水质工程学详解演示文稿

水质工程学详解演示文稿目前一页\总数九十五页\编于十点（优选）水质工程学目前二页\总数九十五页\编于十点表1-1水中杂质分类

溶解物

0.1～1nm溶解气体和离子染料、谷氨酸、蔗糖、甲酸等

分类无机物有机物微生物

胶体

1nm～0.1μm粘土、金溶胶、硅溶胶等腐殖质、DNA、酶、蛋白质等 病毒

悬浮物

0.1μm～1mm细泥、细砂、中砂、灰尘等纸浆纤维、红血球、头发等细菌、藻类、病原菌等观测方法质子显微镜电子显微镜、超 显微镜普通显微镜、肉眼水体外观透明浑浊浑浊目前三页\总数九十五页\编于十点

水处理目的在于去除水中不符合要求的杂质，对于不同类型的杂质，其去除方法也不尽相同。大部分悬浮颗粒通过重力沉降去除；

胶体物质采用物理化学方法去除；

溶解物质通过离子交换与膜技术等去除。

由于各种天然水源所处环境、条件、地质状况以及受污染程度各不相同，所含杂质种类及含量也有很大差别，故针对不同水质，应采用不同水处理方法。目前四页\总数九十五页\编于十点（1）江河水

江河水易受自然条件影响，水中悬浮物和胶体杂质较多，其特点为含盐量少，硬度较低，但浊度高，易受工业废水和生活污水等人为污染，水质、水温不稳定。（2）湖泊、水库水

湖泊、水库水由于流动性小，贮存时间长，其特点为：浊度较低，但藻类较多，腐殖质含量高，湖水含盐量比河水高，咸水湖的水不宜生活饮用。各种典型水体的水质特点目前五页\总数九十五页\编于十点

地下水水质较好，一般作为生活饮用水和工业 冷却用水的水源。其水质特点有以下几个方面：

※浊度和色度很低，微生物较少，水质清澈。

※水质不易受外界污染，有利于卫生防护，且水质、 水温较稳定，水温较低。

※含盐量较高。

※硬度较大。

※地下水中可能含铁和锰。（3）地下水目前六页\总数九十五页\编于十点

水体污染是排入水体污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水的物理、化学及微生物性质发生变化，使水体固有的生态系统和功能受到破坏。

造成水体污染的原因：点源污染：未经妥善处理城市污水集中排入水体。面源污染：农田肥料、农药等污染物，随雨水径流进入水体；随大气扩散的物质重力沉降等进入水体。1.2水体污染与自净1、水体污染及其危害目前七页\总数九十五页\编于十点水污染现状：

污水处理率低：污水排放排放量接近400亿m3；工业废水处理率约80％，达标排放的只有60％；90％以上的城市水域受到污染，特别严重的水系是三河：淮河、海河、辽河；湖泊富营养化严重：滇池（云南）、巢湖（安徽）太湖（江苏）；

50％左右地下水水质受到污染；

50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准。目前八页\总数九十五页\编于十点2、水中常见污染物及来源

可生物降解的有机污染物：碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物，是生活污水中主要污染物，用COD、BOD、TOC等表征其含量。难生物降解的有机污染物：人工合成化合物、纤维素、木质素等，去除困难。无直接毒害作用的无机污染物：泥砂、矿渣等颗粒无机物、酸碱污染、氮磷污染等。有直接毒害作用的无机污染物：氰化物、砷化物、重金属离子等，最难处理。目前九页\总数九十五页\编于十点

目前十页\总数九十五页\编于十点3、水体的富营养化

水体富营养化指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，由于营养物质过多使水体中藻类过量生长，耗尽水中溶解氧，使水体质量恶化的现象。水体富营养化的危害：（1）使水味变得腥臭难闻；（2）降低水的透明度；（3）消耗水中溶解氧；（4）向水体中释放有毒物质。（5）影响供水水质并增加供水成本；（6）对水生生态的影响。目前十一页\总数九十五页\编于十点

目前十二页\总数九十五页\编于十点目前十三页\总数九十五页\编于十点目前十四页\总数九十五页\编于十点目前十五页\总数九十五页\编于十点目前十六页\总数九十五页\编于十点4、水体的自净作用

