水污染控制工程..

“水污染控制工程”期末考试复习提纲（2006级）1绪论基本概念：固体污染物 水中以固体形态存在的污染物，其存在形态包括悬浮状态、胶体状态和溶解状态三种。溶解性固体 用特制的微孔滤膜（孔径0.45 m）来过滤，能透过的为溶解性固体，悬浮性固体 用特制的微孔滤膜（孔径0.45 m）来过滤，被膜截留的为悬浮性固体BOD5生化需氧量（BOD）：是指在温度、时间都一定的条件下，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中，所消耗的溶解氧量。一般都用20C时5d生化需氧量来表示，即废水中的有机物在20C时被微生物分解5d所消耗的氧量，记为BOD5 。COD是指在一定条件下，用强氧化剂氧化废水中的有机物质所消耗的氧量，常用的氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾。 TOC总有机碳TOC：用燃烧法测定水样中总有机碳元素量，来反映水中有机物总量。 TOD 总需氧量TOD：是指在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在900度温度下使一定量水样汽化，其中有机物燃烧，再测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需要的氧量。富营养化污染大量英语昂物质进入水体时，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，在湖泊中出现叫水华。当水中的生物大量死亡会使水中的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。这种由营养物质过多产生的污染称作富营养化污染。 浊度 水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度，水质分析中规定：1L水中含有1mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。色度 色度的两种表示方法：铂钴标准比色法：规定在1L水中含有Pt1mg及Co0.5mg所产生的颜色深浅为1度。稀释倍数法：将废水按一定的稀释倍数，用水稀释到接近无色时的稀释倍数。油类污染物 一般是指比水轻能浮在水面上的液体物质，多指油类。TN 是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。氨态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。可逐步分解为NH4+、NH3、NO3-、NO2-等形态，NH4+、NH3为氨氮。主要问题：（1） 固体污染物的分类方法和原因。废水中的污染物种类繁多，分类方法也不相同，一般按污染产生的原因可分为以下几类：固体污染物、需氧污染物、有毒污染物、营养污染物、生物污染物、感官污染物、酸碱污染物、油类污染物和热污染物等。（2） 表示废水中有机污染物指标及各自的特点与相互关系。一般有机污染物难以用该物质绝对含量作为指标，多种有机污染物更难以分别用各种物质的绝对含量作为指标，因而需要用间接的、综合的指标来表示。在水质标准中常用的有机污染物的指标为：生化需氧量BOD、化学需氧量COD、总需氧量TOD、总有机碳TOC指标生化需氧量BOD化学需氧量COD总需氧量TOD总有机碳TOC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。测定速度快，但与实际污染的程度有差距。 测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。BOD5、BOD20、TOD、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！（3） 重金属污染的特点。（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。（4） 如何才能解决我国的水污染问题；1 改革生产工艺，严格控制污染源；2 加强废水处理技术的研究；3 对不同的废水要分别处理，即要先处理后排放；4 加强有关法律法规的制定和实施；5 加强教育宣传教育提高全民的环保意识。（5） 废水处理方法的分类。1 按废水处理的程度来分类 ； 一般划分为一级处理、二级处理和三级处理(深度处理、高级处理)。2 按水中污染物的化学性质是否改变来分类；水处理方法可分为分离处理、转化处理和稀释处理三大类。3 按处理过程中发生的变化分类；可分为物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。（6） 城市废水的处理一般包含的主要工艺过程及各处理单元的作用。废水格栅沉砂池沉淀池生物处理二次沉淀池三级处理污泥处理垃圾处理沉渣处理污泥浓缩一级处理出水污泥处理二级处理出水部分污泥回流三级处理出水格栅目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行。沉砂池从污水中去除砂子、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。