水质工程学上册期末复习

混凝：是指通过某种方法使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程。

混凝包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。

混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物。

混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花，以便在后续沉淀工艺中去除。

混凝的原理：压缩双电层，吸附电中和作用，吸附架桥作用，网捕——卷扫作用。

压缩双电层：根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。

起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，其聚沉效率也越高。

不能解释：1.混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；2.与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。

压缩双电层：理论上电位=0，等电状态效果最好，实际上只需电位临近于0.吸附—电中和作用：这种现象在水处理中出现的较多。

指胶核表面直接吸附异号离子、异号高分子、异号胶粒等，来降低电位、减少静电斥力，有利于颗粒接近而互相吸附。

其特点是：当药剂投加过多时，电位可反号，此为“吸附—电性中和作用机理”。

铝系：适宜PH：5.5~8 铁系：适宜PH：5~11，但腐蚀性强。

铝盐作混凝剂时，运输方便，操作简单，混凝效果较好，但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，混凝效果变差。

铁盐作混凝剂时，其优点是易溶解，形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，沉降速度快，处理低温、低浊水时效果优于硫酸铝，适用的PH值范围较宽，投加量比硫酸铝小。

铁盐形成的絮体比铝盐絮体密实，但腐蚀性强，有颜色。

机理：吸附电中和与吸附架桥协同作用。

铝盐和铁盐作为混凝剂在水处理过程中发挥以下三种作用：1.Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用2.高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用3.以氢氧化物沉淀形态存在时的网捕絮凝作用混凝动力学：异向絮凝：由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。

絮凝速率只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。

同向絮凝：由水力或机械搅拦产生。

其理论仍在发展之中。

最初的理论基于层流的假定。

凝聚：在混合设备中完成。

作用：带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和，凝聚，生长成约d=10um（微絮体>5um）要求：混合要快速、剧烈（使药剂均匀分散）絮凝：在絮凝设备中完成作用：使微絮凝体通过合适的水利条件变成粗大的絮凝体。

生长成大矾花d=0.6~1.2mm 要求：提供足够的碰撞次数（需要一定时间）；搅拌强度要递减（从强到弱）；絮凝体不能在絮凝池中沉淀，故要求不能太小。

混凝剂的投配方法分为：干投法与湿投法两种，实践中多用湿投法。

投配流程：药剂-溶解池-溶液池-计量设备-投加设备-混合设备混凝剂的投加方式：1泵前投加：适用取水泵房距水厂较近者2.高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者3.水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损4.泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合混合的目的：迅速均匀地将药剂扩散到水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。

这一过程要求搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流，但混合时间要短，一般不超过2分钟。

混合方式：1、水泵混合：将药投加在水泵吸水口或管上。

（效果好，不需另设混合设施，节省动力，适合大中小水厂）2、管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间2~3秒（快速均匀效果好，构造简单，无活动构件，安装方便） 3.机械混合：搅拌（满足快速均匀的混合要求、且不受水量水质变化影响、适于各种规模，缺点：成本高）4、水力混合：很少采用（构造简单，难以适应水质、水量等条件的变化，占地面积大）絮凝设备的任务：是使细小矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀除去。

反应设备中要求水流有适宜的搅拌强度，既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。

因此，搅拌强度比混合阶段要小，但时间比较长。

絮凝设备两类：水力、机械几种典型的絮凝池：隔板絮池，折板絮凝池，机械絮凝池，网格、栅条絮凝池。

沉淀的处理对象：悬浮物质,分为：1自由沉淀：颗粒在沉淀过程中互相不干扰，形状尺寸质量均不改变，下沉速度也不改变。

2絮凝沉淀：颗粒在沉淀过程中发生絮凝作用。

颗粒的形状尺寸质量以及沉淀速度随着沉淀的进展而变化。

特点：颗粒变大沉淀变大，去除率不仅与沉淀速度有关而且与深度时间有关3成层沉淀：沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物，成整体沉淀状，形较明显的固液界面。

4压缩沉淀：沉淀过程中最后悬颗粒相聚于水底，互相支撑，互相挤压，发生进一步沉淀。

理想沉淀池原理基本假设：1颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉淀速度始终不变2水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变3颗粒沉淀到底就认为除去，不再返回水中。

沉砂池：工作原理就是自由沉淀，功能：主要去除水中沙粒煤渣等比重大的无机颗粒杂质。

形式：平流式沉砂池，竖流式沉砂池，曝气沉砂池，涡流式。

平流式沉淀池分类：水流方向分：平流式，竖流式，辐流式位置分:初次沉淀池，使用条件是对污水中以无机物为主的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离。

二次沉淀池：对污水中以微生物为主的比重较小的因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行沉淀分离沉淀区水力条件要求：减少紊动性，提高稳定性斜板斜管沉淀池改善措施：1投加混凝剂，助凝剂等化学药剂2斜板斜管沉淀池优点：沉淀面积增大，水深降低，产水量增大。

缺点：1单位面积上的泥量增加，如果排泥不畅，将产生反泥现象，使出水水质恶化2水池中停留时间短，如水质质量变化较大，来不及调整运行，耐冲击负荷的能力差，对混凝要求高3斜板或者斜管管径较小，若施工质量欠佳，造成形变，容易在管内或板间积泥4斜板或斜管上部阳光的照射下会滋生大量的藻类。

