1、工業水處理講稿第1頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三Fe(OH)3m nH+,(n-x)Cl-x+ xCl- 吸附層擴散層膠粒膠團 膠核 電位形成離子，束縛反離子 自由反離子 以氫氧化鐵為例，氫氧化鐵是由三氯化鐵水解形成，故水中的主要電解質為H和Cl-。FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl一、膠體的結構第2頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三2.混凝機理脫穩膠粒因電位降低或消除，從而失去穩定性的過程。凝聚脫穩膠粒相互聚合為較大顆粒的過程稱為凝聚。絮凝未經脫穩的膠體也可形成大的顆粒，這種現象稱為絮凝。混凝的機理：壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、

2、沉淀物網捕四種機理。第3頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三溶液中離子濃度與擴散層厚度的關系 溶液中離子濃度低溶液中離子濃度高BA到顆粒表面的距離反離子濃度O溶液中離子濃度低時，擴散層厚度為OA溶液中離子濃度高時，擴散層厚度減小為OB（1）壓縮雙電層機理第4頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三（1）壓縮雙電層機理雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關。當向溶液中投加電解質，使溶液中離子濃度增高時，則擴散層的厚度將減小。該過程的實質是加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度減小。第5頁，共50頁，2022

3、年，5月20日，3點26分，星期三（1）壓縮雙電層機理由于擴散層的減小，電動電位相應降低，因此膠粒間的相互排斥力也減少，另一方面，由于擴散層減薄，它們相撞時的距離也減少，因此相互間的吸引力相應變大。從而其排斥力與吸引力的合力由排斥力為主變成以引力為主，膠粒得以迅速凝聚。第6頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三（2）吸附電中和機理膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，降低了電位，使膠體的脫穩和凝聚易于發生。第7頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三（3）吸附架橋（橋連）機理吸附架

4、橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，與膠粒和細微懸浮物等發生吸附橋連的過程。本機理能解釋當廢水濁度很低時有些混凝劑效果不好的現象。因為廢水中膠粒少，當聚合物伸展部分一端吸附一個膠粒后，另一端因粘連不著第二個膠粒，只能與原先的膠粒粘連，就不能起架橋作用，從而達不到混凝的效果。第8頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖 吸附絮凝絮凝劑顆粒吸附顆粒吸附顆粒絮凝體第9頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三=聚合物顆粒脫穩顆粒反應1：線型結構，具有能與膠粒表面某些部位起作用的化學基團，當與膠粒

5、接觸時，基團能與膠粒表面產生特殊的反應而互相吸附，而高聚合物分子的其余部分則伸展在溶液中；聚合物最佳投加量時的初始吸附=脫穩顆粒絨體顆粒反應2：其余部分可以與另一個表面有空位的膠粒吸附；絨體的形成=脫穩顆粒再穩定顆粒反應3：膠粒較少時，上述聚合物伸展部分粘連不著第二個膠粒，則這個伸展部分遲早還會被原先的膠粒吸附在其它部位上，這個聚合物起不到架橋作用了，膠粒又處于穩定狀態；聚合物的二次吸附，不與另外顆粒表面上的空位接觸第10頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三=絨體顆粒絨體碎片反應5：已經架橋絮凝的膠粒，如受到劇烈的長時間攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開.=絨體碎片再穩

6、絨體的碎片反應6：重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩定狀態反應4：高分子絮凝劑投加過量時，會使膠粒表面飽和產生再穩現象； =過量聚合物穩定顆粒（無吸附空位）顆粒第11頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三（4）沉淀物網捕機理當鐵、鋁鹽等高價金屬鹽類作混凝劑，而且其投加量和介質足以使它們迅速生成難溶金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)時，水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質所網捕。以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中往往可能是同時或交叉發揮作用的，只是在一定情況下以某種機理為主而已。第12頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三

7、 無機鋁系 硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS） 適宜pH：5.58 鐵系 三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國內生產少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵 適宜pH：511，但腐蝕性強 有機 人工合成 陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物 國外開始增多，國內尚少 陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO） 兩性型：動物膠、蛋白質 使用極少 天然 淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等 微生物絮凝劑 一、混凝劑第13頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三一、過濾概述過濾：水體流過有一定厚度（一般為700mm左右）且多孔 的粒狀物質的過濾床，雜質被截留在

