《环境工程学》教案

《环境工程学》教案

绪论

一、环境科学与环境工程学

1、环境科学

环境——在《中华人民共和国环境保护法》中规定：“本法所称环境，是指

影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大

气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自

然保护区、风景名胜区、城市和乡村等

2、环境工程学

环境工程学——是运用工程学的基础知识和方法，结合环境科学的理论，研究

保护自然环境所应采取的具体工程措施，开发和设计去除各种污染物的设施和设

备，实现保护环境、改善或修复破坏的环境的目标。它是环境科学理论和研究成

果的实施者。

美国土木工程师学会(AmericanSocietyofCivilEngineers,ASCE)环境工程分会

给出的环境工程的定义：环境工程(EnvironmentalEngineering)通过健全的工程

理论与实践来解决环境卫生(environmentalsanitation)问题，主要包括：提供安

全、可口和充足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和

农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社

会和环境所造成的影响。而月一，环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，

例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场

所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。因而，人们提出：“科

学家发现事物，工程师使它们有用“即"Scientistsdiscoverthings,engineers

makethemwork.”

二、环境工程学的形成与发展

给排水方面：公元前两千年中国已用陶土管修建地下排水道，并在明朝以前

开始用明矶净水。古罗马在公元前6世纪修建下水道，英国在19世纪初开始用

砂滤法净化自来水，并在1850年把漂白粉用于饮用水消毒。英国在19世纪后半

叶开始建立公共污水处理厂。1914年出现了活性污泥法处理污水新技术。

在大气污染控制工程方面，1855年美国发明了离心除尘机，20世纪初开始采用

布袋除尘器和旋风除尘器。

在固体废弃物处理处置与利用方面，1822年德国利用矿渣制造水泥，1974

年英国建立了垃圾焚烧炉。

在噪声控制方面，20世纪50年代以来，人们从物理学、机械学、建筑学等

各个方面对噪声问题进行了广泛的研究，各种控制噪声的防治技术取得了很大的

进展。

总之，环境工程学是在人类控制环境污染、保护和改善生存环境的斗争过

程中诞生和发展起来的，随着经济的发展和人们对环境质量要求的提高，环境工

程学必将得到进一步的完善与发展。

三环境工程学的主要内容

1、水质净化与水污染控制工程

2、大气污染控制工程

3、固体废弃物处理处置与管理工程

4、噪声、振动与其它公害防治技术

5、环境规划、管理与环境系统工程

6、环境监测与环境质量评价

参考书：

1《排水工程》下册，张自杰主编，中国建筑工业出版社，2000.6

2《水污染控制工程》，王宝贞主编，高教出版社，1990.4

3《大气污染控制工程》，郝吉明主编，高教出版社，1992.4

4《固体废物处理工程》，杨国清主编，科学出版社，2000.1

第一篇水质净化与水污染控制工程

第一章水质与水体自净

第一节水的循环与污染

一、地球上水的分布

•1、概述

水是地球上最丰富的化合物，约占地球外层五公里地壳中的50%,覆

着地球71%的表面积，其平均深度达到3.8km,总量约有1.36X109km3，地

球上水资源及其存在状态分布。

2、世界的水资源及其特点：

不能被直接利用的海水占总水量的97.2%；人类可以利用的河水、淡水湖

及浅层地卜冰，大约为总水量的0.2%,约为3X106km3；由于世界各地的水

文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布也极不均衡，这造成一些地

区严重缺水。

二、水的社会循环和自然（原始）循环

1、自然循环：

（1）基本动力：重力、太阳辐射

（2）过程：蒸发（植物蒸腾）、水汽输送、降水、下渗、地表地下径流

2、社会循环：

定义：人类社会为了满足生活;生产的需要，从各种天然水体中取用大量的

水，经过使用后的水被排放出来，最终又流入天然水体的过程，构成了一个局部

的循环体系。

Afi”.题坏

水

污

染

平衡控M

破坏程1T

三、我国的水资源及其污染现状

1、我国水资源的特点

(1)、总量大，人均量少；

(2)、水量在地区上分布不平衡；

(3)、水量在时程分配上很不均匀；

(4)、水土资源组合不相适应；

2、我国的水污染现状

(1)、“局部有所改善，整体仍在恶化”；

(2)、我国大江大河干流水质尚好，但临近大城市河段及城市附近的小河支流

均已程度不同地受到了污染，严重的已成了臭水沟；

(3)、随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有向农村、向内地转移

的趋势，由地表水受污染向地卜水受污染转移；

(4)、我国的湖泊大多呈富营养化，面积也不断萎缩；近海水域亦因受污染而

赤潮频发；

(5)、我国水资源及污染现状请参阅下列文献：

国家环境保护总局.2002年环境公报.国家环境保护总局网站

中国工程院“21世纪中国可持续发展水资源战研究”项目组.中国可持续发

展水资源战略研究综合报告.中国工程科学，2000,2(8)：1~17

四、废水、废水污染及水污染

1、基本概念

水在社会循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这种废弃外排的

水称为废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。

“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不

脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。

据废水的来源：

生活废水(domestic)工业废水(industrial)

据污染物的化学类别：

有机废水(organic)无机废水(inorganic)

按废水产生的工艺:

焦化废水(coking)冶金废水(metallurgical)制药废水(pharmaceutical)

食品废水(food)印染废水(printinganddyeing)

