第9章分离设备
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电渗析基本排布方式原理图
西安建筑科技大学环境与市政工程学院
电 渗 析 （ ） ED
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
2、反渗透设备原理
任何溶液都具有相应的渗透压，但要有半透膜才能表现出 来。渗透压与溶液的性质、浓度和温度有关，而与膜无关。 反渗透不是自发进行的，只有当外部压力大于溶液的渗透 压时，反渗透才能进行。
第9章 分离设备
分离设备的用途及分类
用途
− 通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂 质与水分离开来。
分类
− 物理法分离设备 − 物理化学法分离设备
常用分离设备
− 气浮分离设备 − 筛滤设备（格栅、滤网） − 砂滤设备 − 膜分离设备
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9.1 气浮分离设备
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9.1.1 微孔布气气浮设备
工作原理：
利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微 细气泡，从而进行气浮。
按气泡粉碎方法可分为：
水泵吸水管吸气气浮设备； 射流气浮设备； 叶轮气浮设备； 扩散气浮设备。
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9.1.1 微孔布气气浮设备
分类 前清式 （前置式） 传动方式 牵引部件工况 液压 旋臂式 摆臂式 臂式 回转臂式 伸缩臂 三索式 钢丝绳 链式 二索式 干式 格栅形状 弧形 移 动 式 格栅安装形式 固定式 台车式 代表性格栅 液压传动伸缩臂式弧形格栅 摆臂式弧形格栅 旋臂式弧形格栅 移动式伸缩臂格栅 钢丝绳牵引移动式格栅 葫芦抓斗式格栅 三索式格栅 滑块式格栅 高链式格栅 爬式格栅 回转式多耙格栅 背耙式格栅 回转式固液分离机 阶梯式格栅
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9.5.2 膜分离设备分类
DD Dialysis) 渗 析 设 备 （ 电 渗 析 设 备 ED ( Electrodia lysis ) 反 渗 透 设 备 (Reverse Osmosis) RO ( Nanofiltra tion) NF 纳 滤 设 备 膜分离设备 ( Ultrafiltr ation) 超 滤 设 备 UF 微 滤 设 备 (Microfiltr ation) MF (Gas Permeation ) 气 体 分 离 设 备 渗 透 汽 化 设 备 (Pervaporat ion) Liquid Membrane ) 液 膜 分 离 设 备 （
9.5 膜分离设备
概述
膜分离设备分类 常用膜分离设备分离原理 膜分类 几种常用膜介绍 膜分离装臵
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9.5.1 概 述
1、膜的概念
膜是一种物料薄层，具有半透性（对透过的物质有选择 性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。
区别于生物膜，生物膜或称固定膜（fixed film)；这里说 的膜（membrane)。
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（5）伸缩耙式弧形格栅
耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机 构将齿耙插入栅片自下而上耙污。
1 3 2 4
6
5
液压传动伸缩粑式弧形格栅
1—电动液压驱动机构；2—粑臂；3—除污器；4—齿粑；5—格栅架；6—齿粑移动路径
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− 水泵吸气量限制，对泵有影响； − 气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。
应用：一般主要用于去除石油废水。
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9.1.1 微孔布气气浮设备
射流气浮设备
射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐） （简单）
扩散气浮设备
扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩 散板或微孔板组成。
水工艺常用分离设备主要是：电渗析设备、反渗 析设备和超滤设备。
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
1、电渗析设备原理
利用阴、阳离子交换膜 对溶液中阴、阳离子的 选择性，在直流电场的 作用下，使溶液中的阴、 阳离子在隔室内发生离 子迁移，分别通过阴、 阳离子交换膜从而达到 除盐或浓缩的目的。
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溶气释放器外型
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9.1.2 加压溶气气浮设备
平流气浮池
竖流气浮池
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9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备的特点
空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集 度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果 好、设备比较简单、便于维护管理。
9.2.2 滤网
转鼓式旋转滤网
构造：转鼓池、转鼓滤网、传动装置、挤压装置
和除渣装置。
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工作过程： − 需处理水进入转鼓池后，转鼓绕水平轴旋转，水由转鼓外 进入，水中细小的杂物被截留在鼓外，并随转鼓转出，经 滤渣挤压轮挤压脱水，最后用刮刀刮下。
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组成
主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固—液或液— 液分离装置。
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9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备工艺图
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溶气罐