8、這些介質的孔 隙里和介質上，從而使水得到進一步凈化。過濾能去除的雜質： 水中的懸浮物和膠體物質 細菌、藻類、病毒 油類 鐵和錳的氧化物 放射性顆粒 預處理中加入的化學藥品 重金屬 第14頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三過濾過程分為過濾(filtration)和反洗(backwash)兩個過程。過濾過程是廢水由上到下通過一定厚度的由一定粒度的粒狀介質組成的床層，由于粒狀介質之間存在大小不同的孔隙，廢水中的懸浮物被這些孔隙截留而除去。過濾水 濾料廢水三、過濾的基本過程第15頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三引起吸附的原因：范德華力化學鍵力靜電引力根據吸

9、附劑與吸附質之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附(physical adsorption)、化學吸附(chemical adsorption)和離子交換吸附(ion exchange adsorption)吸附的分類：第16頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三電滲析過程示意圖 濃水陽膜,只允許陽離子通過陰膜,只允許陰離子通過電極淡水出水時陽離子陰離子進水時進水濃水室淡水室第17頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團的薄膜，其所以具有選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團的作用。 膜上孔隙的作用是，在膜

10、的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙，以容納離子的進出和通過。是離子通過膜的大門和通道。 膜上離子基團的作用是，在膜的高分子鏈上，連接著一些可以發生解離作用的活性基團。在水溶液中，膜上的活性基團會發生解離作用，解離所產生的離子(或稱反離子）進入溶液。于是，在膜上就留下了帶有一定電荷的固定基團。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團，好比在一條狹長的通道中設立的一個個關卡或“警衛”，以鑒別和選擇通過的離子。 離子交換膜為什么具有選擇透過性呢？注意：離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用。第18頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三GB1631-79離子交換樹脂

11、產品分類、命名及型號制定。交聯度數值連接符號順序號骨架代號分類代號凝膠型離子交換樹脂的型號0017 凝膠型強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，交聯度為7%D大孔型符號順序號骨架代號分類代號大孔型離子交換樹脂的型號D111大孔型弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂代號0123456分類名稱強酸性弱酸性強堿性弱堿性螯合性兩性氧化還原性骨架名稱苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系離子交換樹脂的命名和型號第19頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三好氧呼吸是營養物質進入好氧微生物細胞后，通過一系列氧化還原反應獲得能量的過程。有分子氧參與的生物氧化， 反應的最終受氫體是分子氧。底物中

12、的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體），同時放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結合成水。好氧呼吸過程實質上是脫氫和氧活化相結合的過程。在這個過程中，同時放出能量。依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產物也不同。好氧呼吸有異養型微生物呼吸和自養型微生物呼吸兩種 。 1.好 氧 呼 吸 第20頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三厭氧呼吸是在無分子氧（O2）的情況下進行的生物氧化。厭氧微生物只有脫氫酶系統，沒有氧化酶系統。在呼吸過程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來的氫經輔酶傳遞給除氧以外的有機物或無機物，使其還

13、原。厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。在厭氧呼吸過程中，底物氧化不徹底，最終產物不是二氧化碳和水，而是一些較原來底物簡單的化合物。這種化合物還含有相當的能量，故釋放能量較少。如有機污泥的厭氧消化過程中產生的甲烷，是含有相當能量的可燃氣體。厭氧呼吸按反應過程中的最終受氫體的不同，可分為發酵和無氧呼吸。 2.厭 氧 呼 吸 第21頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三一、微生物的生長規律 微生物的生長規律一般是以生長曲線來反映。按微生物生長速率，其生長可分為四個生長期停滯期（調整期）對數期（生長旺盛期）靜止期（平衡期）衰老期（衰亡期）第二節 微生物的生長規律和生長環境第22頁，共50頁

14、，2022年，5月20日，3點26分，星期三二.生物膜的構造和物質遷移生物膜由里至外主要是由厭氧層、好氧層、附著水層、流動水層構成，空氣中的氧溶解于流動水層從那里通過附著水層傳遞給生物膜，供微生物用于呼吸，污水中的有機污染物則由流動水層傳遞給附著水層然后進入生物膜，并通過細菌的代謝活動而被降解，微生物的代謝產物如H2O等則通過附著水層進入流動水層隨其排出，而CO2及厭氧層分解產物如H2S、NH3以及CH4則從水層逸出進入空氣。 第23頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三什么是活性污泥？ 由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中有機和無機物質組成的、有一定

