《水质工程学》期末复习资料

1.《生活饮用水标准》GB5749-2006,色度<15,浑浊度<1NTU,6.5完全混合

加氯

活塞流

局部完全混合的活塞污泥反应器 局部完全混合的活塞流

流 活塞流 活塞流 活塞流

生物滤池 化学澄清 活性污泥

活塞流 完全混合 完全混合及活塞流

水体:水,生物,底泥

4.典型地表水处理流程(给水处理):原水—混凝—沉淀—过滤—消毒—饮用水

5.混凝:通过某种方法使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程,是水和废水处理工艺中的一种单元操作.//凝聚(胶体脱稳并生成微小聚集体),絮凝(脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体)

6.影响混凝效果的主要因素:1.水温2.pH 3.碱度4.水中浊质颗粒浓度5.水中有机污染物6.混凝剂种类与投加量7.混凝剂投加方式8.水力条件

7.紊流絮凝理论:涡旋运动产生的剪切力和惯性离心力是絮凝颗粒产生接触碰撞的主要动力. 水中的胶体和悬浮物是使水产生浑浊的主要原因,而且还是水中各种细菌.病毒.污染物的载体.表征水中胶体物质含量的主要水质参数是浊度.

9.DLVO理论:各种形状的胶体颗粒之间因相互吸引产生的吸引势能和因双电层排斥产生的排斥势能的计算方法,对憎水颗粒的稳定性进行了定量描述和处理.两颗粒之间的吸引势能EA与胶体颗粒表面间距x成反比,且永远都是负值.

凝聚机理:压缩双电层/.吸附电中和./吸附架桥作用./网捕卷扫作用.

11.压缩双电层:如果能使胶体颗粒的双电层变薄.排斥能降到相当小时,两胶体颗粒接时,就可以由原来的排斥力为主变成吸引力为主,胶体颗粒间就会发生凝集,水中胶体粒通常带有负电荷,便胶体顺粒间相互排斥而稳定,当加入含有高价态正电荷离子的电解质时,高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面,置换出原来的低价正离子,这样双电层中仍然保持电中性,但正离子的数量却减少了,也就是双电层的厚度变薄了,胶体颗粒滑动面上的了电位降低,当了电位降至0时,称等电状态,此时排斥势垒完全消失,其实,在实际生产中,只要将电位降至某一数值使胶体颗粒总势能曲线上的势垒处E==0,胶体颗粒用,此对的了更位称为临算电位.

吸附电中和:胶体颗粒表面吸附异号离子.异号胶体颗粒或带异号电荷高分子,从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷,减少了胶体颗粒间的静电斥力.

13.吸附架桥:分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机或无机高分子物质架桥连接,凝集为大的聚集体而脱稳聚沉,此时胶体颗粒之间并不直接接触,高分子物质在两个胶体颗粒之间像一座桥一样将它们连接起来.当高分子物质投加量过多时,胶体颗粒表面被高分子所覆盖,两个胶体颗粒接近时,受到胶体与胶粒之间因高分子压缩变形而产生的反弹力和带电高分子之间的静电排斥力,使胶体不能凝集.若过少则无法形成架桥.

14.网捕-卷扫:指投加到水中的铝盐.铁盐等混凝剂水解后形成大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀,这些水合金属氧化物体积收缩沉降时,会像多孔的网一样,将水中胶体颗粒和

悬浮浊质颗粒捕获卷扫

15.絮凝机理P62异向絮凝: 同向絮凝:

16.混凝剂:①无机盐类混凝剂:硫酸铝.三氯化铁.硫酸亚铁.