溶气罐是一个耐压密 封钢罐，空气与水在罐 内混合、溶解。 为了提高溶气量和速 度，增大容积利用系率， 罐内常设若干隔板或填 料。 影响溶气罐效率的主 要因素是：填料特性、 填料层高度、罐内液位 高度、布水方式和温度 等。
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XG型旋转式格栅除污机
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（3）旋臂式弧形格栅
旋臂绕固定的传动轴旋转，带动耙齿作圆周运动，旋臂每 旋转一周耙污2次。
5
4 1 2 3 6 7
8
图8.14 旋臂式格栅结构示意图
1—带电机减速机；2—联轴器； 3—传动轴；4—旋臂；5—粑齿 6—轴承座；7—除污器；8—弧形格栅条
1 3 8
出水
2
进水
排泥
7 6 5 4
9
图8.10
电解气浮装置
1—水位调节器；2—出水管；3—分离室；4—集水孔；5—入流室 6—整流栅；7—电极组；8—出流孔；9—排泥管；10—刮渣机
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9.2 筛滤设备
筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。 一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后 续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作 用。 分类：格栅和滤网。 格栅：去除大的漂浮物和悬浮物， 滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等细小 的悬浮物。 实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格 栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。
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平面格栅
悬挂式 固定式
后清式 （后置式） 自清式（栅片 移动式）
湿式 曲柄式 阶梯形
（1）链条回转式格栅
特点：设备结构简 单，制造方便，传 动部件均在水面以 上，维护方便，占 地面积小，传动链 条和链轮均设计在 液面以上，可防止 水中垃圾的侵入和 卡阻，该机型适用 于深池。
加压溶气气浮设备的应用
对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著 ，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给 水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含 油废水处理。
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9.1.4 电解气浮设备
电解气浮设备：是用不溶性电极直接电解液体，靠电解 产生的微小气泡将已絮凝的悬浮颗粒载浮至水面，达到 分离目的。 10
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（4）摆臂式弧形格栅
摆臂式：通过四连杆机构，使摆臂下端的齿耙运行呈曲线轨迹，齿 耙上行除污，当齿耙到达弧栅顶部时，带缓冲装臵的刮渣板把污物 推卸至盛污器内，与此同时摆臂将耙齿退出栅片，随即下行复位。
6 2 4 5 7
3
1
8
水Байду номын сангаас方向
摆臂式格栅结构示意图
1—弧形格栅条；2—刮渣板架； 3—曲柄；4—双出轴减速箱；5—摇杆 6—摇臂及齿粑；7—带电机的减速机；8—齿粑缓冲器
6 2
1
5 4 3
图8.12 链条回转式机械格栅
1—驱动机构；2—主传动链轮轴；3—从动链轮轴；4—齿粑；5—机架；6—卸料溜板
由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、 过力矩保护装置和机架等组成。
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（1）链条回转式格栅
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9.1.1 微孔布气气浮设备
叶轮气浮设备
原理 结构
− 叶轮气浮设备主要由气浮池（罐） 、叶轮、盖板、进气管、进水槽和 出水槽构成。
7 11 2 3 6 8 4
进水 进水 出水 空气
6
出水
3 5
泡沫
9 10
11
1
2
图8.2 叶轮气浮示意图
1—叶轮；2—固定盖板；3—转轴；4—轴套；5—轴承：6—进气管 7—进水槽；8—出水槽；9—泡沫槽；10—刮沫板；11—整流板
工作原理
气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形 成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗 粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而 实现固液分离。
适用条件
水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度 近于1 的微小悬浮颗粒。
分类
微孔布气气浮设备 压力溶气气浮设备（应用最广泛） 电解气浮设备
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9.1.2 加压溶气气浮设备
工作原理
在一定压力（300~400kPa）下，将空气溶于欲处理水 中并达到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解 在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为20~100μm ）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态 的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生 上浮作用。
渗透
渗透平衡
反渗透
反渗透分离原理
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
3、超滤、微滤和纳滤设备
主要利用膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在压力作用下， 小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔 径的大分子溶质则被截留。
水泵吸水管吸气气浮设备
