2水的物理化学处理

例2-1 某城市污水最大流量为1m3/s，试设计一曝气沉砂池。
解： 取污水在沉砂池内的停留时间t=3min
V Qmaxt 1 3 60 180m3
池子总有效容积V
取最大流量时的水平流速v=0.1m/s 水流断面积A
Qmax 1 A 10 m 2 v 0.1
设计有效水深h2=2.5m 池总宽度B
类型：平流式、竖流式、曝气式。
h Q A uA t
Q——澄清流量，m3/s； h——颗粒在t时间内所沉降的距离，m； A——与沉降方向垂直的矩形容器截面积， m 2； u——颗粒沉降速度，m/s。
g u ( s )d 2 18
d——颗粒直径，m； ρs——颗粒密度，kg/m3； ρ——液体密度，kg/m3 μ——水的动力黏度，Pa.s； g——重力加速度，m/s2。
Qq
1q 1 Q n
ρ——计算断面上水中污染物浓度，mg/L； ρ1——废水中污染物浓度，mg/L； ρ2——原来河水中污染物浓度，mg/L。
2. 废水排入河流后，稀释比n越大，就需要通过更长 的距离才能在整个河流断面上达到完全均匀的混合。 √
3. 水环境容量应既能满足特定功能条件下水体的水质 目标，也应反映出水体对污染物的自净能力。 √ 4. 相对于耗氧有机物，难降解有机物的水环境容量更 大。 ×
压力式水力旋流器 水旋分离设备 重力式水力旋流器 类型 器旋分离设备 （离心机） 低速离心机α<1500 中速离心机α=1500～3000 高速离心机α>3000
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除
表2-1 不同直径颗粒的沉降速度（10℃）
颗粒直径/mm 颗粒种类 1.0 石英砂 502 0.5 258 0.2 82 0.1 24 0.05 6.1 0.01 0.3 0.005 0.06
5. 池总高度H(m) 6. 验算最小流速vmin(m/s)
H h1 h2 h3
Qmin vmin n1wmin
X1——城市污水沉砂量，m3/106m3(污水)； 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； Kz——流量总变化系数，Qmax/Qave； h1——沉砂池超高，m，一般不小于0.3m； h3——贮砂斗高度，m； Qmin——最小流量，m3/s ，一般采用0.75Qave； n1——最小流量时工作的沉砂池数目（格数）； wmin——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。
（二）竖流式沉砂池
（三）曝气沉砂池
设计参数：
1. 水平流速一般取0.06～0.12m/s； 2. 污水在池内的停留时间为2～5min；当雨天最大流量时为 1～3min。如作为预曝气，停留时间为15～20min； 3. 池内有效水深为2～3m，池宽与池深比为1～2，池的长宽 比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板； 4. 曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5～6.0mm，距池 底约0.6～0.9m，并应有调节阀门； 5. 曝气量可采用0.1～0.2m3/m3污水，或0.5～1.0m3/(h.m3池 容积)。
按形状
曲面格栅(curve bar screen)：呈弧状
粗(coarse)格栅（50-100mm） 按栅条 的间隙 中(medium)格栅（10-40mm） 细(fine)格栅（3-10mm）
按筛余物 清理方式
人工清理(manually cleaned screen)
机械清理(mechanically cleaned screen)
DO=DOf-Dt
468 DO f 31 .6 T
k2(T ) k2( 20) 1.016T 20
k1(T ) k1( 20) 1.047T 20
6. 废水处理的原则有哪些？ （1） 改革工艺、减少废物排放量——清洁生产 （2）重复利用废水：重复用水、循环用水、中水回用 （3） 回收有用物质 （4） 对废水进行妥善处理
高级处理 深度处理
第二章 水的物理化 学处理方法
内容简介
水中粗大颗粒物质的去除
水中悬浮物质和胶体物质的去除
水中溶解物质的去除
水中有害微生物的去除 水中其他物理化学处理方法
第一节 水中粗大颗粒物质的去除
一、格栅、筛网和微滤机
作用：

去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设 施能正常运行并防止管道堵塞的一种预处理方法。
分类：

筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔 板。 由平行的棒和条构成的称为格栅； 由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网。
（一） 格栅
由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成
1. 位置：
格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。
2. 分类：
平面格栅（flat bar screen)：呈平面
5.如何应用氧垂曲线公式计算水体溶解氧？
k1L0 Dt (10k1t 10k2t ) D0 10k2t k2 k1 k1 Dc L0 10k1tc k2
1 k tc lg 2 k2 k1 k1 D0 k2 k1 1 k L 1 0
1-3 取某水样250mL置于空重为54.3426g的古氏坩埚中，经过滤、 105℃烘干、冷却后称其质量为54.3998g，再移至600℃炉内灼烧， 冷却后称其质量为54.3622g。试求此水样的悬浮固体和挥发性悬浮 固体量。
54.3998 54.3426106 解： 悬浮固体
250 250
（4）计算20℃时的BOD5(20)
BOD5( 20) BODu ( 20) (1 10
k1( 2 0)t
) 197.5 (1 100.175 ) 169.6mg / L
1. 如何计算河流计算断面上污染物的浓度？
1q 2Q Q q