废水污染是指废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原

因。水污染是指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是

受害者。但造成水体污染的主要原因是废水。

2、废水中的污染物分类及危害简介

(1)、固体污染物

固体污染物是指废水中在100°C时不能蒸发的所有物质，称为总固体：溶

解性固体(dissolvedsolid,DS);悬浮性固体(suspensionsolid,SS)

实际区分二者是用特制的微孔滤膜(孔径0.45um)来过滤，能透过的为溶解

性固体，被膜截留的为悬浮性固体。

悬浮固体：可沉降固体(settleable)：能在2小时内靠重力沉降的固体

难沉降固体(unse111eab1e)两小时内不能沉降的称为难沉降固体

废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质量浓度，单位一

般为mg/L。使用中需要指明是哪一种固体。

废水中悬浮物含量的多少也可用浊度(turbidity)表示

在水质分析中规定，1L水中含有1mgSi02所构成的浊度为一个标准浊度单位，

简称1度

悬浮物的危害主要是造成沟渠、管道和抽水设备的阻塞、淤积和磨损；造成

水生生物的呼吸困难；造成给水水源浑浊；干扰废水处理设施和回收设备的工作；

有些悬浮物还有一定的毒性。几乎所有的废水中都含有数量不等的悬浮物，因此

除去悬浮物是废水处理的一项基本任务。

(2)、需氧污染物

需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒

的，但这类有机物大部分本身是无毒的。

这类污染物的特点是数量大、成分复杂，所以很难分别表示其含量。

产生污染的主要原因是在其分解过程中消耗水中的溶解氧。

需氧污染物用间接指标来衡量，常用的有BOD、COD、TOC和TOD等。

(1)、生物化学需(耗)氧量(biochemicaloxygendemand简称BOD)

表示在一定条件下(20。。，单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解

所消耗的分子氧的数量。单位为mg(氧)/L(废水)。

有B0D5和B0D20之分,B0D5最常用。

特点：准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自

动控制。

(2)、化学耗氧量(chemicaloxygendemand简称COD)

用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有

机物的多少，单位仍为mg/L。

常用的氧化剂有K2Cr207和KMnO4,分别用CODCr和CODMn表示。

特点：测定速度快，但与实际污染的程度有差距。

(3)、总需氧量(totaloxygendemand,TOD)和总有机碳(totalorganic

carbon,TOC)

在900c下，以钳为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减

少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量；

在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含

量，称为总有机碳

特点：测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。

BOD5、BODQTOD、TOC有各自的特点和用途，在实际应用中应根据各自的特

点和不同的情况选用！

(4)、有毒污染物(toxicmaterials)

废水中能对生物引起毒性反应的化学物质称为有毒污染物。

特点：

急性中毒：初期效应十分明显，严重时会导致死亡。

慢性中毒：初期效应不明显，但长期积累可引起突变、致畸、致死，甚至引

起遗传畸变，这种效应不易察觉，但后果更严重，一旦发现，很难在近期内处理，

甚至不可逆转。

影响危害程度的因素：

浓度和作用时间：浓度越大，作用时间越长，后果越严重。

环境条件：如温度、pH值、溶解氧浓度等，

生物的种类及生物自身的适应能力。

分类：无机化学、有机化学和放射性毒物三类。

表示方法：质量浓度表示，单位为mg/L。

(1)>无机化学毒物(inorganictoxics)

无机化学毒物主要是指重金属离子、氟化物、氟化物和亚硝酸盐等。

化学上一般把密度大于4的金属称为重金属(heavymetals)o

水污染中所指的重金属主要是Hg、Cr、Cd>Pb、As、Ni、Ce>Cu、Zn、Ti>

Mo、Ti等，最主要的是前五种。

重金属(heavymetals)污染有如下特点：

(a)、毒性以离子状态最大，且不同价态的毒性不同。如Cr6+>Cr3+,但

As3+>As5+；

(b)、很难被生物降解，有时还可以被生物富集或转化成毒性更大的物质。据研

究，海水中的汞通过食物链可富集2万倍；

(c)、危害时间长，难消除。

(d)、有些重金属是人体必须的元素。

(2)、有机化学毒物(organictoxics)

有机化学毒物大多是人工合成的有机物。主要有：农药(DDT、有机氯、有

机磷等)酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳燃和芳香族氨基化合物等。

特点：这类物质的种类最多，性质最复杂，毒性大。化学稳定性好。大多数

难被生物降解且可以通过食物链富集，危害人体健康。

(3)、放射性物质(radioactivematters)

放射性物质主要是指废水中所含的能产生有害射线的物质。

(4)、营养污染物(nutrients)

营养污染物主要是指植物和微生物生长过程中所需的营养物质，并非有

毒，主要是氮和磷。这种由营养物质过多产生的污染称做富营养化污染

(eutrophication)

产生污染的原因：

当大量营养物质进入水体时，会使藻类大量繁殖，水面上积聚大量的动物

和植物，这种现象在海洋中出现叫赤潮(redcurrent),在湖泊中出现叫水华

(waterbloom)□当水中的生物大量死亡时会使水中的BOD值猛增，导致水

中的溶解氧降低，影响水体功能，影响鱼类生存。除氮和磷外，BOD、温度、

维生素类物质也能触发和促进富营养化污染。

表示水中营养物质多少的指标是单位体积水中含氮和磷的总质量，单位为

mg/Lo

氮有多种表示方法：

有机氮是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个水质指标。

N1I3和NH4+称为氨态氮,

N02一称为亚硝酸氮，

N03一称为硝酸氮，

这几种形态的含量均可作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机物的各个不同

阶段。

总氮(TN)则是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。

(5)、生物污染物(biologicalpollutants)

