《环境工程学》第二章 水的物理化学处理方法 (2)

（一）混凝过程的理论基础
1、胶体的稳定性和胶体结构
双电层理论：Stern于1924年提出
• 胶核：由不溶于水的分散相物质分子组成
• 电位离子 • 反离子层
双电层
• 固定层（反离子吸附层+电位离子）
• 扩散层
2、胶体的脱稳
不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳。 根据4位学者的DLVO理论，脱稳机理可归结为以下四种： • 压缩双电层：投加电解质，降低电动电位，缩小扩散层厚度； • 吸附电中和作用：中和部分或全部电荷，减小静电斥力； • 吸附架桥作用 • 网捕作用：金属离子水解和聚合，形成氢氧化物胶体状沉淀物。
3、助凝剂 • 酸碱类（调整水的pH） • 绒粒核心类（改善矾花结构） • 氧化剂类（去除干扰混凝作用的有机物）。
（三）混合与反应设备 P122
1、混凝剂的配制与投配
•多采用湿投法； •混凝剂在溶解时需进行搅拌；设备、管道等需考虑防腐； •溶液池通常设两个，交替使用。
2、混合设备
• 混合的目的：使药剂迅速均匀地扩散到水中，溶解并形成胶体，与水 中的悬浮微粒接触，生成细小的矾花；
气浮法缺点：
电耗较大，设备的维修与管理工作量增加，减压阀、释 放器、射流器等易被堵塞。 受天气条件影响大，浮渣怕较大风雨的袭击。
（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：来自百度文库应时间短，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
（二）气浮设备
1、加压溶气气浮
（卧式）
溶气压力越大，空气在水中的溶解度越大，气泡分散度也越高、越均匀。 空气的溶解度还与进水的加压时间有关，加压时间越长，溶解度越高。 加压溶气气浮的效率可达90%以上。
2、叶轮气浮
• 溶气效率较差，适用于悬浮物浓度高的废水； • 设备不易堵塞。
其他气浮法： 曝气气浮 射流气浮 电解气浮 也有将气浮与斜板沉淀、气浮与过滤相结合的工艺形式……
滤料的性能指标：
• 有效直径、不均匀系数； • 滤料的纳污能力； • 滤料的孔隙率和比表面积。
（三）虹吸滤池
• 优点：利用虹吸作用， 便于实现自动控制；
• 缺点：池深较大，冲洗 水头受池深限制，有时 冲洗效果不理想；
• 适用于：中小型水厂。
五、气浮 P141
（一）气浮理论基础
气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去黏附水中的悬
滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，水流越平稳；均利于 沉降；
3、接触絮凝
滤料具有巨大的表面积，容易与悬浮物发生物理吸附或静电 吸附作用。
（二）普通快滤池
• 过滤：截留污染物； • 反洗：把被截留的污染 物从滤料层中洗去，使 之恢复过滤能力。
滤料：
滤料必须满足以下要求：
• 有足够的机械强度； • 有较好的化学稳定性； • 有适宜的级配和足够的孔隙率。
• 要求搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流； • 混合流速大（1.5 m/s以上），但混合时间要短（一般<2 min）。
3、反应设备
• 反应设备的任务：使细小矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀除去； • 要求水流有适宜的搅拌强度，为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机
会和吸附条件，防止已形成的较大矾花被碰撞打碎； • 搅拌强度比在混合设备中小，但反应时间比较长。
（一）过滤机理
水和废水通过粒状滤料（如石英砂）床层时，其中的悬浮颗粒和胶体就 被截留在滤料的表面和内部空隙中——粒状介质过滤。
既可用于化学混凝和生化处理之后的后续处理，也可用于活性炭吸附和 离子交换等深度处理之前的预处理。
粒状介质的过滤机理可概括为三方面：
1、阻力截留 2、重力沉降 3、接触絮凝
第二章 水的物理化学处理方法
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
一、沉淀
各种沉淀池的比较
机械
根据不同废水的性质以及沉淀池的形式，可参考以下设计参数：
沉淀池的设计参数
二、混凝
去除对象：自然沉降法不能去除的悬浮微粒及胶体污染物。 混凝包括两个步骤：P115
• 凝聚：使胶体脱稳并聚集为微絮粒； • 絮凝：微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体。
（二）混凝剂、助凝剂
在浓度相同的条件下，电解质离子破坏胶体稳定性的能力随离子价的 增高而加大。（一价：二价：三价＝1：8：500） 1、铝盐和铁盐
在水处理工程中，最常用的混凝剂是铝盐（硫酸铝，明矾，聚合氯化 铝）和铁盐（硫酸亚铁，三氯化铁，聚合硫酸铁，聚合氯化铁）。
2、有机合成高分子絮凝剂 多为人工合成的线性高分子聚合物，分子呈链状。 如：聚丙烯酰胺PAM，常作为助凝剂发挥吸附架桥作用。 天然高分子絮凝剂：淀粉类、纤维素衍生物类、微生物多糖类等。
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。
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；
根据泥渣与水的接触方式，可分为两大类： • 泥渣循环分离型：机械加速澄清池，水力循环澄清池； • 悬浮泥渣过滤型：普通悬浮澄清池，脉冲澄清池；
（一）机械加速澄清池
五个主要组成部分： 一次混合反应区；二次混合反应区；导流筒；分离室；泥渣浓缩区
配水槽
优点：效率较高，运行比较稳定，对原水水质和水量的变化适应性较强，操作较方便。
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。
气浮法优点：
处理效率高，一般只需10～20min即可完成固液分离， 且占地较少； 生成的污泥比较干燥，表面刮泥较为方便； 处理废水时向水中曝气，增加了水中的DO，有利于后续 生化处理。