1q 2Q
格栅
操作平台
滤水板
人工清捞格栅
履带式机械格栅
（二）筛网

筛网的孔的形状和大小与格栅不同，最常用的使用金属 丝编织成的方孔筛网。作用是除去粒度稍小的悬浮物。 振动筛网(vibration screen)
分类
水力筛网(hydraulic screen)
转鼓式筛网(drum screen) 转盘式筛网(disc screen)
化学法：化学反应（混凝、中和、电解、氧化还原、溶解物质 吸附、离子交换、汽提、萃取、电渗析等） 胶体物质 生物法：生物化学作用（活性污泥法、生物膜法、厌 氧消化等） 溶解或胶体态有机物 一级处理：大颗粒悬浮物 机械处理 生物处理 二级处理：溶解态＋胶体态有机物 生物化学处理 三级处理：营养物质＋难降解有机物＋溶解盐等
查表1-3 氢氧化物碱度=0，碳酸盐碱度=0 重碳酸盐碱度=T=5.20mmol/L 再求总硬度
14.60 0.050 1000 总硬度 7.30 mmol / L 100 7.30 5.6 40.88度 7.30100 730mg / L(CaCO3 )
再计算碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度 S=碳酸盐碱度+重碳酸盐碱度=0+5.20=5.20mmol/L S=5.20mmol/L <7.30mmol/L=总硬度 碳酸盐硬度=S=5.20mmol/L =5.20×100=520mg/L(以CaCO3计) =5.20×5.6=29.12度 非碳酸盐硬度=总硬度-S =7.30-5.20=2.10mmol/L =2.10×100=210mg/L(以CaCO3计) =2.10×5.6=11.76度
（2）计算25℃时的BODu(25) BOD6( 25) 206 217 .3mg / L BODu ( 25) 0.2146 k1( 25 )t 1 10 1 10 （3）计算20℃时的BODu(20) BODu ( 25) 217 .3 197 .5mg / L BODu ( 20 ) 0.02T 0.6 0.02 25 0.6
设计计算：
1. 沉砂池水流面积A(m2)
Qmax A v A B h2
L vt
2. 池总宽度B(m) 3. 池长L(m)
Qmax——最大设计流量，m3/s； v——最大设计流量时的流速，m/s； t——最大设计流量时的停留时间，s； h2——有效水深，m。
4.
尘砂斗所需容积V(m3)
Hale Waihona Puke Baidu
86400 Qmax X 1T V NX 2T 6 10 K z
1-15 一学生测某废水的生化需氧量，星期二将水样放入25℃的培 养箱内，到下星期一才作培养后测定，得BOD值为206mg/L。已 知此废水20℃的k1(20)=0.17d-1，试求它的BOD5(20)。 解：（1）确定此废水25℃时的k1(25)
k1( 25) k1( 20) 1.047T 20 0.171.0472520 0.214d 1
B A 10 4m h2 2.5
分两格，每格宽度b
b B 4 2m n 2
池长L
L V 180 18 m A 10
取每m3污水所需空气量a=0.1m3 每小时曝气量q
q aQmax 0.11 3600 360m3 / h
空气扩散装置设在池的一侧，距池底0.6m
228.8mg/L 150.4mg/L
54.3998 54.3622106 挥发性悬浮固体
1-9 有一水样取100mL用0.1000mol/L的HCl测其碱度，加入酚 酞指示剂后，水样无色。再加甲基橙作指示剂，消耗盐酸溶液 量5.20mL，另取此水样100mL用0.050mol/L的EDTA溶液测其 硬度，用去14.60mL。试求此水样的总硬度、碳酸盐硬度和非 碳酸盐硬度(结果以mmol/L、度和CaCO3的mg/L计)。 解：先求各种碱度 (0 5.20) 0.1000 1000 5.20 mmol / L T P=0 100
三、离心分离
概念：借助离心力分离水中的悬浮颗粒（乳化油）
工作原理：水中颗粒和水分子质量不同，导致其 所受离心力不同，质量较大的颗粒被甩到外围从 而与水分离。
Fc (m m0 ) v r
2
G (m m0 ) g
Fc rn 2 G 900
m，m0——颗粒与水的质量，kg； v——颗粒的圆周线速度，v=2πrn/60，m/s； r——旋转半径，m n——转速，r/min。
（一）平流式沉砂池
设计参数：
1. 污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为 0.15m/s； 2. 最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s， 一般为30～60s； 3. 有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25～1.0m， 池宽不小于0.6m； 4. 池底坡度一般为0.01～0.02。
单位：m/h
煤 典型污水 可沉固体
152
152
76
61
26
18
7.6
3
1.5
0.76
0.08
0.03
0.015
0.008
一、沉淀
利用水中悬浮物质与水的密度差进行分离。当悬浮 物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形 成沉淀物，通过收集沉淀物使水质得到净化。
（一）沉淀理论基础
1.自由沉降
当悬浮物浓度不高且无絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒 之间互不碰撞，呈离散状态，形状、尺寸、密度均不改变， 各自独立地完成沉淀过程，下沉速度不受干扰。
振动筛网
转鼓式筛网
（三）微滤机

鼓状的金属框架，上面覆盖有不锈钢丝（铜丝、化纤丝） 编织成的支撑网和工作网。作用是截留粒度更小的悬浮 物。
二、沉砂池
功能：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无 机颗粒和少量较大、较重的有机杂质，以免这些 杂质影响后续处理构筑物的正常运行。
工作原理：以重力沉降为基础，即将进入沉砂池 的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒 下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
（5） 经济性和技术先进性
7. 如何确定废水的处理程度？
i c E 100% i
E——废水处理的程度； ρi——未处理废水中污染指标的平均浓度； ρc——废水排入水体时的容许浓度。 地表水环境质量标准和污水综合排放标准
9. 废水处理的基本方法有哪些？
物理法：物理作用（沉淀、过滤、气浮、反渗透等） 悬浮物