第二章 水处理反应器理论.

期望的反应器设计
完全混合 活塞流 局部完全混合的活塞流 活塞流 完全混合 完全混合及活塞流
快速混合器 完全混合 絮凝器 局部完全混合的活塞流 沉 淀 活塞流 砂滤池 活塞流 吸 附 活塞流 离子交换 活塞流
四、 主要单元处理方法
（一）水的物理化学处理方法
混凝、沉淀和澄清、浮选、过滤、膜分离、吸附、 离子交换、中和、氧化还原
3、恒流搅拌反应器（CSTR型）：
恒流搅拌反应器
物料不断进出，连续流动，反应器内各点的浓 度完全均匀，反应速度也是完全均匀的。
4、恒流搅拌反应器串联
将若干个恒流搅拌反应器串联 起来，或者在一个塔式或管式 反应器内分若干个级，级内充 分混合，级间不混合。
恒流搅拌反应器串联
二、 物料在反应器内的停留时间和停留时间分布
（二） 水的生物处理方法
好氧处理和厌氧处理
混凝：凝聚和絮凝，投加化学药剂，使悬浮固体 和胶体凝聚成易于沉淀的絮凝体。
沉淀和澄清：通过重力作用，使悬浮颗粒、絮凝 体分离。 浮选：利用固体或液滴与液体的密度差，实现分 离。
过滤：固液混合物通过多孔材料，截留固体使液 体通过。
膜分离：利用膜的孔径或半渗透的性质实现物质的分离。
累计进水量曲线：以累计水量为纵坐标，以时间为横坐标， 可按流量日变化曲线做出累计进水量曲线。
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 6 12 时间/h 18 24
调节池的最小容积：V=V-+V+ 式中：V- ，V+分别为最大负偏差和最大正偏差
累积水量/m 3
间歇式反应器
非稳态条件下操作，物料一次投加，反应结 束后同时释放出来，所有物料的反应时间相 同；反应器内成分均匀。
活塞流反应器
2、活塞流反应器（推流式PF型）：
流体以队列形式通过反应器，液体元素在流 动方向上无混合现象，反应器中每一流体元素 的停留时间都是相等的。反应时间、反应物浓 度、反应速率都是管长的函数。
E(t)
E(t)
τ
t
恒流搅拌反应器
恒流搅拌反应器串联
τ
t
理想恒流搅拌反应器停留时间分布函数： E（t） N个恒流搅拌反应器串联停留时间分布函数：
1

e

t

1 1 t N -1 E （t） （ ） e （N -1 ）！
t
各种典型反应器的比较 间歇式反应 器
操作特点 间歇 反应器的 反应物浓度、 特点 反应速度不随 位置而变 反应物浓度、 反应速度随时 间而变

ciq i c2 q 2 w
三、调节池形式
1．水泵强制循环 不需要安装特殊设备，简单易行，混合完全，但动力费 用高，运行费用高。（可以用提升泵作为回流泵） 2．空气搅拌 混合完全，有预曝气作用，但有害物质和有害气体随曝 气进入大气。（可利用曝气池的鼓风机引入空气管） 3．机械搅拌 混合较好，运行费用低，但易腐蚀需维护。（需增加搅 拌设备，水量多，需要设备数量也多。适合于小水量情况） 4.穿孔倒流槽水质调节（现已不用） 只能调节水质，不能调节水量。
2、 去除率 在水处理中，去除率即为每批反应处理的时间内 单位时间污染物的去除量。
去除率（R）= 每批去除的污染物量 每批处理所需停留时间+每批处理所需 停工时间
V ( 0 e ) Rr ts
第三节
污水的均化
工业企业的污水量一日内多变，24小时的流量 不同，污水处理流程要求水量水质不变，需均化 调节。
活塞流反应 恒流搅拌反 器 应器
连续 连续 反应物浓度、 反应物浓度、 反应速度是位 反映速度是确 置的函数 定的数值不随 位置而变 反应物浓度、 反应物浓度、 反应速度不随 反应速度不随 时间而变 时间而变
恒流搅拌反 应器串联
连续 各级之间的浓 度和反应速度 可以不相同 每一级反应器 内的反应物浓 度和反应速度 不随时间位置 而变
二、容积计算
1．排放的水质水量具有周期性变化 t=n 时 （1）池容积 （2）出水浓度
w qi
i1
t
C
m
ciq i/w
i1
t
qi－均和周期逐时变化流量。 （1）池容积
c－对应q的污染
2．污水流量变化不是周期性，采用试算法。 （2）出水浓度
C
m
w q T
q－平均污水量 T－水量变化时间总和
第二章 反应器理论基础与污水 的均化
第一节 第二节 第三节 反应器理论基础 反应效率比较 污水的均化
第一节 反应器理论基础
一、 反应器分类
按反应器内物料的形态可以分为均相反应
器和多相反应器。
按反应器的操作情况分为间歇式反应器和
连续式反应器。连续反应器可分为活塞流反应
器和恒流搅拌反应器。
1、间歇式反应器（CMB）：
通常把反应器的容积V除以流量Q所得的值称为停留 时间，也称平均停留时间。
停留时间分布函数E（t）：测定出口物料里示踪物 的浓度随时间的变化。
各种反应器停留时间分布函数
E(t) E(t)
τ
t
τ
t
间歇式反应器
活塞流反应器
间歇式反应器物料的停留时间是完全一样的。 活塞流反应器物料在反应器内的停留时间是管 长的函数，物料的停留时间完全一样。
吸附：在水处理中指固相材料浸没在液相或气相中，液相 或气相物质附着在固相表面的传质现象。 离子交换：固着在基团上的正负离子和基团所接触的液体 中的同符号离子的过程。 中和：调节pH值。 氧化还原：改变金属或化合物的状态，使溶解或无毒。
水的生物处理方法：
好氧处理：
厌氧处理：又称为消化
第二节 反应效率比较

水质均和－水量负荷不变，水质变化，以水质变 化为曲线，求体积，需要搅拌设施。

水量调节－水质负荷不变，水量变化，以水量变 化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。
水质水量均和调节－水质水量都变化，需综合考 虑。

一、 污水的均量
流量日变化曲线：把一日之内逐时的瞬时流量与时间的变 化规律绘成曲线，即流量日变化曲线。
一、 去除百分数与去除率 1、 转化率（去除百分数） 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子 数与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体 积没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来 计算，即
式中
xA
(cA0 c A )V cA0V

c A0 c A c A0
Baidu NhomakorabeaxA
—转化率； V —反应前后的总体积； cA0 —t=0时A的浓度； c A —t=t时A的浓度。
反应物的停留 时间完全一样
停留时间是位 停留时间由 停留时间相对 置的函数 0→∞都有可能 的比较集中在 平均停留时间 附近
三、 水处理中常见的反应器 水处理中常见的反应器的常见反应器见下表。 表1
反应器
水处理中的常见反应器
反应器
软化 加氯 污泥反应器 生物滤池 化学澄清 活性污泥
期望的反应器设计