环境工程学课件-第二章2节2

上次课内容•沉砂池分类：•颗粒在静水中的受力和运动情况：•在层流状态下，颗粒的沉降公式：•沉淀类型：•理想沉淀池的3个假设；•实际沉淀池与理想沉淀池的区别？2点：•沉淀池可分为：218)(dgus废水从池的一端进入，从另一端流处，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形。二、平流式沉淀池2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除(1)进口整流多采用穿孔槽外加挡板或穿孔墙。2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除1.配水花墙2.挡流板③出水区沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀池常见出水口布置形式。2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除溢流堰结构2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除集水支渠竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反。二、竖流式沉淀池2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除1.自由沉降效率低2.絮凝沉降效率高尤其是形成悬浮层结构竖流式沉淀池多为圆形，直径介于4-7m之间。沉淀池的上部为圆筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，中间为缓冲层。2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除静水压力排泥辐流式沉淀池是直径较大（20-30m）的圆池，最大直径可达100m。中心深度为2.5-5.0m，周边深度为1.5-3.0m。三、辐流式沉淀池2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除(1)结构中心进水2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除周边进水2.2.1.4普通沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除知识点回顾：1.可捕获颗粒的最大沉降速度u0；u≥u0和u＜u0。2.高度H降低，u0不变，沉淀时间t减小，或者t不变，u0减小，沉淀效率增大。知识点二：理想沉淀池：沉降效率η仅与u0有关，u0越小，沉淀池可捕获颗粒越多，效率越高。知识回顾：知识点一：自由沉降：时间t一定，有效水深H越低，最大颗粒沉降速度u0=H/t越小。2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除(1)浅池沉降理论深度为H、长度为L、宽度为W，水流速度为v0的平流式理想沉淀池，可捕获颗粒的最大沉降速度u0：0000Q=AHHWuvvvLLWAA过流断面平面积平面积u0又称沉淀池的表面负荷或过流率，单位为m3/m2.s。若设计水流速度v0保持不变，降低沉淀池高度H，同时缩短沉淀池长度L，沉淀池表面负荷u0不变。2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除结论：沉淀池越浅H/n，停留时间t减小.2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除降低沉淀池高度，可以提高颗粒物捕集效率，但是如何排泥？00Hn=Luvn00//,01HnLnnuHttnun沉淀池高度为时，长度为原来的沉淀区域有个。表面负荷不变分离区污泥区进水区出水区配水区清水区(2)斜流式沉淀池结构2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除斜管组件2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除(3)斜板沉淀池的类型2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除①进水方式：大多采用异向流。②斜板(管)上部清水区为0.7-1.0m，下部为配水区大于1.5m，布水区下部为污泥区。③出水方式：采用穿孔集水管集水。④排泥方式：采用多斗排泥。(4)设计2.2.1.5斜流式沉淀池2.2悬浮物质和胶体物质的去除技术进展（1）高性能机械除砂系统及设备（2）高效能新型初沉池设备的研究开发（3）高效能新型初沉池设备的示范应用及改进研究（4）高效能新型初沉池的运行性能与控制技术研究作业：1、怎样从理想沉淀池的理论分析得出斜板（管）沉淀池的设计原理？沉淀：划重点2.2悬浮物质和胶体物质的去除1.沉降理论基础自由沉降、絮凝沉降、拥挤沉降和压缩沉降2.理想沉淀池三个假设，颗粒的沉降方式3.曝气沉砂池工作方式(注意横向环流的生成和作用)4.辐流式沉淀池工作方式(注意过水断面A的变化)5.浅池沉降原理与理想沉淀池的理论的关系6.横向流斜板沉淀池的工作方式。2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除•当悬浮颗粒不能自发的沉淀时，我们需要将小颗粒转变为较大的絮体，再将其沉淀。混凝凝聚：胶体脱稳并聚集为微絮粒絮凝：微絮粒通过吸附和桥连成为更大的絮体2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除胶体的稳定性和胶体结构胶核选择性吸附同号电荷的粒子，形成双电层内层胶核吸附的带电粒子，会吸附带相反电荷的粒子，形成吸附层。双电层内层与吸附层构成胶体的固定层。吸附层也会选择吸附相应的异号电荷粒子，在固定层之外形成一个扩散层。扩散层和固定层之间的电位差，叫做电动电位。其大小反应胶体的稳定性。2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除（一）混凝过程的理论基础2.胶体的脱稳和水的混凝机理浓度相等，电解质离子破坏胶体稳定的能力随离子价的增高而加大。C压缩双电层：电解质离子与反离子发生交换或挤入吸附层，从而减少胶粒带电荷数，降低ζ电位，减小扩散层厚度。胶粒之间间距大，排斥力(势垒)占主导；突破势垒后，距离近，吸附力占主导距离近时，范德华力(吸引力)占主导，有利于颗粒凝聚。2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除（一）混凝过程的理论基础2.胶体的脱稳和水的混凝机理混凝剂吸附胶体，中和其部分表面电荷，减小静电斥力链状高分子絮凝剂，吸附带相反电荷的颗粒，形成桥连2.吸附电中和3.吸附架桥同号电荷胶粒吸附在异号电荷胶粒表面4.网捕卷扫氢氧化物胶体沉淀时，捕获黏土杂质和悬浮杂质，共同沉降。2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除（二）混凝剂（1）加什么混凝剂？