原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸 气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时 ，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶 轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水混合体，进入气 浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗 粒上浮，实现固液分离。 优点：结构简单。 缺点：
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压力推动膜工艺的分类比较
20.0 10.0 反渗透 纳滤 1.0
>2.8，<0.006 2.0左右，0.0009~0.009
超滤
压差/Mpa
0.1
0.3~1.0，0.007~0.2
微滤
0.1~0.3，0.09~20 <0.1，15~100
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人工清理格栅 机械格栅
固定平面式 旋转式，水处理工艺中比较常用。
9.2.1 格栅
1、人工清理格栅
操作平台 格栅
45° 60°
剖面
栅条 滤水板
平面
图8.11
人工清理格栅
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9.2.1 格栅
2、机械格栅
机械格栅一般由拦截污染物的格栅、清除格栅所拦截污染 物的齿耙、带动齿耙运动的牵引部件及传动装臵等组成。 形式和分类
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（2）自清式格栅
动力装臵、机架、犁形耙齿、 清洗机构及电控箱等组成。
3 1 2
传动装臵：悬挂式 涡轮减速机。
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7
耙齿：采用工程塑料（ABS、 尼龙）或不锈钢。
图8.13 自清式格栅运行示意图
1—飘浮物；2—犁形粑齿； 3—栅渣；4—压力喷淋管；5—链轮；6—橡胶刷；7—污物盛器
2、膜分离设备
膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水 中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现混合物的 组分分离。
条件：膜；组分存在差别。
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9.5.1 概 述
膜分离过程
选择性透膜
膜上游
透膜
膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜 两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时， 使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通 常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
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电 渗 析 （ ） ED
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
2、反渗透设备原理
任何溶液都具有相应的渗透压，但要有半透膜才能表现出 来。渗透压与溶液的性质、浓度和温度有关，而与膜无关。 反渗透不是自发进行的，只有当外部压力大于溶液的渗透 压时，反渗透才能进行。
第9章 分离设备
分离设备的用途及分类
用途
− 通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂 质与水分离开来。
分类
− 物理法分离设备 − 物理化学法分离设备
常用分离设备
− 气浮分离设备 − 筛滤设备（格栅、滤网） − 砂滤设备 − 膜分离设备
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9.1 气浮分离设备
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9.1.1 微孔布气气浮设备
工作原理：
利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微 细气泡，从而进行气浮。
按气泡粉碎方法可分为：
水泵吸水管吸气气浮设备； 射流气浮设备； 叶轮气浮设备； 扩散气浮设备。
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9.1.1 微孔布气气浮设备
分类 前清式 （前置式） 传动方式 牵引部件工况 液压 旋臂式 摆臂式 臂式 回转臂式 伸缩臂 三索式 钢丝绳 链式 二索式 干式 格栅形状 弧形 移 动 式 格栅安装形式 固定式 台车式 代表性格栅 液压传动伸缩臂式弧形格栅 摆臂式弧形格栅 旋臂式弧形格栅 移动式伸缩臂格栅 钢丝绳牵引移动式格栅 葫芦抓斗式格栅 三索式格栅 滑块式格栅 高链式格栅 爬式格栅 回转式多耙格栅 背耙式格栅 回转式固液分离机 阶梯式格栅
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9.5.2 膜分离设备分类
DD Dialysis) 渗 析 设 备 （ 电 渗 析 设 备 ED ( Electrodia lysis ) 反 渗 透 设 备 (Reverse Osmosis) RO ( Nanofiltra tion) NF 纳 滤 设 备 膜分离设备 ( Ultrafiltr ation) 超 滤 设 备 UF 微 滤 设 备 (Microfiltr ation) MF (Gas Permeation ) 气 体 分 离 设 备 渗 透 汽 化 设 备 (Pervaporat ion) Liquid Membrane ) 液 膜 分 离 设 备 （
9.5 膜分离设备
概述
膜分离设备分类 常用膜分离设备分离原理 膜分类 几种常用膜介绍 膜分离装臵
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9.5.1 概 述
1、膜的概念
膜是一种物料薄层，具有半透性（对透过的物质有选择 性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。
区别于生物膜，生物膜或称固定膜（fixed film)；这里说 的膜（membrane)。
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（5）伸缩耙式弧形格栅
耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机 构将齿耙插入栅片自下而上耙污。
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液压传动伸缩粑式弧形格栅
1—电动液压驱动机构；2—粑臂；3—除污器；4—齿粑；5—格栅架；6—齿粑移动路径
