试验参数。从表中可以看出，负荷都高于需 氧处理法，这是因为厌氧处理不受传氧限制的缘故。
§10－2 厌氧过程动力学 厌氧过程动力学涉及底物的降解、微生物
每克干细菌完全氧化所需的单位氧为1.41g。这 样，便可以利用一个类似于需氧处理中氧的摄入率计 算工式形式来计算厌氧处理的甲烷生成率：
G
G0
Tp
R0 11.41Y
1.28 10 2
TR0 p
(11.41Y )
（10－6）
式中，G为甲烷的产率，单位为L/d;R0为COD的减 少速率，单位为g/d；Y为产率因数，单位为g干细菌
/gCOD。
§10－3 厌氧活性污泥法 厌氧活性污泥法是厌氧微生物在反应器中处于
悬浮生长状态的生物处理方法。因此，厌氧活性污 泥法必须有维持微生物处于悬浮状态的设备或手段， 例如机械搅拌、水力搅拌、向反应器供压缩沼气或 氮气进行搅拌等等。同时，由于微生物处于悬浮状 态易于随出水流出反应器，必须特别注意采取能使 气、液、固三相良好分离的措施。
当代给水与废水处理原理第章(1)
当代给水与废水处理原理第章(1)
当代给水与废水处理原理第章是水处理行业的重要指南，它旨在为读
者介绍当今最先进的水处理方法以及相应的原理和技术。
本章将涵盖
以下几个方面的内容：
一、给水处理原理
在当代的给水处理中，根据水质和目的，通常需要进行多种预处理，如：深孔氧化、氧化过滤和反渗透等。
其中深孔氧化可有效去除大部
分物质，而反渗透则可减少含盐水的含盐度，进而达到纯净水的目的。
二、废水处理原理
非常重要的是，在当代废水处理中，除了传统的化学处理，通过生物
处理也可达到降解废水和提高处理效率的目的。
在生物处理中，废水
可以被氧化成更容易破坏的源和非源化合物，最终达到减少污染的目的。
三、膜分离处理技术
膜技术是最被广泛应用于当代水处理的一种技术。
它包括纳滤、超滤、微滤和反渗透等几种技术，在不同的水处理阶段中均能发挥重要作用。
同时，膜过滤可以过滤出大量的细菌和病毒，减少水源的污染。
四、水质测试与监测
在现代水处理过程中，水质测试和监测尤为重要，可以监测处理前后
水源的污染情况，调整处理工艺，保证处理效果以及水源使用的安全
性和可靠性。
总的来说，当代给水与废水处理原理第章是一个非常有价值的指南，
涵盖了现代水处理中各种关键的技术和方法。
通过学习这些原理，水
处理工业可以更好的应对不断变化的环境和应用需求，进而保护水源的安全和可靠性。
当代给水与废水处理原理(第二版)第1章
第二节 简单的基元反应 四种简单的基元反应 1.单一组分的零级反应 2.单一组分的一级反应 3.两种组分的二级反应
K A B P
是一个二级反应。当CA0CB0时，令x代表产物P在时刻t的浓度CP。反应 物A和B与产物P间都是按1:1的量的关系变化的,在时刻t，P的浓度增加为x， A及B的浓度必然相应的降低x，其实际浓度CA及CB反应分别为CA0–x及CB0– x。由二级反应的定义有 在半对数坐标图上为 dx kC C k (C x )( C x ) dt A B A0 B0 一直线，作图求斜率 可得速率常数k。 在（0，t）间隔内积分得
4.准稳态反应 在催化反应的过程中，先产生由反应物A与催化剂C结合成的中间复体 AC，复体再经分解形成产物B，这种反应可以作为串连反应来研究，表示 如下： K1 K3 A C AC C B ( x) K2 在生物化学中，常用S及E分别代表底物及酶，相应表示为
K3 S E ES EP K2 K1
(1-64)
速度常数K1、K2及K3可用图解法求得， 常用的方法称为Lineweaver-BurK作图。
在生物化学的酶和底物的反应中，(1-63a)式写成下列形式，称为 Michaelis-Menten方程：
V Vmax [ S ] ( K m [ S ])
(1-65a)
其中V代表
dCA
V dt ， max
Br 0 2K1[Br2 ] 2K 1[Br] K 2 [Br][H 2 ] K 2 [HBr][H ] K3 [H ][Br2 ]
2
由（1-77）和（1-78）式相加后得：
[ Br] ( K1 K 1 ) [ Br]
1 2 1 2
当代给水与废水处理原理第二版第5章
? ?? m dp ? ?
? ?0
? m ? d?
