水的物理化學方法治理

1第一節(jié)水中粗大顆粒的去除一、格柵、篩網(wǎng)和微濾機二、離心法2一、攔截法（格柵與篩網(wǎng)）作用：篩濾的目的是去除廢水中粗大的懸浮物和雜物(detritus)，以保護后續(xù)處理設施能正常運行的一種預處理方法。分類：篩濾的構件包括平行的棒、條、金屬網(wǎng)、格網(wǎng)或穿孔板。由平行的棒和條構成的稱為格柵(barscreen)；由金屬絲織物或穿孔板構成的稱為篩網(wǎng)(screen)。3（一）格柵位置：格柵一般斜置在進水泵站集水井的進口處。分類：

按形狀曲面格柵（curvebarscreen）：篩網(wǎng)呈弧狀平面格柵（flatbarscreen）：篩網(wǎng)呈平面4（二）篩網(wǎng)篩網(wǎng)孔的形狀和大小與格柵不同，最常用的使用金屬絲編織成的方孔篩網(wǎng)。作用是除去細小的懸浮物。分類振動篩網(wǎng)(vibrationscreen)水力篩網(wǎng)(hydraulicscreen)轉鼓式篩網(wǎng)(drumscreen)轉盤式篩網(wǎng)(discscreen)微濾機(microfiltration)5（三）篩余物的處置收集的篩余物（screenings）運至處置區(qū)填埋（landfill）或與城市垃圾一起處理。當有回收利用價值時，可送至粉碎機或破碎機被破碎后再用。對于大型水處理系統(tǒng)，也可采用焚燒的方法徹底處理。6二、離心分離法概念：物體高速旋轉時，產生離心力場。利用離心力分離廢水中密度與水不同的懸浮物的處理方法，就是離心分離法。

（一）離心力分離原理（二）離心分離設備7（一）離心力分離原理使廢水作高速旋轉時，密度大于水的懸浮固體被拋向外圍，而密度小于水的懸浮物質（如乳化油）則被推向內層。如將水和懸浮物從不同的出口分別引出，即可使二者得以分離。廢水在高速旋轉過程中，懸浮顆粒同時受到兩種徑向力的作用，即離心力和水對顆粒的向心推力。設顆粒和同體積水的質量分別為和m1（kg），旋轉半徑為r（m），角速度為ω（rad/s），則顆粒受到的離心力和徑向推力分別為mpω2r和m1ω2r。此時，顆粒所受的凈離心力Fc（N）為二者之差，即：8

而該顆粒在水中的凈重力Fg＝(mp–m1)g。若以n表示轉速（rpm），并將代入上式，以f表示顆粒所受離心力與重力之比，則有：f稱為（離心設備的）分離因素，是衡量離心設備分離性能的基本參數(shù)。在旋轉半徑r一定時，f值隨轉速n的平方急劇增大，例如，當r＝0.2m，n＝500rpm時，f＝56；而當n＝3000rpm時，則f＝2000?？梢姡陔x心分離中，離心力對懸浮顆粒的作用遠遠超過了重力，從而極大地強化了分離過程。9另外，根據(jù)顆粒隨水旋轉時所受到的向心力與水的反向阻力平衡的原理，可導出粒徑為為dp（m）的顆粒的穩(wěn)定分離速度uc（m/s）為：式中，ρp和ρ1分別為顆粒和水的密度（kg/m3）；μ為水的動力粘度（0.1Pa·s）。當ρp>ρ1時，uc軋為正值，顆粒被拋向周邊；當ρp<ρ1時，顆粒被推向中心。在離心分離設備中，能進行離心沉降和離心浮上兩種操作。10（二）離心分離設備

