水处理工程教案

水处理工程教案内容摘要：

印染废水处理：适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。 混凝剂的选择与染料种类有关，需做混凝试验。 可以单独用无机混凝剂，也可和有机高分子絮凝剂联用。 例：某针织厂废水 TOC 为 50－ 60mg/L， pH 值为。 采用 PAC 混凝剂，投加量为 140mg/L 时， TOC 去除率为 68％。 含油废水处理：乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。 通常采用混凝气浮工艺。 例：兰州炼油厂废水加 PAC 采用二级气浮 原水含油 50100mg/L 投加 PAC50mg/L 一级气浮出水，油 20－ 30mg/L PAC30mg/L 二级气浮出水，油 15－ 20mg/L 肉类加工厂废水处理： 例：某肉类加工厂屠宰废水 COD 为 670mg/L，用聚合硫酸铁处理后， COD 去除率在 77％以上。 混凝优点：上马快、投资省、效果好，但运转费高，沉渣多 2．废水深度处理与回用 如： 1）加利福尼亚州橘子县 21 世纪水厂再生水回灌地下 化学澄清 汽 提 中 和 过 滤 活性炭 消 毒 反渗透 煅 烧 生化处 理出水 石灰 沉渣 空气 CO2 回灌地下 37850m3/d 18925m3/d 56775m3/d 15 2）南非纳米比亚的首都温德和克： 世界上第一座将城市污水再生水直接用作饮用水源 3．改善 污泥脱水性能 第三章 沉淀与澄清 (Sedimentation, or settling and Clarification) 第 1 节 沉淀原理与分类 一、原理 利用颗粒与水的密度之差，比重 1，下沉 比重 1，上浮 沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除 100um 以上的颗粒 给水处理――混凝沉淀，高浊预沉 废水处理――沉砂池（去除无机物） 初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离） 二、分类 自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变 （沉砂池、初沉池前期） 絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加 （初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀） 拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层 （高浊水、二沉池、污泥浓缩池） 压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩。 第 2 节 自由沉淀 (discrete particle settling) 一、颗粒沉速公式（ Stokes’ law） 假设沉 淀的颗粒是球形 所受到的重力为 F1= 1/6  d3 (p l ) g 所受到的水的阻力 F2=CD l u2/2  d2/4 CD 与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。 平衡时： F1＝ F2 可得到沉速 (terminal velocity)计算公式（对球形颗粒）： 对于非球形颗粒： ：形状系数 CD 与 Re 有关。 Re1, CD= 24/Re ：水的动力粘度， Pa s dCgu l lpD    342181 gdu lp   dC gu l lpD    34 16 该公式难以反映实际，因为实际中颗粒大小不一，不是球形。 但可以了解 u 的影响因 素。 此外，一般 d 难以测定，在层流区，颗粒太小。 可以通过测定 u，算出 d（注意是名义上的）。 二、颗粒沉淀实验 1. 在 ti时，从底部取样，测定 Ci 2. 计算 ti ui = h/ti Ci  pi = Ci/C0 pi：沉速小于 ui的颗粒占全部颗粒的比重 3. p－ u 曲线（颗粒粒度分布曲线） 在 t0 时， uu0 的颗粒全部去除 uu0 的颗粒部分去除 hi/h = uit0/(u0t0) = u/u0 通过实验可绘制以下曲线：  000/1)01( p ii dpuupPt=0 t=ti h p u=h/t 17 Et 曲线 E－ u 曲线（与水深无关） 中部取样法： P= (C0C)/C0 *100% 三、理想沉淀池 假设： 1． 颗粒为自由沉淀 2． 水流水平流动，在过水断面上，各点流速相等。 3． 颗粒到底就被去除。 水平流速 v=Q/(h0 B) B: 池宽 考察顶点，流线 III：正好有一个沉降速度为 u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称 为截留速度。 uu0 的颗粒可以全部去除 uu0 的颗粒只能部分去除 去除率为 E＝ ui/u0 = ui/(Q/A) q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率 对于颗粒沉速小于 u0 的颗粒来讲，去除率为 E＝ ui/u0 = ui/(Q/A) 由上式可知，颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。 (Hazen 理论 ,1904 年） 但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。 从上式反映以下两个问题： 1） E 一定， ui越大，表面负荷越大，或 q 不变但 E 增大。 ui与混凝效果有关，应重视加强混凝工艺。 2） ui一定，增大 A，可以增加产水量 Q 或增大 E。 当容积一定时，增加 A，可以降低水深――“浅层理论”。 18 第 3 节 絮凝沉淀 (flocculent settling) 一、特点 在沉淀过程中，颗粒变大，沉淀变大。 悬浮物的去除率不仅与沉速有关，而且与深度，时间有关。 无理论描述公式，只能通过沉淀实验预测沉淀效果。 二、沉淀实验 沉淀柱高度＝实际沉淀池深度 1）在时间 ti，不同深度测 Ci 2) 计算各深度处的颗粒去除百分率 p＝ (C0Ci)/C0 *100% 3）绘制去除百分率等值线 4）计算颗粒去除率 方法 1：按自由沉淀来类推（参考图 16－ 9） 方法 2：中部取样法 P＝（ C0C） /C0*100% C： h/2 处的浓度 三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系 要求一定的去除率 设计停留时间和表面负荷 假定不同的水力停留时间 t计算总去除率 P 得出相应的表面负荷 q 绘制三者之间的关系曲线 注意：曲线与水深有关。 ...)(/)(/ 340 02230 012  ppu thppu thpP停留时间 表面负荷 沉淀效率 19 第 4 节 拥挤沉淀 (Hindered (Zone) settling) 一、特点 发生在 SS 浓度较高的情况 分层沉淀，出现清水－浑水交接面 出现 4 个区，参见图 16－ 2。 A：清水区 B：等浓度区（与原水颗粒浓度相同）或称受阻沉降层 颗粒沉速等于界面（ 1－ 1 面）沉降速度，等速下降（ Vs） C：变浓度区 颗粒浓度由小变大 D：压实区 颗粒沉速从大――小 悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程 界面（ 2－ 2 面）以一定速度上升 沉淀开始， 1－ 1 面下降， 2－ 2 面上升 当 t＝ tc 时， 1－ 1 面和 2－ 2 面相遇时，临界沉降点 当再延长沉降时间，污泥层就会发生压实。 分区的条件：最大颗粒粒径 /最小颗粒粒径 6 发生在：混凝后的矾花（ 23g/L） 活性污泥 1g/L 高浓度泥沙 5g/L 二、沉降过程曲线 以 1－ 1 界面的高度为坐标，可以作出沉降过程曲线。 bc 的斜率代表 1－ 1 界面的等速沉降 Cc 为临界点 最后压实高度为 H  沉降过程曲线的相似性，与水深无关（当原水颗粒浓度一样时）。 OA1/OA2＝ OB1/OB2 由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条件下的曲线 证明见： Kynch 理论  界面沉降速度 Vs 与颗粒浓度有关 Vs= f(C) 对于活性污泥 Vs=a cn （ n1） A11 A21 B11 B21 20  临界点图解近似求解法 第 5 节 沉淀池 一、分类 平流式 竖流式 辐流式 斜流式 二、平流式沉淀池 进水区、沉淀区、存泥区、出水区 1．构造 1）进水区 流量均匀分布 可采用配水孔或者缝 给水中，通常采用穿孔花墙 v m/s 2）沉淀区 水力条件 要求： 减少紊动性：紊动性指标 Re = vR/ ：运动粘度 提高稳定性：弗劳德数 Fr ＝ v2/Rg （ Fr 高，表明对温差、密度差异重流和风浪的抵抗能力强。 同时满足的只能降低水力半径 R，措施是加隔板 L/B4, L/H10 水流速度的控制也很重要 适宜范围： 1025 mm/s（给水） 5－ 7mm/s（污水） 3）出水区 出水均匀。 通常采用：溢流堰（施工难） 三角堰（对出 水影响不大） 淹没孔口（容易找平） 控制单位堰长的出水量： 给水： 500 m3/(m d) 初沉： (m s) 二沉： L/(m s) 4）存泥区及排泥措施  泥斗排泥 靠静水压力 – ，下设有排泥管 21 多斗形式，可省去机械刮泥设备（池容不大时）  机械排泥 带刮泥机，池底需要一定坡度 虹吸吸泥车 2．设计计算 1）设计参数的确定  u0 或 T0 由沉淀实验得到 选 u0时，絮凝性颗粒 池深要与实验柱高相等 选 T0时，无论颗粒的性质如何 池深要与实验柱高相等 考虑水流的影响 u 设 ＝ u0/ T 设 ＝ T0 在数值上， q 设 ＝ u 设 根据经验 ： q 设 （ m3/m2h） T 设 (h) 给水处理（混凝后） 1－ 2 13 初次沉淀池 12 二次沉淀池（生物膜法后） 12 （活性污泥法后） 2）设计计算  以 q 来计算 A ＝ Q/q 设 L= v T； T：水力停留时间 水流流速 v＝ 1025mm/s（给水） 5－ 7mm/s（污 水） 宽度 B＝ A/L  以 T 来计算 计算有效体积 V ＝ Q T 选池深 H（ ） 计算 B＝ V/(LH) L= v T 校核水流的稳定性， Fr ＝ 104~105之间。 二、竖流式沉淀池 22 水流上升速度 v 颗粒沉速 v，下沉 v, 沉不下来 根据沉淀实验得 u0u。