0
(5-26)
仅一种Z-Z电解质时(如NaNO3)，(5-26)积分得：
FDL
?
2n0
kT
? ??cosh
? ??
ze? m kT
? ??
?
? 1??
电解质 NaNO 3的数量
(5-27)
13
4. 憎水胶体的稳定与脱稳（续2）
两平板间静电双电层作用势能(VDL):
粒粒径的平方成正比。大絮粒的沉速足以使它们在沉淀设备中 被去除，但经过混凝过程的微粒不一定都能形成大粒径的絮体 ，细微絮体颗粒由于含水量大(相对密度小)以及粒径小则沉速 太小的原因，仍然会随着原水通过沉淀设备流出来，需经进一 步的过滤处理才能使出水浊度达标。
2
§5-2 胶体颗粒的基本性质
胶体颗粒：指粒度在1nm～1μm间的颗粒。 线性分子只要含有103～109个原子，不论绝对尺寸，都属 于胶体颗粒。如高分子助凝剂聚丙烯酰胺，相对分子量500万 时，展开长度达到20μm，但由于相当7×105个原子的线性分子 ，也划为胶体颗粒。 无机混凝剂形成的氢氧化物沉淀也呈胶体状态——无定形 微晶体。
斥能峰：
Vm
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A? 2 48?
(5-31)
极值点 dm=κ-1(κ-1代表扩散双电层厚度，
表征两双电层叠加斥能峰产生大致位置 )。压
缩双电层可降低斥能峰达到颗粒凝聚，可通
过增加溶液离子数量浓度 noi和价数 zi来降低 κ1。
使斥能峰为 0的电解质浓度称为 混凝的临
界电解质浓度 cs。
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当代给水与废水处理原理(第二版)第3章
3. 活性炭性能及影响因素及吸附作用 （1）表面的氧化物复体（complex）的性能。一般把活性炭的 表面氧化物分成酸性的和碱性的两大类。酸性官能团有：羧基，酚 羟基，醌型羰基，正内酯基，荧光型内酯基，羧酸酐基及环式过氧 基等， 其中羧酸基，内酯基及酚羧基被多次报导为主要酸性氧化物， 对于碱性氧化物的说法有分歧。有的认为是如氧萘的结构，为苯并 恶英的衍生物，另一种说法认为碱性氧化物最好用类似吡喃酮的结 构来代表。 （2）酸性氧化物使活性炭具有极性的性质，因之倾向于吸附极 性较强的化合物。这些带极性的基团易于吸附带极性的水，因而阻 碍了在水浴液中吸附非极性物质的过程。为了避免形成更多的类似 羧基的基团，妨碍吸附非极性物质的过程，活化的温度必须在900OC 附近，再生的温度也同样注意。 （3）活性炭表面的金属离子部位带有正电荷，对那些有过剩电 子的部位的分子有吸引力，可以增加活性炭吸附的速率。活性炭表 面带有金属的是有利的。
第三章 活性炭吸附
第三章
活性炭吸附
第一节 活性炭的性能 1. 活性炭的制造——分为炭化及活化两步。炭化也称热解，是在隔 热空气的条件下对原材料加热，一般温度在600 OC以下。炭化有多 种作用： 一是使原材料分解放出H2O, CO, CO2 及H2等气体。第二个作用 是易使原材料分解成碎片，并重新集合成稳定的结构。活化是在有 氧化剂的作用下，对炭化后的材料加热。当氧化过程的温度在800— 900OC时，一般用蒸汽或CO2为氧化剂；当氧化过程的温度在600OC 以下时，一般用空气做氧化剂。在活化的过程中，烧掉了炭化时吸 附的碳氢化合物，起了扩大孔隙的作用，并把孔隙与孔隙之间烧穿， 活化使活性炭变成一种良好的多孔结构。 2.活性炭的吸附性能 活性炭分成粉末状和粒状两种类型。每克活性炭的表面积可高达 1000 m2 。 但99.9%以上的面积都在多孔结构颗粒的内部。活性炭的 极大地吸附能力即在于此。粒状以吸附柱的形式来应用，当吸附能 力饱和后，通过再生以恢复其吸附能力。粉末活性炭系直接投加于 水中，经混合吸附后分离出来，由于再生技术尚未完善的关系，过 去往往作为废物排掉。
当代给水和废水处理原理
细菌主要有球衣菌属、铁细菌属、贝日阿托氏菌属和发硫菌属。 • 但丝状细菌过度繁殖，特别是游离于菌胶团之外的非结构性丝状
细菌的大量繁殖．会引起废水处理系统的污泥膨胀。
§6-1 原核细胞微生物
3. 放线菌 • 放线菌为具有分枝的丝状菌，介于细菌与真菌之间，是单细胞微
当代给水和废水处理原理
§6-1 原核细胞微生物