②高分子混凝剂:聚合氯化铝PAC(利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物的压缩双电层和吸附电中和作用),1.形成絮凝体速度快2.投加量相对低3.对原水水质适应性好4.最佳混凝pH范围较宽5.配置和投加过程中药液对设备的腐蚀程度小

合成有机高分子混凝剂:聚丙烯酰胺PAM(常作为助凝剂:不能在某一特定水处理工艺中单独用做混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善凝聚和絮凝效果的化学药剂)//PAM以吸附架桥改善已形成的絮体结构

17.混凝控制:对混凝剂投加量的控制.//影响混凝剂需要量的因素:1.混凝要达到的目标2.处理构筑物的性能3.原水的水质4.混凝剂自身的特性 17.混凝动力学:解决颗粒碰撞速率和混凝速率的问题

异向絮凝动力学:已完全脱稳的胶体颗粒在水分子热运动的撞击下作布朗运动,这种运动是随机的无规则的,将导致颗粒间相互碰撞聚集,产生絮凝,由小颗粒聚集成大颗粒.在这一絮凝过程中,水中颗粒数量浓度或单位体积水中颗粒数减少.而颗粒总质量不变,颗粒的絮凝速率决定于颗粒的碰撞速率.同向絮凝动力学:(当颗粒粒径大于1m时,布朗运动基本消失,需要采用水力或机械搅拌推动水流运动来促使颗粒相互碰撞,即进行同向絮凝)

速度梯度G:控制混凝效果的水力条件.在絮凝过程中,所施功率或G越大,颗粒碰撞速率越大,絮凝效果越好

GT值:(快速搅拌条件)T是絮凝反应时间,GT值包含了表征搅拌的量G和反应时间T是一个综合衡量混凝时间过程的量值控制指标.

18.混合设施:水力混合/水泵混合/管式混合/机械混合

P88絮凝设施:水力絮凝反应设施(隔板絮凝池.折板絮凝池.网格絮凝池.穿孔旋流絮凝池).机械絮凝反应设施

机械絮凝池:水中絮凝体存在不同速度梯度而产生同向絮凝的絮凝构筑物,水流的动能来源于搅拌机的功率输入.

隔板絮凝池:经快速混合后的水在隔板之间流动,由于水在隔板间流动存在阻力.(往复式隔板絮凝池:在转折处消耗较大能量.絮凝颗粒碰撞机会增加,但容易引起絮凝体破碎)(回转式隔板絮凝池:避免了絮凝体破碎,但减少了颗粒碰撞机会,影响了絮凝速度)

折板絮凝池:增加絮凝体碰撞的机会,相比隔板絮凝池折板絮凝池可以缩短总絮凝时间,絮凝效果良好.

网格絮凝池:能耗均匀,絮凝颗粒碰撞机会一致,可以提发絮凝效率,缩短絮凝时间,但也存在末端池底积泥.

穿孔旋流絮凝池:结构简单,但絮凝效果较差,已较少使用

19.沉淀和澄清:.(分为自由沉淀.絮凝沉淀.成层沉淀/拥挤沉淀)通过重力作用,使水中的悬浮颗粒、絮凝体等物质被分离去除,若向水中投加适当的化学物质,他们与水中待去除的离子化合,生成难溶化合物而发生沉淀,则称为化学沉淀,可以用于去除某些溶解盐类物质. 20.在水中作沉降作用的颗粒杂质受重力.浮力.水流阻力.

【Re<1 层流,Re>1000紊流】平流沉淀池:前部进水区,后部出水区,下部沉泥区(泥斗排泥.穿孔管排泥.机械排泥),中部沉淀区.(紊动性指标为雷诺数,稳定性指标为弗劳德数.①能同时降低雷诺数和提高弗劳德数的唯一方法是降低水力半径R,措施是加隔板,进行纵向分格,增大湿周,减小水力半径②增大水平流速,提高Re加强水流的紊动性而不利于沉淀,另一方面也提高了Fr,从而加强了水流的稳定性而有利于沉淀效果的提高.目前我国规范规定:在混凝池中水平流速为10-25mm/s最高可达30-50mm/s)

平流沉淀池:优点:1.对冲击负荷和温度变化的适应能力较强2.施工简单,造价低/缺点:1.采用多斗排泥,每个泥斗需单独设排泥管各自排泥,操作工作量大,采用机械排泥,机件设备和驱动件均设于水中,易腐蚀./适用条件:适用地下水位较高及地质较差的地区大中小型污水处理厂. 理想沉淀池理论:对于理想沉淀区,表面负荷与截留沉速相等.