污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化。水体所具备的这种能力称为水体自净能力或自净容量。若污染物的数量超过水体的自净能力，就会导致水体污染。目前十七页\总数九十五页\编于十点水体自净过程非常复杂，按机理可分为3类：

物理净化作用：水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀与挥发，使浓度降低，但总量不减；化学净化作用：水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚等过程，使存在形态发生变化及浓度降低，但总量不减；生物化学净化作用：水体中的污染物通过水生生物特别是微生物的生命活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少。目前十八页\总数九十五页\编于十点BOD与DO变化曲线

目前十九页\总数九十五页\编于十点1.3饮用水水质与健康

水源污染是当今世界范围所面临的普遍问题。特别是有机物的污染是目前最严重的问题。不少有机污染物对人体有急性或慢性、直接或间接的毒害作用，其中包括致癌、致畸和致突变作用。从70年代起，自来水的水质出现了饮用水的两个新现象。一个是饮用水中不断出现新的病原微生物因子，另一个是饮用水中化学成分的数量急剧增加。这两个现象的出现都是水源水体受到污染的结果。目前二十页\总数九十五页\编于十点1.3.1水中的生物的影响水中的生物(主要是微生物)与人体健康关系密切，影响比较大的主要有细菌、病毒、致病原生动物，此外还有藻类、真菌、寄生虫、蠕虫等。1.3.2水中的化学物质的影响微量元素及其他无机物；有机物；放射性物质；消毒剂及消毒副产物。1.3.3水质与地方病许多地方病都与饮用水水质有密切关系。目前二十一页\总数九十五页\编于十点1.4用水水质标准

水质标准是用水对象（包括饮用和工业用水对象等）所要求的各项水质参数应达到的限值。可分为国际标准、国家标准、地区标准、行业标准和企业标准等不同等级。不同用水对象，要求的水质标准也不同。随着科学技术的进步和水源污染日益严重，水质标准总是在不断修改、补充之中。目前二十二页\总数九十五页\编于十点

1956年制订了第1个“生活饮用水卫生标准”（试行），15项水质指标；

1976年项目修订增加到23项；

1985年“生活饮用水卫生标准”GB5749-85，共35项，关于有机物指标只有6项；

2001年6月新标准《生活饮用水水质卫生规范》。生活饮用水水质标准目前二十三页\总数九十五页\编于十点生活饮用水的水质标准－四大类指标1.微生物学指标

2.感官指性状标和一般化学指标3.毒理学指标4.放射性指标目前二十四页\总数九十五页\编于十点细菌总数：一毫升水样在普通琼脂培养基中37℃，24小时培养所生长的各种细菌菌落总数。“国标”规定每毫升不超过100个。大肠菌群：水中所含大肠杆菌的数量，通常用大肠杆菌群来表示，“国标”规定大肠杆菌3个/L。游离性余氯：自来水必须经过消毒，因此有适量的余氯在水中，以保持持续的杀菌能力防止外来的再污染。“国标”规定，氯消毒时出厂水游离性余氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L。微生物学指标目前二十五页\总数九十五页\编于十点感官指性状标和一般化学指标色度：由带色有机物、金属或高色度的工业废水造成。用铂钴标准比色法衡量，规定相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色。“国标”不超过15度。混浊度：综合性地反映水的混浊程度，大小与水中悬浮物质、胶体物质的含量有关。用白陶土标准比浊法测定，相当于1mg白陶土在1L水中所产生的混浊程度作为一个单位。“国标”不超过3度，特殊情况不超过5度。目前二十六页\总数九十五页\编于十点感官指性状标和一般化学指标臭和味：“国标”规定饮用水不得有异臭、异味。测定水中臭气没有标准的单位表示，一般常以水样在40℃及60℃时测者的感觉用文字定性描述并以臭气强度表示。臭和味在强度上均分为6级。肉眼可见物：