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− 水泵吸气量限制，对泵有影响； − 气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。
应用：一般主要用于去除石油废水。
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9.1.1 微孔布气气浮设备
射流气浮设备
射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐） （简单）
扩散气浮设备
扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩 散板或微孔板组成。
水工艺常用分离设备主要是：电渗析设备、反渗 析设备和超滤设备。
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
1、电渗析设备原理
利用阴、阳离子交换膜 对溶液中阴、阳离子的 选择性，在直流电场的 作用下，使溶液中的阴、 阳离子在隔室内发生离 子迁移，分别通过阴、 阳离子交换膜从而达到 除盐或浓缩的目的。
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溶气释放器外型
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9.1.2 加压溶气气浮设备
平流气浮池
竖流气浮池
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9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备的特点
空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集 度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果 好、设备比较简单、便于维护管理。
9.2.2 滤网
转鼓式旋转滤网
构造：转鼓池、转鼓滤网、传动装置、挤压装置
和除渣装置。
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工作过程： − 需处理水进入转鼓池后，转鼓绕水平轴旋转，水由转鼓外 进入，水中细小的杂物被截留在鼓外，并随转鼓转出，经 滤渣挤压轮挤压脱水，最后用刮刀刮下。
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组成
主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固—液或液— 液分离装置。
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9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备工艺图
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溶气罐
溶气罐是一个耐压密 封钢罐，空气与水在罐 内混合、溶解。 为了提高溶气量和速 度，增大容积利用系率， 罐内常设若干隔板或填 料。 影响溶气罐效率的主 要因素是：填料特性、 填料层高度、罐内液位 高度、布水方式和温度 等。
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XG型旋转式格栅除污机
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（3）旋臂式弧形格栅
旋臂绕固定的传动轴旋转，带动耙齿作圆周运动，旋臂每 旋转一周耙污2次。
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图8.14 旋臂式格栅结构示意图
1—带电机减速机；2—联轴器； 3—传动轴；4—旋臂；5—粑齿 6—轴承座；7—除污器；8—弧形格栅条
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出水
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排泥
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图8.10
电解气浮装置
1—水位调节器；2—出水管；3—分离室；4—集水孔；5—入流室 6—整流栅；7—电极组；8—出流孔；9—排泥管；10—刮渣机
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9.2 筛滤设备
筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。 一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后 续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作 用。 分类：格栅和滤网。 格栅：去除大的漂浮物和悬浮物， 滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等细小 的悬浮物。 实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格 栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。
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平面格栅
悬挂式 固定式
后清式 （后置式） 自清式（栅片 移动式）
湿式 曲柄式 阶梯形
（1）链条回转式格栅
特点：设备结构简 单，制造方便，传 动部件均在水面以 上，维护方便，占 地面积小，传动链 条和链轮均设计在 液面以上，可防止 水中垃圾的侵入和 卡阻，该机型适用 于深池。
加压溶气气浮设备的应用
对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著 ，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给 水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含 油废水处理。
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9.1.4 电解气浮设备
电解气浮设备：是用不溶性电极直接电解液体，靠电解 产生的微小气泡将已絮凝的悬浮颗粒载浮至水面，达到 分离目的。 10
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（4）摆臂式弧形格栅
摆臂式：通过四连杆机构，使摆臂下端的齿耙运行呈曲线轨迹，齿 耙上行除污，当齿耙到达弧栅顶部时，带缓冲装臵的刮渣板把污物 推卸至盛污器内，与此同时摆臂将耙齿退出栅片，随即下行复位。
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水Байду номын сангаас方向