生物污染物主要是指废水中的致病微生物(pathogens)和其他的有机体。

制革厂废水中常含有炭疽菌，

医院污水中含有病原菌和病毒等。

生活废水中含有可能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。

(a)细菌总数(totalbacteria)

细菌总数是指1mL水中所含有各种细菌的总数。

(b)大肠菌数(coliforms)

大肠菌数是指1L水中所含大肠菌个数。由于大肠菌在外部环境中的生存条

件与肠道传染病的细菌、寄生虫卵相似，而且大肠菌的数量多，比较容易检

验，所以把大肠菌数作为生物污染指标。

第二节水质指标和水质标准

一、水质指标

1、概念

(1)、水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合

特性

(2)、水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，判断水质的具体衡量标准

2、水质指标分类

(1)物理性水质指标

感官；其它：电导率、溶解固体

(2)化学性水质指标

一般化学性：pH等；有毒化学性：重金属；氧平衡

(3)生物学水质指标

细菌总数、大肠杆菌(coliformbacteria)等

3、几种重要的水质指标

(1)>浑浊度(turbidity)

(2)、颜色、色度(chromaticitycolor)

(3)、固体

(4)、总含盐量和离子平衡

(5)、碱度alkalinity

(6)、硬度hardness

(7)、化学需氧量和耗氧量(COD)

(8)、生物化学需氧量(BOD)

(9)、总有机碳(TOC)和总需氧量(TOD)

(10)、氮含量

二、水质标准

1、概念：

水质标准：对排入水体水质的要求

2、水质标准分类

(1)、国家正式颁布的统一规定

(2)、各用水部门或设计等单位的要求

3、常用水质标准

(1)、饮用水水质标准(p33fTabl-4>1-5)

(2)、地面水环境质量标准:5类(p37/Tabl-6)

(3)、污水综合排放标准：2类：(有毒富集和其它)

(4)、工业用水水质要求

第三节水体自净作用与水环境容量

一、水体自净含义：

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，受污染的水体部分的或完全的恢复原状的现象。

二、净化机理

1.物理作用：稀释(对流、扩散)、混合、沉淀与挥发

2.化学作用：氧化还原、酸碱反应、吸附凝聚

3.生物化学净化：分解、转化

第四节水处理的基本原则和方法

一、给水处理基本方法：

常规工艺包括：混凝、沉淀、过滤、消毒

二、废水处理基本方法：

1、废水处理原则：

改革工艺、减少废物排放量，如：采用清洁生产工艺

重复利用废水，如：中水回用；

回收有用物质；

对废水进行妥善处理

废水处理的经济性，技术先进性

2、废水处理程度确定

按水体水质要求：例如广州的污水处理厂；

按处理厂能达到的处理程度；

考虑水体的稀释和自净能力。

3、废水处理的基本方法

物理处理：物理作用，沉淀、过滤、气浮、反渗透等

化学处理：化学反应，混凝、电解、氧化还原等

生物处理：生物化学作用，活性污泥、生物膜等

第二章水的物理化学处理方法

第一节水中粗大颗粒物的去除

一、格栅、筛网和微滤机

1、格栅

(1)、作用：目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物(detritus),以保护后

续处理设施能正常运行的一种预处理方法。

(2)、位置：格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。

(3)、分类：

按形状：平面格栅(flatbarscreen),筛网呈平面；

曲面格栅(curvebarscreen),筛网呈弧状

按栅条的间隙:粗(coarse)格栅(50-100mm)；中(medium)格栅(10-40mm)；

细(fine)格栅(3T0mni)

按筛余物清理方式：人工清理(manuallycleanedscreen)；机械清理

(mechanicallycleanedscreen)

