水污染控制工程教案

水污染控制工程 教案(总81页)

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《水污染控制工程》

教 案

学院、系： 化学系

任课教师： 杨文澜

授课专业： 环境科学

课程学分： 3学分

课程总学时： 50学时

课程周学时： 4学时

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2006 年 8 月 20 日

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水污染控制工程教学进程

周次 课次 章 节 第一章 绪论 第一节水资源及水循环 第二节 水质与水质标 第三节 水污染 第四节 水污染防治 第二章 水的预处理 第一节 筛滤 第二节 调节池 第三章 重力沉降 第一节 概述 第二节 重力沉降 第三章 重力沉降 第四节 理想沉淀池 第五节 沉淀池 第六节 沉砂池 第四章 水的混凝 第一节 概述 第二节 胶体的特性 第三节 混凝原理 第四节 混凝剂和助凝剂 第五章 水的混凝 第五节 混凝过程与设备 第六节 影响混凝的主要因素 第五章 上浮 第一节 自然上浮 第五章 上浮 第二节 气浮 第六章 过滤 第一节 概述 第二节 过滤原理 第六章 过滤 第三节 快滤池 第七章 化学沉淀 第一节 概述 第二节 化学沉淀法 第八章 中和 第一节 酸性废水处理 第二节 碱性废水处理 44

计划学时 教学手段 教学环境 4 多媒体 1 2 2 多媒体 2 多媒体 4 多媒体 4 多媒体 1 2 1 3 2 4 2 2 2 2 2 2 2 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 2 多媒体 1 5 1 1 6 1 1 7 1 8 1 周次 课次 章 节 第九章 氧化还原 第一节 概述 第二节 化学氧化法 第三节 化学还原法 第四节 电解氧化还原法 第十章 吸附 第一节 概述 第二节 吸附剂 第三节 吸附方式与设计 第十章 吸附 第四节 吸附剂的再生 第五节 吸附法的应用 第十一章 离子交换 第一节 概述 第二节 离子交换树脂 第三节 离子交换原理 第十一章 离子交换 第四节 离子交换工艺及设备 第五节 离子交换法的应用 第十二章 膜分离 第一节 概述 第二节 电渗析 第十二章 膜分离 第三节 反渗透 第四节 超滤 第十三章 其它物理化学方法 第一节 萃取 第二节 吹脱 第三节 汽提 计划学时 教学手段 教学环境 2 多媒体 8 1 4 多媒体 2 多媒体 2 多媒体 2 多媒体 2 多媒体 2 多媒体 2 多媒体 9 2 1 10 1 1 11 1 12 2 13 1 55

第 1 次课 2 学时

上次课复习： 新开课

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本次课题（或教材章节题目）： 第1章 绪 论 教学要求：（1）了解世界及我国水资源状况，水的自然循环和水的社会循环；（2）掌握有关水质指标及水质标准知识；（3）掌握水污染原因及水污染物分类； 重 点：（1）水质；（2）水质指标； 难 点：水质标准 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第一章 绪论 第一节 水资源及水循环 第二节 水质与水质标准 共2课时，讲授 1、何谓水质常用水质有哪些 课后作业 2、水质标准是如何制定的？ 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第一章 绪论

第一节 水资源与水循环

一、水资源

◆ 地球上约有%的是海水，难直接使用。

◆ 人类可利用淡水水量占总水量的3%。而3/4以冰川、冰帽的形式，很难使用。 ◆ 与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水仅占地球上总水量的%。这部分淡水在时空上的分布有很不均衡。

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◆我国人均占有水量2400m3/人，相当世界人均占有量的1/4。 ◆我国的水资源存在严重的时空分布不均衡性。 ◆河北省水资源及水污染状况： 二、水循环 (1)自然循环 (2)社会循环

与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。

第二节 水质与水质标准

一、水质的定义：

二、水中杂质的分类 (水污染物) 按杂质在水中的存在状态分类。

三、水质指标 污水和受纳水体的物理学、化学、生物学等方面的特征是通过水质指标来表示的。水质指标是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。 第一类，物理性水质指标 第二类、化学性水质指标 第三类，生物学水质指标 四、常用水质指标简介

