环境工程学课件：第二章水的物化处理方法
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《环境工程学》第二章 水的物理化学处理方法 (2)
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。
（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。
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。
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。
滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，水流越平稳；均利于 沉降；
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。
（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。
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。
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。
滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，水流越平稳；均利于 沉降；
第2章水处理方法概论PPT课件
2.3.2 典型的污水处理流程 （1） 典型污水处理工艺流程； （2） 典型的焦化废水处理工艺流程； （3） 典型的洗浴废水处理工艺流程；
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水处理工艺流程概论
．1 处理基本方法： 按原理可分为:
物理方法： 主要去除SS;方法;筛滤，反渗透,沉淀,气浮等 化学处理：方法:混凝,中和,吸附,离子交换等；主要去除:各种形态 的污染物 生物化学：主要通过微生物，分解溶解、或胶体状态的有机物。 生物作用： 有氧环境（好氧环境）的活性污泥法和生物膜氧化法 无氧环境（又称为厌氧）：主要用来处理污泥和工业废水 按处理程度来分类 一级处理（primary treatment）：去除 SS 为90% 以上 ，而BOD的去除率最大值为30%
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2.1.2 水的生物处理
水的生物处理是利用微生物具有氧化分解有机物的这 一功能，采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁 殖的环境，使其大量增殖以提高氧化分解有机物效率的一种 污水处理方法。
生物处理一般分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好 氧生物处理是指在有氧条件下进行生物处理，污染物最终被 氧化分解为C02和。厌氧生物处理 则在无氧的环境下，污染物最终被分解为CH4、CO2、H2S、 N2、H2和H2O以及有机酸和醇等。生物处理法因具有高效、 经济等优点$在城市污水和工业废水处理中得到广泛的应用。
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2.3 典型的水处理工艺流程 2.3.1 典型的给水处理工艺流程 （1） 地表水常规处理工艺系统 （2） 典型的地表水处理流程； （3） 典型除污染给水处理流程； （4） 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统； （5） 臭氧－活性炭水处理工艺系统； （6） 高锰酸钾除污染工艺系统。
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物理化学处理PPT课件
③孔口直径约为9~12 mm，设于支管两侧，与垂线呈 45O角向下交错排列。
④干管横截面与支管总横截面之比应大于1.75~2.0。当 干管直径于300mm时，干管顶部也应开孔布水，并 在孔口上方设置挡板。
⑤孔口总面积与滤池面积之比称为开孔比，其值可按下
式计算：
f 100% Q / v 1 100% q 100%
生水头损失的主要部分。