2、筛网的孔的形状和大小与格栅不同，最常用的使用金属丝编织成的方孔筛网。

作用是除去粒度更小的悬浮物。

(1)、作用：筛网的目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物(detritus),可

以作为预处理，或重复用水的深度处理。

(2)、分类：筛网(screen)由金属丝(钢丝网、铜网等)织物或穿孔板构成。

(3)、类型：筛网过滤器的类型很多，有旋转型、振动型、转鼓式等。

(4)、筛余物的处置收集的筛余物(screenings)运至处置区填埋(landfill)或与城市垃圾--

起处理。当有回收利用价值时，可送至粉碎机或破碎机被破碎后再用。对于大型水处理系统,

也可采用焚烧的方法彻底处理。

二、沉砂池

沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免这些杂质

影响后续处理构筑物的正常运行。

沉砂池的工作原理是以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在

只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。

沉砂池可分为平流式、竖流式和曝气沉砂池等三种基本型式。

在工程设计中，可参考下列设计原则与主要参数。

(1)城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水是否要设置沉砂池，应根据水

质情况而定。城市污水厂的沉砂池的只数或分格数应不少于2,并按并联运行原

则考虑。

(2)设计流量应按分期建设考虑。①当污水自流进入时，应按每期的最大设计

流量计算；②当污水为提升进入时一，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；③

在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。

(3)沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。

(4)城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约60%,容重

3

约1500kg/m0

(5)贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55°。排砂

管直径不应小于200mln。

(6)沉砂池的超高不宜小于0.3m。

常用的沉砂池有平流式沉砂池和曝气沉砂池。

1、平流式沉砂池

平流式沉砂池是最常用的一种型式，它的截留效果好，工作稳定，构造亦较

简单。

1.平流式沉砂池的设计参数

(1)污水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s；

(2)最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s,一般为30〜60s；

(3)有效水深应不大于1.2m,一般采用0.25—1.0m,池宽不小于0.6m；

(4)池底坡度一般为0.01—0.02,当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求考

虑池底形状。

2、曝气沉砂池

曝气沉砂池从五十年代开始试用，目前已推广使用。它具有下述特点：(1)