(1)pH值

(2)悬浮固体（SS） (3)COD和BOD

五、水质标准 (1)地表水环境质量标准 (2)地下水质量标准

(3)污水综合排放标准 (4)其它水质标准

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第 2 次课 2 学时

上次课复习： （1）水质指标及水质标准 （2）水污染物分类方法

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本次课题（或教材章节题目）： 第1章 绪 论 教学要求：（1）掌握水污染原因及水污染物分类； （2）初步掌握水污染防治的方法和原则。 重 点：水污染原因及水污染物分类；水污染防治的方法和原则 难 点：废水处理流程的确定 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第一章 绪论 第三节 水污染 第四节 水污染防治 共2课时，讲授 1、何谓水污染造成水体污染的途径有哪些 2、控制水污染的途径有哪些？ 课后作业 3、按照废水处理的作用原理分类，废水处理可分为几类处理方法？ 4、按照水处理的程度分类，废水处理可分为几级分别说明其去除对象和主要采用的方法。它们之间有何区别和联系 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第三节 水污染

(一)水污染的定义(二)水污染的原因 1、自然活动

2、人类活动（三）水污染源

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1、水污染源定义 2、水污染源的分类 （四）水污染的性质及危害 1、化学性污染： 2、物理性污染： 3、生物性污染：

第四节 水污染防治

解决水资源短缺和水污染的一个主要途径在于水处理。在很多地方并不是没有水，而是水质不合用。

水处理的主要任务：改善水质。即采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。 （一）水污染防治的目标 （二）水污染防治的主要任务

（三）水污染防治的原则 1、“防”（预防）

“防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。2、“管” “管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。

3、“治” “治”是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。 （四）控制水污染途径 思路：A、减少废水排放量； B、降低废水中污染物浓度。 （五）水污染控制工程的基本内容 （六）废水处理技术概述

废水处理的基本任务是采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。 1、废水处理方法的分类：

（1）按照废水处理的作用原理分类:

① 物理法：利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的性质不发生变化。

② 化学法、物理化学法：利用某种化学反应使废水中污染物质的性质或形态发生改变，而从水中除去的方法。

③ 生化法（生物法）

利用微生物的作用去除废水中胶体和溶解性有机物的方法。

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（2）按照废水处理程度划分

一级处理（包括预处理）、 二级处理（生物处理）、三级处理（深度处理）① 预处理②一级处理 （物理处理）③二级处理 （生物处理） ④三级处理 （深度处理或高级处理）2．典型的废水处理流程简介

设计废水处理流程的原则：先易后难，先简后繁

◆ 一般的废水处理程序：澄清→回收→污染物处理→再用或排放

◆ 比较成型的流程： 城市污水处理流程。（1）一级处理厂流程（2）二级处理厂（活性污泥法）流程（3）三级处理厂流程（4）城市污水三级处理全流程（5）工业废水处理流程3、污水净化后的处置方式 （书P8-10） ①排入水体，作为水体的补给水：

②灌溉田地

③重复利用：是最合理的出路。 ④地下水回灌

◆ 污水回用应满足的要求

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第 3 次课 2 学时

上次课复习： （1）水中污染物的种类； （2）废水处理的基本方法和原则；

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本次课题（或教材章节题目）： 第2章 水质的预处理 教学要求：（1）了解水质预处理的基本方法；（2）掌握格栅的原理和类型； （3）掌握水质、水量调节的原理和方法。 重 点：（1）格栅的工作原理；（2）水质、水量调节的原理和方法； 难 点：水质调节池的原理和结构形式 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第二章 水质的预处理 第一节 概述 第二节 筛滤 第三节 调节池 共2课时，讲授 1、格栅、筛网的主要功能是什么各适用于什么场合 课后作业 2、简述水质水量调节的意义。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第 2 章 废水预处理

第一节 概述 ◆ 废水预处理：属纯物理性质或机械性质的，其目的在于去除那些在性质上或大小上不利于后续处理工程的物质。

◆ 去除对象：去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施。 ◆ 使用要求：不论何种废水，在送入水泵和主体构筑物之前，均需设置格栅以拦截较大杂物,设置筛网以截留较细悬浮物.

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◆ 处理方法: 筛滤截留

重力分离（自然沉降、自然上浮和气浮等） 离心分离◆ 主要设备：格栅和筛网。

第二节 筛滤一、格栅

◆ 安装位置：格栅设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前。 ◆ 去除对象：用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及管道。

◆ 结构形式：平面格栅和曲面格栅 ◆ 格栅的效率：取决于栅条的间距。 ◆ 栅条的结构形式：

◆ 污染物的清除：人工清除和机械清除。污水处理厂都采用机械自动清除式格栅。

（1）人工清渣格栅 （2）机械清除格栅 （3）曲面格栅 二、筛网

某些悬浮物用格栅不能截留，也难通过重力沉降去除，常给后续处理构筑物或设备带来麻烦，可采用筛网过滤来分离和回收。

◆ 去除对象：纺织、造纸、制革、洗毛等工业废水中含有细小纤维状的悬浮物质 ◆ 装置类型：转鼓式、旋转式、转盘式、水力筛网振动和微滤机等。 ◆ 结构形式：筛网由金属丝织物或穿孔板构成。 （一）转筒式筛网 （二）振动筛网