d80——通过滤料重量80％的筛孔孔径(mm) 反映粗颗粒尺寸 不均匀系数K80——表示粗细颗粒差别的大小或不均匀程度。 （通常要求K80 ＜2.0）
砂粒级配对滤池的运行的影响 ：
砂样颗粒大小K80越大，则大小颗粒差别越大， 颗粒越不均匀。这对过滤和反冲洗都会产生不利 影响，因为K80较大时，大小颗粒掺杂的结果，过 滤时会降低滤料层的孔隙率，影响滤层的含污能 力以及增加过滤时的阻力，反冲洗满足细颗粒膨 胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗；若为满足粗 颗粒膨胀要求，则细颗粒可能被冲出池外。
F
Q / q 1000
1000v
大阻力配水系统构造尺寸计算的依据
f
o
2
f
na
2
0.29
式中：ω0 —干管截面积，m2 ωa —支管截面积，m2 f—配水系统孔口总面积，m2
上式说明：①大阻力配水系统配水的均匀性只与干管 截面积、支管截面积、支管个数、孔口总面积等有关， 而与其它因素无关。②当将对冲洗效果产生影响。
滤料组成 不均匀系数
K80 <2.0 <2.0
<2.0
<1.7
<1.5
<1.7
厚度 （mm）
700 300~400
400 450 230 70
第二章 水的物理化学处理方法(一).ppt
出水 池
微滤机是个鼓状的金属框架，微 滤机的处理能力与滤网孔径及悬浮物 的性质和浓度有关。
例如用孔径为35m的滤网处理含 藻湖水时，产水率可达30～127m3／ m2.h ， 除 藻 率 在 60 ％ 以 上 ； 用 孔 径 65m 的 滤 网 处 理 造 纸 白 水 时 ， 纸 浆 回收率达80 ～ 90％。
格栅安装角度：一般45～75°，对人工清渣， 为省力一般角度≦60 °；对机械清渣，角度 一般60～75 °，特殊时为90 °；对回转式一 般60～90 °。
如果只安装一套格栅时，应设置溢流旁通道。 旁通道进口处设有间距为75一l00m的垂直栅 条。
1.2 筛网
当需要去除水中纤维、纸浆和藻类等稍 小的杂物时，可选用不同孔径的筛网。
三、离心分离
3.2 重力式水力旋流器
也称水力旋流沉淀池，废水由切线方向进 入池内，造成旋流。与压力式旋流器相比， 这种水力旋流沉淀池直径要大得多，离心力 的作用减弱，颗粒的分离主要是由重力决定 的。在这两种力的作用下，颗粒被抛向池壁 并沉于池底，定期由抓斗排渣。
主要应用于废水的澄清和浓缩处理，以及 高浊度河水的预处理，以代替庞大的预沉池。
筛滤 截留 沉降 离心
去除方法
相应设备 格栅 筛网 微滤机 离心机 旋流分离器
一、格栅、筛网、微滤机
一、格栅、筛网、微滤机
一、格栅、筛网、微滤机
1. 格栅
1.1格栅的结构 格栅是一组平行的金属栅条、带钩的塑料
栅条或金属筛网组成。栅条间形成缝隙。
格栅的隙缝（截流效率取决于缝隙宽度）
进水泵站前50 mm
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
一般来说，20-100um以上的颗粒可以直接用沉降法去 除，但此法不适宜用于较小的颗粒，特别是较小的胶体微 粒（10-9m—10-6m），需要采取其他方法才可除去，如沉 淀、混凝、过滤、气浮和膜技术等。
第二章水的物化处理方法
第二章水的物化处理方法第一节水中粗大颗粒污染物质的去除水处理的目的是利用物理的、化学的和生物学的一种或多种方法的联合，来去除水中的杂质。
将水中的杂质按其颗粒的大小可分为：悬浮物质和胶体物质，以及溶解性物质。
图1-19 按颗粒尺寸进行物质分类在水处理过程中不同的杂质有不同的主要的处理方法，如水中溶解性的金属离子常采用离子交换、电渗析等，溶解性的有机物质常采用生化方法，而悬浮和胶体物质则选用混凝或沉淀等物化方法。
正因为此，我们要将其中一类较为特殊的杂质——粗大颗粒物质从悬浮物质中分离出来。
粗大颗粒物质：包括砂砾、小卵石、砾石、树枝、茶叶、碎布、垃圾等，粒径大小在0.1或1mm以上，它们通过挟带进入水流。
（思考：有哪些处理方法？）主要是物理处理法，如筛滤截留、重力沉降和离心分离等。
相应的处理设备有格栅、筛网、微滤机、沉砂池、离心机和旋流分离器等。
下面将分别介绍各种分离设备的工作原理，结构特点及优缺点等相关内容。
一、格栅、筛网、微滤机格栅和筛网是处理厂的第一个处理单元，通常设置在处理厂各种处理构筑物（泵站集水井、沉砂池、沉淀池、取水口进水端部）之前。
它们的主要作用是去除水中的粗大悬浮物、保证处理厂的机械设施（特别是泵）正常运行并防止管道阻塞。