• 细菌细胞的最外层为细胞壁，起固定细菌形态和保护细胞的作用。 细胞壁由脂类、蛋白质和多糖的聚合物组成。
• 细胞膜化学组成主要是脂类和蛋白质，具有选择性吸收的半渗透 性，膜上具有与物质渗透有关的酶类，在吸收营养物质和排除废 物方面起着重要作用。
生物。放线菌中的诺卡氏菌属有分解氧化无机氰化物和烃类化合 物的能力，在处理含烃类和无机氰化物的废水中起着重要作用。 4. 蓝细菌 • 蓝细菌有时列入藻类，也称蓝藻。因其细胞结构为原核，故归入 细菌类。蓝细菌是光合型微生物。多数蓝细菌生存于淡水中，是 水生系统食物链中的重要一环。当恶性增殖时，可形成“水华”， 造成水质恶化。海洋中的“赤潮”有时也系蓝细菌大量繁殖所致。
§6-4 细菌的成分
§6-4 细菌的成分
§6-4 细菌的成分
2. 细菌的大分子组成 • 细菌或其它的微生物细胞物质主要是由一些大分子组成的，如表
6）蛋白质的组成 微生物细胞的蛋白质分为两种，一种为结合蛋 白质，如糖蛋白等，是构成细胞组织的一部分；另一种为溶解性 的单纯蛋白质，主要在细胞质中。
一种类型的核酸。噬茵体大多数只含有DNA，只有少数含RNA。 • 蛋白质是病毒的主要组成，主要作用是构成病毒粒子的衣壳，保
护病毒核酸，决定病毒感染的特异性．并具有抗原性。 3. 病毒的感染与繁殖 • 病毒是以复制方式繁殖。繁殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、复
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2003给水处理考试试题一、概念题（每题1分，15分）1、同向絮凝2、异向絮凝3、表面负菏4、理想沉淀池5、交联度6、总交换容量7、湿视真密度8、德国度9、硬度10、拥挤沉淀11、滤层含污能力12、微絮凝过滤13、化合性氯14、滤速15、滤料K80一、简答题（每题2.5分，共50分）1、水中杂质按其尺寸大小，可分为几类？2．硫酸铝的混凝特性？3．澄清池中泥渣的净水机理4、电渗析原理5、除盐系统中为什么阳床在前，阴床在后？6、当原水重碳酸根浓度较大时，应选择何种离子交换除盐系统（写出系统工艺流程图）?7、阴树脂的主要特性？8、离子交换法为什么始终有残余硬度？9、GT值的含义10、目前我国饮用水水质指标包括哪四大类？11、改善滤池过滤过程的途径有哪些？12．何为滤池反冲洗配水系统（大阻力配水系统）的“开孔比”？13．哪些滤池是等水头变速过滤？哪些滤池是变水头等速过滤？14．影响地下水中铁（Fe2+）的氧化速率的最主要因素？15．臭氧、氯、二氧化氯、过氧化氢的消毒能力哪个强？试排序。
16．直接过滤工艺适合于哪些种类的水质处理？并说明其工艺特点。
17．受污染水源的水质主要特征有哪些？试述受污染水源的饮用水处理技术主要有哪些方法？各有何特点？18．试绘出折点氯化曲线，说明每一区域氯的主要形态和消毒能力，并说明其消毒特点和副产物情况。
19．何谓V型滤池？简述其工作原理和主要工艺特点。
20．画图说明普通快滤池的结构，试说明如何计算冲洗水塔高度。
二、论述题（每题5分，共30分）1、试述胶体稳定的原因？2、试分析理想沉淀池中某沉速为ui的颗粒去除率公式（参见下式）的意义？E=3、石灰软化法的原理？反应方程式？水质变化？4、试说明如何通过实验测定强酸型阳离子交换树脂的全交换容量和工作交换容量？5、试述氢-钠并联除碱软化系统的原理，流量分配原则及计算公式，并画出相应流程图。
6、氢树脂的工作特性四、应用题（5分）吉林省某水库水的主要指标为：浊度：8—25度（NTU）；色度：20—40度；pH：7.6；碱度：120mg/L（以CaCO3计）；水温：1—18度；高锰酸盐指数：3—5mg/L;氨氮0.2mg/l；亚硝酸盐0.01mg/l；总铁0.85mg/L;总锰0.36mg/L;细菌总数3.6×104个/mL；大肠菌群1.2×03个/L。
设计水量5000吨/日。
该水厂曾采用硫酸铝为混凝剂、静态混合器混合、折板反应（7-10min）、斜管沉淀、普通快滤池过滤、液氯消毒(30min)，但在冬季时期用户常出现红黄色或白色沉淀物，试分析原因，并给出若干解决措施以提高水质。