（三） 水力筛网 （靠水力作用旋转） 三、微滤机

微滤机是截留细小悬浮物的筛网装置。 微滤机是一个鼓状的金属框架，上面覆盖有不锈钢丝编织成的支撑网和工作网。 四、栅渣的处理

第三节 调节池

一、调节池的作用

为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。

主要作用（2个）：①调节水量； ②均和水质；其它作用：①调整pH值；②降低水温；③临时贮存事故排水。④生物预处理

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二、调节池的分类与特征

1、形式：圆形、方形、（自然）多边形等，可建在地下或地上。 2、结构：混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。 3、位置： 4、功能： 三、水质调节池

水质调节的任务是对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出水质比较均匀。 （一）水质调节的基本方法 （二）调节池的位置 （三）调节池的容积 （四）调节池出水方式 （五）常见调节池 （1）强制搅拌调节池

①曝气均和池（空气搅拌） ②机械搅拌

③水泵强制循环搅拌

（2）差流式调节池 ① 折流式调节池

② 对角线出水调节池 四、水量调节

单纯的水量调节的方式：

（1）线内调节：进水一般采用重力流，出水用泵提升。（五、分流贮水池（事故排放池）

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2）线外调节：

第 4 次课 2 学时

上次课复习： （1）了解水质预处理的基本方法； （2）水质、水量调节的原理和方法。

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本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀 教学要求： （1）了解颗粒沉淀的四种类型的特点；（2）掌握自由沉淀和絮凝沉淀的特点； （3）自由沉淀沉淀试验及效率的计算 重 点：（1）沉淀四种类型的特性；（2）自由沉淀的Stocks公式 难 点：自由沉淀效率的计算 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 重力沉淀 第一节 概述； 第二节 自由沉淀 共2课时，讲授 1、何为颗粒最小沉速？ 2、某废水静置沉淀试验数据如下： 课后作业 沉淀时间t (min) Xi=Ci/C0 0 1 15 30 45 60 90 180 试验有效水深H=。试求在u0=min时的颗粒的去除效率。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第3章 重力沉淀

第一节 概 述

1、沉淀的定义

水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。

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(1) 当悬浮物密度大于水时，下沉形成沉淀物，与水分离。——重力沉降 (2) 当悬浮物密度小于水时，上浮。

2、沉淀的处理对象：① 砂粒；② 化学沉淀物；③ 混凝处理所形成的絮体；④ 生物处理的污泥；⑤ 沉淀污泥的浓缩。

3、沉淀的作用：

4、位置及名称： （书P19） （设置部位不同，名称有所差异） A、沉砂池：去除易沉物（如砂粒）。

B、初次沉淀池：进入生物处理设备前的初步处理；

C、 二次沉淀池：生物处理后用以分离生物膜、活性污泥等。

D、污泥浓缩池：将来自初次沉淀池、二次沉淀池的污泥进一步浓缩脱水。 5、沉淀类型：

根据悬浮颗粒的性质、凝聚性能的强弱及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型： （1）自由沉淀

（2）絮凝沉淀

（3）拥挤沉淀（区域沉淀、成层沉淀） （4）压缩沉淀

第二节 自由沉淀

一、自由沉降动力学本质

水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉降的因素很多。

颗粒在自由沉淀时为stocks公式

u表明：

g(s)2d

18A、颗粒与水密度差（ρs-ρ）差异越大，沉速越快，成正比关系； B、颗粒直径愈大，沉速愈快，成平方关系。 C、水的粘度μ愈小，沉速愈快，成反比关系。 二、自由沉淀沉淀过程分析

由于实际废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒粒径不均匀，形状多种多样，密度也有差异，因此常常不能采用上述理式来计算沉淀速度和沉淀效率，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备和设计参数。

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2H 沉淀实验是在沉淀柱（沉降管）中进行的。 ★ 试验原理： 将含悬浮物浓度为C0的原水混合均匀后，注入一组（通常5-7个）沉淀管，经t1时间后，从第一沉淀管深度H处取样，测定悬浮物浓度C1；沉淀时间为t2时，从第二沉淀管深度同为H处取样，分析悬浮物浓度C2，……。可列表计算出各沉淀时间的沉降速度u和沉降效率E。

