环境工程设备设计课件

1、环境工程设备设计 -水处处理设备设计设备设计(目的-意义义) 1,水处处理工艺艺及原理简简介2,沉降设备设备原理及设计设计 3,混凝反应设备应设备原理及设计设计4,过滤设备过滤设备原理及设计设计 5,膜(过滤过滤)设备设备原理及工艺艺湛含含1978-1989 中国矿业大学矿加工程 本科，硕士，博士1989-1991 中南大学矿加工程 博士后（全国专业第一位）1991-1999 正虹集团，上海展望集团，深圳亨达莱公司等2000-2010 湖南工大科技处、湖南工大环保所所长（曾兼任株洲市科学技术协会副理事长，多个期刊编委，中南大学等三所高校兼职博

2、导,多公司兼职）2010-今今 中国矿业大学环测学院教授，博士生导师，主要中国矿业大学环测学院教授，博士生导师，主要从事水处理技术。从事水处理技术。在环环境工程领领域主要包括： 水处处理工艺工艺-技术术 吸附技术术、自生载载体生物降解技术术、过滤过滤技术术、混凝药剂药剂的合成、混凝理论论及其技术术设备开发设备开发 膜技术术及膜材料、膜错错流清清洗技术术及其设备开发设备开发等。 目的-意义 1,环境工程设备的结构结构-原理原理 2.环境工程设备的选型选型-计算计算需要的预备知识需要的预备知识 环境工程基础环境工程基础-cad等及图形认知等及图形认知-实习经验体会实习经验体会毕业设计毕业设计 a,

3、水质来源及分析水质来源及分析;选择处理工艺选择处理工艺;设备选型及计算设备选型及计算.aa,图纸图纸.aaa答辩答辩. 毕业设计毕业设计-把所学的部分环境知识系统地与实际工程案把所学的部分环境知识系统地与实际工程案例结合起来例结合起来, 1.水处理基本工艺 2.水处理基本工艺的选择的选择 3.几种水处理技术方法 1,水处理工艺及原理简介水处理基本工艺-技术方法技术方法与理论基础等等的对应关系技术方法与理论基础等等的对应关系:工艺-技术方法 (设备工作原理)-理论基础常用的理论基础常用的理论基础-方法方法(原理原理): 物理、(物理-化学)、化学、(生物化学)、生物 物理方法 化学方法 生物方法

4、水处理的最基本工艺水处理的最基本工艺1混凝沉降工艺混凝沉降工艺2化学反应工艺化学反应工艺3生物降解工艺生物降解工艺污水沉降沉降/反应反应/降解池降解池前期处理前期处理/预处理预处理过滤池出水出水/深度处理深度处理沉淀池物理方法物理方法 利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污染物质的方法，在处理中不改变其化学性质。1）重力沉降法重力沉降法：去除水中的悬浮杂质2）过滤法过滤法：不能借重力迅速沉降而除去的不溶性杂质3）物理吸附法：采用活性炭、木炭等作为过滤材料，除去水中 色素、细菌及胶体等杂质。4）膜分离：是借助于膜孔(选择性)的作用，对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级和富集的方法。混凝沉降工艺混凝

5、沉降工艺 污水-混凝反应池混凝反应池-沉降池沉降池-砂滤-出水高浓度污水(反应)沉降池沉降池-二沉池二沉池-砂滤-出水化学方法化学方法 通过投加化学药剂，利用化学反应的作用来去除水中溶解性污染物质或胶体物质的方法1）化学沉淀法化学沉淀法 2）中和法 氧化法4) 离子交换法 化学反应工艺化学反应工艺 污水-化学反应池化学反应池-沉降池-砂滤-出水 污水-调和池调和池-化学反应池化学反应池-沉降池-砂滤-出水生物方法生物方法 好氧生物处理法和厌养生物处理法1）活性污泥法 利用水中的微生物分解水中有机物，达到污水处理的效果的方法。2）生物膜法 利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机