1、格栅格栅用于去除可能堵塞水泵机组及管道闸门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
格栅由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，栅条间形成缝隙（缝隙宽度应参考后续处理设备的要求，水泵站前2～150mm；沉砂/沉淀池前15～30mm，缝隙宽度和水质决定截留效率）。
格栅常倾斜安装在进水的渠道或进水泵站集水井的进口处，倾角：50～60º水流速度：0.6~1.0m/s；液面落差：10～15cm（防止壅水）；溢流通道（与主道并联）；清除方法：人工、机械；后处理：填埋、堆肥、焚烧等。
2、筛网筛网主要用于去除水中纤维、纸浆、藻类等较小杂物，去除效果相当于初次沉淀池。
水的物理化学处理方法PPT
缩聚物
细 菌 藻 类 浮游动物
水中杂质分类
杂质 溶解物 （低分子、离子）
胶体
悬浮物
颗粒 尺寸
分辨 工具
水的 外观
0.1nm 1nm 10nm 100nm 1μ 10μ 100μ 1mm
电子 显微镜
超 显微镜
显微镜
肉眼
透明
浑浊
浑浊
污水处理常规工艺
去除杂质粒度由大到小
多种方 法选择
水质逐级改善
废水预处理
废水预处理: 属纯物理性质或机械性质的，其目的在于 去除那些在性质上或大小上不利于后续处 理工程的物质。
预处理方式： 物理处理（机械处理） 调节
物理处理法
污水物理处理是利用物理作用分离污水中呈悬浮状态 的污染物质。是污水处理的基本方法。 生活污水和工业废水含有大量的漂浮物与悬浮物质，来
源：水流夹带 物理处理对象就是这些漂浮物与悬浮物质,尺度：0.1-
• 下图为用于预处理的HUBER ROTAMAT 隔栅，废水从固定栅鼓内流出鼓外时，超 过缝宽的悬浮物被截留，刮刀将悬浮物刮 到渣槽，由螺旋推进器卸走，形成干渣运 走
• 回转式隔栅
回转格栅
2、隔栅的计算
隔栅本身水流阻力很小，主要是由截留 物堵塞栅条造成的。 隔栅水头损失达到10~15厘米时就该清捞。 隔栅后渠底应比栅前低10~15厘米。避免造 成回水 根据流速可计算隔栅总宽度。（废水过栅 流速取0.7米/秒）
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第2章 水的物理化学处理方法
4、理想沉淀池
简化的理想状态：
A B C
池内各过水断面 的水平流速相同
进水中的悬浮颗 粒沿水深呈均匀 分布，其水平分 速与水流相同， 并以等速下沉
悬浮颗粒落到池 底即认为被除去
理想的沉淀池示意图
进水区
O
出水区
O' H h
u 沉淀区 x x' 污泥区
L
过流率q0的计算 如果沉淀池容积为V（m3），池表面积 为A（m2），进水流量为Q（m3/s） t0=H/u0 V=HA V=Qt0 u0=Q/A 令 q0=Q/A 过流率q0：也称之为表面负荷 ，可以看 作每天每1m2的沉淀池表面积上所流经 的水量（m3/m2· s)。
絮凝沉降实验
3、拥挤沉降和压缩沉降
当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间 隙相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此 干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗 粒下沉所置换的液体体积的上涌也会对周围 颗粒的下沉产生影响。因此，颗粒的实际沉 降速度应是自由沉降时的沉速减去液体的上 涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清而 下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最 终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，这种 沉降过程称之为压缩沉降（成层沉降）。
管式离心机 盘式离心机 板式离心机
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
（一）沉淀理论基础
颗粒参数
自由沉降 不变，离 散状态 尺寸质 量渐大 颗粒相对 位置不变
下沉速度
不受干扰
产生条件 初沉池初 期沉淀 初沉池后期沉淀 和二沉初期
沉降类型
絮凝沉降 拥挤沉降
渐大