★ 重要概念：

▲ 沉降速度：指在指定时间t内，能从水面恰好沉到水深H处的最小颗粒的

沉速。 u0=H/t

▲ 沉降效率：若原水中悬浮物浓度C0，经t时间沉降后，水样中残留浓度为c，则沉淀效率为: Ec0c100%。 c0 分别绘制沉淀效率E与沉淀时间t和沉淀效率E与沉速u0的关系曲线：

★ 应用：当已知沉淀时间或沉速，可查出去除效率。 ★ 缺陷：与实际沉淀情况还有一定的差距。 ★ 解决方案：

在t1时刻，沉速大于u1(=H/t1)的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为C1，这样，C1/C0表示这部分颗粒与全部颗粒的重量比，计作x1，余类同。将xi对ui作图，可得下图沉淀曲线。 沉速（1）可以从有效水深内的上、中、下部取相同数量的水样，混合后求出有效水深（污泥层以上）的平均悬浮物浓度。

（2）中部取样方法：

利用中部取样方法得到的沉降特性曲线与前面的曲线是很相近的。

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第 5 次课 2 学时

上次课复习： （1）颗粒沉淀的四种类型及特点； （2）自由沉淀沉淀试验及效率的计算

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本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀 教学要求： （1）絮凝沉淀沉淀试验及效率的计算 （2）平流式理想沉淀池的原理及设计计算 重 点：（1）絮凝沉淀沉淀试验；（2）平流式理想沉淀池的原理 难 点：絮凝沉淀效率的计算 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 重力沉淀 第三节 絮凝沉淀； 第四节 理想沉淀池 共2课时，讲授 3、某有机废水含悬浮物430mg/L，絮凝沉淀试验数据如表所示： 指定深度的SS浓度 沉淀时间 （min） 5 10 20 课后作业 30 40 50 60 75 试求该废水在深的沉淀池中沉淀1h的总悬浮物去除率。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第三节 絮凝沉淀

由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。

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悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。 可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。

絮凝沉淀的效率通常由试验确定。鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。

★ 絮凝沉淀试验原理：

采用多点取样法。在直径约，高约，且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率。以取样口高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。

把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线，称为等去处率曲线，如下图示。

★ 等去处率曲线含义： 当沉淀时间为t0时，对应沉速u0=H/t0，凡是u≥u0的颗粒能全部被去除，对指定的沉淀时间和沉淀高度，总沉淀效率η可用下式计算： （见下图）

沉降高度E10.6m45%1.2m30%50%E2E360%E470%1.8mE520406080100沉降时间（min）hh1hh(E1E2)2(E2E3)3(E3E4)4(E4E5)E5 HHHH1919

★ 简易处理方式：沉淀柱中部取样法可近似地求絮凝沉降的去除率。

第四节 理想沉淀池

前面所述沉淀曲线是静止沉淀试验的结果，虽然它比较真实地反映了废水中不同的悬浮颗粒沉降的特性，但是并不能反映实际沉淀池中水流运动对悬浮颗粒沉降的种种复杂影响。

为了分析悬浮颗粒在沉淀池内运动的普遍规律及分离结果，哈增和坎普提出了一种概念化的沉淀池——理想沉淀池。

◆ 在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。

◆ 沉速大于u0的颗粒可全部除去；沉速设处理水量Q(m3/s)，水平流速度v(m/s)，沉淀池宽度B(m)，水面面积A (m2)，沉淀池容积V (m3)。故颗粒在沉淀池内的沉淀时间t为： t=L/v=H/u0

V=Qt=HBL， A=BL Q=V/t=HBL/t=Au0 有： u0=Q/A=q0

Q/A的物理意义是：在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷或溢流率，用q0表示。表面负荷的量纲m3/(m2·s)或m3/(m2·h)。表面负荷q0的数值等于颗粒沉速u0(m/s) 。实际运行的沉淀池与理想沉淀池是有区别的。 为考察沉淀池的工作特性，可从以下三个方面进行分析：

① 水流的紊动性，可用雷诺数Re判断。 ② 水流稳定性：以弗罗德数Fr判断，Fr表示水流动能与重力能的比值。增大Fr，可克服股流密度影响。 ③ 容积利用系数：是水在池内的实际停留时间和理论停留时间的比值。 要提高平流式沉淀池的效率，可降低Re和提高Fr，其有效措施是减小水力半径R。池中纵向分格及斜板（管）沉淀池也能达到上述目的。实际应用：