理想沉淀池的基本假设:①颗粒处于自由沉淀状态,颗粒的沉速基本不变②水流沿水平方向流

动,在过水断面上,各点流速相同,并在流动过程中流速始终不变③颗粒沉到底就被认为去除,不再返回水流中.

23.影响平流沉淀池沉淀效果的因素:(1)沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响(2)凝聚作用的影响

23.沉淀废水处理系统中的作用:1.在一级处理的废水系统中,沉降是主要工艺,废水处理效果的高低基本取决于沉淀池的沉淀效果2.在二级处理的废水处理系统中,沉降具有多种功能3. 24.过滤的五大机理:沉淀.惯性.截阻.扩散.动力效应.

25.反冲洗:上升水流剪切力&固体颗粒间碰撞摩擦(滤层在过滤过程中,逐渐被悬浮物堵塞,滤层的水头损失随之不断增长.)(气冲.水冲.气水冲洗)

滤层反冲洗强度与滤层的膨胀率有关,与滤料粒径正相关.

26.V型滤池:一种石英砂均质滤料滤池,采用气水反冲洗+表面横扫适用于大中型水厂(过滤时进水,反洗时横向扫洗布水)

特点:滤层纳污能力高,过滤周期长,反冲耗水量低,冲洗效果好

26.消毒机理:1.破坏细胞壁2.改变细胞通透性3.改变微生物DNA/RNA 4.抑制酶活性①氯消毒:通过次氯酸起消毒作用,当HOCl分子到达细菌内部时,与有机体发生氧化作用而使细菌死亡.(加滤点通常设置在滤池到清水池的管道上)②臭氧氧化:偶极加成反应/亲电取代反应 消毒剂类型:氧化剂//.金.银等重金属离子//一些物理方法//阳离子表面活性剂.

29.对于确定的消毒剂,影响消毒效果的因素可能有三个方面①消毒剂的浓度②消毒剂与水的接触时间③水质本身的因素

截留物 膜结构

悬浮物.颗粒.纤维和细菌 生化制品.胶体和大分子 全部悬浮物.溶质和盐 非解离和大分子物质 膜滤过程

推动力

分离机理

对称和不对称多孔膜 不对称结构的多孔膜 致密不对称膜和复合膜 阴阳离子交换膜

渗透物

微滤MF 压力差 筛分 水.溶剂溶解物

超滤UF 压力差 筛分 水.溶剂.离子和小分子

反渗透RO 压力差 溶解/扩散 水和溶剂

电渗透ED 电位差 离子交换 电离离子

30.反渗透前一定要设置微滤

31.微滤(应用于污水处理.中水回用) .超滤:

33.微滤和超滤都是在压差推动力下进行的液相分离过程 34.反渗透和纳滤用于将低分子量的溶质从溶剂中分离出来.

35.发生反渗透的两个必要条件:①选择性透过溶剂的膜②膜两边的静压差必须大于其渗透压差

目前用于水的淡化除盐的反渗透膜主要有醋酸纤维素(CA)膜/芳香族聚酰胺膜

37.电渗析: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透过性,使水中阴阳离子进行定向迁移

38.反渗透膜的透过机理主要是优先吸附-毛细孔流模型

反渗透装置:板框式.管式.卷式.中空纤维式

40.离子交换膜:并不是起离子交换作用,而是起离子选择透过性作用.具有孔隙作用.静电作用.扩散作用.

41.超滤的应用:工业废水的处理.城市污水处理.饮用水的生产.蛋白质的过滤回收.果汁的澄清.食用油精炼.医药产品的除菌.激素的提取.酒类酿造.电泳涂漆废水中涂料的回收.

