《环境工程学》第二章 水的物理化学处理方法 (2)

（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。
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。
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
（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。
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。
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。
（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。
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）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……
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。
（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
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；