按照離心力的產生方式，分為兩類：1.水力旋流器：水力旋流器、旋流沉淀池，其特點是器體固定不動，而由沿切向高速進入胎內的物料產生離心力；2.離心機：各種離心機，其特點是由高速旋轉的轉鼓帶動物料產生離心力。112．離心機離心機的種類和型式很多。按轉速高速離心機（f>3000rpm）中速離心機（f=1000-3000rpm）低速離心機（f<1000rpm）按轉鼓幾何形狀轉筒式管式盤式板式按轉鼓的安裝角度立式離心機臥式離心機常速離心機多用于分離纖維類懸浮物和污泥脫水等液固分離，而高速離心機適用于分離乳化油和蛋白質等密度較小的細微懸浮物。12第二節(jié)沉淀法（一）概述（二）沉淀理論（三）沉降試驗（四）沉砂池（五）沉淀池（六）沉淀池的強化與改進131概述1.沉淀類型根據(jù)廢水中可沉降物質顆粒的大小、凝聚性能的強弱及其濃度的高低，按觀察到的現(xiàn)象可把沉淀可分為四種類型：自由沉淀（discretesettling）絮凝沉淀（flocculentsettling）區(qū)域沉淀（成層沉淀、擁擠沉淀）(zonesettling,groupsettling,hinderedsettling)壓縮沉淀（compressionsettling）142沉淀理論自由沉淀理論及斯托克斯公式自由沉淀可用牛頓第二定律表述。計算顆粒沉降速度(terminalsettlingvelocity)的假設：（1）顆粒為球形，不可壓縮，也無凝聚性，沉降過程中其大小、形狀和質量等均不變；（2）水處于靜止狀態(tài)；（3）顆粒沉降僅受重力和水的阻力作用。在以上假設的條件下可以得出球形顆粒的沉降速度公式。15Stokes公式u－顆粒的沉降末速度，m/s；s,－分別表示顆粒及水的密度，kg/m3g－重力加速度，m/s2－水的粘度，Pa?s；d－顆粒的粒徑，m。16Stokes公式應用舉例：油珠的直徑為50m，密度為800kg/m3。試計算油珠在20℃水中的上浮速度。解:油珠d＝50m=5×l0-5m，20℃水的粘度＝0.0010lPa·s，代入Stokes公式得：u=9.81(1000-800)×(5×10－5)2/18×1.01×10－3=2.7×10－4m/s=0.97m/h173沉砂池（gritchamber）沉沙池一般設置在泵站或沉淀池之前，用以分離廢水中比重較大的砂粒、灰渣等無機固體顆粒，使水泵和管道免受磨損和阻塞，同時也減輕沉淀池的無機負荷，使污泥具有良好的流動性，便于排放輸送。沉砂池既是一種預防性的處理構筑物，又是一種預備性的處理構筑物。按照池內水流方向的不同，沉砂池可分為平流式和豎流式兩種，其中以平流式應用最為廣泛。近年來，曝氣沉砂池也得到了推廣應用。

181.平流式沉砂池沉砂池去除的砂粒比重為2.65、粒徑為0.2mm以上。19平流沉砂池的主要設計參數(shù)如下：流量

當廢水以自流方式進入時,應取最大小時流量;當用泵送入時，應取工作水泵的最大組合流量。分格數(shù)

分格數(shù)一般不小于2，并按并聯(lián)方式運行。流速

應控制在最大流速0.3m/s和最小流速0.15m/s之間。停留時間

流量最大時，廢水在池內的停留時間不小于30s，一般為30～60s。結構尺寸

有效水深一般為0.25～1.0m，不大于1.2m（h=u0t，u0可按斯托克斯公式）；超高不小于0.3m；每格寬不小于0.6m；沉砂量依水質不同而異，對城市污水可按每106m3廢水產生30m3沉砂考慮。貯砂斗容積一般按2日以內的沉砂量設計，斗壁傾角不小于55°；池底以0.01～0.02的坡度傾向砂斗。202.曝氣沉砂池(aeratedgritchamber)普通沉砂池的最大缺點是在其截留的沉砂中夾雜有一些有機物，而對被少量有機物包覆的砂粒截留效果也不高。使用曝氣沉砂池能夠在一定程度上克服上述缺點。曝氣沉砂池集曝氣和除砂于一身，不但可使沉砂中的有機物降低至5%以下，而且還有預曝氣、除臭、除油等多種功能。由于曝氣的作用，廢水中的有機顆粒經常處于懸浮狀態(tài)，砂?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛Γ傲Ｉ细街挠袡C污染物能夠去除，有利于獲得較為純凈的砂粒。21曝氣沉砂池的主要設計參數(shù)（1）廢水在池內的水平流速一般取0.08～0.12m/s，在過水斷面周邊的最大旋轉線速為0.25～0.4m/s。（2）廢水在池內的停留時間取4～6min，最大流量時為1～3min。（3）有效水深取2～3m，寬深比為(1～l.5):1，長寬比可達5:1。（4）曝氣裝置多采用穿孔管曝氣器，孔徑2.5～6.0mm，曝氣管安裝于池壁一側距池底0.6～0.9m處，曝氣量為0.2m3(空氣)/m3(水)或1.5m3(空氣)/m3(池容)h。224.6.5沉淀池沉淀池的分類平流式(horizontal-flow)：平流式沉淀池，廢水從池一端流入，沿水平方向在池內流動，從另一端溢出，池的形狀呈長方形，在進口處的底部設貯泥斗。輻流式(radial-flow)：形狀呈圓形或方形，廢水從池中心進入，沉淀后廢水從池周邊溢出。豎流式(upward-flow)：廢水從池中央下部進入，由下向上流動。23（1）預曝氣第一種是單純曝氣，即僅進行曝氣，不投加任何物質，目的是促進自然絮凝。第二種是在曝氣的同時，投加生物處理單元排出的剩余生物污泥，利用這些污泥所具有的活性產生絮凝作用，這一過程稱為生物絮凝。24（2）向心輻流式沉淀池一般的輻流式沉淀池，廢水是從中心進入而在池四周出流，進口處流速很大，呈紊流狀態(tài)，這時原廢水中懸浮物質濃度亦高，紊流狀態(tài)阻礙了它的下沉，影響沉淀池的分離效果。而向心輻流式沉淀池與此恰恰相反，原廢水從池周流入，澄清水則從池中心流出。也可以采取池周進水池周出水的方式.25（3）斜板（管）沉淀池（lamellaplate）