15、活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。第24頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三（3）污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV)污泥沉降比是指曝氣池混合液在l00mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分數。所以也常稱為30 min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運行時的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。四、 活性污泥的評價指標第25頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三(4）污泥體積指數

16、(sludge volume index, SVI)污泥體積指數也稱污泥容積指數，是指曝氣池出口處混合液，經30min靜置沉降后，沉降污泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數，單位為mL/g，但一般不標出。它與污泥沉降比有如下關系：SVI=(SV10)/X式中：X的單位為g/L四、 活性污泥的評價指標第26頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三測定污泥體積指數的意義:污泥指數反映出活性污泥的疏散程度和凝聚、沉降的性能。如污泥指數過低，說明泥粒細小緊密，無機物多，缺乏活性和吸附的能力；指數過高，說明污泥將要膨脹，或已經膨脹，污泥不易沉淀，這時，污泥中的微生物往往主要是絲狀細菌。對

17、于一般城市污水，在正常情況下，污泥指數以在50150之間為宜。污泥濃度可以反映污泥數量；污泥指數則能較全面地反映污泥凝聚和沉降的性能 四、 活性污泥的評價指標第27頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三四階段: 水解階段、酸化階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段大分子有機物水解細菌的胞外酶水解的和溶解的有機物酸化產酸細菌有機酸醇 類醛類等H2，CO2乙酸化乙酸細菌乙酸甲烷化甲烷細菌CH4甲烷細菌CH4厭氧消化原理 第28頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三1046廢水的營養比厭氧微生物的生長繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制進料的

18、碳、氮、磷比例，因為其他營養元素不足的情況較少見。厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。第29頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三氣浮氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性，通過在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物吸附在氣泡上，隨氣泡的上浮，污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層，收集泡沫層即可把污染物與水分離。第30頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 懸浮物與氣泡附著涉及到氣、液、固（液）三相介質的問題。 當氣

19、泡和顆粒共存于水中，即液、氣、顆粒三相介質共存的情況下，每兩相之間的界面上都存在著各自的界面張力和界面能，界面能和表面能一樣，可用下式表示： E=S 式中：界面張力，N/cm2； S 界面面積，cm2。 界面能和界面張力一樣也有降低到最小的趨勢。當廢水中有氣泡存在時，懸浮顆粒就力圖粘附在氣泡上而降低其界面能。 11.1懸浮物與氣泡附著機理第31頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 當廢水中有氣泡存在時，并非所有的顆粒都能粘附上去，它們能否與氣泡粘附取決于水對該顆粒的表面性質(即顆粒的潤濕性)。 一般規律：疏水性顆粒易與氣泡粘附，而親水性顆粒難以與氣泡粘附。 容易被水潤濕的物

20、質稱為親水性物質. 難于被水潤濕的物質稱為疏水性物質。 第32頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 顆粒的潤濕程度常用氣、液、固三相間互相接觸時所形成的接觸角的大小來解釋。 在靜止狀態下，當氣、液、固三相接觸時，在氣-液界面張力線和固-液界面張力線之間的夾角（對著液相的），稱為平衡接觸角，用表示。 （圖示）第33頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三接觸角示意圖平衡時有：LSLGcosGS （1）固體親水固體水滴接觸角固體固體疏水水滴接觸角GSLGLS從圖中物質與水接觸面積的大小清楚地看出，不論物質的潤濕性如何，在三相接觸點上，三個界面的張力總是處于平衡狀

21、態，即：第34頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三當氣泡與顆粒共存于水中時: 在氣泡與顆粒附著前，單位界面面積上的界面能之和為：E1=LS + LG， 附著后，單位附著面積上的界面能E2=GS ，其界面能降低的數值為： E=E1-E2=LS+ LG-GS （2）， 能量E 為擠開氣泡與顆粒間的水膜所做的功,E越大，氣泡與顆粒粘附得越牢固。 將式（1）代入式（2），整理得： E=LG（1-cos） （3）平衡時有：LSLGcosGS （1）第35頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 E=LG（1-cos） （3）由式（3）可見： E越大，越有利于顆粒與氣泡