“国标”规定水中不得含有肉眼可见物。pH值：pH值是水中氢离子浓度倒数的对数值。衡量水中酸碱度的一项重要指标。目前二十七页\总数九十五页\编于十点感官指性状标和一般化学指标总硬度：水中钙离子与镁离子含量的综合叫做水的总硬度。分为暂时硬度和永久硬度两种，总硬度是两者之和。“国标”规定不能大于450mg/L。铁：天然水中普遍存在，是人体不可缺少的营养素。水中铁量0.3～0.5mg/L时无任何异味，达1mg/L时便有明显的金属味。“国标”规定不应超过0.3mg/L。锰：是人体需要的微量元素之一。水中含锰量如超过0.15mg/L时，水就会产生金属涩味。毒性较小，“国标”规定不应超过0.1mg/L。目前二十八页\总数九十五页\编于十点感官指性状标和一般化学指标铜：含量达1.5mg/L时就会有明显的金属味。“国标”规定不应超过1.0mg/L。锌：含量在5mg/L时水中有金属涩味。“国标”规定不应超过1.0mg/L。挥发酚类：主要来自工业废水污染，以苯酚为主要成分。“国标”规定不应超过0.002mg/L。阴离子合成洗涤剂：其化学性质稳定，较难分解和消除，毒性极低。规定不应超过0.3mg/L。目前二十九页\总数九十五页\编于十点感官指性状标和一般化学指标硫酸盐：含量过高就会使水具有苦涩味，且能使人腹泻、甚至便血。“国标”规定不超过250mg/L。氯化物：含量过高使水产生令人厌恶的味道，长期饮用氯化物含量过高的水会引起高血压、心脏病和婴儿猝死，“国标”规定为不应超过250mg/L。溶解性总固体：主要成分为钙、镁、钠的重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等无机物。“国标”规定不应超过1000mg/L。目前三十页\总数九十五页\编于十点毒理学指标氟化物：自然界广泛存在；是人体正常组织成分之一。“国标”综合考虑饮用水氟含量堆牙齿的轻度影响和氟的防龋，规定氟含量不得超过1mg/L。氰化物：氰化物有剧毒，氰化物使水呈杏仁气味。“国标”规定不超过0.05mg/L（以游离氰根计）。砷：水中的砷化物有毒，“国标”规定不应超过0.05mg/L。硒：是人体必需的元素之一。但硒的化合物有毒，在人体内有明显的蓄积作用。目前三十一页\总数九十五页\编于十点毒理学指标汞：剧毒物质，在人体内蓄积性高，残毒性久，浓缩性大。“国标”规定不超过0.001mg/L。镉：食用镉污染的食物可能会蓄积于体内造成慢性中毒。“国标”规定不超过0.01mg/L。

铬：可引起皮肤、肝、胃、肾、血液部分的疾患，并有致肺癌的可能。“国标”规定为不超过0.05mg/L。铅：常随饮水和食物进入人体，摄入量过多可引起中毒。铅含量为0.1mg/l时可能引起儿童血铅浓度的增高，“国标”规定不超过0.05mg/L。目前三十二页\总数九十五页\编于十点毒理学指标银：主要毒性表现为皮肤、眼和粘膜着色。银一旦被吸收，就能长期保存在组织中。“国标”规定不超过0.05mg/L。硝酸盐：过高可引起婴儿变性血红蛋白血症，还可引发癌症。“国标”规定不超过20mg/L。氯仿：当水源被污染，加氯消毒就可生成有机氯化合物，以氯仿为最常见。“国标”建议饮用水中氯仿含量试行标准为60μg/L。四氯化碳：致癌物质，“国标”标准为3μg/L。目前三十三页\总数九十五页\编于十点毒理学指标苯并（α）芘：凡是含碳物质在燃烧（特别试400～900℃）时都能产生苯并芘等多环芳烃。“国标”推荐试行标准为0.01μg/L。滴滴涕：一种持久性农药，在人体内有很强得蓄积性。“国标”建议试行标准为1μg/L。六六六：可在水中稳定，有强烈异臭。工业品六六六可使小鼠致癌，考虑到六六六目前已停用，但仍有残留，“国标”建议试行标准为5μg/L。目前三十四页\总数九十五页\编于十点放射性指标