顆粒在多層沉淀池內沉降的示意圖26淺池沉淀理論通過降低沉淀池的深度可以提高沉淀池的效率如果把沉淀池分成n層，理論上在不改變流量和處理效率的條件下，沉淀池的體積可以縮小為原來的1/n；在不改變沉淀池體積的條件下可以把處理量提高到原來的n倍。但分層后在實際應用時會帶來一定的問題，如排泥和維修問題。所以工程上把水平隔層改為傾斜成一定角度的斜面，這就是斜板沉淀池，如果板間再加隔板則稱為斜管沉淀池。27按沉降污泥與水的運動方向的不同，斜板（管）沉淀池分為異向流、同向流和橫向流三種，28四、過濾法（一）過濾的含義和分類（二）深層過濾的基本過程（三）過濾理論（四）濾池類型與結構（五）其它濾池29（一）過濾的含義和分類概念：過濾是使含懸浮物的廢水流過具有一定孔隙率的過濾介質，水中的懸浮物被截留在介質表面或內部而除去。根據(jù)所采用的過濾介質不同，可將過濾分為兩大類：1.多孔材料過濾（1）格篩過濾（screen）（2）微孔過濾（microfiltration）（3）膜過濾（membranefiltration）2.顆粒材料過濾深層過濾（depthfiltration）30（二）深層過濾的基本過程過濾過程分為過濾(filtration)和反洗(backwash)兩個階段：過濾(filtration)：過濾即截留污染物；反洗(backwashing)：反洗即把污染物從濾料層中沖走，使之恢復過濾能力。過濾周期(filterrun)：從過濾開始到結束延續(xù)的時間稱為過濾周期（或工作周期）。過濾循環(huán)(filtercycle)：從過濾開始到反洗結束稱為一個過濾循環(huán)。31（三）過濾理論快濾池分離懸浮顆粒涉及多種因素和過程，一般分三類：遷移機理：懸浮顆粒脫離流線而與濾料接觸的過程。附著機理：由上述遷移過程而與濾料接觸的懸浮顆粒，附著在濾料表面上不再脫離，就是附著過程。脫落機理：反沖洗過程32（四）濾池類型和結構按不同的方式濾池可分為不同的類型：（1）低速濾池(lowfiltrationrate)

速度小于4m3/（m2·h）；（2）中速濾池(mediumfiltrationrate)

速度為4－10m3/（m2·h）；（3）高速濾池(highfiltrationrate)

速度為10－16m3/（m2·h）按過濾速度33按推動力重力式濾池（gravityfilter)，其過濾壓力水頭為4－5m壓力濾池(pressurefilter)，其過濾壓力水頭為15－20m按過濾時的水流方向上向流(up-flow)下向流(down-flow)雙向流(bi-flow)按濾層結構單層濾料濾池（singlemediafilter）雙層濾料濾池（dualmediafilter）三層濾料濾池（triplemediafilter）34濾層結構單層濾池通常以石英砂(sand)做為濾料。雙層濾池是在石英砂濾料的上面再放一層粒度比較粗的白煤(anthracite)。三層濾池是在雙層濾池的基礎上再在石英砂濾料的下面放一層粒度更細、比重更大的濾料，一般用磁鐵礦(magnetite)。35對濾料和墊層的要求對濾料的要求（a）有足夠的機械強度；（b）有較好的化學穩(wěn)定性；（c）有適宜的級配(grade)和足夠的空隙率(voidage)。所謂級配就是濾料的粒徑范圍及在此范圍內各種粒徑的濾料數(shù)量比例;（d）濾料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角。36濾料的性能指標有以下三項：（a）有效直徑(effectivesize)和不均勻系數(shù)(uniformitycoefficient)：濾料的規(guī)格常用有效直徑和不均勻系數(shù)表示。有效直徑是指能使10％的濾料通過的篩孔直徑，以D10表示，單位是mm。同樣D80表示能使80％的濾料通過的篩孔直徑。D80與D10的比值就稱為濾料的不均勻系數(shù)，以K80表示37例如，D10＝0.6mm，D80＝1.0mm，