界面沉速 二沉池后期
压缩沉降
颗粒挤压
采用机械排泥， 适用于地下水 运行较好，管 池内水流不易稳定；机 位较高的地区； 辐流式 理简单，排泥 械排泥设备复杂，对施 适用于大型污 设备已有定型 工质量要求较高。 水处理厂。 产品
水的物理化学处理方法
悬浮颗粒与气泡的黏附性
悬浮颗粒与气 泡的黏附性取 决于水对该种 物质的润湿性。
水对各种物质 润湿性的大小 可用它们与水 的接触角来衡 量。
水对颗粒物质的润湿性
当0时，这种 物质不能气浮； <90° ，这种物 质附着不牢，易 于分离；当 180 °时，这 种物质易被气浮。
对于亲水性颗粒
缺点：
•耗电、维修
第三节 水中溶解物质的去除
水的软化和除盐 离子交换法 吸附法 膜分离技术
一、水的软化和除盐
（一）软化的基本方法 加热软化：不能去除非碳酸盐硬度，很少使用 药剂软化：加入石灰，纯碱，石膏等药剂，使 Ca2+，Mg2+等离子沉淀。但是会有少量不能沉淀， 有残余硬度。 离子交换：用离子交换剂，将Ca2+，Mg2+等离子 交换出来，比较彻底。 （二）除盐的基本方法 有蒸馏法，离子交换法，电渗析等。
1)离子交换剂的分类及组成
离子交换剂分为无机和有机两大类。 无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。 沸石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。 有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。 离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高 分子聚合电解质，离子交换树脂的合成一般是先 制备母体，然后通过化学反应引入相应的离子交 换基团。 生成离子交换剂的树脂母体最常用苯乙烯聚合物
对于亲水性颗粒，若用气浮法进行分离，则 需要经过浮选剂处理，使颗粒表面转变为具有疏 水性而附着于气泡上。 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，从而能附着在气泡上，然 后一起浮升到水面而加以去除的又一种水处理方 法，称之为药剂浮选法。 浮选分离的对象是亲水性固体悬浮物及重金 属离子等。两者的理论基础是相同的，有时统称 为气浮法。
2蒋展鹏：环境工程学课件：第二章水的物化处理方法
≥0.1或1mm
筛滤截留
格栅 筛网 微滤机
重力沉降 沉砂池
离心分离
旋流分离器 离心机
第二章 水的物化处理方法
一、格栅、筛网和微滤机
1、格栅
主要用途：用于去除可能堵塞水泵机组及管道闸门的粗大悬 浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
结构特点：由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成，栅 条间形成缝隙。（缝隙宽度和水质决定截留效率）
四、过滤
1、 过滤机理
阻力截留 重力沉降
水中悬浮物的粒径 表层滤料的最小粒径 过滤速度
滤料直径 过滤速度
接触絮凝
滤料直径（比表面积） 荷电量
单层滤池 双层滤池 多层滤池
重力式滤池 压力滤池
慢滤池 快滤池
普通快滤池 虹吸滤池 无阀滤池
第二章 水的物化处理方法
2、普通快滤池
第二章 水的物化处理方法
（1） 过滤工艺过程（过滤、反洗）
出水
取样栓 排泥
投药
电动机 投药
澄清水 泥浆池
二次混合及反应区 转动 叶轮
竖管
孔口 原水
浓缩斗
一次混合及反应区
回流区
罩
排泥及放空
机械加速澄清池
第二章 水的物化处理方法
（2） 常见澄清池
悬 浮 澄 清 池
泥渣悬浮层
强制 出水槽
反应罩
进水 穿孔管
排泥 泄水 穿孔管 穿孔管
检修人孔
第二章 水的物化处理方法
u1 u0 v
u1
h
t (1.5 ~ 2.0)t0
L
第二章 水的物化处理方法
q0
Q A
H
2、普通沉淀池
（1）类型
《环境工程学》第二章 水的物理化学处理方法
如果只设置一套格栅，则应 设置溢流旁通道。
机械格栅
（二）筛网
去除水中纤维、纸浆、藻类等稍小的杂物； 转鼓式，旋转式，转盘式，振动筛等； 截留粒度＜10mm的细碎悬浮物，多用于工业废水预处理。
（三）微滤机
是一种截留细小悬浮物的筛网过滤装置。
占地面积小，过滤能力大，操作方便； 可用于自来水厂原水过滤，去除藻类、
表面负荷仅25～30 m3/(m2·h).