6、污水处理的方法。 生物降解工艺生物降解工艺 污水-初沉池(或xx池)-生物降解生物降解-二沉池-砂滤-出水水处理基本工艺(技术方法)的选择1.水质特征水质特征（决定所选择的技术方法（决定所选择的技术方法-确定水处理工艺）确定水处理工艺）2.技术成熟性技术成熟性（选择成熟的技术方法（选择成熟的技术方法-确定水处理工艺）确定水处理工艺）3.水处理成本水处理成本（选择低成本的技术方法（选择低成本的技术方法-确定水处理工艺）确定水处理工艺）几种水处理技术新技术:1,宏观-成熟性2,微观-a交叉学科b技术创新c机理突破膜分离气浮法 在待处理废水中通入大量微气泡，使之与水中悬浮颗粒粘形成水气颗粒三相混合体

7、系，颗粒粘附上气泡后，形成表观密度小于水的漂浮絮体，絮体上浮至水面，形成浮渣被刮除， 以此实现固液分离。气浮法大多用于从废水中去除密度小于水的微细悬浮物。 气浮法对去除矿井水中微量矿物油微量矿物油效果明显，有研究表明去除率可达99.8% 。 磁(特定磁化强度特定磁化强度FeFe3 3O O4 4 颗粒颗粒)技术最早用于水处理是锅炉水及循环水的防垢和除垢，后来应用到钢铁厂的废水处理钢铁厂的废水处理。随着磁技术的发展，特别是磁种接种技术的应用，更扩展了磁技术在水处理中的应用，现在已经应用到生活污水、含油废水、有机废水、含磷废水、放射性废水和医院废水等。粉煤灰法粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物，因其

8、比表面积大，含有一定的活性基团团而具有很好的吸附性，能吸附有机污染物、悬浮固体 (SS)、去除重金属离子及其它有毒物质如Cr3+、Hg2+、Pb2+、酚类等。粉煤灰中含有一定量的碱碱性物质质例如CaO、MgO、Na2O、K2O等，而且这些氧化物在水中易于溶解，因而，粉煤灰具有中和酸的能力。因此粉煤灰不仅可用于中和酸性水，且对对二价铁铁的去除率较较好。吸附法例: 赤泥是氧化铝生产过程中产生的废弃物，赤泥为多孔框架结构多孔框架结构，比表面积较大比表面积较大，主要化学成分为Al2O3和Fe2O3，所含矿物成分复杂。赤泥是通过物理吸附、表面络合吸附、离子交物理吸附、表面络合吸附、离子交换换,再通过絮凝

9、沉淀等作用去除酸性矿井水中的重金属离子。电渗析法电渗析（electrodialysis，ED）是利用离子交换膜和直流电场的作用，从溶液和其他不带电组分中分离带电组分的一种电化学分电化学分离离过程。指的是在外加直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。渗析是当流体在跨越半透膜时的一种自然过程。如果用一张半透膜垂直分隔一池纯水为两部分，纯水与半透膜两侧以相同的温度和压力接触时，没有跨膜水的流动产生，因为在膜两侧的溶剂化化学势学势完全相等。如果向其中一侧加入溶解性盐，盐溶液一侧的化学势能降低了盐溶液一侧

10、的化学势能降低了，纯水便会向盐溶液一侧渗透，从而产生一个渗透流，这个过程叫作渗透过程，直到重新建立化学势的平衡为止。冰冻法冰冻法-蒸馏法1.在大气压下，普通冰的结晶形状是有规则对称的六角晶系的晶体。例:海水结冰时，海水中的溶解盐会被排除在冰晶的成长界面之外。 海水部分冻结而形成冰块，洗淋掉冰块表面含盐分的咸水，重新融化冰块便可获得淡水2.以消耗热能为代价.例:对高矿化度矿井水进行热力脱盐淡化处理的有效方法，适用于处理含盐量超过3000mg/L的矿井水。2,沉降设备原理及设计沉降设备原理及设计对于单个球形颗粒，Stocks区沉降末速U: U=f(d)U=f(d) 工程实际中工程实际中,沉降末速沉

11、降末速U: U=f(Re,d,c,)沉降沉降-澄清澄清,浓缩浓缩沉降池沉降池-初沉池 正常浓度沉降池(1-5g/l)澄清澄清(沉降沉降)池池-二沉池二沉池 低浓度沉降(浊度0-1000)浓缩浓缩(沉降沉降)池池-浓缩池浓缩池 高浓度沉降-底流浓缩(5g/l)悬浮物含量:浊度与(克升)浓度 浊度:0-1000 浓度:1-100g/l固液分离例1:污水-初沉池初沉池(沉降池沉降池)-AAA-二沉池二沉池-砂滤-出水例2:高浓度污水-浓缩池浓缩池-沉降池沉降池(或二沉池或二沉池)-砂滤-出水 例1,2中的底流都进浓缩浓缩(沉降沉降)池池处理沉淀池沉淀池沉淀池的水流方向可分为竖流式、平流式和辐流式竖流