則：K80＝D80/D10=1.0/0.6＝1.67。顯然，不均勻系數(shù)越大，濾料越不均勻，小顆粒會填充于大顆粒的間隙內，從而使濾料的空隙率和納污能力降低，水頭損失增大。因此不均勻系數(shù)以小為佳。但是不均勻系數(shù)越小，加工費用也越高。綜合考慮，一般K80控制在1.65～1.80之間為宜。38濾料的性能指標有以下三項：（b）濾料的納污能力：濾料層承納污染物的容量常用納污能力(capacityofretainingpollutants)來表示。其含義是在保證出水水質的條件下，在過濾周期內單位體積濾料中能截留的污物量，以kg/m3或g/cm3表示。其大小與濾料的粒徑、形狀等因素有關；39濾料的性能指標有以下三項：（c）濾料的空隙率和比表面積：空隙率是指一定體積的濾層中，空隙所占體積與總體積的比值。常用的石英砂和白煤濾料的空隙率分別為0.4和0.5。濾料的比表面積(specificsurface)是指單位重量或單位體積的濾料所具有的表面積，用m2/g或m2/cm3表示。40配水系統(tǒng)配水系統(tǒng)的作用：均勻收集濾后水，所以，它又稱為排水系統(tǒng)；更重要的是均勻分配反沖洗水。配水系統(tǒng)的合理設計是濾池正常工作，保持濾料層穩(wěn)定的重要保證。所謂大阻力配水系統(tǒng)是指盡可能增大配水系統(tǒng)中布水孔眼的阻力，使反洗水在流向全池各部的水頭損失盡可能相等，保證配水均勻。41優(yōu)良濾池的指標：優(yōu)良的濾池應具備以下性能：（a）濾料納污能力大，過濾水頭損失小，工作周期長；（b）出水水質符合回用或外排的要求；（c）反洗耗水量少，效果好，反洗后濾料分層穩(wěn)定而不發(fā)生很大程度的濾料混雜。42濾池反沖洗濾池反沖洗的目的是清除截留在濾料孔隙中的懸浮物，恢復其過濾能力。一般濾池采用濾后水反沖洗，并輔以表面沖洗（surfacewash)或空氣沖洗(airscour)。反沖洗的指標：反沖洗的指標有濾料的膨脹率、反沖洗強度、反沖洗時間、反沖洗水頭、反沖洗水的供應和排除、空氣沖洗和表面沖洗等。43（1）膨脹率（expandingrate)：濾料層膨脹后與膨脹前的厚度差與過濾時濾料的厚度之比，用百分數(shù)表示。一般用符號e表示。反洗時的膨脹率要適當。膨脹率太低，水流剪切力??；膨脹率過高，顆碰撞次數(shù)會減少，還會沖動墊料層及流失濾料。（2）反沖洗強度(backwashflowrate)：單位時間內單位濾池面積所通過的反沖洗水量稱為反沖洗強度，通常用q表示，它的單位是L/(m2·s)。反沖洗強度的大小與濾料的粒度、水的溫度、孔隙率和要求的膨脹率有關?？捎迷囼灥姆椒ù_定。44（3）反沖洗時間(backwashtime)：反沖洗時間依濾層污染程度而異，應根據(jù)運行情況來確定。（4）反沖洗水頭(head)：反沖洗所需水頭等于濾層、墊層、配水系統(tǒng)及管路的水頭損失之和，并留有1.5－2.0m的富余水頭。具體可根據(jù)有關流體力學的方法計算。（5）反沖洗水的供應和排除：一般是用濾后水作為反沖洗用水。反沖洗水可用水塔或水泵供給。反沖洗排出的污水(spentbackwashwater)應及時排除，通常返回處理系統(tǒng)的首端。45（6）空氣沖洗(airscour)：空氣沖洗是在濾料層和墊層之間加空氣管，在反沖洗的同時鼓入壓力空氣，增加對顆粒的攪動，增加顆粒之間互相碰撞和摩擦的機會，加強反沖洗效果。強度據(jù)具體情況確定。（7）表面沖洗(surfacewash)：在過濾含有機物質較多的原水時，濾層表面往往生成由濾料顆粒、懸浮物和粘性物形成的泥球。為了破壞泥球，提高沖洗質量，常用壓力水進行表面沖洗。46（五）其它濾池無閥濾池虹吸濾池移動罩濾池壓力濾池二、混凝法（Coagulation）（一）概述（二）膠體的結構（三）混凝機理（四）混凝劑與助凝劑（五）影響混凝效果的因素（六）化學混凝的設備

（一）概述混凝是通過向廢水中投加混凝劑(coagulant)，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細小懸浮顆粒和膠體微粒聚集(aggregation)成較粗大的顆粒而沉降與水分離，使廢水得到凈化?；炷ㄊ菑U水處理中常采用的方法：可以用來降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機物、某些重金屬和放射性物質?；炷ㄟ€能改善污泥的脫水性能。

（二）膠體的結構1.膠體的特點：粒徑小：一般直徑為10-7－10-9m；布朗運動：顆粒在廢水中受水分子熱運動的碰撞而作無規(guī)則的布朗運動；帶電：同類膠體微粒帶有同性電荷。水化膜：許多水分子被吸引在膠體微粒周圍，形成水化膜。2.膠體的雙電層結構模型q——膠體粒子的電動電荷密度，即膠粒表面與溶液主體間的電荷差；δ——擴散層厚度，cm；ε——水的介電常數(shù)，其值隨水溫升高而減小。