2004年给水处理考试试题一、概念题（每题1分，15分）1．滤速2．氯氨3．等速过滤4．自由沉淀5．直接过滤6．臭氧消毒7．GT值8．折点氯化9．接触氧化除锰10．表面负菏（沉淀池）11、饱和度曲线12、湿真密度13、硬度14、德国度15、极水一、简答题（每题3分，共42分）1．哪类絮凝设备对水质与水量变化适应性较小？2．费劳德数（Fr）可以反映哪些水力特性，设计沉淀池时一般采用哪些措施控制此指标？3．何为反粒度过滤？4．何谓小阻力配水系统？5．何谓气-水反冲洗？6．等速过滤与变速过滤哪种形式滤后水质较好？说明原因？7．何为氯化消毒副产物？请简单举例？8．如何确定投氯量？说明原因？9．何为澄清池？简述其特点。
10．地表水中产生色度的主要成分一般是哪些？11、写出电渗析的极室反应12、何谓阴膜或阳膜的选择透过率？13、在除盐系统中为什么要去除二氧化碳？14、碱度的危害？三、实验题（1题10分，2题13分，共23分）1、某城市选择地表水为水源设计给水处理厂，请说明如何通过实验确定混凝剂投药量。
2、试说明如何通过实验测定强酸型阳离子交换树脂的全交换容量和工作交换容量？四、论述题（每题5分，共20分）1．电渗析器极化是如何产生的？如何消除。
2．什么是理想沉淀池？其沉淀效率与哪些因素有关？3．给水处理中主要有哪些消毒方法？请说明各自特点？你认为哪种消毒方法比较好，采用怎样的消毒方式比较合理，说明原因。
4、说明硫酸铝的混凝机理2005年水质工程学（上）考试试题一、概念题（每题1分，15分）1．滤速2．氯氨3．等速过滤4．自由沉淀5．直接过滤6．臭氧消毒7．GT值8．折点氯化9．接触氧化除锰10．表面负菏（沉淀池）11、饱和度曲线12、湿真密度13、硬度14、德国度15、极水一、简答题（每题2.5分，共35分）1．哪类絮凝设备对水质与水量变化适应性较小？2．费劳德数（Fr）可以反映哪些水力特性，设计沉淀池时一般采用哪些措施控制此指标？3．何为反粒度过滤？4．何谓小阻力配水系统？5．何谓气-水反冲洗？6．等速过滤与变速过滤哪种形式滤后水质较好？说明原因？7．何为氯化消毒副产物？请简单举例？8．如何确定投氯量？说明原因？9．何为澄清池？简述其特点。
10．地表水中产生色度的主要成分一般是哪些？11、写出电渗析的极室反应12、何谓阴膜或阳膜的选择透过率？13、在除盐系统中为什么要去除二氧化碳？14、碱度的危害？三、实验题（每题10分，共20分）1、某城市选择地表水为水源设计给水处理厂，请说明如何通过实验确定混凝剂投药量，根据何种实验结果确定助凝剂的种类，并说明如何设计药剂的溶解、贮存与投加设备。
2、试说明如何通过实验测定强酸型阳离子交换树脂的全交换容量和工作交换容量？四、论述题（每题5分，共20分）1．何为聚合铁？说明其混凝机理。
2．什么是理想沉淀池？其沉淀效率与哪些因素有关？3．给水处理中主要有哪些消毒方法？请说明各自特点？你认为哪种消毒方法比较好，采用怎样的消毒方式比较合理，说明原因。
4、电渗析器内极化是如何产生的？如何消除五、判断题（每题5分，共10分）1．某水厂以某江水为水源，由于原水水质变化较大。
在夏季时浊度比较高一般为100-200NTU；在冬季时一般10-15NTU，水质难于保障。
特别是在低温、低浊时期，水厂工人将混凝剂投加量增加几倍后水质仍然难以改善，请你帮助采取一些措施，如何提高水质。
2．南方某城市以一湖泊为水源，水中藻类在4-7月份比较高，一般达到106-7个/L，有时产生难闻的土腥味。
对于此种类型的地表水，你认为采用哪些处理方法比较合理？并说明理由。
一、名词解释及简答题（2×6=12分）1.污泥指数SVI？在曝气池出口处的混合液，在经过30min静沉后，每克污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积，ml/g2.水体自净？污染物进入水体后，通过物理，化学，生物的作用，使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原状的过程。
3.湿地处理系统？将污水投放到土壤经常处于水饱和状态而且生长有芦苇，香蒲等耐水植物的沼泽地上，污水沿一定方向流动，在流动过程中，在耐水植物和土壤联合作用下，污水得到净化的一种土地处理工艺。