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由于实际沉淀池受各种因素的影响，采用沉淀试验数据时，应考虑相应的放大系数。其中：

q设=（1/）倍（平均倍）q0， t设=（）倍（平均倍）t0。

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第 6 次课 2 学时

上次课复习： （1）絮凝沉淀沉淀试验及效率的计算 （2）平流式理想沉淀池的原理及设计计算

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本次课题（或教材章节题目）： 第3章 重力沉淀 教学要求：（1）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的原理及特点；（2）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的设计计算；（3）掌握沉砂池的原理、特点及类型。 重 点：（1）沉淀池的原理；（2）沉淀池的设计计算； 难 点：浅池沉淀理论 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 重力沉淀 第五节 沉淀池 第六节 沉砂池 共2课时，讲授 4、已知某工厂排放的废水量Q=6000 m3/d，时变化系数，废水中悬浮固体含量SS=300mg/L，要求经过初沉后处理出水中的SS为80mg/L，沉淀试验如下： T(min) 5 10 20 课后作业 40 60 120 u0(mm/s) 去除率（%） 20 30 42 61 70 80 试设计一座平流式沉淀池，试确定其基本尺寸，并画出草图。 5、若造纸废水设计流量 Q=1000m3/d，由试验确定设计上升流速为s，沉淀时间为，拟设计一竖流式沉淀池，试确定其基本尺寸，并画出草图。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

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第五节 沉淀池

按池内水流方向分类 平流式沉淀池 ★★ 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池

斜板式沉淀池 ★★ 工作方式：间歇式和连续式。 （书P30）

特点及适用条件： （书P30） 一、平流式沉淀池

平流式沉淀池是废水从池的一端进入，从另一端流处，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可以是单个或多个串联。

平流式沉淀池有进水区、沉淀区、出水区和污泥区四部分组成。

1、进水区

进水区的作用是使水流均匀分布在整个断面上，尽可能减少扰动。

2．沉淀区

如前所述，要降低沉淀池中水流的Re数和提高水流的Fr数，必须设法减少水力半径，采用导流墙，对平流式沉淀池进行纵向分格等，均可减小水力半径，改善水流条件。

3．出水区

沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀池常见出水口布置形式。

4．污泥区（积泥区和排泥区）

及时排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。

5、缓冲区

污泥区和清水区之间应有一个缓冲区，其深度可取，以减轻水流对存泥的搅动，也为存泥留有余地。

沉淀池设计：

进行沉淀池设计时若无沉淀数据可选取手册设计参数。 平流式沉淀池的几何尺寸计算： （书P34-35） 二．竖流沉淀池

竖流沉淀池水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截流速度与水流上升速度相等。 （1）当颗粒发生自由沉淀时，其沉淀效果比平流式沉淀池中低得多。

（2）当颗粒具有絮凝性时，则上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉速加快。

（3）沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成一悬浮层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉降效率比平流沉淀池高。

结构：

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竖流式沉淀池多为圆形，直径介于4-7m之间。沉淀池的上部为圆筒形的沉淀区，下部为截头圆锥状的污泥区，中间为缓冲层。

竖流沉淀池的设计：

三．辐流式沉淀池 辐流式沉淀池是直径较大（20-30m）的圆池，最大直径可达100m。中心深度为，周边深度为。进水方式：周边进水，中心进水。

排泥方式：辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排出，刮泥机一般每小时转2-4周。

辐流式沉淀池的设计： 四、斜板(管)沉淀池

(一)浅池沉降理论

对一深度为H、体积为V的平流式理想沉淀池，其处理水量：

QVVVu0• HtHu0 （1）在V、H一定时，若欲得要求的η(即u0一定），处理水量Q 不能随意变化；在给定Q时，η一定。

（2）从式中可知：Q与u0成正比，增大Q，则u0 增大， q0 增大，η降低；反之，若要提高η，需减小u0，处理的流量Q就必须减小。两者不能同时满足。 若将沉淀池（Q、V、H、 u0 ）用平隔板分为n层浅池，则每个浅池深度为h=H/n，进入每个浅池的流量为q=Q/n。 （假定水平流速不变） 结论一：

浅池沉速u0′=q0′=q/A=(Q/n)A =q0/n=u0/n，沉速减少了n倍，从而使效率大大提高。

结论二：当每个浅池保持原有的沉速u0不变时，每个浅池处理的流量为q′=q0′A=u0A=Q，则n个浅池的总处理能力提高了n倍。结论三：在实际应用中，沉淀池的分格和分层还可改善水力条件（减小水力半径R、Re，增大Fr），降低水的紊动性、提高水流稳定性，增大池的容积利用系数，从而提高去除效率。