[膠核]電位形成離子，束縛反離子自由反離子[Fe(OH)3]mnH＋

(n－x)Cl－x+Cl－

膠核nuclear膠粒colloidalparticle吸附層stationarylayer擴散層diffuselayer膠團colloidalmicelle（三）混凝機理膠體能保持穩(wěn)定的原因：（1）同性膠體微粒之間的靜電斥力；（2）擴散層中反粒子的的水化作用。膠體顆粒保持分散的懸浮狀態(tài)的特性稱為膠體的穩(wěn)定性（stabilization)。膠體因電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程稱為脫穩(wěn)(destabilization)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為較大顆粒的過程稱為凝聚(coagulation)。未經脫穩(wěn)的膠體通過高分子架橋作用形成大的顆粒，稱為絮凝?；炷龣C理：（1）壓縮雙電層；（2）吸附電中和；（3）吸附架橋；（4）沉淀物網(wǎng)捕作用。（四）混凝劑與助凝劑凝聚、絮凝和混凝這三個詞常引起混淆。凝聚(coagulation)是指膠體被壓縮雙電層而脫穩(wěn)的過程；絮凝(flocculation)則指膠體由于高分子聚合物的吸附架橋作用聚結成大粒絮體的過程；混凝（coagulation-flocculation）則包括凝聚與絮凝兩種過程。1.混凝劑鋁鹽和鐵鹽混凝劑的作用機理（1）鋁鹽的水解過程在pH≤4時，Al3+以Al(H2O)63+的形式存在當pH升高，發(fā)生配位水分子離解，生成各種羥基合鋁離子，最終生成氫氧化鋁沉淀物。

實際上，在pH＞

4時，隨著溶液中的OH-濃度的提高，水解產物之間還發(fā)生羥基架橋聚合反應，生成不同聚合度的高電荷絡離子：

與此同時，生成的多核聚合物還會繼續(xù)水解

所以水解與縮聚兩種反應交錯進行，最終結果產生聚合度極大的中性氫氧化鋁。當其數(shù)量超過其溶解度時，即析出氫氧化鋁沉淀物。[A1(OH)(H2O)5]2+[A12(OH)2(H2O)8]4+[A1n(OH)2n-2(H2O)2n+4](n+2)+鋁鹽和鐵鹽混凝劑的作用機理（2）鋁鹽和鐵鹽在混凝中的作用由于上述聚合和水解反應交錯進行，因而其產物必然是多種形態(tài)的聚合鋁絡離子在一定條件下的混合平衡。略去配位H2O分子以后的具體形態(tài)可能有：[A16(OH)15]3+、[A17(OH)17]4+、[A18(OH)20]4+及[A113(OH)34]5+等。一般地，低pH值下的主要形態(tài)是低聚合度的高電荷絡離子；（壓縮雙電層和電荷中和作用）高pH值下的主要形態(tài)是高聚合度的低電荷絡離子。（吸附架橋作用）pH值在7～8時，聚合度極大的中性[A1(OH)3(H2O)3]n占絕對優(yōu)勢；（沉淀物網(wǎng)捕作用）當pH＞8.5時，則重新溶解為[A1(OH)4]-、[A16(OH)20]2-等負離子。（吸附架橋作用）由上述情況可見，從投加混凝劑開始到反應結束，必然是從簡單到復雜的各種產物相繼出現(xiàn)并交叉發(fā)揮作用的過程。(2)有機高分子類混凝劑(polyelectrolytes)分類：高分子混凝劑分為天然和人工兩種，其中天然高分子混凝劑的應用遠不如人工的廣泛，主要原因是電荷密度小，分子量較低，且容易發(fā)生降解而失去活性。根據(jù)高分子聚合物所帶基團能否離解及離解后所帶離子的電性，有機高分子混凝劑可分為陰離子型(anionic)、陽離子型(cationic)和非離子型(nonionic)有機高分子絮凝劑