12、式、平流式和辐流式。竖流式沉淀池水流向上，颗粒沉降向下，池型多为圆柱形或圆锥形。由于竖流式沉淀池表面负荷小，处理效果差，基本上已经不被采用。辐流式沉淀池多采用圆形，池底做成倾斜，水流从中心流向周边，流速逐渐减小。辐流式沉淀池主要用作高浊度水的预沉。按截除颗粒沉降距离不同，沉淀池可分为一般沉淀和浅层沉淀。斜管沉淀池和斜板沉淀池为典型的浅层沉淀，其沉降距离仅30200mm左右。(复杂-简单-深入) 沉降设备及工作原理沉降设备及工作原理沉淀池分五部分：进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、缓冲区。反应沉淀池-斜板沉淀池反应沉淀池反应沉淀池辐流式辐流式沉淀池(浓缩机)浓缩机浓缩机 选型要点选型要点-工艺环节

13、工艺环节与与排泥排泥反应沉降池(有斜板) 浓缩沉降池(浓缩机,有的有斜板) 计算要点计算要点沉降池,澄清(沉降)池-1-1.5 (m3/m2*h) 有斜板时2-3 (m3/m2*h)浓缩(沉降)池-1 (m3/m2*h) 有斜板时2 (m3/m2*h)沉降设备在工艺中的选型沉降设备在工艺中的选型-计算计算3,混凝反应设备原理及设计1混凝沉降工艺给水-混凝反应+池-沉降池-砂滤-出水高浓度给水-(混凝反应)沉降池-二沉池-砂滤-出水2化学反应(沉降)工艺给水-化学反应池-沉降池-砂滤-出水给水-调和池-化学反应池-沉降池-砂滤-出水反应效果决定沉降反应效果决定沉降等等效果效果 中心筒反应中心筒反

14、应高浓度给水-(混凝反应)沉降池-二沉池-砂滤-出水 管道管道-中心筒反应中心筒反应反应沉降池(反应池反应池+沉降沉降池)水处理中的传质作用对于单个单个球形颗颗粒，Stocks区沉降末速U: U=f(d2)2(s)18dgU 2(s)18dgU 混凝的物理模型分步成长絮凝体模型絮凝动力学颗颗粒(d)形状状-分形维数传质反应水处理中的传质作用水处理中的传质作用(1)混凝过程中微细颗粒与絮凝药剂的作用；(2)化学结晶反应中晶核形成和生长的过程；(3)废水生物处理领域中氧和有机物的传质过程，等等。反应设备及工作原理反应设备及工作原理隔板反应(絮凝)池折板反应(絮凝)池机械反应(絮凝)池机械反应(絮凝

15、)池 反应设备选型-计算 选型要点-能耗与流态 机械反应池,折流反应池,管道-中心筒反应 计算要点-流态与反应时间 10-30分钟-混凝反应 30分钟-化学结晶(反应)4,过滤设备原理及设计过滤阻力-粒度组成,滤层高度及表面性质1,单一粒度组成的砂滤料-孔隙大小2,单一粒度组成,单位重量的砂滤料-孔隙率3,粒度组成(级配) -孔隙大小与孔隙率过滤周期-过滤与反冲洗砂滤料过滤设备的处理量-过滤阻力,水压头,过滤面积过滤设备,工作原理普通快滤池重力式无阀滤池虹吸滤池移动罩滤池V型滤池（均粒滤料滤池）-气水反洗和水表面扫洗，冲洗效果好微型过滤设备-压力滤池,刷式过滤器压力滤池刷式过滤器过滤设备选型-计算选型要点-处理量与理量水性质计算要点-过滤速度(米/小时) 6-8(米/小时) 8-10(米/小时) 10-12(米/小时)密 封 轴 承 套 焊 接 处搅 拌 轴电 动 机减 速 器减 速 器 支 架反 应 筒混凝反应,斜板沉降,悬浮层过滤,生物降解装