工程应用：

在工程实际应用中，采用分层沉淀池，排泥十分困难，所以一般将分层的隔板倾斜一个角度，以便能自行排泥，这种形式即为斜板沉淀池。如各斜隔板之间还进行分格，即称为斜管沉淀池。 （二）斜板(管)沉淀池

结构特点：

2525

（1）斜板（管）倾角多采用60º，斜板（管）长一般在左右，板间距一般不小于50mm。斜管管径25-35mm。

（2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波纹板；（3）斜板沉淀池的结构形式：异向流、同向流及横向流。

（4）进水方式：大多采用异向流。

（5）斜板（管）上部清水区为，斜板（管）下部为配水区大于（目的：布水均匀），布水区下部为污泥区。

（6）出水方式：采用穿孔集水管集水。 （7）排泥方式：采用多斗排泥。

（8）斜板（管）沉淀池的优点：

第六节 沉砂池 （1）沉砂池的功能：从废水中分离比重较大的无机颗粒，如砂粒，炉灰渣、煤渣等。

（2）沉砂池位置：设在泵站及沉淀池之前。 （3）沉砂池作用：

（4）沉砂池的形式： A、平流式沉砂池 B、竖流式沉砂池

C、曝气沉砂池一．平流式沉砂池

平流式沉砂池是最常用的一种沉淀池，它的截流效果好，工作稳定，构造简单，而且易于排除泥砂。结构特点：平流式沉砂池的水流部分，实际上是一个有所加深加宽的明渠，两端没有闸板，以控制水流。 二．曝气沉砂池 （一）工作特点

普通沉砂池的一大缺点是其截流的沉砂中夹杂一些有机物。对被有机物包覆的砂砾的截流效果不高，而且沉渣容易发臭，难以处置。

曝气沉砂池能够克服上述缺点。 沉砂中有机物的含量低于5%，一般长期存放不；

（二）曝气的作用：

① 水力旋流使砂粒与有机物分离，沉渣不易； ② 气浮油脂并吹脱挥发性物质；

③ 预曝气充氧、氧化部分有机物，防止污水厌氧分解（脱臭）。 （三）曝气沉砂池的设计 （见书P28）

2626

第 7 次课 2 学时

2727

注：本页为每次课教案首页

上次课复习： （1）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的原理及特点； （2）掌握平流式、竖流式、辐流式、斜板沉淀池的设计计算； （3）掌握沉砂池的原理、特点及类型。 本次课题（或教材章节题目）： 第4章 水的混凝 教学要求： （1）了解混凝的基本特点； （2）掌握胶体的基本特性； 重 点：（1）混凝的作用及去除对象；（2）胶体的性质； 难 点：胶体的双电层结构 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 水的混凝 第一节 概述 第二节 胶体的特性 共2课时，讲授 1、胶体的基本特性有哪些？ 课后作业 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 2828

第4章 水的混凝

（Coagulation and Flocculation） 第一节 概 述一、 混凝的作用

废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但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，即使静置数十个小时也不会自然沉降。

混凝处理的对象：主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。二 、凝聚、絮凝和混凝

凝聚(coagulation)：投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花”。

絮凝(flocculation)： 凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。

混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。三、天然水中的胶体杂质

通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。 四、混凝的应用

给水处理： 混凝+沉淀，微絮凝+过滤 废水处理： 五、混凝的特点

优点：设备简单，操作方便； 便于间歇运行，效果好。 缺点：运行费用高； 沉渣量大，处置困难；

第二节 胶体的特性一、胶体的基本特性 (一) 光学特性：指胶体在水溶液中能引起光的反射。 (二) 布朗运动

(三) 表面特性：胶体为常见的分散体系之一。分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体看来产生特殊的吸附能力和溶解现象。 (四) 动电现象 （电泳现象）：胶体的带电性二、胶体的结构

胶核 胶粒

胶团 吸附层 扩散层 三、双电层理论

2929

胶核的静电作用把溶液中的反离子吸附到其周围。受胶核电位离子的静电引力和反离子热运动的扩散作用、溶液对反离子的水化作用，反离子的浓度随与固体表面距离增加浓度逐渐减少，分布符合Boltzmann分布。 四、胶体的类型

(一) 疏水性胶体（憎水性胶体）

吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。 (二) 亲水性胶体

胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。五、胶体的稳定性

胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 稳定因素： 不稳定因素：

胶体的稳定性 （1）动力学稳定：是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。

（2）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的排斥力作用或水化膜的的阻碍使这种自发聚集不能发生。 可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性关键在于聚集稳定性。

