3水处理方法

ω△xr (Ci )
（3—14） 14）
∂Ci △x ∂x
υ
（主流）υωCi
∂C （扩散）ωDi i ∂x
υωCi +
−ωDi
∂ ∂C + Ci + i △x ∂x ∂x
υ
x
L
图 3-4 纵向分散模型（PFD型）
取出一个微元长度，列物料衡算式： 输入量： 输出量： 反应量：
[质量单位/面积/时间] 质量单位/面积/时间] DB——分子扩散系数，单位：[面积/时间] DB——分子扩散系数 单位： 面积/时间] 分子扩散系数， Ci——组分I的浓度，单位：[摩尔/体积]或[质量单位/体 Ci——组分 的浓度，单位： 摩尔/体积] 质量单位/ 组分I 积] x——浓度梯度方向的坐标 ——浓度梯度方向的坐标
第三章 水处理方法概论
3．1 物料衡算与质量传递 3.1.1 物料衡算方程 设在反应器内某一指定部位，任选某一物组 设在反应器内某一指定部位， 可写出如下物料平衡式： 分i，可写出如下物料平衡式： 单位时间变化量=单位时间输入量单位时间变化量=单位时间输入量-单位时间输出 (3—1) (3— 量+单位时间反应量 当变化量为零时，称为稳态， 当变化量为零时，称为稳态，即： 单位时间输入量-单位时间输出量+ 单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应 量＝0
dCi v (C = r(Ci ) dx
（3—12） 12）
Ci=C0； C=Ci， x=0，Ci=C0；x=t，C=Ci，积分上式得
x = ci dCi t = v ∫c o r(C ) i
（3—13） 13）
3.3非理想反应器 3.3非理想反应器
3.3.1 一般概念 PF型和CSTR型反应器是两种极端的、假 PF型和 型和CSTR型反应器是两种极端的 型反应器是两种极端的、 想的流型。 想的流型。图3—3表示两种理想反应器自进口 端至出口端的浓度分布。 端至出口端的浓度分布。 PF型反应器在进口端是在高浓度C0下进行 PF型反应器在进口端是在高浓度 下进行 型反应器在进口端是在高浓度C0 反应，只是在出口端才在低浓度Ce下进行反应 下进行反应。 反应，只是在出口端才在低浓度Ce下进行反应。 CSTR型始终在低浓度 下进行反应 型始终在低浓度Ce下进行反应， 而CSTR型始终在低浓度Ce下进行反应，故反 CSTR型反应器生产能力低于 型 CSTR型反应器生产能力低于PF型。 型反应器生产能力低于PF CSTR型反应器中存在返混 CSTR型反应器中存在返混，即停留时间不 型反应器中存在返混， 同的物料之间混合。 同的物料之间混合。
+
CSTR
0
图3-2推流式反应器内物料变化
图 3-3理想反应器中浓度分布
纵向分散模型见图3 纵向分散模型见图3-4，其基本设想是在推 流型基础上加上一个纵向混合。 流型基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用 纵向分散系数D1来表征它的特性 来表征它的特性： 纵向分散系数D1来表征它的特性：
J 1 = −D1 dCi dx
3.5 污水水处理基本方法与工艺
污水处理及固体处理的各种方法见图3 污水处理及固体处理的各种方法见图3-4。可以根据 处理目的是一级处理、二级处理、深度处理等合理选 用。
反应物
反应物
产物
反应物C0
产物
产物 (1)CMB型 (2)CSTR型 (3)PF型
图 3-1 理想反应器图示
3.2.2 完全混合间歇式反应器（CMB型） 完全混合间歇式反应器（CMB型 物料衡算式为： 物料衡算式为：
dCi = r(C ) i dt
(3—4) (3—
t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得： t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得：
3.1.2质量传递 3.1.2质量传递 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。 1.主流传递 1.主流传递 物质随水流主体而移动，称主流传递。 物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质 浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等， 浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等， 方向与水流方向一致。 方向与水流方向一致。 2.分子扩散传递 2.分子扩散传递
ci dCi t = ∫c o r (C ) i
(3—5) (3—
设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则 设为一级反应， Ci） kCi， C0 1 ci dCi t = ∫c = k ln C o −kC i i 设为二级反应， Ci） kCi2， 设为二级反应，r（Ci）=-kCi2，则：
c ∫ci t = o 1 1 1 = k (C − C ) i 0 −k⋅Ci 2 dCi
= D1 ⋅