（2）加多少混凝剂？（3）怎么加混凝剂？2.2.2混凝2.2水中悬浮物质和胶体的去除•作为混凝剂应该满足那些要求？三价阳离子无毒中性pH范围内不溶廉价易得（1）常用混凝剂铝盐硫酸铝明矾聚合氯化铝铁盐有机合成高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）、聚氧化乙烯天然高分子絮凝剂常用助凝剂pH调整剂：H2SO4、CO2、Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3絮体结构调整剂:活性硅酸、粉煤灰、粘土氧化剂：有机物高时，加Cl2、Ca(ClO)2和NaClO等；用铁盐作混凝剂时，加O2和Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，以提高混凝效果。助凝剂：与混凝剂一起使用，以促进混凝的辅助药剂。助凝剂本身可以起混凝作用，也可以不起混凝作用。（2）混凝剂投加量的一般规律1）低浓度胶体，网捕作用最为有效，投加量超过对应氢氧化物的极限溶解度，且最佳用量G1随胶体浓度的增大而降低；2）浓度较高时，宜用电性中和和压缩双电层脱稳，混凝剂最佳用量G2低于G1，与胶体浓度之间存在线性的化学计量关系；3）浓度很高时，用量低于1）而高于2）；最佳用量与胶体浓度之间亦存在线性的化学计量关系；不足快速絮凝复稳过量，形成网捕絮凝药剂的溶解和投加过程(1)(2)(3)(4)(5)混合设备凝聚过程流速1.5m/s以上一般不超过2分钟浆板式搅拌机进入反应池或沉淀池机械搅拌强化混合效果水与药剂进入，挡板稳流后进入反应区2.2.3澄清2.2水中悬浮物质和胶体的去除澄清池是完成水和药剂的混合、反应以及絮凝体的分离三个过程于一体的专门设备。泥渣循环分离型悬浮泥渣过滤型机械加速澄清池普通悬浮澄清池脉冲澄清池水力循环澄清池池型2.2.3澄清2.2水中悬浮物质和胶体的去除水力循环澄清池无需机械搅拌设备，运行管理较方便，排泥效果好。运行上不够稳定，不能适用于大水量。水、药剂由喷嘴高速喷入喉管。形成真空吸入底部泥渣水、药剂和泥渣在第一反应室混合在第二反应室完成矾花生成和絮凝沉降第二反应室中有一层浮渣层，进一步悬浮物。清水进入集水槽2.2.3澄清2.2水中悬浮物质和胶体的去除悬浮泥渣澄清池重点是形成一定厚度的悬浮泥渣层。适用于小型水厂。进水量或水温变化，影响悬浮层工作不稳定水、药剂由底部进入反应池，向上流动向上运动时，与悬浮泥渣层接触，悬浮颗粒被截留清水进入集水槽悬浮泥渣层吸附水中颗粒后，会不断增长。当超过一定高度时，通过排泥窗口进入泥渣浓缩室。在泥渣浓缩室中，静水压力下排出颗粒间的空隙水。大比表面积滤料提供更多沉淀点位。截留的固体颗粒构成滤膜，筛滤作用。粒径较大，以阻力截留为主，称为表面过滤。细微悬浮物，以重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤。2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除过滤机理：1、阻力截留2、重力沉降3、接触絮凝通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法吸附带电胶体，促进凝聚过程2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除普通快滤池—基本构造及工艺过程过滤工艺过程包括过滤和反洗两个基本阶段。2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除普通快滤池—滤料滤料是虑池中最重要的组成部分，是完成过滤的主要介质。优良的料须满足：机械强度化学稳定性空隙率2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除滤料的性能指标(1)有效直径和不均匀系数有效直径指能使10％的滤料通过的筛孔直径(mm)，以d10表示不均匀系数即d80/d10，以k80表示。(2)滤料的纳污能力过滤周期内单位体积滤料中能截留的污物量。(3)滤料的空隙率一定体积的滤层中，空隙所占的体积与总体积之比。(4)滤料的比表面积单位重量或单位体积滤料所具有的表面积。2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除单层滤池出水水质好滤层利用不充分反冲洗难度高双层滤池纳污能力增强垫层：阻挡滤料均匀配水单层滤料表层截污强，底部截污利用率不足。无烟煤滤料初步截留大颗粒石英砂滤料起精细过滤2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除配水系统—保证集、配水分布均匀反冲洗水由干管进入，并分配到支管每根支管都有固定的配水面积，使水均匀分布在整个滤池断面上。2.2.4过滤2.2水中悬浮物质和胶体的去除配水系统—保证集、配水分布均匀1.反冲洗水通过水管进入2.配水系统均匀布水3.依次穿过承托层和滤料层4.滤料层膨胀，颗粒碰撞，脱落吸附的污染物，并进入反冲洗水中5.含有污染物的反冲洗水进入滤料层顶部的集水槽6.反冲洗排水管排出滤池外压力滤池反冲洗时，需要关闭进水阀，停止进水。滤罐同时停止产水。对水质要求不高的前提下，如何实现单个滤罐连续产水？2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水处理方法。气浮分离的对象是乳化油以及疏水性细微固体悬浮物。2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除实现气浮分离的三个条件：待分离的污染物为不溶性的固体或液体悬浮体；产生足够多的细微气泡；使气泡能够与悬浮粒子相粘附。2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除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。悬浮颗粒与气泡的黏附性接触角接近180度，粘附牢固，可以直接气浮接触角小于90度，粘附不牢固，容易分离2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除对于亲水性颗粒对于亲水性颗粒，若用气浮法进行分离，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。2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除•浮选剂大多是由极性-非极性分子所组成。•浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质所吸附，非极性基团则朝向水。•同时浮选剂还有促进气泡的作用。•常见的浮选剂有：松香油、脂肪酸盐等选择吸附亲水性基团非极性基团向外非极性基团容易与气泡粘附2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除气浮法分类按照产生微细气泡的方法不同分类1、电解气浮法2、加压溶气气浮法3、叶轮气浮2.2.5气浮2.2水中悬浮物质和胶体的去除进水由