4比阻？单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力称比阻；m/kg5.污泥投配率？每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数6.分离因素？在离心力场中，颗粒所受到的离心力大于重力的倍数。
二、简述题（4×12=48分）1.画图说明辐流式沉淀池的构造及工作特征？工作特征：圆形池体，中心进水，周边出水，中心传动机械排泥。
进水管设穿孔挡板，变速水流，中心流速最大，沉下的颗粒也是中心最大，向四周逐渐变小，出水用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。
2.什么是活性污泥，它由哪几部分组成﹖污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。
活性污泥是以细菌，真菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。
3.对影响氧转移速率的因素进行分析，说明提高曝气池充氧效果的主要途径？影响氧转移速率的因素：（1）污水水质：污水中杂质影响氧的转移，特别是表面活性物质等两亲分子，在水液界面上，形成一层分子膜，阻碍氧分子的扩散转移。
而且水中溶解氧的饱和度也受到水中盐类的影响。
（2）水温：影响水的粘滞性，从而影响扩散系数，液膜厚度也随之变化，影响氧转移速率；同时影响溶解氧的饱和度，从而影响氧转移速率；这两种作用是相反的，但是总体来说温度降低有利于氧的转移。
（3）液体中氧的浓度梯度和气相中氧的分压梯度：影响溶解氧的饱和度，从而影响氧转移速率；影响了转移氧的推动力从而影响氧转移速率。
（4）气泡的大小：将影响气水的接触面，从而影响氧的转移速率（5）液体的紊流程度：紊流程度大则气水接触充分，氧转移速率也就提高了。
（6）气泡与液体的接触时间主要途径：（1）使温度降低（2）使水流处于紊流状态（3）使产生大量气泡，并让他们尽快上升，破裂，有助于液膜的更新和氧的转移。
（4）使鼓风曝气的气泡尺寸减小，从而接触面积加大，有助于氧的转移。
（5）加大气泡与液体接触的时间4.画图说明Orbal氧化沟的运行方式？运行方式：多个呈椭圆形同心沟渠组成，污水首先进入最外环的沟渠，然后依次进入下一层沟渠，最后由位于中心的沟渠流出进入二次沉淀池。
5.试述污水中的氮在生物处理中是如何转化的？污水中的氮主要形式为：有机氮和氨态氮。
首先有机氮化合物要在氨化菌的作用下进行氨化反应，分解转化为氨态氮；然后氨态氮在亚硝化菌的作用下进行亚硝化反应转化为亚硝酸氮；在硝化菌的作用下进行硝化反应转化为硝酸氮；最后亚硝酸氮和硝酸氮在反硝化菌的作用下进行反硝化反应转化为气态氮。
6.污泥厌氧消化的影响因素？（1）温度因素（2）生物固体停留时间与负荷（3）搅拌与混合（4）营养与C/N，氧的守恒与转化（5）有毒物质（6）酸碱度，pH值和消化液的缓冲作用7.含油废水污染的危害？（1）流到水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；（2）水中的乳化油和溶解油，由于需氧微生物的作用，使水体形成缺氧状态，而且CO2使水中pH值下降到正常范围下，使水生物不能生存；（3）含油废水流到土壤，由于土层的吸附与过滤在土壤表层形成油膜，使空气难以透入，阻碍土壤微生物的增殖，破坏土层团粒结构；（4）含油废水排入城市排水管道，对排水设备和城市污水处理厂造成影响，如果超过一定指标，就会影响活性污泥和生物膜的正常代谢过程。
8.污水中乳化油粗粒化附聚原理？当含乳化油的污水通过粗粒化滤料时，因它具有亲油疏水性质，微小油珠便附聚在其表面上形成油膜，达到一定厚度后，在浮力和水流剪力的作用下，脱离滤料表面，形成颗粒大的油珠浮升到水面。
9.是否任何物质都能粘附在空气泡上，取决于哪些因素？并不是任何物质都能黏附在空气泡上的，是有一定的条件的：（1）界面张力，接触角和体系界面自由能（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附10.化学沉淀的影响因素？1）投加的离子种类：产生同名离子效应，当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动。