（1）人工合成的有機高分子絮凝劑陰離子型：含有-COOM(M為H+或金屬離子)或-SO3H的聚合物，如部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)等。陽離子型：含有-NH3+、-NH2+和-N+R4的聚合物，如聚二甲基氨甲菠丙烯酰胺(APAM)和聚乙烯吡啶鹽等非離子型：所含基因不發(fā)生離解的聚合物，如聚丙烯酰胺(PAM)、甲叉基聚丙烯酰胺(MPAM)和聚氧化乙烯(PEO)等，其中以PAM應用最為普遍。（2）天然高分子絮凝劑常用的有淀粉、半乳甘露糖、纖維素衍生物、多糖和動物骨膠五大類。其它如海藻酸鈉、丹寧等(2)有機高分子類混凝劑特點：高分子混凝劑一般為鏈狀結構，各單體間以共價鍵結合。單體的總數(shù)稱為聚合度，高分子混凝劑的聚合度約從1000－5000，甚至更高。高分子混凝劑溶于水中，將生成大量的線形高分子。作用機理：（a）由于氫鍵結合、靜電結合、范德華力等作用對膠粒的吸附結合；（b）線型高分子在溶液中的吸附架橋作用。有機高分子絮凝劑的作用機理離子型的絮凝效果更有效，原因是：在一般情況下，不論混凝劑為何種離子型，對不同電性的膠體和細微懸浮物都是有效的。但如為離子型，且電性與膠粒電性相反，就能起降低ζ電位和吸附架橋雙重作用，可明顯提高絮凝效果。離子型絮凝劑所帶的同電號基團間的靜電斥力能使線性分于由卷曲形變?yōu)樯煺剐?，捕捉范圍增大，活性基團也得到充分暴露，從而使絮凝劑分子與微粒之間發(fā)生吸附橋聯(lián)的機率增大。聚丙烯酰胺簡介(polyacrylamides,PAM)分子式：產量占高分子混凝劑總產量的80％；按性狀，聚丙烯酰胺產品有膠狀(含量5％－10％)、片狀(含量20％－30％)和粉狀(含量90％－95％)三種。其聚合度可達2×104－9×104。相應的相對分子質量高達1.5×106－6.0×106。聚丙烯酰胺也常作為助凝劑與其他混凝劑一起使用，可產生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質有關。—CH2—CH—CONH2n2.助凝劑pH調整劑：在原水pH值不符合工藝要求，或在投加混凝劑后pH值發(fā)生較大型化時，就需要投加酸性或堿性物質子以調整。常用的pH調整劑有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3等。絮體結構改良劑：其作用是加大絮體的粒徑、密度和機械強度。這類物質有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。氧化劑：當原水中的有機物含量較高時，容易形成泡沫，不僅使感觀性狀惡化，絮凝體也不易沉降。此時，應投加C12、Ca(ClO)2、NaClO和臭氧等氧化劑來破壞有機物。當用FeSO4作混凝劑時，則常用O2和Cl2將Fe2+氧化為Fe3+，以提高混凝效果。（五）影響混凝效果的因素1.廢水水質的影響（1）濁度(turbidity)濁度過高或過低都不利于混凝，濁度不同，所需的混凝劑用量也不同。（2）pH值每種混凝劑都有其適宜的pH值，這是因為pH值的高低不但直接影響著污染物存在的形態(tài)和表面性質，而且影響著混凝劑的水解平衡及產物的存在形態(tài)和存在時間。高分子絮凝劑除離解時產生H+和OH-者外，一般受pH值的影響很小。不同混凝劑最佳pH值要通過試驗確定。（3）水溫(temperature)水溫會影響無機鹽類的水解，水溫低，水解反應慢。生成的絮體細碎松散，不易沉降。另外水溫低，水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降。水溫一般以20～30℃為宜。（4）共存雜質(impurities)有些雜質的存在能促進混凝過程。而有些物質則不利于混凝的進行。2.混凝劑的影響（1）混凝劑種類(kindsofcoagulants)混凝劑的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的性質、濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，且電位較高，則應先投加無機混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如絮體細小，還需投加高分子混凝劑或配合使用活性硅酸等助凝劑。很多情況下，將無機混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴大應用范圍。（2）混凝劑投加量(dosage)投加量除與水中微粒種類、性質、濃度有關外，還與混凝劑品種、投加方式及介質條件有關。對任何廢水的混凝處理，都存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題，應通過試驗確定。（3）混凝劑投加順序(sequence)當使用多種混凝劑時，其最佳投加順序可通過試驗來確定。一般而言，當無機混凝劑與有機混凝劑并用時，先投加無機混凝劑，再投加有機混凝劑。但當處理的膠粒在50m以上時，常先投加有機混凝劑吸附架橋，再加無機混凝劑壓縮擴散層而使膠體脫穩(wěn)。3.水力條件的影響混凝澄清的工藝過程可分為混合、反應和絮體分離三個階段?；旌虾头磻A段都需要攪拌，此時，水中微粒通過速度梯度實現(xiàn)碰撞。兩個控制指標：攪拌強度、攪拌時間?；旌想A段：要求混凝劑與廢水迅速均勻混合，為此要求速度梯度G在500－1000s–1，攪拌時間t應在10－30s。反應階段：既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止生成的小絮體被打碎，因此攪拌強度要逐漸減小，而反應時間要長，相應G和t值分別應在20－70s–1和15－30min。（六）化學混凝的設備1.投藥方法及設備2.混合設備3.反應設備4.澄清池1.投藥方法及設備投藥方法有干(dry)投法和濕(wetted)投法。干投法是把經過破碎易于溶解的藥劑直接投入廢水中。干投法占地面積小，但對藥劑的粒度要求較嚴，投加量較難控制，對機械設備的要求較高，同時勞動條件也較差。目前應用的較少。濕投法是將混凝劑和助凝劑配成一定濃度的溶液，然后按處理水量大小定量添加?；炷齽┑臐穹ㄍ都影ㄋ巹┑呐渲?、藥劑的計量和藥劑的投加三個過程。2.混合設備廢水與混凝劑和助凝劑進行充分混合，是進行反應和混凝沉淀的前提。對混合要求是速度快。一般有兩種混合型式：一種是借水泵的吸水管或壓水管混合。另一種是在混合槽內進行混合?；旌喜刍旌铣Ｓ玫挠袡C械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。機械攪拌混合：由攪拌槳快速旋轉造成的紊流完成混合。