生物处理利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化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。三级处理活性污泥法主要以降低废水中的BOD 、COD为目的，也体现了其主要的功能。一般情况下，COD去除率可达70%以上，BOD去处率达90%，SS去处率达85%以上。但氮的去除率仅为20%左右，而磷则更低。废水残留微量的悬浮固体和溶解的有害物质，如氮和磷等化合物。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，污染饮用水水源，不利于水资源的综合利用。因此需要进行深度处理或三级处理。污泥浓缩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。污泥处理就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。2废水的预处理和初级处理基本概念：调节 废水的流量和污染物的含量是随时间变化的。调节的目的是减少和控制废水水质及流量的波动，以便为后续处理提供最佳条件。在线调节 所有废水都通过调节池，出水时控制流量稳定离线调节 只有超过平均流量的废水进入调节池，需要时再送回处理系统。普通中和滤池 普通中和滤池为固定床，即中和所用的滤料是固定不动的，水流过滤料。按水的流向又分为平流式和竖流式两种。升流式膨胀中和滤池在升流式中和滤池中，由于流速高，滤料呈悬浮状态，滤层膨胀，类似于流化床，滤料间不断发生碰撞摩擦，使沉淀难以在滤料表面形成，因而进水含酸浓度可以适当提高，生成的CO2气体也容易排出，不会使滤床堵塞。此外，由于滤料粒径小，比表面大，相应接触面积也大，使中和效果得到改善。升流式中和滤池要求布水均匀，因此池子直径不能太大，并常采用大阻力配水系统。主要问题：（1） 调节的目的是什么？调节的方式有几种？调节的目的（a）适当缓冲有机物的波动以避免生物处理系统中的冲击负荷；（b）适当控制pH值，减小中和需要的化学药剂量；（c）削减进入物理化学处理系统的高峰流量并使加药率能与进水相适应；（d）当工厂不生产时还能保证水处理系统的连续供水；（e）控制废水向城市管道系统的排放量，使废水负荷分配比较均匀；（f）避免高浓度有毒废水进入生物处理厂；（g）调节由于季节的变化而引起的流量变化。按调节池的位置，调节方式可分为：在线调节(online equalization)：所有废水都通过调节池，出水时控制流量稳定。离线调节(offline equalization)：只有超过平均流量的废水进入调节池，需要时再送回处理系统。（2） 异程式调节池的工作原理和结构。浓度调节池也称为均质池。最常见的浓度调节池是异程式调节池。调节池为常水位、重力流。在调节池中水流每一质点的流程由短到长，都不相同，再结合进出水槽的布置，使前后时程的水得以相互混合，取得随机均质的效果。（3） 调节池体积的确定方法流量调节所需的调节池体积是根据进口流量累积体积与时间的关系曲线图确定的。具体步骤：（a）先在一天内分时段测定废水的平均流量，如每小时测定一次，记录进表格；然后计算出一天内废水的累积流量;（b）以时间为横坐标，累积体积流量为纵坐标作出曲线; （c）作出按日平均流量计算的累积曲线。方法是连接实际累积曲线的终点与坐标原点；（d）做与日均流量线平行并与实际流量曲线相切的直线（e）过切点做纵轴的平行线与日均流量线相交，则切点与交点之间的距离在纵坐标上所代表的体积就是所需的调节池的最小体积（4） 中和滤池的使用条件及不同滤池的特点。适用范围：适用于含酸浓度不大于23g/L，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用。不同滤池的特点：普通中和滤池表面易结垢；易堵塞；过滤速度低。升流式膨胀滤池水流由下向上流动，流速高达3070m/h，再加上生成的CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，因此中和效果较好。3废水的重力分离基本概念：自由沉降速度：沉降速度ui=H/ti。它的意义是在ti时间内能沉降H高度的颗粒的沉降速度；剩余固体分数：xi=ci/c0；它的意义是废水中的悬浮物中沉降速度小于ui的颗粒占悬浮物总量的分数。理想沉淀池：为分析方便，假定：进出水均匀分布到整个横断面，悬浮物在流入区沿水深均匀分布；悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起；悬浮物颗粒在沉淀区按各自的沉降速度等速下沉。符合上述假设的沉淀池称为理想沉淀池。表面负荷或溢流率 Q/A：单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，一般称之为表面负荷，也称为溢流率。平流式沉淀池 ：平流式(horizontal-flow) ：在平流式沉淀池中废水从池一端流入，沿水平方向在池内流动，从另一端溢出，池的形状呈长方形，在进口处的底部设贮泥斗。