环境工程原理14.+水污染控制工程原理.pptx

第十四章水污染控制工程原理李永峰 教授目录物理处理方法 1化学和物理化学处理方法 2废水生物处理 314.1 物理处理方法14.1.1 沉淀在沉淀池（或称为澄清池）中，利用重力来将悬浮颗粒物从水中去除。 水从左边的入口处进入，然后缓慢流过沉降区，到达右边的出口。在理想情况下，水流是分层的并且均匀流过沉降区。悬浮颗粒物通过平流作用水平迁移，再通过重力作用垂直沉降。 一个理想化的矩形沉淀池的垂直横截面 将沉降到污泥区而被从水中去除的颗粒物与进入沉淀池的颗粒物的比定义为去除效率η，去除效率根据颗粒物大小的不同而变化很大。分别定义H和L为沉降区的高度和长度，那么水在沉降区的输送时间则为L/U。沉降速率（V）足够高的颗粒物可以下降穿过沉降区的整个高度H，这些颗粒物可以100%从水中去除。如图14-2（a）所示。 如果沉降速率更低一些，使得它在L/U的期间内沉降的距离小于H，那么在沉降区的顶部进入的这个颗粒物将不会沉降到污泥区，而是会进入到出水中。在这种情况下，可以定义一条从高度H’处到污泥区远角的一条临界轨迹线，如图14-2（b）所示。 假设进入的颗粒物沿着入口高度是均匀分布的，那么去除效率η=H’/H。此外，从简单的几何学可以看到H’/V=L/U。将这个表达式重新整理，可以得到任意一个颗粒物的沉降距离以其沉降速率（V）和反应器的构型（L/U）为函数的表达式。然后我们可以利用某一特定沉降池的设计参数来定义该系统中颗粒物去除的临界沉降速度Vc： 另外一方面，对那些沉降速率比临界速率要慢（VVc）的颗粒物，其效率为：此外，我们也可以将矩形沉淀池的水平面面积定义为As=LW，流过池子的水的体积流量为Q=UHW，因而临界沉降速率可以表示为：沉降有时可以分为四种类型： 类型Ⅱ 类型Ⅳ 类型Ⅰ 类型Ⅲ 当颗粒物在沉降过程中发生碰撞并聚集（或絮凝）而沉降的情况。 是受阻沉降，当颗粒物浓度很高并取代向上的流体时，就会妨碍沉降的进行，从而增加阻力并降低净沉降速度。 是压缩沉降，它指的是由于压实作用引起的沉降颗粒物体积的缓慢减小。 包括在稀释悬浮液中单个的颗粒物的沉降。 14.1.2 过滤 水的过滤是利用砂或其他多孔介质，将流经的水与悬浮状或胶体状物质分开的过程。滤池的分类方法很多，一种是根据使用的介质，如砂、煤（称为无烟煤）、双介质（煤加砂）或混合介质（煤、砂和砾石）进行分类。另一种常用的分类方法是根据允许的容积负荷率分类。负荷率是单位面积滤床上流过的水量，它是水流经滤床表面的流速： 按照不同的负荷率，可将滤池分为慢砂滤池、快砂滤池和高速砂滤池。用于去除水中的微细颗粒物的深床砂滤池 颗粒物在砂滤池中的俘获依赖于由颗粒物与滤料之间的接触导致的迁移过程，以及之后的颗粒物在滤料表面的附着过程。 粒料过滤池中颗粒物的去除机制 过滤池的性能在一个反冲洗循环后是如何随时间而变化的？ 14.1.3 膜分离膜是膜分离技术的核心，是指同种流体相内或两种流体间一层薄的凝聚相物质，能够把流体分隔成互不相通的两部分，并能使这两个部分之间产生传质作用。 膜的分类膜分离是以具有选择透过功能的薄膜为分离介质，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透膜，从而达到混合物分离和产物提取、浓缩、纯化等目的的过程。 在常温下进行，特别适于对热敏感物质的分离 无相态变化，与其他分离方法相比能耗低、能量的转化效率高 膜分离特点 无化学变化，无需投加化学药剂，不改变分离物质的固有属性 选择性好，分离和浓缩同步进行，易于回收有价值的物质 适应性强，可实现边疆分离，易于实现自动化控制 ① 电渗析电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性（与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被截留），使溶液中离子发生定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。 电渗析脱盐原理示意图 半透膜只允许溶剂通过而不允许溶质通过，如果用这种膜将两种浓度不同的溶液隔开，则可发现水将从浓度低的一侧通过膜自动渗透到浓度到的一侧，达到某一程度后便自行停止，此时即达到了平衡状态，这种现象称为渗透。② 反渗透 当渗透平衡时，溶液两侧液面的静水压差称为渗透压。如果在浓度高的一侧施加大于渗透压的压力，则此时水就会从浓度高的一侧流向浓度低的一侧，这种现象称为反渗透。渗透和反渗透示意图 14.2 化学和物理化学处理方法14.2.1 消毒 消毒的主要目标是降低与饮用水和废水相关的疾病传播的风险，将水中的微细颗粒物分离的物理处理过程。大多数的消毒都是通过对饮用水和废水进行消毒以杀死微生物或使微生物失活来实现的。必须能够消灭一定温度范围下、 在水中存在相当时间的所有种 类和数目的病原微生物。 必须能够适应待处理水或废水的成 分、浓度和其他情况的可能波动。 必须对人和动物无害，在所 需浓度范围