混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性。

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第 8 次课 2 学时

上次课复习： （1）混凝的作用及去除对象； （2）胶体的基本特性；

3131

本次课题（或教材章节题目）： 第4章 水的混凝 教学要求： （1）掌握混凝的基本原理；（2）混凝剂的种类和特点； （3）助凝剂作用； 重 点：（1）混凝的原理；（2）混凝剂的种类和特点； 难 点：混凝的四个基本原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 水的混凝 第三节 混凝原理 第四节 混凝剂和助凝剂 共2课时，讲授 1、试概述水的混凝机理。 课后作业 2、简述铝盐混凝剂的水解过程及作用机理 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

第三节 混凝原理

根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：投加电解质；投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质；投加高分子物质；接触凝聚；上述投加的物质统称——混凝剂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。

3232

一、双电层压缩机理

1、憎水性胶体 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。

加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。 重新稳定现象: 当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。

2、亲水性胶体：

水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。

亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但ξ电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。二、吸附电中和机理

异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；

大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，ξ电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。

在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。

再稳现象：过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电，电荷异号，而出现的再稳现象。 三、吸附架桥机理

吸附架桥作用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现象。

胶体再稳现象：

（1）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生“胶体保护”作用。 （2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用； （3）长时间的剧烈搅拌。四、沉淀物网捕机理

当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物(如Al(OH)3 、Fe(OH)3或带金属碳酸盐(CaCO3)沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。 凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。 在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。

对于混凝剂而言，在废水处理时：

（1）普通电解质：只有压缩双电层和吸附电中和作用； （2）高分子物质

A、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中和作用和吸附架桥功能。

3333

B、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。第四节 混凝剂与助凝剂(一) 混凝剂的分类 (二) 无机混凝剂

传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。 ① 铝盐

硫酸铝（Al2(SO4)3•18H2O） 明矾（K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O） 以 铝盐 为例，介绍混凝的过程：

② 铁盐

三氯化铁（FeCl3•6H2O） 硫酸亚铁（FeSO4•7H2O） ③无机高分子混凝剂

★ 聚合氯化铝 (碱式氯化铝 简称PAC) ★ 聚合硫酸铁(碱式硫酸铁)(简写PFS)

(三) 有机混凝剂 (1) 天然高分子混凝剂

(2) 人工合成高分子混凝剂 ① 阴离子型： ② 阳离子型：

③ 非离子型：（3）高分子混凝剂的作用：

靠氢键、静电、范德华力的作用对胶粒强烈的吸附作用。

高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用，把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。 (四) 混凝剂研究发展方向 二、助凝剂 （P211） (一)定义

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。

(二) 作用 （调节或改善混凝的条件） 改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。

调整废水的pH和碱度，使其达到最佳的混凝条件。 (三)助凝剂分类

A、pH调整剂： B、絮凝结构改良剂： C、氧化剂：

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第 9 次课 2 学时

上次课复习： （1）掌握混凝的基本原理； （2）混凝剂的种类和特点； （3）助凝剂作用；

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本次课题（或教材章节题目）： 第4章 水的混凝 教学要求： （1）掌握混凝工艺；（2）混凝设备； （3）影响混凝的主要因素； 重 点：（1）混凝混合设备、反应设备；（2）影响混凝的主要因素； 难 点：混凝混合、反应的工艺条件控制 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第4章 水的混凝 第五节 混凝过程与设备 第六节 影响混凝的主要因素 共2课时，讲授 1、试说明水的混凝工艺过程以及各单元的工艺要求。 2、简述影响水混凝的主要因素。 3、在投加混凝剂时，为什么必须立即与处理水充分混合、剧烈搅拌？ 课后作业 4、水的混凝对水力条件有哪些要求水流速度梯度G反映什么为什么反应池的效果可用GT值来表示 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