世界卫生组织《饮用水水质准则》规定饮用水中放射线性物质总γ放射性为0.1Bq/L，总β放射性为1.0Bq/L。这是基于假设每人每天摄入2L水时所摄入的放射性物质按成年人的生物代谢参数估算出一年内对成年人产生的剂量确定的。因为有较大的安全系数可以不考虑年龄的差异和饮水量的不同。“国标”据此确定的放射性指标限值时世界卫生组织的推荐值。目前三十五页\总数九十五页\编于十点生活饮用水水质常规检验项目及限值感官性状和一般化学指标项目限值色色度不超过15度，并不得呈现其它异色浑浊度不超过1度（NTU）①，特殊情况下不超过5度（NTU）臭和味不得有异臭、异味肉眼可见物不得含有pH6.5～8.5总硬度（以CaCO3计）450（mg/L）铝0.2（mg/L）铁0.3（mp/L）锰0.1（mg/L）铜1.0（mg/L）锌1.0（mg/L）挥发酚类（以苯酚计）0.002（mg/L）阴离子合成洗涤剂0.3（mg/L）硫酸盐250（mg/L）氯化物250（mg/L）溶解性总固本1000（mg/L）耗氧量（以O2计）3（mg/L）,特殊情况下不得超过5mg/L②生活饮用水水质卫生规范（2001年）目前三十六页\总数九十五页\编于十点生活饮用水水质常规检验项目及限值毒理学 指 标项目限值砷0.05（mg/L）镉0.005（mg/L）铬（六价）0.05（mg/L）氰化物0.05（mg/L）氟化物1.0（mg/L）铅0.01（mg/L）汞0.001（mg/L）硝酸盐（以N计）20（mg/L）硒0.01（mg/L）四氯化碳0.002（mg/L）氯仿0.06（mg/L）细菌学 指 标细菌总数100（CFU/mL）③总大肠菌群每100mL水样中不得检出粪大肠菌群每100mL水样中不得检出游离余氯在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，管网末梢水不应低于

0.05mg/L（适用于加氯消毒）放射性 指 标总a放射性0.5（Bq/L）总b放射性1（Bq/L）目前三十七页\总数九十五页\编于十点1、地表水环境质量标准I类主要适用于源头水、国家自然保护区；II类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区；III类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类主要适用于农业用水区及一般景观要求区域。1.5污水的排放标准目前三十八页\总数九十五页\编于十点2、污水综合排放标准原有标准：GB8978－88，污染物分成两类：I类（9项）：对人体健康产生长远影响，不允许稀释，一律执行严格标准II类（20项）：长远影响小于I类修订标准：GB8978－1996颁布，98年1月1日实施。I类：增加到了13项II类：增加到了56项目按排放区域不同执行不同的标准。目前三十九页\总数九十五页\编于十点思考题饮用水中的异臭、异味是由原水、水处理或输水过程中微生物污染和化学污染引起的。下列能引起臭味的物质有（）

A硫化氢B蓝藻、放线菌

C大肠杆菌D氯常规处理工艺难于有效去除的物质有（）。

A病毒B细菌

C有机物D大于100nm的颗粒ABDC目前四十页\总数九十五页\编于十点第2章水的处理方法概述2.1

主要单元处理方法

水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合用户对水质的要求，或符合排放、灌溉、回用对水质的要求。前者为给水处理,后者为排水处理，两者所采用的水处理方法都应根据水源水质和用水对象对水质的要求来确定。一般为了达到某一处理目的，往往将几种处理方法结合起来使用。目前四十一页\总数九十五页\编于十点一、去除悬浮物和胶体物

以地表水为水源的净水厂大多采用常规处理工艺流程（见图2－1）。图2－1地表水常规处理工艺流程混凝沉淀过滤消毒原水用户目前四十二页\总数九十五页\编于十点1、混凝

混凝包括混合和絮凝两个过程。通过在原水中投加混凝剂与水中悬浮物和胶体杂质发生化学反应生成粗大絮凝体的过程即为混凝。2、沉淀和澄清

经过混凝后形成的粗大絮凝体在沉淀池中进行重力分离获得澄清水的过程。对于含藻类较多的湖泊或水库水，可用气浮池来代替沉淀池。目前四十三页\总数九十五页\编于十点3、过滤