槽體有效容積按水力停留時間為10～30s計算。槳葉外緣線速度取1.5～3.0m/s。水力攪拌混合：將混凝劑溶液加入壓力管，利用管內紊流使藥劑擴散于水中。管內水速宜采用1.5～2.0m/s，投藥后的管內水頭損失不小于0.3～0.4m。管道混合無活動部件，結構簡單，安裝使用方便。3.反應設備水與藥劑混合后進入反應池進行反應。反應池內水流特點是流速由大到小。在較大的反應流速時，使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞吸附，在較小的反應流速時，使碰撞吸附后的顆粒結成更大的礬花。水力攪拌反應池機械攪拌反應池隔板反應池旋流反應池渦流反應池4.澄清池澄清池(clarifier)是用于混凝處理的另一種設備。在澄清池內，可以同時完成混合、反應、絮凝體沉降分離等過程。優(yōu)點：占地面積小，處理效果好，生產效率高，節(jié)省藥劑用量。缺點：對進水水質要求嚴格，設備結構復雜。從基本原理上澄清池可分為兩大類：懸浮泥渣型：懸浮澄清池、脈沖澄清池；泥渣循環(huán)型：機械加速澄清池、水力循環(huán)加速澄清池小結：化學混凝法的優(yōu)缺點優(yōu)點：設備簡單，維護操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運行均可以。缺點：由于不斷向廢水中投藥，經常性運行費用較高，沉渣量大，且脫水較困難。74五、氣浮法（一）概述（二）基本原理（三）氣浮的類型（四）加壓溶氣氣浮法的工藝流程75（一）概述氣浮法是一種固—液分離或液—液分離技術。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大量的微細氣泡，使廢水中密度接近于水的固體或液體污染物微粒吸附在氣泡上，形成密度小于水的氣浮體，在浮力作用下，上浮至水面形成浮渣而實現(xiàn)固—液分離或液—液分離。實現(xiàn)氣浮分離必須具備的條件：（1）必須向廢水中提供充足的微細氣泡；（2）必須使廢水中的污染物質能形成懸浮狀態(tài)；（3）必須使氣泡與懸浮顆粒物質產生粘附作用。76（二）氣浮的原理氣泡能否與懸浮顆粒發(fā)生有效附著主要取決于顆粒的表面性質。

親水性(hydrophilicity)：如果顆粒易被水潤濕，則稱該顆粒為親水性的。疏水性(hydrophobicity)：如顆粒不易被水潤濕，則是疏水性的。接觸角(contactangle)：在靜止狀態(tài)下，當氣、液、固三相接觸時，氣－液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角(包含液相的)稱為平衡接觸角，用表示。77接觸角示意圖平衡時有：LS＝GS+LGcos(π–θ)接觸前后的能量變化：

E=E2－E1=GS－LS－LG

E=LG(cos－1)固體固體疏水固體親水固體水滴水滴接觸角接觸角GSLGLS表面能：由于物體表面積改變而引起的內能改變,單位面積的表面能的數(shù)值和表面張力相同,但兩者物理意義不同。

78E＝LG(cos－1)當顆粒完全被水潤濕時，＝0，cos＝1，E＝0，顆粒不能與氣泡粘附。當顆粒完全不被水潤濕時，＝180，cos＝－l，E＝－2LG，顆粒與氣泡粘附的動力大，易于用氣浮法處理。固體的接觸角越大，越易于與氣泡的粘附。但對于LG很小的體系，雖然有利于固體向氣泡的粘附，但由于粘附動力較小，顆粒向氣泡的粘附困難。79（三）氣浮的類型氣浮過程包括氣泡(bubble)的產生、氣泡與顆粒的附著及上浮分離等連續(xù)步驟。產生數(shù)量和尺寸合適的氣泡是氣浮過程實現(xiàn)的重要條件。按水中氣泡產生的方式，氣浮法可分為電解法(electrolyzedflotation)散氣法(diffusedairflotation,DiAF)溶氣法(dissolvedairflotation,DAF)801.電解氣浮法電解浮選法是對廢水進行電解，這時在陰極產生大量的氫氣泡，氫氣泡的直徑很小，僅有20－100m。廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上，隨其上浮，從而達到了凈化廢水的目的。與此同時，在陽極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。812.散氣氣浮法散氣浮選是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡，以進行浮選的方法。按粉碎氣泡方法的不同，散氣氣浮又分為水泵水管吸氣氣浮、射流氣浮、擴散板曝氣氣浮以及葉輪氣浮等四種。823.溶氣氣浮法定義：溶氣法是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水中，并達到過飽和狀態(tài)，然后再使廢水壓力驟然降低，這時溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出并進行氣浮。根據(jù)氣泡在水中析出時的所處壓力的不同，溶氣氣浮又可分為:加壓溶氣氣浮和溶氣真空氣浮兩種類型。加壓溶氣法需要有空氣壓縮機、溶氣罐、減壓閥或溶氣釋放器、水泵。按空氣與水混合的位置有分為泵前進氣與泵后進氣兩種。83氣浮法的特點：(a)由于氣浮池的表面負荷有可能高達12m3/m2·h，水在池中停留時間只需10－20min，而且池深只需2m左右，故占地較少，節(jié)省基建投資；(b)氣浮池具有預曝氣作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后續(xù)處理或再用，泥渣也不易腐化；(c)對那些很難用沉降法去除的低濁度含藻水，氣浮法處理效率高，甚至還可去除原水中的浮游生物，出水水質好；84氣浮法的特點：(d)浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥體積少2－10倍，這對污泥的后續(xù)處理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便；(e)可以回收利用有用物質；(f)氣浮法所需藥劑量比沉淀法節(jié)省。(g)氣浮法電耗較大，處理每噸廢水比沉淀法多耗電約0.02－0.04kWh；目前使用的溶氣水減壓釋放器易堵塞；浮渣怕較大的風雨襲擊。第四節(jié)水中有害微生物的去除概述氯消毒其它消毒法（一）概述1.消毒的定義通過消毒劑或其它消毒手段，殺滅水中致病微生物的處理過程，稱為消毒。水中的致病微生物包括病毒（viruses）、細菌（bacteria）、真菌、原生動物（protozoanoocystsandcysts）、腸道寄生蟲及其卵等。消毒和滅菌是兩種不同的處理工藝，前者僅要求殺滅致病微生物，而后者則要求殺滅全部微生物。評價指標：生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范細菌總數(shù)：<100個/mL總大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出糞大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出3.消毒方法化學藥劑：氧化劑：氯、臭氧、溴、碘、高錳酸鉀等；某些重金屬離子（銀、銅等）及陽離子型表面活性劑等；其中以氯消毒和臭氧消毒法應用最多。物理法：加熱、光照及超聲波等機械法：格網(wǎng)、膜輻射：射線、電子束4.消毒機理可能有以下幾個方面的作用：（1）破壞細胞壁；（2）改變細胞通透性；（3）改變微生物的DNA或RNA；（4）抑制酶的活性（二）氯消毒氯化作用（chlorination）常用作消毒的同義詞。1、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應：