辐流式沉淀池：辐流式(radial-flow)：形状呈圆形或方形，废水从池中心进入，沉淀后废水从池周边溢出。竖流式沉淀池：竖流式(upward-flow)：废水从池中央下部进入，由下向上流动。沉砂池：沉砂池的功能就是从废水中分离密度较大的无机泥砂颗粒，例如砂粒等。沉砂池既是一种预防性的处理构筑物，又是一种预备性的处理构筑物。 曝气沉砂池 ：曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底2080 cm 的高度处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i0.10.5 的坡度，以保证砂粒滑入集砂斗。隔油池：隔油池是用自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油的处理筑物。主要问题：（1） 重力分离的在废水处理中的作用。 重力分离是依靠废水中悬浮物密度与水密度不同这一特点来分离废水中固体悬浮物的方法。当悬浮物的密度大于水的密度时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物，一般称为污泥（sludge)；当悬浮物的密度小于水的密度时，悬浮物将上浮到水面形成浮渣（scum）。通过收集沉淀物或浮渣，使废水得到净化的过程就是重力分离的方法。 这是最常用、最基本、最经济的废水处理方法，所以几乎所有的废水处理过程都包括重力分离的方法。工业废水中含有各种不同性质的悬浮物，可用重力分离法进行处理，既可以使废水得到一定程度的净化，有时候还可以回收有用物质。（2） 沉降过程的分类及各自的特点。自由沉降絮凝沉降成层沉降（集团沉降）压缩沉降特点沉降过程中，固体颗粒不改变形状和尺寸，也不互相粘合，各自独立地完成沉降过程。颗粒的沉降速度在经一定的沉降时间后保持不变。在沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；并且在沉降的过程中颗粒的尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。每个颗粒的沉淀将受到其周围颗粒存在的干扰，沉速有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。此时固体颗粒互相接触，互相支承，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。（3） 自由沉降试验方法中各步的目的。试验步骤：（1）根据废水的性质和希望达到的去除率估计所需的总沉降时间、沉降时间间隔和取样的次数。（2）将待测废水搅拌均匀，加入到各沉降柱中，直至水从上部溢流口溢出为止。然后搅拌均匀并测定原始浓度c0。（3）搅拌均匀后开始计时。按确定好的时间间隔，顺序从不同的沉降柱取样口取样，分别测定样品中相应的悬浮物浓度c1、c2、c3 cn。把结果添入记录表中（4）计算各沉降时间的沉降速度ui=H/ti。它的意义是在ti时间内能沉降H高度的颗粒的沉降速度；把计算结果填入记录表中。（5）计算剩余固体分数：xi=ci/c0，它的意义是废水中的悬浮物中沉降速度小于ui的颗粒占悬浮物总量的分数。把结果填入记录表中。（6）以沉降速度u为横坐标，x为纵坐标作图，得到下图所示曲线：（7）求出指定沉降速度u0或指定沉降时间t0(u0=H/t0)悬浮物的总去除率Et（8）按上述方法求出不同沉降时间的总去除率，再以沉降时间t为横坐标，总去除率Et为纵坐标作图，即可得到右图所示的总去除率与沉降时间之间的关系。（4） 絮凝沉降试验及去除率确定方法和步骤。（1）根据废水的性质和已知条件，确定所需的沉降时间，确定的原则与自由沉降试验时相同；本试验确定的沉降时间分别为5、10、20、30、40、50、60、75 min，即8个时间段，填入记录表。（2） 将待测废水搅拌均匀，加入到各沉降柱中,直至水从上部溢流口溢出为止，搅拌均匀并测定原始浓度c0。（3） 按确定的时间间隔在三个取样口同时取样，分别测定试样中悬浮物的浓度c。填入数据表中。（4） 计算出不同水深处不同沉降时间时固体悬浮物的表观去除率E，E(c0-ci)/c0100（5） 根据计算结果，以沉降时间为横坐标，表观去除率为纵坐标，绘出不同沉降水深时表观去除率与沉降时间的关系曲线。（6）再绘出悬浮物的等去除率曲线。方法如下：先在曲线图的纵坐标上找到某些特定的去除率，如5，10，20，30，40，50，60，70。再找到不同水深处达到这些去除率所对应的沉降时间。如对应于表观去除率40的不同水深的沉降时间分别为：0.6 m时18.0 min；1.2 m时30.0 min；1.8 m时39.0 min,余者类推，即可得下表的数据。（7）按下面公式计算指定深度和沉降时间悬浮物总去除率Et (8）用同样的方法可以计算其它给定时间和沉降深度的去除率。（5） 理想沉淀池的条件及工作过程分析。条件：进出水均匀分布到整个横断面，悬浮物在流入区沿水深均匀分布；悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起；悬浮物颗粒在沉淀区按各自的沉降速度等速下沉。