（三）离心机
常速（低速、中速）、高速离心 机；
转筒式、管式、盘式、板式离心 机等。
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
P88
一、沉淀 （一）沉淀的基本类型 （1）自由沉降
颗粒之间呈离散状态，互不聚合，单独进行沉降； 其形状、尺寸、质量等均不改变； 如：沉砂池及初次沉淀池的初期沉降。
设计最小沉速u0
u=1.74*10-2 m/min x0＝54％
（二）沉淀池
1、平流式沉淀池 最早、最常用的形式，适用于较大流量的水处理厂； 沉淀池底微有坡度，一般为0.01～0.02。 沉淀池进口的整流措施：采用挡板、穿孔墙、淹没孔，或组合式； 出口：常采用溢流式集水槽、淹没孔口、锯齿形三角堰口等。
斜板沉淀池/斜管沉淀池（蜂窝形或波纹形管）； 浅池沉降原理：沉淀池越浅，沉淀时间越短； 增加了沉淀池面积，缩短了沉淀时间，改善了水力条件， 因此可大幅度提高处理能力。
根据水流和泥流的相对方向，可分为： 异向流（逆向流）、同向流、侧向流（横向流）
斜板/斜管沉淀池缺点： 当泥量增加时，若排泥不畅，易产生泛泥现象，出水水质恶化； 水流停留时间短，耐冲击负荷的能力较差； 斜板/斜管施工要求高，易变形、积泥，需用高压水定期冲刷； 上部易滋生大量藻类，影响运行及水质。
【3】第二章 水的物理化学处理方法(3)PPT幻灯片
6）氧化剂
• 废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）时， 会使树脂氧化分解。强碱性阴树脂容易被氧化剂氧化， 使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。 氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化， 结果使交换能力下降。
4、离子交换装置
固定床
离子交换装置
单层床 双层床 混合床
③ 离子交换
离子交换剂将水中的Ca2+、Mg2+转换成Na+。
2、水的除盐
① 蒸馏
将液体加热气化，同时使产生的蒸气冷凝液化并收集的 联合操作过程叫做简单蒸馏或普通蒸馏，也简称蒸馏。
② 电渗析
在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中 阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种 物化过程。
连续床
移动床 流动床
交换
反洗
再生
清洗
离子交换的运行操作步骤
• 交换：利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分 离脱除需要去除的离子的操作过程
• 反洗：反冲洗的目的有二：一是松动树脂层，使再 生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；二 是把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。 为了达到这两个目的，树脂层在反冲洗时要膨胀 30%-40%。冲洗水可用自来水或废再生液。
• 离子交换剂分为无机和有机两大类。 • 无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。沸
石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。 • 有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。 • 离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分
子聚合电解质，离子交换树脂的合成一般是先制备 母体，然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。 • 生成离子交换剂的树脂母体最常用苯乙烯聚合物。
③ 离子交换
• 废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）时， 会使树脂氧化分解。强碱性阴树脂容易被氧化剂氧化， 使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。 氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化， 结果使交换能力下降。
4、离子交换装置
固定床
离子交换装置
单层床 双层床 混合床
③ 离子交换
离子交换剂将水中的Ca2+、Mg2+转换成Na+。
2、水的除盐
① 蒸馏
将液体加热气化，同时使产生的蒸气冷凝液化并收集的 联合操作过程叫做简单蒸馏或普通蒸馏，也简称蒸馏。
② 电渗析