沉砂中含有机物的量低于5%；(2)由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、

脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。这些特

点对后续的沉淀、曝气、污泥消化池的正常运行以及对沉砂的干燥脱水提供了有

利条件。

第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除

一、沉淀

1、概述

沉淀法是水处理中最基本的方法之一。它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性

能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。

按照废水的性质与所要求的处理程度的不同，沉淀处理工艺可以是整个水处理过

程中的一个工序，亦可以作为唯一的处理方法。在典型的污水厂中，有下列四种

用法：

（1）、用于废水的预处理

沉砂池是典型的例子。沉砂池是用以去除污水中的易沉物（如砂粒）。

（2）、用于污水进入生物处理构筑物前的初步处理（初次沉淀池）

用初次沉淀池可较经济的去除悬浮有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负

荷。

（3）、用于生物处理后的固液分离（二次沉淀池）

二次沉淀池，主要用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理

后的水得以澄清。

（4）、用于污泥处理阶段的污泥浓缩

污泥浓缩池是将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低

后续构筑物的尺寸及处理费用等。

2、沉淀类型

根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型。

1）、自由沉淀

自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，

颗粒各自单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的物理

性质，如形状，大小及比重等不发生变化。这种颗粒在沉砂池中的沉淀是自由沉

淀。

2）、絮凝沉淀

絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作

用，颗粒因互相聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的

质量、形状和沉速是变化的，实际沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定。

化学混凝沉淀属絮凝沉淀。

3）、区域沉淀（或成层沉淀）

区域沉淀的悬浮颗泣浓度较高（5000mg/L以上），颗粒的沉降受到周围其它颗

粒影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清

晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中均有区域沉淀发生。

4）、压缩沉淀

压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓度很高，颗

粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗

粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中的浓缩过程以及在浓

缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。

二、混凝

1、混凝原理

化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮

物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物

和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然

沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。

（1）、胶体的稳定性

根据研究，胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的

胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷。它的中心称为胶楼。其表面选择性地吸

附了一层带有同号电荷的离子，这些离子可以是胶校的组成物直接电离而产生

的，也可以是从水中选择吸附H，或0H离子而造成的。这层离子称为胶体微粒的

电位离子，它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力，在其周

围又吸附了大量的异号离子.形成了所谓“双电层”。这些异号离子，其中紧靠

电位离子的部分被牢固地吸引着.当胶核运行时一，它也随着一起运动，形成固定

的离子层。而其他的异号离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一

起运动，并有向水中扩散的趋势.形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的

交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电

位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为/电位。而胶核表面的电位离子与溶

液之间的电位差称为总电位或§电位。

胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶

粒产生静电斥力，而且/电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；②受水分子热运动

的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即''布朗运动；”③胶粒之间还存在着

相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间

距较大时，此引力略去不计。

一般水中的胶粒f电位较高。其互相间斥力不仅与f电位有关，还与胶粒的

间距有关，距离愈近，斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使

范德华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分

散状态。

使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性

水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但

是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的电位消除或减弱，水化膜也就

随之消失或减弱。

(2)、混凝原理

化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的

成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归

结起来，可以认为主要是三方面的作用：

1)压缩双电层作用：如前所述，水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要

是由于胶粒的f电位。如能消除或降低胶粒的/电位,就有可能使微粒碰撞聚结，

失去稳定性。在水中投加电解质一一混凝剂可达此目的。例如天然水中带负电荷

的粘土胶粒，在投入铁盐或铝盐等混凝剂后，混凝剂提供的大量正离子会涌入胶

体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变，增加扩散层及吸附层中的正

离子浓度，就使扩散层减薄。当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时一，

/电位为零，称为等电状态。在等电状态下，胶粒间静电斥力消失，胶粒最易发

生聚结。实际上，/电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗

运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的/电位称为临界电位。胶粒

因电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，

称为凝聚。

压缩双电层作用是阐明胶体凝聚的一个重要理论。它特别适用于无机盐混凝