工作过程分析： 根据上述假设，在沉淀区内，每个颗粒一边以自己的沉降速度u 下沉，同时随水流以速度v 水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线，直线的斜率为u/v。假设沉降速度为u0 的颗粒从O 点进入沉淀池后，恰好沿斜线OX运动，即刚好到达X点进入污泥区而被除去。那么沉降速度为u0 的所有颗粒都会被除去，因为其它颗粒进入沉淀池时处在O 点以下，它们的运动轨迹是与OX平行的直线，因此在到达X点以前即被除去。进入流入区的所有沉降速度大于u0 的颗粒的运动轨迹的斜率都比沉降速度为u0 的颗粒大，所以都将被除去。 沉速小于u0 的颗粒有所不同，如果进入流入区时也处于O 点，它的运动轨迹将是斜率比OX小的直线，如OX，因其在到达流出区时不能沉降到污泥区，而随水流一起流走，所以不能被除去。但是，如果同样沉降速度的颗粒在进入流入区时处在O的位置，它的运动轨迹是与OX 平行的直线OX，所以可以被除去，因此处于O点以下的沉降速度小于u0 的颗粒也将被除去，位于OO之间的颗粒则不能被除去。因假设流入区颗粒分布均匀，所以沉降速度小于u0 的颗粒被除去的比例为h/H=u/u0。由于颗粒由不同粒级的颗粒组成。其沉降速度也不同，沉降速度越小的颗粒，被除去的比例也越小。因此悬浮物的总去除率应等于沉降速度大于u0 的颗粒所占的百分数，加上沉降速度小于u0 的颗粒除去的百分数。若悬浮物中沉降速度小于u0 的颗粒的的百分数为x0，则总去除率Et 为:与前面用到的公式相同。（6） 沉淀池的分类、不同沉淀池的结构和特点。沉淀池分为平流式、辐流式、竖流式三种。 平流式结构：在平流式沉淀池中废水从池一端流入，沿水平方向在池内流动，从另一端溢出，池的形状呈长方形，在进口处的底部设贮泥斗。特点：平流式池，构造简单，沉淀效果较好，但占地面积较大，排泥存在的问题较多，目前大、小型废水处理厂均有采用。 辐流式结构：形状呈圆形或方形，废水从池中心进入，沉淀后废水从池周边溢出。特点：辐流式池，最适宜于大型水处理厂采用，有定型的排泥机械，运行效果较好，但要求较高的施工质量和管理水平。 竖流式结构：废水从池中央下部进入，由下向上流动。特点：竖流式池，占地面积小，排泥较方便，且便于管理，然而池深过大，施工困难，使池的直径受到了限制，因此一般仅适用于中小型废水处理厂使用。池型优点缺点适用条件平流式1. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；2. 施工简单，造价低采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀1. 适用地下水位较高及地质较差的地区；2. 适用于大、中、小型污水处理厂竖流式1. 排泥方便，管理简单；2. 占地面积较小1. 池深度大，施工困难；2. 对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；3. 造价较高；4. 池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式1. 采用机械排泥，运行较好，管理较简单；2. 排泥设备已有定型产品1. 池水水流速度不稳定；2. 机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高1. 适用于地下水位较高的地区；2. 适用于大、中型污水处理厂（7） 曝气沉沙池的工作原理和组成。工作原理由于曝气的作用，废水中的有机颗粒处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于获得较为纯净的砂粒。组成曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底2080cm的高度设有曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.10.5的坡度，以保证砂粒滑入集砂斗中。（8） 沉砂单独去除的目的。能够改善废水水质，有利于后续处理。沉砂单独去除可以将砂中的有机物同无机物分离出来，便于砂的后续处理，若不分离有机物，有可能造成污泥发臭等问题。4粒状介质过滤基本概念：深层过滤采用自然堆积的颗粒状滤料(granular media)，如石英砂、无烟煤等为过滤介质。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(precoat filtration)过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。过滤周期 过滤周期(filter run)：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 过滤循环(filter cycle)：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。过滤速度 过滤速度：单位时间通过单位滤池截面积的水量。单层滤池单层滤池通常以石英砂(sand)做为滤料。 双层滤池 双层滤池是在石英砂滤料的上面再放一层粒度比较粗的白煤(anthracite)。