过滤指将沉淀池来的澄清水通过设有粒状滤料的滤池以进一步截留、吸附水中细小杂质获得清水的过程。4、消毒消毒指在滤后水中投加消毒剂以杀死水中致病微生物的过程。目前四十四页\总数九十五页\编于十点5、饮用水特殊处理方法—除臭、除味

除臭、除味的方法一般取决于水中臭和味的来源，主要有以下几种：对于水中有机物所产生的臭和味，一般用活性炭吸附和氧化剂氧化。对于溶解性气体或挥发性有机物所产生的臭和味，一般用曝气法。对于藻类繁殖所产生的臭和味，一般用气浮池或微滤机去除藻类，也可以投加硫酸铜除藻。对于溶解盐类所产生的臭和味，一般用除盐措施。目前四十五页\总数九十五页\编于十点二、去除溶解的无机物1、软化－主要去除水中的钙、镁离子，常用方法有离子交换法和药剂软化法。2、淡化和除盐－主要去除水中各种溶解盐类，常用方法有离子交换法、电渗析法和反渗透法。3、除铁和锰－自然氧化法和接触氧化法。4、除氟－当水中含氟量超过1.0mg/L时，需采用除氟措施。

目前四十六页\总数九十五页\编于十点三、去除溶解的有机物

对于含有溶解性有机物的污染水源，可常规处理加深度处理以去除水中有机物，如超滤、反渗透法等。对于含有大量溶解性和胶态状有机物的城市污水，通常采用生物化学法来去除水中有机物。生物化学法是利用微生物的代谢作用，使污水中的有机污染物转化为无机物，从而去除有机污染物。生物化学法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法。

目前四十七页\总数九十五页\编于十点

城市污水与生产污水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种方法的组合，才能处理不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的与排放标准。生物化学法属于城市污水处理的二级处理，在二级处理前面还要设置格栅、沉砂池、沉淀池作为一级处理以去除水中悬浮固体污染物。目前四十八页\总数九十五页\编于十点四、除氮和除磷

对于富含氮、磷等植物性营养物质的污水，经过一级处理、二级处理后仍然去除不了水中的氮和磷，必须通过三级处理来去除，常用生物脱氮除磷法、混凝沉淀除磷法等。目前四十九页\总数九十五页\编于十点五、水的冷却和水质稳定1、冷却冷却是工业生产中循环冷却水系统所需的处理工艺。常用冷却塔来降低水温。2、水质稳定水质稳定即进行水质调理，控制腐蚀和结垢的发生。

防止水在使用过程中产生腐蚀和结垢的方法一般是在水中投加缓蚀剂和阻垢剂。目前五十页\总数九十五页\编于十点2.2反应器的概念及其在水处理中的应用

在化工生产过程中，都有一个发生化学反应的生产核心部分，发生化学反应的容器称为反应器。研究反应器有关问题的学科称为化学反应工程。 化学反应工程把反应器中进行的复杂过程作为研究对象用数学模型的方法予以简化，只考虑反应级数（0级、1级、2级、……、n级反应）和质量传递（主流、分子扩散传递、紊流扩散传递）的问题，并把二者结合起来分析，不考虑具体反应和设备的具体外形，从而建立了理想反应器模型。目前五十一页\总数九十五页\编于十点理想反应器按反应器的运行方式，可以分成两大类。间歇式反应器(batchreactor)连续流式反应器(continuousflowreactor)

连续反应器有两种完全对立的理想类型，分别称为活塞流反应器(plugflowreactor)及连续搅拌反应器(CFSTRconstantflowstirredtankreactor)。目前五十二页\总数九十五页\编于十点一、物料衡算

物料衡算(massbalance)是质量守恒定律的一个具体应用。物料衡算通常以某一组分作为基准，若反应器内组成均匀，物料衡算可在整个反应器范围内进行，若组成不均匀，则应对反应器内某微元体积作物料衡算，以推导出反应器基本设计方程。物料衡算方程的建立可结合图2－2来说明。目前五十三页\总数九十五页\编于十点

设在反应器内某一指定部位（体积为V），任选某一物料组分A，组分A的浓度为CA，其反应速率为rA，CA随时间的变化速率为dCA/dt。流量Q不断进入和流出V，A的进口浓度为CAo，出口浓度为CAe，根据质量守恒定律，物料衡算式为（均以单位时间、单位体积物量计）：（2－1）