剂所提供的简单离子的情况。但是，如仅用双电层作用原理来解释水中的混凝现

象，会产生一些矛盾。例如，三价铝盐或铁盐棍凝剂投量过多时效果反而下降，

水中的胶粒又会重新获得稳定。又如在等电状态下，混凝效果似应最好，但生产

实践却表明，混凝效果最佳时的/电位常大于零。于是提出了第二种作用。

2)吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后，经水解

和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所

强烈吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一

胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的

粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮

凝。

3)网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降

过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。

上述三种作用产生的微粒凝结理象——凝聚和絮凝总称为混凝。

对于不同类型的棍凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用所起的作用程度并

不相同。对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂，吸附架桥可能起主要作用；

对硫酸铝等无机混凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用以及网捕作用都具有重

要作用。

4)铝盐的水解过程

所有金属阳离子不论以何种药剂形态图投加，它们在水中都以三价铝［Ai(in)］

和三价铁［Fe(in)］的各种化合物存在。以铝盐为例，在水溶液中即使Al(in)以单

纯离子状态存在，也不是A13+而是以A1(H2O)63+,水合铝络合离子状态存在。

当pH值＜3时-，在水中这种水合铝络离子将是主要形态，如pH升高，水合铝

络离子就会发生配位水分子离解(即水解过程)，生成各种羟基铝离子，pH值再

升高，水解逐级进行，从单核单羟基水解成单核三羟基，最终将产生氢氧化铝化

学沉淀物而析出。在整个反应中，像A13+、A1(OH)2+、A1(OH)3、A1(OH)4-等简

单成分以及多种聚合离子，如[(A1(OH)14]4+、[A17(OH)17J4+,[A18(OH)20J4+.

[A113(OH)34]5+等成分，都会同时出现，它们必然会对混凝过程起作用，共中高

价的聚合正价离子对中和粘土胶粒的负电荷，以及压缩其双电层的能力都很大，

促进了混凝。

当产生无机聚合物带有负价离子时，不可能靠电荷中和作用，而

主要靠吸附架桥的作用使粘土胶粒脱稳。

2、混凝剂和助凝剂

(1)、混凝剂

用于水处理中的混凝剂应符合如下要求：混凝效果良好，对人体健康无害，

价廉易得，使用方便。混凝剂的种类较多，主要有以下两大类：

1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。

2)高分子混凝剂高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化

铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂有

天然的和人工合成的。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺。

(2)、助凝剂

当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高混凝效果，

这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可用以调节或改善混凝的条件，例如当原水的

碱度不足时可投加石灰或重碳酸钠等；当采用硫酸亚铁作混凝剂时可加氧气将亚

铁Fe”氧化成三价铁离子Fe*等。助凝剂也可用以改善絮凝体的结构，利用高分

子助凝剂的强烈吸附架桥作用.使细小松散的絮凝体变得粗大而紧密，常用的有

聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、红花树等。

3、影响混凝效果的主要因素

影响混凝效果的因素较复杂，主要有水温、水质和水力条件等。

(1)、水温

水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低

时，水解困难。特别是硫酸铝，当水温低于5℃时:水解速率非常缓慢。且水量

低，粘度大，不利于脱置胶粒相互絮凝，影响絮凝体的结大，进而影响后续的沉

淀处理的效果。改善的办法是投加高分子助凝剂或是用气浮法代替沉淀法作为后

续处理。

⑵、pH值

水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝去除水中浊度

时.，景佳pH值范围在6.5—7.5之间；用于除色时，pH值在4.5〜5之间。用三

价铁盐时，最佳pH值范围在6.0—8.4之间，比硫酸铝为宽。如用硫酸亚铁，

只有在pH>8.5和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成Fe»,这就使设备和操作

较复杂。为此，常采用加氯氧化的方法。

高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH值的影响较小。

从铝盐和铁盐的水解反应式可以看出，水解过程中不断产生H+必将使水的pH值

下降。要使pH值保持在最佳的范围内，应有碱性物质与其中和。当原水中碱度

充分时还不致影响混凝效果；但当原水中碱度不足或混凝剂投量较大时，水的

PH值将大幅度下降，影响混凝效果。此时，应投加石灰或重碳酸钠等。

(3)、水中杂质的成分性质和浓度

水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中

含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；而烤水中含有大量有机物时;

需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，其投量可达10〜10%g/L但影响的因素比

较复杂，理论上只限于作些定性推断和估计。在生产和实用上，主要靠混凝试验

来选择合适的记凝凝品种和最佳投量。

4.水力条件

混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两

个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和

聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不

要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。对

于高分子混凝剂，由于它们在水中的形态不象无机盐混凝剂那样受时间的影响，

混合的作用主要是使药剂在水中均匀分散，混合反应可以在很短的时间内完成，

而且不宜进行过份剧烈的搅拌。

反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的

絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免

结大的絮凝体被打碎。如果在化学混凝以后不经沉淀处理而直接进行接触过滤或

是进行气浮处理，反应阶段可以省略。

三、澄清

1、澄清池(clarifier)是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同

时完成混合、反应、沉降分离等过程。

2、优点：占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量.

3、缺点：对进水水质要求严格，设备结构复杂。

4、从基本原理上澄清池可分为两大类：

(1)是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；

(2)是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄池清

四、过滤

过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物

被截留在介质表面或内部而除去。

1、根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列四类：

(1)格筛过滤(screen)

(2)微孔过滤(microfiltration)

(3)膜过滤(membranefiltration)

(4)深层过滤(depthnitration)