三层滤池 三层滤池是在双层滤池的基础上再在石英砂滤料的下面放一层粒度更细、密度更大的滤料，一般用磁铁矿(magnetite)。滤料的有效直径 有效直径是指能使10的滤料通过的筛孔直径，以D10表示，单位是mm。同样D80表示能使80的滤料通过的筛孔直径。滤料的不均匀系数 D80与D10的比值就称为滤料的不均匀系数，以K80表示滤料的纳污能力 在保证出水水质的条件下，在过滤周期内单位体积滤料中能截留的污物量，以kg/m3或g/cm3表示。主要问题：（1） 深层过滤的基本工艺过程。 过滤过程分为过滤和反洗两个过程。过滤即截留污染物；反洗即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能力。过滤过程是使废水从上到下通过一定厚度的，由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。随着过滤的时间的延长，可能有两种清况之一出现：由于截留的悬浮物越来越多，滤层的阻力逐渐增大，过滤速度逐渐降低，到一定程度时过滤不能进行；或者悬浮物的截留是从表面到内部，到一定时间悬浮物会穿过滤层进入出水中使出水中悬浮物浓度超过要求的值。出现上述任何一种清况时过滤不能继续进行，必须对滤池进行反洗。反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。所以深层过滤过程是间断进行的。（2） 过滤时污染物截留的机理。目前认为可以分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种（1）阻力截留（straining） 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。（2） 重力沉降(gravity settlement) 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，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400 m2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。（3） 接触絮凝(contact flocculation) 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（3） 滤池的分类方法。按不同的方式滤池可分为不同的类型：按滤速大小：慢滤池、快滤池、高速滤池；按水流过滤层的方向：上向流、下向流、双向流；按滤料种类：砂滤池、煤滤池、煤-砂滤池；按滤料层数：单层滤料、双层滤料、多层滤料；按水流性质：压力滤池和重力滤池；按进出水及反冲洗水的供给和排出方式：普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池。（4） 不同流向滤池的优缺点。流向优点缺点向下流能保证较高的滤速和反洗效果；（1）水头损失增加较快，工作周期较短；（2）下层滤料难以发挥作用。原因是反洗后滤料会分层，细颗粒在上，粗颗粒在下。上层很快堵塞，而下层不起作用。向上流整个滤料的纳污能力得到充分利用，过滤周期也相应延长；上向流的另一个优点是可以用未经过滤的水做为反洗水。滤速不能太高否则会造成滤料流失。双向流保持了下向流和上向流滤池的优点，又克服了滤料流失的弊端。但双向流滤池的下层滤料反洗困难。（5） 多层滤池的滤层结构形式和原因。（1) 单层滤池通常以石英砂(sand)做为滤料。反洗后滤料粒度上部小，下部大。（2) 双层滤池是在石英砂滤料的上面再放一层粒度比较粗但密度石英小的白煤(anthracite)颗粒。关键是粒度要匹配，即保证反冲洗后仍然保持上层粒度大，下层粒度小，充分发挥整个床层的作用（3) 三层滤池是在双层滤池的基础上再在石英砂滤料的下面放一层粒度更细、密度比石英更大的滤料，一般用磁铁矿(magnetite，Fe3O4)。（6） 对滤料和垫层的要求。(1)对滤料的要求（a）有足够的机械强度；（b）有较好的化学稳定性；（c）有适宜的级配(grade)和足够的空隙率(voidage)。所谓级配就是滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的滤料数量比例;（d）滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角。(2)对垫层的要求：要求垫料层不被反洗水冲动；形成的孔隙均匀，使布水均匀；化学稳定性好；机械强度高。通常，垫料层采用天然卵石或碎石。（7） 滤池的运行方式有几种？分别是如何实现的。 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：降速过滤：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;恒速过滤:在整个过滤周期中过滤的速度不变。 恒速过滤又分为恒水位恒速过滤和变水位恒速过滤两种：恒水位恒速过滤：作用在滤池上的水头恒定，随滤层中的阻力增加，由逐渐开大的出水阀门（手控或自控)来补偿，使总阻力和出水量维持不变。