在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中 阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种 物化过程。
连续床
移动床 流动床
交换
反洗
再生
清洗
离子交换的运行操作步骤
• 交换：利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分 离脱除需要去除的离子的操作过程
• 反洗：反冲洗的目的有二：一是松动树脂层，使再 生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；二 是把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。 为了达到这两个目的，树脂层在反冲洗时要膨胀 30%-40%。冲洗水可用自来水或废再生液。
• 离子交换剂分为无机和有机两大类。 • 无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。沸
石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。 • 有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。 • 离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分
子聚合电解质，离子交换树脂的合成一般是先制备 母体，然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。 • 生成离子交换剂的树脂母体最常用苯乙烯聚合物。
③ 离子交换
第二章 水的物理化学处理方法ppt课件
在层流状态下，CD=24/Re，
Re（雷诺数）= ρl ·u ·d/ μ 带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式 （亦称斯托克斯定律）：
u1SLgd2 18
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
u 1 SL gd2 18
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：
当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，
需单独设排泥管各自排泥， 及地质较差的地区；
力较强；
操作工作量大，采用机械
排泥，机件设备和驱动件 2. 适用于大、中、小
水面的颗粒不能沉到池底
，会随水流出，如左下图
中轨迹xy″所示；而当其
位于水面下的某一位置时
，它可以沉到池底而被去
除，如图中轨迹x′y所示
。
说明对于沉速u小于指定颗 粒沉速u0的颗粒，有一部
. 分会沉到池底被去除。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v/u0 L/H
vu0(L/H)
将上式带入式中 v q v/A ' q v/H b 并简化后得出
8.核算最小流速vmin
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m； S1，S2 ——贮砂斗上口和
下口的面积。
vmin qvmi/nn 1A min
式中:qvmin ——设计最小流量，
m3/s；
6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度i=
n1——最小流量时工作
的沉砂池数目;
6%，坡向砂斗，则
Amin ——最小流量时沉砂
式中：v——颗粒的水平分速；
vqv/A 'qv/H (b)
qv——进水流量； A′——沉淀区过水断面
Re（雷诺数）= ρl ·u ·d/ μ 带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式 （亦称斯托克斯定律）：
u1SLgd2 18
式中:μ——水的动力黏度。
斯托克斯定律:
u 1 SL gd2 18
由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：
当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉； 当ρs与ρL相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，
需单独设排泥管各自排泥， 及地质较差的地区；
力较强；
操作工作量大，采用机械
排泥，机件设备和驱动件 2. 适用于大、中、小
水面的颗粒不能沉到池底
，会随水流出，如左下图
中轨迹xy″所示；而当其
位于水面下的某一位置时
，它可以沉到池底而被去
除，如图中轨迹x′y所示
。