42.连续微滤CMF的应用:污水处理中水回用.地下水地表水净化.海水淡化系统前级预处理.饮料澄清除浊.大型RO系统前预处理.

除氧方法:热力除氧电厂时将给水加热至沸腾以除去水分中的溶解氧

实验厌氧环境形成:(联氨和亚硫酸盐)N2H4+O2→N2+2H2O 2Na2SO3+O2→2NaSO4 44.膜分离在水处理中的应用:

饮用纯水(太空水)的制备;医药工业中注射用水洗瓶水及其他无菌水的制备;电子工业中超纯水的制备;火力发电厂锅炉补给水的制备;饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备;制造业中终端洗涤水的制备;饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化;废水循环与再生利用(零排放);BOD/COD的最小化;垃圾填埋场渗出水的浓缩处理;染料.颜料.油漆.含油废水的处理;纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收;金属.食品.皮革.农药和除草剂废水的处理

45.反渗透的应用:太空水.纯净水.蒸馏水等制备;酒类制造及降度用水;医药.电子等行业用水的前期制备;化工工艺的浓缩.分离.提纯及配水制备;锅炉补给水除盐软水;海水.苦盐水淡化;造纸.电镀.印染等行业用水及废水处理

46.中水回用流程Wastewater→screen→vibro screen(振动筛)→contact oxidation tank→UF unit(超滤)→chlorine disinfection(氯消毒)→activated carbon adsorption(活性炭吸附)→chlorine disinfection→reusable water

48.水厂的主要构筑物1.混合2.絮凝与沉淀池3.滤池与反冲洗系统4.清水池5.送水泵房6.加矾.加氯系统

49.水的软化:利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子把水中所含的钙镁交换出来.

浮选利用固体或液滴与他们在其中悬浮的液体之间的密度差,实现固液或液液分离的方法过滤使固液混合物通过多孔材料(过滤介质),从而截留固体并使液体(滤液)通过的过程.如果悬浮固体颗粒的尺寸大于过滤介质的孔隙,则固体截留在过滤介质的表面,这种类型的过滤称为表面过滤;表面过滤的介质可以是筛网厚的多孔载体等;如果悬浮固体颗粒是通过多孔物质构成的单层或多层滤床被去除,则称为体积过滤或滤层过滤膜分离,利用膜实现物质的分离.按被分离的物质尺寸由大至小,可以将膜分离分为微滤,超滤、纳滤和反渗透吸附当两相构成一个体系时,其组成在两相界面与相内部是不同的,处着两相界面处的成分产生了积蓄,这种现象称为吸附,通常在水处理中是指固相材料浸没在液相或气相中,液相或气相物质固着到固相表面的传质现象离子交换.离子交换物质是在分子结构上具有可交换的酸性或碱性基团的不溶性颗粒物质,固着在这些基团上的正负离子能和基团所接触的液体中的同符号离子交换而对物质的物理外观无明显的改变,也不引起变质或增溶作用.它可改变所处理液体的离子成分,但不改变交换前液体中离子的总当量数中和把最初是酸性的或碱性的水的pH调整到接近中性或是调整到平衡pH的任何处理.氧化与还原这些反应用来改变某些金属或化合物的状态,使他们变成

不溶解的或无毒无害的.氧化还原反应广泛用于从生活给水和工业废水中去除铁锰含氯或含铬的废水的去毒处理.各种有机物的去除等

水质稳定处理水中的碳酸盐系统不平衡所进行的控制水的腐蚀性或结垢性的处理(防止Fe(OH)3黄色沉淀物)①利用CaCO3在管壁上形成保护膜[确定最佳pH范围②利用SiO2在管壁上形成保护膜③利用聚磷酸钠

腐蚀与结垢(自发的氧化还原反应)由于周围介质相互作用,材料遭受破坏或材料性能恶化的过程.

腐蚀的控制方法合理选材/阴极保护/介质处理/缓蚀剂法 电化学防腐外加电流阴极保护/牺牲阳极阴极保护(铜锌电池)