在每个滤池的进水端和出水阀后分别设进水堰室和出水堰室，实现变水位恒速过滤（8） 滤池反洗系统的作用和结构形式。（1） 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。（2） 反洗水管，反洗水由此进入；反洗水槽，收集所有滤池的反洗水；反洗水收集槽，反洗水由此排出滤池；（9） 滤池工作过程中常出现的问题和解决方法（1）气阻(air blocking)：在过滤末期，局部滤层的水头损失可能大于该处实际的水压力，即出现负水头。此时部分滤层水中溶解的气体将释放出来，积聚在孔隙中，阻碍水流通过，以致滤水量显著减少。反冲洗时气泡会冲出滤层表面。这种现象称为气阻，也称气闭。（2）结泥球(mud ball)：产生原因：滤层表面的颗粒较细，截留的悬浮物较多。如果冲洗不干净，则互相粘结成球。产生后果：造成布水不匀和再结泥球的恶性循环。这种污泥的主要成分是有机物，结球严重时会腐化发臭。结泥球严重时靠反冲洗不能解决问题，应采取以下措施：（a）翻池人工清洗，或彻底换滤料，同时检查垫层是否有移动和配水系统是否有堵塞；（b）滤池反冲洗后暂停使用，保持滤料上面水深2030cm，然后加氯浸泡l2h。（3）跑砂和漏砂(sand lost)：如果冲洗强度过大或滤料级配不当，反冲洗会冲走大量细滤料。如果冲洗水分布不匀，垫料层可能发生平移，进一步促使布水不匀，最后局部垫料层被冲走淘空，过滤时，滤料通过这些部位的配水系统漏失到清水池中。（4）水生生物繁殖：在水温较高时，沉淀池出水中常含多种微生物，极易在滤池中繁殖。在快滤池中，生物繁殖是不利的，往往会使滤层堵塞。可在滤前加氯解决。（10） 重力式无阀滤池的结构和工作原理。（P63）（11） 压力滤池的结构和特点。（P64）5混凝基本概念：胶体的稳定性 胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性。混凝剂 混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。 聚合氯化铝 聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称PAC ，其化学式可写为：Al2(OH)nCl6-nm聚合硫酸铁化学式为：Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m ,它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。主要问题：（1） 混凝的目的和优缺点。目的：除了除浊、除色之外，对高分子化合物、动植物纤维物质、部分有机物质、油类物质、微生物、某些表面活性物质、农药，汞、镉、铅等重金屑都有一定的清除作用优缺点：混凝法的优点是：设备费用低、处理效果好，操作管理简单。 缺点是要不断向废水中投加温暖刑，运行费用较高。（2） 混凝剂的分类方法。混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三类。（3） 助凝剂的种类和作用。 助凝剂主要起以下几个作用：通过投加酸性或碱性物质来调整pH值；投加活化硅胶、骨胶、PAM等改善絮凝体结构利用高分子助凝剂的吸附架桥作用以增强絮凝体的密实性和沉降性能。投加氯、臭氧等氧化剂，在采用FeSO4时，可将Fe2+氧化为Fe3+，当废水中有机物过高时，也可使其氧化分解，破坏其干扰或使胶体脱稳，以提高混凝效果。常用的助凝剂有PAM、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、氯气、氧化钙等。（4） 混凝剂或助凝剂的添加方法分类和特点。 投药方法有干(dry)投法和湿(wetted)投法。 干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。 湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。（5） 胶体的脱稳与凝聚的机理。 胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳(destabilization)，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚(coagulation)。 混凝的机理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种机理。（1） 压缩双电层机理：双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。（2） 吸附电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了z电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。（3）吸附架桥（桥连）机理：吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。（4）沉淀物网捕机理：沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。