22、粘附。討論： 當顆粒完全被水潤濕時，0，cos1，E0，顆粒不能與氣泡相粘附，因此也就不能用氣浮法分離； 當顆粒完全不被水潤濕時，180，cos-1，E2LG,顆粒與氣泡粘附緊密，最易于用氣浮法去除；第36頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三 當90時，cos為負值，在此范圍內，顆粒表面疏水性占優勢，粘附容易且穩定，容易氣浮分離； 對LG值很小的體系，E很小，不利于氣泡與顆粒的粘附。 E=LG（1-cos） （3）第37頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三12.1.2 污泥的性質 1、污泥含水率 污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數稱為污泥含水率

23、。P1,V1,W1,C1污泥含水率為p1時的污泥體積、重量與固體物濃度；P2,V2,W2,C2污泥含水率變為p2時的污泥體積、重量與團體物濃度;第38頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三第二節 除油一、自然除油1、基本原理 物理法除油，根據油水密度不同，達到油水分離。該種方法：忽略了進出配水口水流的不均勻性忽略油珠顆粒上浮中的絮凝等因素的影響，認為油珠顆粒是在理想狀態下進行重力分離 a、假定過水斷面上各點的水流速度相等，且油珠顆粒上浮時的水平分速度等于水流速度； b、油珠顆粒以等速上浮； c、油珠顆粒上浮到水面即被去除。第39頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分

24、，星期三含油污水在重力分離池中的分離效率（除油效率）為：式中：E 油珠顆粒的分離效率；u 油珠顆粒上浮速度； Q/A 表面負荷率；Q 處理流量；A 除油設備水平工作面積。 表面負荷率Q/A是一個重要參數。當Q一定時，加大表面積A，可以減小油珠顆粒最小上浮速度u0，意味著更小直徑的油珠顆粒被分離出來，從而提高除油效率或增加設備的處理能力。第40頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三Stokes公式式中：u顆粒的浮升速度，m/s；w、o分別表示顆粒及水的 密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2；污水的粘度，Pas；d顆粒的粒徑，m。浮升速度u用Stokes公式計算。第41頁，共

25、50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三Stokes公式說明的問題（1）水與顆粒的密度差（w-o）愈大，它的浮升速度愈大，成正比關系。當wo時，u0，顆粒上浮；當wo時，u0，顆粒下沉；當w=o時，u=0，顆粒既不下沉也不上浮。第42頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三Stokes公式說明的問題（2）水的粘度愈小，上浮速度愈快，成反比關系。因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于上浮。（3）顆粒直徑d愈大，浮升速度愈快，成平方關系。因此隨粒度的下降，顆粒的浮升速度會迅速降低。第43頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三二、斜板（管）除油 斜板（管）除

26、油是目前最常用的高效除油方法之一，是一種物理法除油。1、基本原理淺池理論原理 設斜管除油池池長為L，池中水平流速為，顆粒上浮為u0，在理想狀態下，L/H/ u0。可見L與值不變時，池身越淺，可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔板，將H分成3層，每層層深為H/3，在u0與不變的條件下，只需L/3，就可以將u0的顆粒去除。也即總容積可減少到原來的1/3。如果池長不變，由于池深為H/3，則水平流速可增加的3，仍能將沉速為u0的顆粒除去，也即處理能力提高3倍。將沉淀池分成n層就可以把處理能力提高n倍。為便于浮升到斜板（管）上部油珠的流動和和沉下泥渣排除，把淺的分離池傾斜一定角度（一般為 45-60）。

27、第44頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三除油效率： 假設除油設備高度為H，油珠顆粒分離時間為t ，則表面負荷率表示為Q/AH/t，則分離效率為公式表明：重力分離除油設備的除油效率是分離高度的函數。 H減小，E增大。 H越小，油珠顆粒上浮至表面的時間越短。加設斜板，增加分離設備的工作表面積，縮小分離高度，提高油珠顆粒的去除效率。第45頁，共50頁，2022年，5月20日，3點26分，星期三三、粗粒化（聚結）除油 粗粒化：含油污水流經裝有填充物（粗粒化材料）的裝置后，使油珠由小變大的過程。這樣，更容易用重力分離法將油除去。 粗粒化處理的對象：水中的分散油。1、理論依據 對于溫度一定的特定污水，油珠上浮速度與油珠粒徑平方成正比。若在污水沉降前設法使油珠粒徑增大，可