Cl2+H2OHClO+H++Cl–HClOH++ClO–HClO和ClO–都有氧化能力，但細菌是帶負電的，所以一般認為主要是通過HOCl的作用來消毒的。只有它才能擴散到細菌表面，并穿透細胞壁到細菌內部，破壞細菌酶系統(tǒng)。實踐也表明pH越低，消毒作用越強。有關氯消毒理論仍有待研究。HClO和ClO–的比例與水中溫度和pH有關。pH高時，ClO–較多。pH>9，ClO–接近100%。pH<6，HClO接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[ClO–]不同pH和水溫時水中HClO與ClO–的相對含量

如果有氨存在：

NH3+HOCl＝NH2Cl+H2ONH2Cl+HOCl＝NHCl2+H2ONHCl2+HOCl＝NCl3+H2O其比例與pH有關。（1）pH>9，一氯胺占優(yōu)勢；（2）pH=7，一氯胺和二氯胺同時存在；（3）pH<6.5，二氯胺；（4）pH<4.5，三氯胺。氯氨的消毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多時，反應才會向左移動。因此，有氯胺存在時，消毒作用比較緩慢。如氯消毒5分鐘，殺滅細菌99％以上，而用氯胺消毒，相同條件下僅殺滅50％。三種氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用極差，且有惡嗅味。自由性或游離性氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl–化合性氯或結合性氯（combinedavailablechlorine）：氯氨2、加氯量加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：滅活水中微生物、氧化有機物和還原性物質所消耗的部分。余氯：出廠水接觸30min后余氯不低于0.3mg/L；在管網(wǎng)末梢不應低于0.05mg/L。加氯曲線：水中無任何微生物、有機物等，加氯量＝余氯（曲線①）；水中有機物較少時，需氯量滿足以后就是余氯（曲線②）。當水中的污染物主要是氨和氮化合物時，情況復雜。OA段：水中雜質把氯消耗光。AH段：氯與氨反應，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯為化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量繼續(xù)增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而減少。BC段：B點以后，出現(xiàn)自由性余氯。

H：峰點；B：折點。3、投氯點及投氯量對給水處理來說，若氨氮含量較低（<0.3mg/L），通常投氯量超過折點B，維持一定游離余氯量，此即“折點氯化法”。若氨氮含量較高（>0.5mg/L），投氯量控制在峰點A以前即可，這時的化合余氯量以足夠消毒。不同廢水的水質和消毒要求差別很大，應通過實驗確定投氯量。一般城市污水沉淀后出水的投氯量約為6～24mg/L，二級生化處理出水約為3～9mg/L，二級生化加過濾處理之出水，約為1～5mg/L。氯與廢水應充分混合，接觸時間約為1h（氯胺消毒為2h）。廢水經加氯消毒后，1h后的余氯量應不小于0.5mg/L。4、加氯設備與工藝（1）加氯設備一般用氯氣：有毒氣體，在6－8氣壓下變成液氯。使用時采用氯瓶。干燥氯氣和液氯對鋼瓶無腐蝕作用，但遇水或受潮則會嚴重腐蝕金屬。因此，必須嚴格防止水和潮氣進入氯瓶。加氯機：轉子加氯機、真空加氯機（三）其它消毒法1.臭氧消毒法2.二氧化氯消毒法3.氯氨消毒法4.重金屬消毒法5.其它鹵素消毒法6.紫外線消毒法7.次氯酸鈉消毒法1.臭氧消毒法（1）臭氧消毒的特點臭氧是僅次于氟的強氧化