（6） 影响混凝过程的因素。(1) 废水的pH值 ；(2)水温 ；(3)废水中杂质成分、性质、浓度；(4)搅拌 。(1)废水的pH值 水的pH值能影响颗粒表面的电荷和絮体的沉淀过程，它是一个很重要的参数。经验表明，对某一种废水，每一种混凝剂都有一个合适的pH值范围，在此范围内，经混合凝聚后废水的残余浊度最小。所以pH值对混凝的影响视混凝剂品种而异。例如，以硫酸铝为混凝剂时，当pH在5.77.8范围内时，形成带正电荷的离子和胶体，如Al(OH)2+、Al(OH)+和Al(OH)3等，有较好的混凝效果。若pH值8.2时，则会使Al(OH)3胶体溶解，产生负离子，Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O，对含有负电荷胶体的废水则不起凝聚作用，影响处理效果。而用三价铁盐时，pH值在6.08.4之间都有较好的处理效果。(2)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，水温低不利于水解进行，特别是硫酸铝，当水温低于5时，水解速度极慢。同时水温低，粘度大，也不利于脱稳胶粒的相互絮凝，影响处理效果。这时可投加高分子助凝剂以改善处理效果，或用气浮法代替沉淀法作为后续处理过程。(3)废水中杂质成分、性质、浓度 例如天然水中含粘土类杂质为主，需投加混凝剂量较小，而废水中含大量的有机物时，需加入较多的混凝剂才有混凝效果。废水中杂质的影响较为复杂，实际应用时，还应以实验结果为依据来选择混凝剂和确定投加量。(4)搅拌 搅拌对混合、反应、凝聚几个阶段都有影响，因此，搅拌定要适度。一般在混凝剂混合阶段，要求快速、剧烈的搅拌，以使混凝剂迅速、均匀地扩散到全部水中，创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借助颗粒的布朗运动和湍动的水流凝聚，此阶段不要求形成大的絮凝体。在混凝反应阶段，要求形成大而具有良好沉淀性能的絮凝体，此时过于激烈的搅拌反而会打碎已凝聚的絮状沉淀物，不利于混凝沉淀，所以此阶段搅拌的强度和水流速度应随絮凝体的结大而降低。（7） 混凝工艺过程及各步的作用和要求。 整个混凝工艺包括混凝剂的配制和投加、混合、反应和澄清几个步骤。（1）混凝剂的配制和投加：要注意混凝剂的种类的选择，以及混凝剂投加量以及添加顺序。（2）混合：废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。对混合要求是速度快。（3）反应：水与药剂混合后进入反应池进行反应。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。（4）沉淀分离：沉淀分离的作用是使已形成的有一定强度和粒度的絮体在重力的作用下与水分离。（8） 各种混合池的结构和工作原理。 一般有两种混合型式：一种是借水泵的吸水管或压水管混合。另一种是在混合槽内进行混合。混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。 （1）机械混合槽 机械混合槽多为钢筋混凝土制，通过桨板转动搅拌达到混合的目的，特别适用于药剂处理废水的情况，混合效果比较好。机械搅拌混合槽的机构和机械调制设备基本相同。 （2）分流隔板式混合槽 分流隔板式混合槽式有钢筋混凝土或钢板制成，槽内设隔板，药剂于隔板通道间流动过程中与药剂充分的混合。混合效果比较好，但占地面积大，压头损失也大。 （3）多孔隔板式混合槽 槽为钢筋混凝土或钢制，槽内设若干穿孔隔板，水流经小孔时作旋流运动，保证药剂与水得到迅速、充分的混合。当流量变化时，可调整淹没孔口数目，以适应流量的变化。缺点是压头损失较大。（9） 各种反应池的结构和工作原理。反应池的型式有机械搅拌、隔板反应池，涡流式反应池等。（P77)（10） 各种澄清池的结构和工作原理。从基本原理上澄清池可分为两大类：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄池清。（P79、80）6膜分离法基本概念：超滤 超滤是利用孔径在0.220 nm的半透膜，让流体以一定压力和流速通过膜的表面将流体中的高分子和低分子分开。 反渗透 当渗透达到平衡时，如果在溶液一侧施加大于渗透压的压力P，则溶液中的水就会透过半透膜，流向淡水一侧，使溶液浓度增加，这种作用称为反渗透。 电渗析器的级和段 级：一对正、负电极之间的膜堆称为一级。段：具有同一水流方向的并联膜堆称为一段。反渗透的级与段 段：指膜组件的浓缩液(浓水)流到下一组膜组件处理。流经n组膜组件，即称为n段。级：指膜组件的产品水再经下一组膜组件处理。透过液产品水经n次膜组件处理，称为n级。离子交换膜 一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。主要问题：（1） 膜过程的特点和用途。膜分离技术有以下共同持点。膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。装置简单，操作容易，易控制、维修，且分离效率高。