2、过滤过程的分类：

(1)格筛过滤：过滤介质为栅条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破

布、纤维、纸浆等。其典型设备有格栅、筛网和微滤机。

(2)微孔过滤：采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可

在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，用以去

除粒径细微的颗粒。定型的商品设备很多。

(3)膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质，在一定的推动力(如压力、电场

力等)下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具有选择性，可以除去水中细菌、病

毒、有机物和溶解性溶质。主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。

(4)深层过滤：采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。由于滤料颗粒之间

存在孔隙，废水穿过一定深度的滤层，水中的悬浮物即被截留。为区别于上

述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。

3、过滤在水处理中的作用：

在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用

水要求；

在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；

作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。

4、过滤机理

过滤的机理可分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种。

当废水流过滤料层时;粒径较大的悬浮物颗粒首先被截留在表层滤料的空隙

中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高。

结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要

的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。

废水通过滤料层时，众多的滤料介质表面提供了巨大的沉降面积。

据估计，lm3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400m2不受水力冲刷而可供悬浮

物沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。

重力沉降强度主要取决于滤料直径和过滤速度。滤料越小，沉降面积越

大；滤速越小则水流越平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。

由于滤料有较大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。

此外，砂粒在水中表面常带有负电荷，能吸附带有正电的铁、铝等胶体,

从而在滤料表面形成带正电的薄膜，进而又吸附带负电荷的粘土及多种

有机胶体，在砂粒上发生接触絮凝。

在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还能起到接触碰撞的媒介

作用，促进其凝聚过程。

5、过滤的工艺过程

•过滤工艺包括过滤和反洗两个阶段：

•过滤(filtration)：过滤即截留污染物；

•反洗(backwashing)：反洗即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能

力。

6^过滤周期(filterrun)：

从过滤开始到结束延续的时间称为过滤周期(或工作周期)。

•过滤循环(filtercycle)：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。

7、配水系统

配水系统的作用：

(1)均匀收集滤后水，所以，它又称为排水系统；

(2)更重要的是均匀分配反冲洗水。

(3)配水系统的合理设计是滤池正常工作，保持滤料层稳定的重要保证。

(4)所谓大阻力配水系统是指尽可能增大配水系统中布水孔眼的阻力，

使反洗水在流向全池各部的水头损失尽可能相等，保证配水均匀。

8、快滤池的运行管理

(1)滤速变化及控制

1)按照在过滤周期内滤速的分布形态，滤池有两种基本运行方式，即：

2)恒速过滤(constantrate):在整个过滤周期中过滤的速度不变。

3)降速过滤(decliningrate)：在过滤周期中过滤速度是随时间变化的，开

始时大，过滤结束时小。

(2)优良的滤池应具备以下性能：

1)滤料纳污能力大，过滤水头损失小，工作周期长；

2)出水水质符合回用或外排的要求；

3)反洗耗水量少，效果好，反洗后滤料分层稳定而不发生很大程度的滤料混

杂。

(3)滤池反冲洗

滤池反冲洗的目的是清除截留在滤料孔隙中的悬浮物，恢复其过滤能力。

一般滤池采用滤后水反冲洗，并辅以表面冲洗(surfacewash)或空气冲洗

(airscour)。

反冲洗的指标：

反冲洗的指标有滤料的膨胀率、反冲洗强度、反冲洗时间、反冲洗水头、反

冲洗水的供应和排除、空气冲洗和表面冲洗等。

1)膨胀率(expandingrate)：滤料层膨胀后与膨胀前的厚度差与过滤时滤料

的厚度之比，用百分数表示。一般用符号e表示。

反洗时的膨胀率要适当。膨胀率太低，水流剪切力小；膨胀率过高，颗碰撞

次数会减少，还会冲动垫料层及流失滤料。

2)反冲洗强度(backwashflowrate)：单位时间内单位滤池面积所通过的反

冲洗水量称为反冲洗强度，通常用q表示，它的单位是L/(m2・s)。

反冲洗强度的大小与滤料的粒度、水的温度、孔隙率和要求的膨胀率有关。可用

试验的方法确定。

3)反冲洗时间(backwashtime)：反冲洗时间依滤层污染程度而异，应根据运

行情况来确定。

4)反冲洗水头(head)：反冲洗所需水头等于滤层、垫层、配水系统及管路的

水头损失之和，并留有1.5-2.0m的富余水头。具体可根据有关流体力学的方法

计算。

5)反冲洗水的供应和排除：一般是用滤后水作为反冲洗用水。反冲洗水可用

水塔或水泵供给。反冲洗排出的污水(spentbackwashwater)应及时排除，通常

返回处理系统的首端。

6)空气冲洗(airscour)：空气冲洗是在滤料层和垫层之间加空气管，在反冲

洗的同时鼓入压力空气，增加对颗粒的搅动，增加颗粒之间互相碰撞和摩擦的机

会，加强反冲洗效果。强度据具体情况确定。

7)表面冲洗(surfacewash)：在过滤含有机物质较多的原水时，滤层表面往

往生成由滤料颗粒、悬浮物和粘性物形成的泥球。为了破坏泥球，提高冲洗质量,

常用压力水进行表面冲洗。

五、气浮

气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附污水中的污染物，使其密

度小于水而上浮到水面以实现固液或液液分离的过程。实现气浮法分离的必

要条件是：

1、必须向水中提供足够数量的微细气泡；

2、必须使目的物呈悬浮状态且具有疏水性质，从而附着于气泡上浮升。

气泡能否与悬浮颗粒发生有效附着主要取决于颗粒的表面性质。

亲水性：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。

疏水性：如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。

接触角：在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气一液界面张力线和固

一液界面张力线之间的夹角(包含液相的)称为平衡接触角，用。表示。

气浮过程包括气泡的产生、气泡与颗粒的附着及上浮分离等连续步骤。

产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程实现的重要条件。

废水处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为溶气法、散气气浮

和电解法三类。

分类：根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又可分为：加压溶

气气浮和溶气真空气浮两种类型，其中加压溶气气浮是国内外最常用的气浮法。

加压溶气法需要有溶气罐、空气压缩机、减压阀或溶气释放器、水泵。

按空气与水混合的位置有分为泵前进气与泵后进气两种。

散气气浮是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进

行浮选的方法。

按粉碎气泡方法的不同，散气气浮分为扩散板曝气气浮与叶轮气浮两种。

扩散板曝气气浮

压缩空气通过具有细孔隙的扩散板或微孔管，使空气以细小气泡的形式进入

水中，进行气浮过程。

这种方法的优点是简单易行，但缺点较多，其中主要的是空气扩散装置的微

孔易于堵塞，气泡较大，浮选效率不高等等，因此这种方法近年已少用。

3、气浮法的特点：

(1)由于气浮池的表面负荷有可能高达12m3/m2•h,水在池中停留时间短，

故占地较少，节省基建投资；

(2)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处

理或再用，泥渣也不易腐化；

(3)对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，气浮法处理效率高，甚至还

可去除原水中的浮游生物，出水水质好；

(4)浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥体积少2—10倍，这对污

泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便;