变化量＝输入量－输出量＋反应量图2－2物料衡算关系目前五十四页\总数九十五页\编于十点浓度变化速率＝输入速率－输出速率＋反应速率（2－2）（2－3）在稳定状态下，组分A的浓度不随时间而变化，（2－4）即：即dCA/dt为0，则有：

式（2－3）即为物料衡算方程。目前五十五页\总数九十五页\编于十点几点说明：1、如果在反应区内，组分i的浓度不随时间而变化，则[浓度变化速率]=0，则称为稳定状态。该稳定态非化学平衡状态，稳定态是理想状态。2、物质的输出和输入，是由质量传递引起的。3、反应速率一般指化学反应速率，由化学反应动力学决定。但在水处理过程中，生物化学反应以及某些物理过程也列入反应一项内。目前五十六页\总数九十五页\编于十点二、理想反应器模型

简化的反应器，在推导反应器数学模型时，由于反应器内实际进行的工艺过程比较复杂，就作了某些假定予以简化。理想反应器可近似反映真实反应器的特征，由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。1、完全混合间歇式反应器（CMB型）

CMB型反应器是一种间歇操作搅拌容器，见图2－3。目前五十七页\总数九十五页\编于十点图2－3CMB型反应器目前五十八页\总数九十五页\编于十点

在CMB型反应器中，搅拌使物质均匀混合，同时进行反应，直到反应产物达到预期要求时停止反应，并排出产物。整个反应器为一个封闭系统，该系统在反应过程中不存在由物质迁移（质量传递）而导致的物质输入和输出。 假定在恒温下操作（因为反应速率常数k与温度有关），则物料衡算方程式为：（2－5）目前五十九页\总数九十五页\编于十点当t＝0时，CA＝CA0，对上式积分得到：（2－6）

若为一级反应（并设组分A随时间而减少），根据化学反应动力学，有rA=－kCA，代入式（2－6）得到：（2－7）目前六十页\总数九十五页\编于十点

若为二级反应（并设组分A随时间而减少），根据化学反应动力学，有rA=－kCA2

，代入式（2－6）得到：（2－8）

CMB型反应器通常用于实验室实验或少量的水处理。目前六十一页\总数九十五页\编于十点2、完全混合连续式反应器（CFSTR型）

在CFSTR型反应器中，反应物投入后，经搅拌立即与反应器内液体达到完全均匀混合，新反应物连续输入，反应产物也连续输出。目前六十二页\总数九十五页\编于十点（2－10）

按稳定状态考虑，CA0始终不变，CAe也不随时间变化，即dCA/dt＝0，则：

假定反应器内物料完全均匀混合且与输出产物完全相同，并在等温下操作，则物料平衡方程式为：（2－9）目前六十三页\总数九十五页\编于十点

若为一级反应，根据化学反应动力学，有rA=－kCA，代入式（2－10）得到：（2－11）将V=Qθ（θ为平均停留时间）代入上式并整理得：（2－12）目前六十四页\总数九十五页\编于十点（2－13）

若为二级反应，根据化学反应动力学，rA=－kCA2

，代入式（2－10）并整理得到平均停留时间为：CFSTR型反应器在水处理中应用较多。目前六十五页\总数九十五页\编于十点

如果采用多个体积相等的CFSTR型反应器串联使用，将会大大缩短反应时间。如图2－5所示，n个CFSTR型反应器串联，第2只反应器的输入物料浓度即为第1只反应器的输出物料浓度，以此类推。图2－5串联的CFSTR型反应器目前六十六页\总数九十五页\编于十点

设为一级反应，按式（2－12）每只反应器可写出以下公式：以上所有公式左边和右边分别相乘得到：（2－14）目前六十七页\总数九十五页\编于十点

由（2－14）可得到每个反应器的平均停留时间为：（2－15）

n个串联的CFSTR型反应器的总停留时间为T＝nθ。目前六十八页\总数九十五页\编于十点

一般串联的CFSTR型反应器越多，所需反应时间越短，当n→∞时，所需T将趋近于CMB型和PF型反应器的反应时间。但生产中串联数太多，会造成结构复杂，操作麻烦，应视具体情况来设计。串联的机械絮凝池即为串联的CFSTR型反应器。目前六十九页\总数九十五页\编于十点图2－6PF型反应器3、活塞流反应器（PF型）目前七十页\总数九十五页\编于十点