作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法相比具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。（2） 电渗析的原理和工作过程。原理电渗析的原理是在直流电场的作用下，依靠对水中离子有选择透过性的离子交换膜(ion exchange membrane)，使离子从一种溶液透过离子交换膜进入另一种溶液，以达到分离、提纯、浓缩、回收的目的。工作过程电渗析系统由系列阴、阳膜交替排列于两电极之间组成许多由膜隔开的小水室，如图8-13所示。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。但由于离子交换膜具有选择透过性，结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室，与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。原水中的离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。（3） 反渗透水透过膜的机理。1）氢键理论 该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的活化点形成氢键及断开氢键的过程。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。2)优先吸附毛细管流理论 该理论把反渗透膜看作一种微细多孔结构物质，它有选择性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子层，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。（4） 膜的选择性的一般规律。A对电解质，离子价越高，或同价离子水合半径越大，则脱除效果越好。阳离子的脱除顺序为： Sr2+Ba2+Li+Na+ K+。阴离子的脱除顺序为： 柠檬酸根酒石酸根SO42CH3COO Cl Br NO3 I SCN 。B对有机物，一般是水溶性好的、非解离性的、分子量小的脱除效果较差。而解离性大的、分子量大于200的有机物，则脱除效果较好。C对同一类有机物，随分子量增大，脱除效率增加。D对同分子量有机物，随分子支链的增加，脱除效果变得更好。（5） 板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维式反渗透膜组件的结构及优缺点。组件板框式管式螺旋卷式中空纤维式结构P90P91P92P93优点结构简单，体积比管式的小。水力条件好，安装、清洗、维修比较方便。能耐高压，可以处理高粘度的原水。结构紧凑，单位容积的膜面积大。处理能力高，占地面积小，操作方便单位体积膜表面积大。制造和安装简单，不需要支撑物。缺点装卸复杂，单位体积膜表面积小。缺点是膜的有效面积小，装置体积大，而且两端要较多的联结装置。不能处理含有悬浮物的液体，原水流程短，压力损失大，浓水难于循环以及密封长度大，清洗、维修不方便，易堵塞。不能用于处理含有悬浮物的废水，预处理必须经过滤处理。难以发现损坏的膜。（6） 画出不同级和段的反渗透工艺流程。 一级一段连续式 一级一段循环式 一级多段连续式 一级多段循环式 二级五段连续式（7） 超过滤与反渗透的联系与区别。超过滤简称超滤（UF），它同反渗透一样，都是利用渗透薄膜来分离废水中溶解性物质的方法。两种方法既有联系又有区别。联系过程动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被组织在膜表面上而实现分离。且超过滤组建与反渗透组件相似。区别A 所用膜的性质不同，超过滤所用的膜较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。而反渗透所用的膜致密，透水量低，除盐率高，具有选择性透过能力，用以分离分子的大小大致相同的溶剂和溶质； B 去除机理不同，超过滤的去除机理主要是筛滤作用，所需的工作压力低，一般为0.070.7MPa。反渗透的去除机理复杂，在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质、溶剂之间复杂的物理化学作用，所需的工作压力高，一般为2.8MPa。7气浮基本概念：亲水性如果颗粒已被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。疏水性如果颗粒不易被水润湿，则称该颗粒为疏水性的。平衡接触角 在静止状态下，当气液固三相接触时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹角（包含液相的）称为平衡接触角。捕收剂 能够提高颗粒可浮性的药剂。加压溶气气浮加压气浮法事在加压情况下，将空气溶解在废水中达饱和状态，然后突然减至常压，这时溶解在水中的空气就成了过饱和状态，以极微小的气泡释放出来，乳化油和悬浮颗粒就粘附于气泡周围而随其上浮，在水面上形成泡沫层，然后由刮泡器清除，使废水的到净化。主要问题：（1） 气浮的基本原理和在水处理中的应用；原理气浮是利用废水中的颗