污水的三级处理讲义

污水的三级处理讲义第一页，共六十五页，2022年，8月28日过滤一、过滤机理1、阻力截留2、重力沉降3、接触絮凝第二页，共六十五页，2022年，8月28日第三页，共六十五页，2022年，8月28日二、快滤池的构造及工作过程（1）构造第四页，共六十五页，2022年，8月28日（2）工作过程过滤过程：第五页，共六十五页，2022年，8月28日反冲洗过程：第六页，共六十五页，2022年，8月28日三、滤料和承托层1、滤料要求：有足够机械强度；有足够化学稳定性；有一定颗粒级配和适当空隙率。2、承脱层：天然卵石或碎石第七页，共六十五页，2022年，8月28日四、快滤池的冲洗目的：清除滤料中截留的污物，使滤池恢复工作能力。方法：水流冲洗。1、滤层膨胀率和冲洗强度（1）滤层膨胀率（2）冲洗强度

单位面积滤层上所通过的冲洗流量称为冲洗强度。第八页，共六十五页，2022年，8月28日2、配水系统（1）大阻力配水系统（2）小阻力配水系统第九页，共六十五页，2022年，8月28日3、冲洗水的供应冲洗水泵供给：投资省、操作麻烦，耗电大；高位水箱供给：造价高、操作简单，耗电较少。第十页，共六十五页，2022年，8月28日4、排水设备及时将冲洗废水排出，使冲洗水均匀分布在滤料面积上。第十一页，共六十五页，2022年，8月28日第十二页，共六十五页，2022年，8月28日五、快滤池的设计

F=Q/vF—滤池总面积m2Q—设计流量m3/hv—设计滤速m/h每个滤池面积：f=F/NN—滤池个数。第十三页，共六十五页，2022年，8月28日六、管廊布置

集中布置滤池的管渠、配件及法门的场所称为管廊。布置形式：第十四页，共六十五页，2022年，8月28日第十五页，共六十五页，2022年，8月28日第十六页，共六十五页，2022年，8月28日气浮作用：去除比重和水差不多的悬浮物质。方法：向水中加入空气，使空气以高度分散的微小气泡形式将水中悬浮颗粒载浮于水面。基本条件：①必须向水中提供足够量的细微气泡；②必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；③必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。有了上述这三个基本条件，才能完成浮上处理过程，达到污染物质从水中去除的目的。第十七页，共六十五页，2022年，8月28日（一）原理必要条件：污染物必须黏附在气泡上。接触角第十八页，共六十五页，2022年，8月28日（二）气浮设备类型1、布气气浮设备(1)叶轮气浮设备(2)射流式空气扩散装置

第十九页，共六十五页，2022年，8月28日第二十页，共六十五页，2022年，8月28日2、加压溶气气浮设备第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日（1）全部加压溶气气浮第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日（2）部分加压溶气气浮第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日（3）回流加压溶气气浮第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日（三）压力溶气浮上法系统的组成1、压力溶气浮上法系统的组成与主要工艺参数(1)压力溶气系统压力溶气系统包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备(空压机或射流器)及其他附属设备。加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失二部分。第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日（1）溶气系统（三）压力溶气浮上法系统的组成第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日(2)空气释放系统

由溶气释放装置和溶气水管路组成。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。

(3)气浮池常用的气浮池有平流式和竖流式二种。第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日气浮池第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换离子交换剂的分类、组成及结构1、分类按母体材质分为：无机和有机两大类。按其他分类第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日2、组成和结构第三十页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换树脂的命名和型号1、命名2、型号离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换树脂的性能物理性能1．外观常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。2．粒度一般树脂粒径0.3～1.2mm有效粒径（d10）0.36～0.61，均一系数（d40/d90）为1.22～1.66。第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日

3．密度第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日4．含水率树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。5．溶胀性干树脂+水→湿树脂6.机械强度7.耐热性8.孔结构第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日

化学性能1.再生2.酸碱性：各种树脂在使用时都有适当的pH值范围。3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，选择性大小用选择性系数来表征。4.交换容量：表示树脂的交换能力。第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别树脂选择选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。树脂保存树脂宜在0～40℃下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。树脂使用树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、5％HCl、2％～4％NaOH反复浸泡清洗两次，每次4～8h。第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日未知树脂的鉴别操作①取未知树脂样品2mL，置于30mL试管中操作②加1NHCl15mL，摇1--2min，重复2--3次操作③水洗2～3次操作④加1O％CuSO4(其中含1％H2SO4)5mL，摇1min，放5min检查浅绿色不变色操作⑤加5N氨液2mL，摇1min，水洗加1NNaOH15mL摇1min，水洗，加酚酞，水洗检查深蓝颜色不变红色不变色结果强酸性阳树脂弱酸性阳树脂强碱性阴树脂弱碱性阴树脂第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日离子扩散过程示意图第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换工艺离子交换系统及应用离子交换过程1.固定床离子交换器间歇工作过程2.连续式离子交换器工作工程第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换系统及应用1.在水的软化主要使用Na＋离子交换软化法H＋离子交换软化法H－Na串联及并联2.在除盐中一级复床除盐系统多极复床除盐系统混合床除盐系统3.在处理工业废水中多级阴阳离子交换系统第四十页，共六十五页，2022年，8月28日离子交换过程固定床离子交换器间歇工作过程1.离子交换过程在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、离子种类和浓度以及工作条件。

第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日2.再生（1)再生剂种类强酸性阳树脂用HCl或H2SO4等强酸及NaCl、Na2SO4再生；弱酸性阳树脂用HCl、H2SO4再生；强碱性阴树脂用NaOH等强碱及NaCl再生，弱碱性阴树脂用NaOH，Na2CO3、NaHCO3等再生。（2)再生剂用量树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。