澄清池的特点：澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性渣层达到澄清目的，工作原理：脱稳杂质随水流与泥渣层接触，泥渣对杂质进行絮凝和截留，使水澄清气浮：气浮是一种固液，液液分离的方法。

具体过程：通入空气，产生微细气泡（分散度，稳定性），SS附着在气泡上，上浮。

应用：自然沉淀或者上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近于1的固体颗粒。

给水处理中除藻，废水处理中除去纤维，油类脂肪等。

分类：电解气浮法，散气气浮法，溶气气浮法。

过滤：以滤料截留水中杂质的过程。

分类：颗粒材料过滤，粗滤，微滤膜滤，目的：1去除水中悬浮物，获得浊度更低的水2去掉污泥中的水，获得含水量较低的污泥直接过滤注意点：1原水浊度和色度较低且水质变化小，常年浊度小于五十2滤料通常采用双层三层或者均质滤料，粒径厚度适当增大3原水进入滤池前，不能形成较大的絮凝体。

以免很快堵塞滤层表面空隙，为提高微絮粒强度和粘附力4滤速，浊度偏低就低速，浊度高就高速。

优良滤料条件：1有足够的机械强度2有较好的化学稳定性3适宜的级配和足够的孔隙率，孔隙率太大影响出水水质，太小，影响滤速和过滤周期配水系统类型：按阻力，大阻力配水系统（使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力，增加孔眼流速，特点：工作可靠，采用最广，冲洗干净，但冲洗水头要求高，需冲洗水箱或者水泵，一般为穿孔管大阻力配水系统）。

小阻力配水系统（减小系统阻抗S，增大配水空间配水系统流速降低，使孔眼处的压力接近，相应降低S,特点：配水系统结构简单，冲洗水头小，适用于面积小的滤池，其均匀性取决于开孔比)按材质，钢筋混凝土穿孔板，穿孔滤砖，复合水气反冲洗滤砖，滤头。

反冲洗：1方式：高速水流反冲洗，气水反冲洗，表面辅冲加高速水流反冲洗2影响因素：q e取值与滤料的组成有关，冲洗时间t取值与滤料的组成有关，冲洗配水的均匀性，排水是否通畅快滤池分类：普通快滤池虹吸滤池重力滤池压力滤池移动罩冲洗滤池V型滤池翻板滤池反冲洗水的供应：①水泵冲洗；②冲洗水塔或水箱冲洗。

水泵冲洗的特点：①投资省；②但操作较为麻烦；③在冲洗的短时间内耗电量大，往往会使厂区内供电网负荷骤增。

冲洗水箱的特点：①造价高；②但操作简单；③专用水泵小，耗电量较均匀。

吸附的过程：1液膜扩散2颗粒内部扩散阶段3吸附反应阶段。

吸附影响因素：1吸附剂的性质种类，颗粒大小，比表面积，颗粒的细孔构造与分布，吸附剂是否是极性分子等。

2吸附质的性质，溶解度，越低越容易吸附，具有较大的影响。

使液体表面自由能降低的越多的吸附质则越容易吸附。

极性。

吸附质分子的大小个不饱和度。

吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量。

3废水的pH活性炭在酸性中较好4共存物质，多种共存的吸附质比单一的要差5温度，温度高，吸附不利6接触时间，取决于吸附速度。

活性炭的功能：1臭和味的去除2总有机碳TOC的去除3消毒副产物DBPs前驱物的去除，NOM 4挥发性有机物的去除5人工合成有机物的去除6深度处理单元，高浓度有机废水7无机金属离子，含重金属离子的工业废水消毒：将水体中的病原体微生物灭活，使之减少到可以接受的程度。

消毒与灭菌的不同：灭菌是消灭所有活得生物影响消毒的因素：1消毒剂的浓度C 2消毒剂与水的接触时间T 3水质本身的因素消毒方法：化学药剂（氧化剂），物理法（热和光，紫外线消毒），机械法（格网，膜），辐射（射线，电子束）。

消毒机理：1破坏细胞壁2改变细胞通透性3改变微生物的DNA和RNA 4抑制酶的活性折点氯化：1峰点H时余氯最高，为化合性余氯，消毒效果差。

2加氯量超过折点B的需要量：折点加氯3当原水游离氨小于0.3时加氯控制在折点后4当原水游离氨大于0.5时加氯量控制在峰点前5折点后加氯法：控制加氯量在余氯曲线中折点之后，使形成余氯的全部为游离性余氯，达到最佳消毒效果的一中确定加氯量的方法，也叫过量加氯法.高级氧化：任何以生产羟基自由基-OH为目的的过程均是高级氧化工艺，特点：1可与绝大多数有机物和无机物迅速反应2OH与有机物的反应具有很低的选择性3氧化效率高，对有机物的氧化彻底，高级氧化的主要目的：利用OH的强氧化性，保证高效，彻底地氧化水中的微污染有机物。

离子交换：是一类特殊的固体吸附过程，一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或阴离子，而把本身所含的另外一种带相同电花符号的离子等当量地交换下来并释放到溶液中去。

沸石和绿砂固定床离子交换原理：1、水中含有Na+与H+离子交换剂的交换2、水中含有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+离子与H+离子交换剂的交换3、保护层交换剂的形态与出水质量离子交换动力学过程1.边界水膜内的扩散，水中Na+向树脂颗粒表面迁移，扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面2.交联网孔内的扩散（或称孔道扩散）Na+进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点3.离子交换Na+与树脂交换基团上的可交换的H+进行交换反应。