∂C i ∂t
v
∂x
2
−v⋅
∂C i ∂x
+ r(C i )
（3—15） 15）
=0
故：
∂ Ci
2
∂C i ∂x
= D1 ⋅
∂x
2
+ r(C i )
（3—16） 16）
3.4 水处理基本方法与工艺
3.4.1给水处理的基本方法 3.4.1给水处理的基本方法 1.去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒， 1.去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒， 去除水中的悬浮物 此即为自来水厂常用的工艺流程。 此即为自来水厂常用的工艺流程。 2.除臭、除味：用活性炭吸附或者用氧化法去除水中的 2.除臭 除味： 除臭、 溶解有机物，用气浮法或微滤机除藻， 溶解有机物，用气浮法或微滤机除藻，用曝气法去 除水中溶解气体； 除水中溶解气体； 3.除铁、除锰、除氟：接触氧化法除铁、除锰，活性氧 3.除铁 除锰、除氟：接触氧化法除铁、除锰， 除铁、 化铝或混凝沉淀除氟； 化铝或混凝沉淀除氟； 4.软化：去除钙、镁有离子交换法或药剂软化法； 4.软化：去除钙、镁有离子交换法或药剂软化法； 软化 5.除盐与淡化：蒸馏法、离子交换法、或药剂软化法； 5.除盐与淡化 蒸馏法、离子交换法、或药剂软化法； 除盐与淡化： 6.降低水温：冷却塔或喷水冷却池； 6.降低水温 冷却塔或喷水冷却池； 降低水温： 7.水的腐蚀与结垢控制：用缓蚀剂与阻垢剂； 7.水的腐蚀与结垢控制 用缓蚀剂与阻垢剂； 水的腐蚀与结垢控制：
3.4.2微污染水源水处理 3.4.2微污染水源水处理 现阶段，已发现在给水水源中有机物种类在2000 现阶段，已发现在给水水源中有机物种类在2000 种以上；饮用水中有700多种 世界上确立了117种 多种。 种以上；饮用水中有700多种。世界上确立了117种 有机物为优先控制有机物，它们均为“三致” 致癌、 有机物为优先控制有机物，它们均为“三致”（致癌、 致突变、致畸变）物质。 致突变、致畸变）物质。 这些有机物有些来源于水源污染，有些则为传统 这些有机物有些来源于水源污染， 氯消毒过程中产生的， 氯消毒过程中产生的，如腐殖酸加氯消毒后生成三氯 甲烷。 甲烷。 微污染水源水的预处理方法有：粉末活性炭法、 微污染水源水的预处理方法有：粉末活性炭法、 臭氧或高锰酸钾氧化法、生物氧化法、曝气法、 臭氧或高锰酸钾氧化法、生物氧化法、曝气法、水库 蓄存法。 蓄存法。 微污染水源水的深度处理方法有： 微污染水源水的深度处理方法有：粒状活性炭吸 附法；臭氧－粒状活性炭吸附法或生物活性炭法； 附法；臭氧－粒状活性炭吸附法或生物活性炭法；化 学氧化法；光化学氧化法及超声波－ 学氧化法；光化学氧化法及超声波－紫外线联用法等 物理化学氧化法；膜滤法等等。 物理化学氧化法；膜滤法等等。
v ⋅ w ⋅ C i + w(−D1
∂Ci
∂C i ∂x
)
∂Ci ∂ v ⋅ w(Ci + ⋅ ∆x) + w ⋅ − D1 ⋅ (Ci + ⋅ ∆x) ∂x ∂x ∂x
w ⋅ ∆x ⋅ r(C i )
∂C i ∂t
∂ Ci
2
物料变化量： w ⋅ ∆x ⋅ 则： 稳态时，
∂C i ∂t
(3—6) (3—
(3—7) (3—
3.2.3 完全混合连续式反应器 物料衡算式为： 物料衡算式为：
dCi V= = Q ⋅ C − Q ⋅ Ci +V ⋅ r(Ci ) （3—8） dt 0
按稳态考虑， 按稳态考虑，即
dCi ，于是： = 0 于是： dt
QC0 − QCi +Vr(Ci) = 0
设为一级反应， r（Ci）=-kCi，则 Ci） kCi， 设为一级反应，
QC0 − QCi −VkCi = 0
（ 3 —9 ）
因，故
1 C0 t = ( − 1) k Ci
（3—10） 10）
3.2.4 推流型反应器 现取长为dx的微元体积，列物料平衡式： 现取长为dx的微元体积，列物料平衡式： 的微元体积 dCi wdx = w ⋅ v ⋅ Ci − w ⋅ v(Ci + dCi ) + r(Ci ) ⋅ w ⋅ dx dt dCi 稳态时 ， dt = 0 ，则：
(3—3) (3—
式中：DC——称紊流扩散系数 称紊流扩散系数。 式中：DC——称紊流扩散系数。
3．2 理想反应器模型
3.2.1 理想反应器分类 见图3 1,有完全混合间歇式反应器 见图3-1,有完全混合间歇式反应器（CMB 有完全混合间歇式反应器（ 型）、完全混合连续式反ห้องสมุดไป่ตู้器（CSTR型）、 ）、完全混合连续式反应器（CSTR型 完全混合连续式反应器 推流式反应器（PF型 推流式反应器（PF型）等三种
dCi (3—2) (3— J = −DB 式中: ——物质扩散通量 单位： 摩尔/面积/时间] 物质扩散通量， dx 式中: J——物质扩散通量，单位：[摩尔/面积/时间]或
3.紊流扩散传递 3.紊流扩散传递 紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式； 紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式；