摆臂式格栅结构示意图
1—弧形格栅条；2—刮渣板架； 3—曲柄；4—双出轴减速箱；5—摇杆 6—摇臂及齿粑；7—带电机的减速机；8—齿粑缓冲器
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图8.12 链条回转式机械格栅
1—驱动机构；2—主传动链轮轴；3—从动链轮轴；4—齿粑；5—机架；6—卸料溜板
由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、 过力矩保护装置和机架等组成。
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（1）链条回转式格栅
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9.1.1 微孔布气气浮设备
叶轮气浮设备
原理 结构
− 叶轮气浮设备主要由气浮池（罐） 、叶轮、盖板、进气管、进水槽和 出水槽构成。
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进水 进水 出水 空气
6
出水
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泡沫
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图8.2 叶轮气浮示意图
1—叶轮；2—固定盖板；3—转轴；4—轴套；5—轴承：6—进气管 7—进水槽；8—出水槽；9—泡沫槽；10—刮沫板；11—整流板
工作原理
气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形 成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗 粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而 实现固液分离。
适用条件
水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度 近于1 的微小悬浮颗粒。
分类
微孔布气气浮设备 压力溶气气浮设备（应用最广泛） 电解气浮设备
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9.1.2 加压溶气气浮设备
工作原理
在一定压力（300~400kPa）下，将空气溶于欲处理水 中并达到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解 在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为20~100μm ）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态 的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生 上浮作用。
渗透
渗透平衡
反渗透
反渗透分离原理
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9.5.3 常用膜分离设备分离原理
3、超滤、微滤和纳滤设备
主要利用膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在压力作用下， 小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔 径的大分子溶质则被截留。
水泵吸水管吸气气浮设备
原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸 气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时 ，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶 轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水混合体，进入气 浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗 粒上浮，实现固液分离。 优点：结构简单。 缺点：
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压力推动膜工艺的分类比较
20.0 10.0 反渗透 纳滤 1.0
>2.8，<0.006 2.0左右，0.0009~0.009
超滤
压差/Mpa
0.1
0.3~1.0，0.007~0.2
微滤
0.1~0.3，0.09~20 <0.1，15~100
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人工清理格栅 机械格栅
固定平面式 旋转式，水处理工艺中比较常用。
9.2.1 格栅
1、人工清理格栅
操作平台 格栅
45° 60°
剖面
栅条 滤水板
平面
图8.11
人工清理格栅
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9.2.1 格栅
2、机械格栅
机械格栅一般由拦截污染物的格栅、清除格栅所拦截污染 物的齿耙、带动齿耙运动的牵引部件及传动装臵等组成。 形式和分类
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（2）自清式格栅
动力装臵、机架、犁形耙齿、 清洗机构及电控箱等组成。
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传动装臵：悬挂式 涡轮减速机。
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耙齿：采用工程塑料（ABS、 尼龙）或不锈钢。
图8.13 自清式格栅运行示意图
1—飘浮物；2—犁形粑齿； 3—栅渣；4—压力喷淋管；5—链轮；6—橡胶刷；7—污物盛器
2、膜分离设备
膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水 中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现混合物的 组分分离。
条件：膜；组分存在差别。
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9.5.1 概 述
膜分离过程
选择性透膜
膜上游
透膜
膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜 两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时， 使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通 常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。