(5)可以回收利用有用物质；

(6)气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.02—0.04k\Vh；目前

使用的溶气水减压释放器易堵塞。

4、气浮法的应用

(1)分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；

(2)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；

(3)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生

污泥膨胀的生化处理工艺中；

(4)分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；

(5)分离回收以分子或离子状态存在的污染物，如金属离子的泡沫浮选分离。

第三节水中溶解物质的去除

一、离子交换法

离子交换剂分为无机和有机两大类。

无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。沸石既可作阳离子交换剂，

也能用作吸附剂。

有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。

离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，离子交换

树脂的合成一般是先制备母体，然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。

1、离子交换树脂的结构：

一部分是不溶性的树脂本体(resinmatrix)。树脂本体为有机化合物和交联

剂组成的高分子共聚物。交联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。

另一部分是具有活性的交换基团(也叫活性基团)。交换基团(functional

group)由起交换作用的离子和与树脂本体联结的离子组成。

离子交换树脂分为阳离子交换树脂(cationresin)和阴离子交换树脂

(anionresin)。

按活性基团中酸碱的强弱分为：

(1)强酸性阳离子交换树脂，活性基团一般为一S03H,故又称磺酸型阳离

子交换树脂。

(2)弱酸性阳离子交换树脂，活性基团一般为一COOH,故又称竣酸型阳离

子交换树脂。其中活性基团中的H+可以被Na+代替，因此阳离子交换树脂又可

分为氢型和钠型。

(3)强碱性阴离子交换树脂，活性基团一般为三NOH,故又称为季胺型阴离

子交换树脂。

(4)弱碱性阴离子交换树脂，活性基团一般有一NH30H、=NH20H和三NHOH

之分，故分别又称伯胺型，仲胺型和叔胺型离子交换树脂。阴离子交换树脂中的

氢氧根离子011—可以用氯离子C1一代替。因此，阴离子交换树脂又有氢氧型和

氯型之分。

根据离子交换树脂颗粒内部结构特点，又分为凝胶型和大孔型两类。两者的

区别在于聚合过程中加入或不加入致孔剂的制备方法，可使得到的母体有大孔型

或凝胶型的物理结构。

2、离子交换树脂的性能指标

(1)离子交换容量

交换容量(exchangecapacity)是树脂交换能力大小的标准，可以用重量法

和容积法两种方法表示。

重量法是指单位重量的干树脂中离子交换基团的数量，用mniol/g或mol/g

来表示。

容积法是指单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量，用mmol/L或mol/m3

树脂来表示。由于树脂一般在湿态下使用，因此常用的是容积法。

全交换容量是指树脂中活性基团的总数。

工作交换容量是指在给定的工作条件下，实际所发挥的交换容量，实际应用

中由于受各种因素的影响，一般工作交换容量只有总交换容量的60%-70%o

有效交换容量是指出水到达一定指标时交换树脂的交换容量。

(2)含水率

含水率通常以每克湿树脂(去除表面水分后)所含水分百分数来表示。

(3)相对密度

离子交换树脂的相对密度有三种表示方法:干真密度、湿真密度和湿视密度。

干密度是指在115℃真空干燥后的密度；

湿真密度是指树脂在水中充分膨涨后的质量与树脂所占体积（不包括空隙）

之比；

湿视密度是指树脂在水中充分膨涨后单位体积树脂所具有的质量。

（4）溶胀性

当树脂由一种离子型态转变为另一种离子型态时所发生的体积变化称为溶

胀性或膨胀性。

树脂溶胀的程度用溶胀度来表示。如强酸阳离子交换树脂由钠型转变成氢型

时，其体积溶胀度约为5%—7%。

（5）耐热性

各种树脂所能承受的温度都有一个高限，超过这个极限，就会发生比较严重

的热分解现象，影响交换容量和使用寿命。

（6）交联度

交联剂占单体质量的百分数称为交联度。

交联度直接影响树脂的性能，交联度越高，树脂的机械强度就越大，对离子

的选择性就越强，但交换速度就越慢。

（7）选择性

离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子

交换法处理效率的一个主要因素。

（8）化学稳定性

废水中的氧化剂，如氧、氯、格酸、硝酸等，由于其氧化作用能使树脂网状

结构破坏，活性基团的数量和性质也会发生变化。

防止树脂因氧化而化学降解的办法有三种：一是采用高交联度的树脂；二是

在废水中加入适量的还原剂；三是使交换柱内的pH值保持在6左右。

除上述几项指标外，还有树脂的外形、粘度、耐磨性、在水中的不溶性等。

3、离子交换基本理论

（1）离子交换过程

离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相（废水）电解质之间的

化学置换反应。

过程通常分为五个阶段：

1）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面；

2）交换离子在树脂颗粒内部扩散；

3）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离子发生交换反应；

4）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；

5）被交换下来的离子在溶液中扩散。

（2）离子交换树脂的选择性：

一些离子很容易被吸附而另一些离子却很难吸附，被树脂吸附的离子再生的

时候，有的离子很容易被置换下来，而有的却很难被置换。离子交换树脂所具有

的这种性能称为选择性。

树脂对各种离子的交换能力是不同的，交换能力大小主要取决于各种离子对

该树脂的亲合力。强酸性阳离子交换树脂的选择顺序为：

Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>H+>Li+

（3）水质对树脂交换能力的影响

1）悬浮物和油脂

废水中的悬浮物会堵塞树脂孔隙，油脂会包住树脂颗粒，都会使交换能力下

降。因此当这些物质含量较多时，应进行预处理。预处理的方法有过滤、吸附等。

2）有机物

废水中某些高分子有机物与树脂活性基团的固定离子结合力很大，一旦结合

就很难进行再生，结果是降低树脂的再生率和交换能力。

3）高价金属离子

废水中Fe3+、A13+、Cr3+等高价金属离子能引起树脂中毒，当树脂受铁

中毒时，会使树脂颜色变深。

从阳离子树脂的选择性可看出，高价金属离子易为树脂吸附，再生时难于把

它洗脱下来，结果会降低树脂的交换能力。

为了恢复树脂的交换能力可用高浓度酸长时间浸泡。

4）pH值

强酸和强碱树脂的活性基团的电离能力很强，交换能力基本上与pH值无关。

但弱酸性树脂在pH值低时不电离或部分电离，因此，在碱性条件下，才能

得到较高的交换能力。

而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到较大的交换能力。

螯合树脂对金属的结合与pH值有很大关系，每种金属都有适宜的pH值。

5）水温

水温高虽可加速离子交换的扩散,但各种离子交换树脂都有一定的允许使用

温度范围。

6）氧化剂

废水中如果含有氧化剂（如C12、02、H2Cr207等）时,会使树脂氧化分解。

强碱性阴树脂容易被氧化剂氧化，使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交

换能力。氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化，结果使交换能力

下降。

4、离子交换的工艺过程

离子交换方式可分为静态交换与动态交换两种。

静态交换是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器内，使它们充分接触（可

进行不断搅拌）直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡良好的交换反应。

动态交换是指废水与树脂发生相对移动，它又有塔式（柱式）与连续式之分。

在离子交换系统中多采用柱式交换法。

5、离子交换树脂的再生

离子交换与再生反应是一个可逆反应，树脂再生就是使离子交换反应逆向进

行，以恢复树脂的离子交换性能。

（1）再生操作过程

反洗是在离子交换树脂失效后，逆向通入冲洗水和空气，以松动树脂层和达

到清洗树脂层内的杂物或分离阴、阳离子交换树脂（对于混合床）的目的。

在单床和复合床情况下，将再生剂以…定流速流经各自交换柱内的树脂层进

行再生。

对于混合床则有柱内、柱外再生及阴离子交换树脂外移再生三种方法，具体

运用应视具体情况而定。

再生后还必须用水正洗，洗去树脂中残余再生剂及再生反应物。

有时再生后树脂类型与使用所需树脂型式不同，还需转型。

（2）再生剂的选择

阳离子交换树脂的再生剂有HC1、H2s04等。

强酸性阳离子交换树脂可用HC1或H2S04等强酸及NaCl、Na2S04等再生。

弱酸性阳离子树脂可以用HC1、H2s04等再生。

用于阴离子交换树脂的再生剂有NaOH、Na2c03、NaHC03等。

强碱性阴离子交换树脂可用NaOH等类强碱及NaCl再生，

弱碱性阴离子树脂可以用NaOH、Na2c03、NaHC03等再生。

(3)再生剂用量和再生率的控制

尽可能地减少再生剂用量，既可降低再生费用，又便于回收处理再生废液。

尽量使用浓度较高的再生剂，采用顺流交换逆流再生的方法。

再生时，一般不追求过高的再生率，把交换剂的交换能力恢到原来的80%

左右就可以了。这样不仅可以节约再生剂，缩短再生时间，而且提高了再生液中

回收物质的浓度，有利于回收。

(4)顺流再生与逆流再生

再生液的流向和交换时水流方向相同称为顺流再生。反之为逆流再生。

顺流再生优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生液用量多，获

得的交换容量低，出水水质差。

逆流再生时，再生液耗量少，交换剂获得的工作容量大，而且能保证出水质

量，但逆流再生的设备较复杂，操作控制较严格。

6、离子交