在PF型反应器内，物料以相同流速平行流动，无扩散作用，物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。PF型反应器唯一的质量传递是平行流动的主流传递。目前七十一页\总数九十五页\编于十点

设反应器长为L，横断面积为A，通过反应器的流量为Q

，速度v＝Q/A

。取长为dz的微元体积A·dz，对微元体列物料平衡方程得：即：整理得：（2－16）（2－17）目前七十二页\总数九十五页\编于十点

稳定状态下，沿液流某一断面处Cz不随时间而变，则dCz/dt＝0，故有：

由边界条件，z＝0时，Cz=C0，积分上式得：

所以，从进口到某一断面的反应时间为：（2－19）（2－18）目前七十三页\总数九十五页\编于十点

公式（2－19）和公式（2－6）完全相同，因为PF型和CMB型反应器反应过程一样，均是起始在高浓度C0下反应，随着时间延续，物料浓度逐渐降低，反应速度才逐渐减小。但PF型优于CMB型，为连续生产，实际中应用更广。目前七十四页\总数九十五页\编于十点1、返混

返混指不同时刻进入反应器的物料混合，即停留时间不同的物料之间混合。

造成返混的原因有：环流、对流、短流、流速不均匀、设备中存在死角以及物质扩散等。三、非理想反应器目前七十五页\总数九十五页\编于十点返混所造成的影响：

返混的存在使一部分物料在反应器内实际停留时间小于平均停留时间τ，另一部分物料的实际停留时间则大于平均停留时间τ，由此形成了停留时间分布。返混改变了反应器内部的浓度分布，影响了反应器的生产能力，返混级数越高，影响越大。

CSTR型反应器的生产能力远远低于PF型反应器就是返混造成的影响，返混使CSTR型反应器的生产效率大大下降。目前七十六页\总数九十五页\编于十点

生产设备中的流态一般介于PF型和CFSTR型之间，我们可以用返混程度来衡量实际反应器偏离理想反应器的程度。由于返混程度不同，将引起物料在反应器内停留时间分布不同，故可通过测定停留时间分布来判断返混程度，即利用停留时间分布来判断设备的流型是接近于PF型反应器还是接近于CFSTR型反应器。下面用示踪实验来测定停留时间分布。目前七十七页\总数九十五页\编于十点

在反应器物料进口处瞬间加入一定量的示踪剂（有色颜料、不参与反应的物质等），随即测定物料出口处示踪剂浓度随时间的变化。以示踪剂出口浓度C为纵坐标，时间t为横坐标，绘制停留时间分布曲线，用停留时间分布函数E(t)表示。（1）PF型

PF型反应器的停留时间分布曲线见图2-7。在PF型反应器内，全部示踪剂将在V/Q的时间后，同时流出反应器。目前七十八页\总数九十五页\编于十点图2－7PF型反应器的停留时间分布曲线tθ0C目前七十九页\总数九十五页\编于十点（2）CFSTR型CFSTR型反应器的停留时间分布曲线见图2－8。在CFSTR型反应器内，当t＝0时，产生瞬间混合使示踪剂有较高的初始浓度，随后，由于非示踪物流入而逐渐稀释示踪剂，曲线连续下降。目前八十页\总数九十五页\编于十点图2－8CFSTR型反应器的停留时间分布曲线tθ0C目前八十一页\总数九十五页\编于十点积分结果为：

设示踪剂出口浓度为C(t)，投入示踪剂得量为m

，则混合后初始示踪剂浓度为C0’＝m/V

，CFSTR型反应器内示踪剂物料衡算方程为：（2－20）对上式进行积分：（2－21）目前八十二页\总数九十五页\编于十点停留时间分布函数为：目前八十三页\总数九十五页\编于十点（3）一般的实际反应器

一般的实际反应器介于PF型反应器和CFSTR型反应器之间，其停留时间分布曲线见图2－9。在实际反应器中，极少一部分示踪剂直接由进口到出口，绝大部分