说明对于沉速u小于指定颗 粒沉速u0的颗粒，有一部
. 分会沉到池底被去除。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
v/u0 L/H
vu0(L/H)
将上式带入式中 v q v/A ' q v/H b 并简化后得出
8.核算最小流速vmin
式中:h’3 ——贮砂斗高度，m； S1，S2 ——贮砂斗上口和
下口的面积。
vmin qvmi/nn 1A min
式中:qvmin ——设计最小流量，
m3/s；
6.贮砂室的高度h3 设采用重力排砂，池底坡度i=
n1——最小流量时工作
的沉砂池数目;
6%，坡向砂斗，则
Amin ——最小流量时沉砂
式中：v——颗粒的水平分速；
vqv/A 'qv/H (b)
qv——进水流量； A′——沉淀区过水断面
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污泥斗容积 V
V NX 2T
池总高度 H
验算最小流速
H h1 h2 h3
vmin Qmin n1wmin
Qmax 最大设计流量（m3/s） v 最大设计流量时的流速 （0.15，0.3）m/s h2 有效水深 （0.25，1）且≤1.2m t 最大设计流量时的停留时间 （30，60）且≥30s X1 城市污水沉砂量（m3/106m3） X2 生活污水沉砂量（L/人•d） N 沉砂池服务人口数 T 清除沉砂的时间间隔（d） K2 流量总变化系数 h1 沉砂池超高（≥0.3m） h3 贮砂斗高度（m） Qminx 最小流量（m3/s） n1 最小流量时工作的池数 ω min 最小流量时水流断面积（m2）
平 流 式
竖 流 式 辐 流 式
（1）多为机械排泥， 运行较好，管理简单 （2）排泥设备已趋稳 定
（1）水流不易均匀，沉淀效果较 差 （2）机械排泥设备复杂，对施工 质量要求高
（1）适用于地下 水位较高地区 （2）适用于大中 型水处理厂
第二章 水的物化处理方法
3、斜板斜管沉淀池 （1）浅池沉降理论
水和药剂的混合 反应 絮凝体和水的分离
保持悬浮状态、浓度稳定且均匀分布的泥渣区
泥渣循环分离型
悬浮泥渣过滤型
机械加速澄清池
悬浮澄清池
第二章 水的物化处理方法
（2） 常见澄清池
找出书中所述“五个主要部分”？
电动机 投药 出水 二次混合及反应区 澄清水 转动 叶轮 竖管 原水 投药 孔口
泥浆池 取样栓 浓缩斗
水泵站 2~150mm
缝隙宽度
沉淀/砂池 15~30mm
格栅倾角：50~60°
液面落差：10~15 cm
后处理：填埋、堆肥、焚烧等
第二章 水的物化处理方法
水流速度：0.6~1.0 m/s 清除方式：人工、机械
格栅
链 条 式 格 栅 除 污 机
不锈钢机械自动格栅
带溢流旁通道的人工清理铁格栅 第二章 水的物化处理方法
第二章 水的物化处理方法
自由沉淀实验 有效水深 H 指定沉淀时间 t0 初始浓度C0
对应临界的颗粒沉速
颗粒沉速 颗粒百分数
H u0 t0
颗粒沉淀百分数
u ≥ u0
（1－x0 ）
（ 1－x0）
x0 1 与 小 udx 0 u全 0 于
u < u0
x0
1 E (1 x0 ) u0
x0
S3 G2
S2
G1
S1
混凝剂投量
S3 S4 胶粒浓度S G1－凝聚最佳投药量 G2－絮凝最佳投药量
S2
第二章 水的物化处理方法
第二章 水的物化处理方法
（2）有机合成高分子絮凝剂 （3）助凝剂
3、混合与反应设备
药剂的溶解与投加过程
3、混合与反应设备
混 合
第二章 水的物化处理方法
ห้องสมุดไป่ตู้、澄清池
（1） 澄清池
平流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
竖流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
竖流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
辐流式沉淀池
辐流式沉淀池 第二章 水的物化处理方法
进水
辐 流 式 沉 淀 池
出水
水力吸 泥装置
排泥
周 边 进 水 中 央 出 水
进水 出水
排泥
周 边 进 水 周 边 出 水
第二章 水的物化处理方法
u0
Q u0 (nlBcos LB)
第二章 水的物化处理方法
二、混凝
1、 混 凝 过 程 的 理 论 基 础
电位离子
① 胶 体 的 结 构
反离子 胶核 滑动面 胶团边界 胶粒
吸附层 扩散层
胶体结构与电位示意图
第二章 水的物化处理方法
第二章 水的物化处理方法
② 胶体的脱稳和水的混凝机理
压缩双电层 吸附电中和作用 吸附架桥作用 网捕作用
u0 Q A
A 增大
H 减小
Q不变
u0 减小
t 减小
H t u0
u0不变
缩小沉淀区深度对沉淀过程的影响
第二章 水的物化处理方法
（2） 构造
斜板斜管沉淀池