第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日连续式离子交换器工作过程左图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降(称为落床)，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树脂。第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日膜分离法膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤等。第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析电渗析的原理与过程电渗析器的构造电渗析的操作控制电渗析除盐的设计计算电渗析法在废水处理中的应用第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析原理和工作过程

C——阳膜A——阴膜阳极：Cl-→Cl2↑+2e阴极：2H++2e→H2↑（氧化反应）：H2O→H++OH-（还原反应）：4OH-→O2↑+2H2O+4e电渗析工作原理图

第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析器的构造1.构造膜堆：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。一对电极之间若干膜对组成膜堆。极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置：压杆、螺杆紧固。配套设备：整流器、水泵、转子流量计等。

(1)离子交换膜

有关膜的内容前面已有介绍，这里只强调组装前对膜的处理。首先将膜放在操作溶液中浸泡24～48小时，使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小1mm，应比隔板水孔大1mm。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，以防膜发霉变质，或膜因干燥收缩变形甚至破裂。

第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日（2）隔板隔板放在阳、阴膜之间，其作用一是作为膜的支撑体，使两层膜之间保持一段距离；二是作为水流通道，使两层膜之间的流体均匀分布，同时依靠水流的涡动作用，减薄膜表面的滞流层，以提高净化效果和减少耗电量。隔板上有进出水孔、配水槽及过水道，其结构如图9-3所示。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式的隔网。第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日

(3)电极

电极设在膜堆两端，连接直流电源，作为电渗析的推动力，通过直流电时，在电极上会发生电极反应，要求电极耐腐蚀、导电性能和机械性能好。石墨、炭板和许多金属导体如铂、铜、铅、铁、钛等，都可以作为电极材料。常用铅板或石墨作阳极，不锈钢作阴极。(4)夹紧装置

其作用是把圾区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体。可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析器的组成将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就构成了电渗析器。其组装示意如图9-4所示。

第五十页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析器的组装方式有几种，如图9-5所示。

第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日电渗析法在废水处理中的应用

电渗析法用于废水处理的典型实例有：(1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素；(2)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；(3)从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子；(4)从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋；(5)处理电镀废水和废液，含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金属离子的废水都适宜用电渗析处理，其中含铁废水处理技术最为成熟，回收的NiSO4浓液可返回电镀槽。设备投资可在2年内收回。

第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日反渗透反渗透原理反渗透膜及其传质机理反渗透装置反渗透工艺流程及操作控制反渗透法在废水处理中的应用举例第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日反渗透原理用一张半透膜将淡水和某种浓溶液隔开，如图9-7所示，该膜只让水分子通过，而不让溶质通过。实现反渗透过程必须具备二个条件：一是必须有一种高选择性和高透水性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。

第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日反渗透膜及其传质机理反渗透膜

反渗透膜反渗透膜是一类具有不带电荷的亲水性基团的膜，是实现反渗透分离的关键，其种类很多。目前研究得比较多和应用比较广的是醋酸纤维素膜(简称CA膜)和芳香族聚酰胺膜两种。1．醋酸纤维素膜的结构及性能

第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日

CA膜的特性

(1)膜的方向性由于CA膜是—种不对称膜，因此，在进行反渗透时，必须保持表皮层与待处理的溶液或废水接触，而决不能倒置，否则达不到处理的目的。

(2)选择透过性CA膜对无机电解质和有机构具有选择透过性。

(3)压密效率CA膜在压力作用下，外观厚度一般减少1/4～1/2，同时，透水性反对溶质的脱除率也相应降低，这种现象称为膜的压密效应。

(4)膜的水解作用和生物分解作用CA膜是一种酯，易于水解，水解速率与PH值、水温有关。第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日2.反渗透膜的透过机理

(1)氢键理论

这是最早提出的反渗透膜透过理论。该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的活化点(或极性基团，如CA膜的羟基和酰基)形成氢键及断开氢键之故。即在高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点缔合，原活化点上的结合水解离出来，解离出来的水分子继续和下一个活化点缔合，又解离出下一个结合水。这样，水分子通过一连串的缔合-解离过程(即氢键形成-断开过程)，依次从一个活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进入多孔层。由于膜的多孔层含大量的毛细管水，水分子便能畅通流出膜外。由上可知，溶质能否透过膜与表皮层厚度关系不大。换言之，只要表皮层仅含一级结合水，而又无缺陷和破洞，不管其厚薄如何，溶质均不能透过。

根据氢键理论，只有适当极性的高聚物才能作为反渗透膜材料，许多实验也说明了这一结论。第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日(2)优先吸附毛细管流理论优先吸附--毛细管流理论把反渗透膜看作一种微细多孔结构物质，它有选择吸附水分子而排斥溶质分子的化学特性。当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分子，在界面上形成一层不含溶质的纯水分于层，其厚度视界面性质而异，或为单分子层或为多分子层。在外压作用下，界面水层在膜孔内产生毛细管流，连续地透过膜，溶质则被膜截留下来。毛细管流机理第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日反渗透装置第五十九页，共六十五页，2022年，8月28日2.管式装置管式反渗透装置是把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。管式装置形式较多，可分为：单管式和管束式，内压型管式和外压型管式等，如图9-10所示。图9-10管式反渗透装置第六十页，共六十五页，2022年，8月28日3．螺旋卷式装置

螺旋卷式装置的膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋卷紧而成。把几个膜组件串联起来，装入圆筒形耐压容器中，便组成螺旋卷式反渗透装置。如图9-11所示。这种装置的膜堆密度大，结构紧凑，但密封较困难，易堵塞，清洗不使。第六十一页，共六十五页，2022