1、配水槽 5、集水槽 2、穿孔墙 6、集泥斗 3、斜板或斜管 7、穿孔排泥管
第二章 水的物化处理方法
4、淹没孔口 8、阻流板
（3）斜板沉淀池的计算
回流区 一次混合及反应区
排泥 罩
排泥及放空
机械加速澄清池
第二章 水的物化处理方法
（2） 常见澄清池
强制 出水槽
悬 浮 澄 清 池
泥渣悬浮层
反应罩
进水 穿孔管 排泥 穿孔管 检修人孔
泄水 穿孔管
第二章 水的物化处理方法
四、过滤
1、 过滤机理
阻力截留 重力沉降 接触絮凝
单层滤池 双层滤池 多层滤池
水中悬浮物的粒径 表层滤料的最小粒径 过滤速度 滤料直径 过滤速度 滤料直径（比表面积） 荷电量
3、微滤机
主要用途：截留细小悬浮物。 优点：占地少，过滤能力大，操作方便，应用广泛
微滤机
微滤机
第二章 水的物化处理方法
1、旋转转筒 2、池 3、水槽 4、孔管 5、滤网冲洗设 备 6、集渣斗 7、排渣管 8、出水管
二、沉砂池
1、沉砂池 —— 以重力分离为基础，从污水中去除砂子、
煤渣等比重较大的颗粒，以免影响后续处理设备的运行。 ①平流式沉砂池 ②竖流式沉砂池 ③曝气式沉砂池
2
—— Stokes（斯托克斯）公式
第二章 水的物化处理方法
①平流式沉砂池
截留效果好，工作稳定，构造简单且易于排砂，但占地面积大
1400
平流式沉砂池
第二章 水的物化处理方法
①平流式沉砂池
水流面积 A
池总宽 B 池 长 L
Q A max v
B
A h2
L vt
86400 Qmax X 1T V 106 K 2
≥0.1或1mm
旋流分离器 离 心 机
第二章 水的物化处理方法
一、格栅、筛网和微滤机
1、格栅
主要用途：用于去除可能堵塞水泵机组及管道闸门的粗大悬
浮物，并保证后续处理设施能正常运行。
结构特点：由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成，栅 条间形成缝隙。（缝隙宽度和水质决定截留效率）
安装：倾斜安装在进水的渠道或进水泵站集水井的进口处。
v2 C ( m m0 ) r
v 2 nr 60
重 力
F (m m0 ) g
C rn 2 F 900
v r n
颗粒的圆周线速度，m/s 旋转半径，m 转速，r/min
分离因素
2、类型
水旋分离设备 器旋分离设备
压力式水力旋流器 重力式水力旋流器
第二章 水的物化处理方法
吸附电中和
吸附架桥 网捕
2、混凝剂、助凝剂及其作用
（1）铝盐的水解过程
低聚合度高电荷 多核羟基配合物 高聚合度的 羟基配合物 氢氧化 物溶胶
氧化铝
各水解产物所占比例
脱稳凝聚 桥连絮凝 网捕絮凝
不同pH值相对应的三价铝水解产物
各阶段的脱稳机理？
第二章 水的物化处理方法
凝聚曲线
胶粒浓度S4
剩 余 浊 度
第一篇
水质净化与水污染控制工程
第一章 水质与水体自净
第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法 第四章 水处理工程与废水最终处置
第二章
水的物化处理方法
粗大颗粒物质
第一节 水中粗大颗粒物质的去除
按颗粒的大小 悬浮物质和胶体物质
溶解性物质 砂石、小卵石、砾石、树 枝、菜叶、碎布、垃圾等 筛滤截留 格 栅 筛 网 微滤机 重力沉降 沉砂池 离心分离
（以异向流斜板沉淀池为例）
l2 l l 1 u0 v
l1 L/n l2 b
Q v vBLsin
l1
L sec n
l2
L tan n
v
Q BL sin
l
v a θ
Q L tan vl Q u0 2 BL sin n L l1 l nlB cos LB sec l n
0
udx
1 E (1 x0 ) ui x u0
部指 颗定 粒速 的度 重的 量颗 比粒
颗粒沉速累积频率分配曲线
例2-2 某废水中的悬浮物质浓度不高，且均为离散颗粒，在 一有效水深H为1.8m的沉淀柱内作沉降试验，结果如下：
时间t(min) 取样浓度 C(mg/L)
0 300
60 189
80 180
100 168
130 156
200 111
240 78
420 27
试求此废水在一负荷为25m3/m2· d的沉淀设备内悬浮物质的 理论总沉降去除率。 C0=300mg/L，H=1.8m，u0=25m/d=0.0174m/min
C1 C2 C
3
1 E (1 x0 ) ui x u0
H Qt 0 Q u0 t0 At0 A
v
Q q0 A
1 1 q( ~ )u0 1.25 1.75
u1 u0 u1
v H
t (1.5 ~ 2.0)t0
第二章 水的物化处理方法
h
L
2、普通沉淀池
（1）类型
平流式沉淀池 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池
平流式沉淀池
平流式沉淀池
第二章 水的物化处理方法
C x C0
ui x 绘制x－u曲线，找出u0对应的x0，并计算 C xi i C0