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第五节 混凝工艺与设备一、工艺流程

混凝处理流程由药剂投加、混合、反应及沉降分离等单元组成。

↓混凝剂

废水 —→ 混合 —→ 反应 —→ 沉淀 —→ 排水 ↓污泥

混合：使混凝剂迅速、均匀地分散到废水中，通过压缩双电层和电中和作用，使胶体脱稳，形成“矾花”。

反应：在一定的水流条件下，小“矾花” 通过吸附架桥和沉淀物网捕等作用形成较大的絮体。

二、混凝剂的调配与投加

混凝剂的投加分固体投加和液体投加两种。 (一)混凝剂干投法（应用较少）

工艺过程：药剂输送→粉碎→提升→计量→加药混合 (二)混凝剂湿投法 工艺流程：

溶解池→溶液池→定量控制设备→投加设备→混合池

(三) 混凝剂投加及计量方式 （1）混凝剂投加 ① 重力投加

可直接将混凝剂溶液投入管道内或水泵吸水管喇叭口处。 ② 虹吸式定量投加

改变虹吸管进口和出口高度之差(H)，控制投加量。

③ 水射器投加 ④ 用计量泵投加药剂 (2) 计量设备

基本要求：投量准确；工作灵活可靠；设备简单；操作方便。 ① 浮子—苗嘴(孔板)计量系统

②浮球阀计量系统

利用槽内浮球阀与槽底管口高差(H)恒定，槽底管口流量不变原理，通过改变池底管口苗嘴或孔板的孔径来控制投药量。

③流量计计量系统 ④计量泵计量

⑤三角堰计量系统 适用于大、中流量计量。 三、混合

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(一) 混合的作用

使药剂能快速、均匀地分散到废水中。 (二) 混合方式

分为水力混合和机械混合。常见的水泵混合、管式混合和机械混合。 1、管式混合 A、普通管道混合

把药剂投入水泵压水水管内，借助水流进行混合。 B 管式静态混合器 管内装设若干个固体混合单元体。

C 扩散混合器

在管式孔板混合器前加一锥形帽，水流和药剂对冲锥形帽而后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到快速混合。

2、其它水力混合方式 A、分流隔板混合池： B、跌水混合池

利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。

C、水跃式混合池

利用3m/s以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行混合。

D 涡流式混合设备 E 廊道式格板混合池

3、水泵混合

将药剂投加在水泵的吸水管内或喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转达到快速混合的目的。

4、机械搅拌混合四、絮凝反应 (1) 反应的作用

是使混合形成的小絮凝体经过充分碰撞接触，絮凝成较大颗粒的过程。 (2) 反应过程的水力条件

反应设备应有一定的停留时间和适当的搅拌强度，使小絮体有一适宜的相互碰撞机会。搅拌强度太大或太小，会对反应池的絮凝效果产生影响。

★ 速度梯度G 推导： (三)絮凝反应设备 (1)设备分类: 根据搅拌方式不同： A、水力搅拌反应池：

利用水流的紊动作用进行搅拌。如隔板反应池，旋流式反应池，涡流式反应池等。

3838

B、机械搅拌反应池：

由池内设置的机械设备完成搅拌。 (2)水力搅拌反应池 A 隔板反应池 (书P277) a 往复式

b 回转式 B 折板反应池 C、穿孔旋流反应池 D、 旋流式反应池 E、涡流式反应池 （3）机械搅拌反应池 （4）组合絮凝池

(5)混凝反应池的设计要点：

反应流速一般按由大逐渐变小进行设计。为防止絮粒被破碎，应控制反应器内的流速。

第六节 影响混凝的因素絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因素主要包括： （P211） 1.浊度 2.水温 3 pH值及碱度—影响混凝效果的重要因素 (1)pH值影响胶体颗粒表面电荷及ξ电位 (2)pH值对混凝剂作用的影响 4 共存杂质 (1)有利成分:

(2)不利成分:5.混凝剂 （重点） ①混凝剂种类 ②混凝剂投加量 ③混凝剂的投加顺序 6 水力条件

水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为搅拌强度和搅拌时间。 为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌进行混凝的模拟实验。

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第 10 次课 2 学时

上次课复习： （1）混凝混合设备、反应设备； （2）影响混凝的主要因素；

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本次课题（或教材章节题目）： 第五章 自然上浮与气浮 教学要求： （1）了解油品的基本特征；（2）掌握隔油的原理； （3）掌握平流式和斜板隔油池的设计；（4）了解除油的其它方法。 重 点：（1）隔油的原理；（2）平流式隔油池的设计； 难 点：隔油的原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第五章 自然上浮与气浮 第一节 自然上浮 共2课时，讲授 课后作业 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

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第五章 自然上浮与气浮

★ 自然上浮：在重力作用下，利用污染物质与水之间自然存在的密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。 如：油品的去除。

★ 气 浮：利用在废水中产生的大量微小气泡作为载体，使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，随气泡上浮到水面形成泡沫层而加以去除的过程则称为“气浮”。

第一节 自然上浮

★ 处理对象： 主要为含油废水（密度小于1）。

★ 废水来源：石油开采炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业的生产过程中排放大量的含油废水。

★ 油品物理特性：油品的相对密度一般都小于1，（除重焦油相对密度为）。 ★ 油在废水中存在的状态 （书P41） ① 悬浮状态： ② 溶解状态： ③ 乳化状态：

★ 油品对环境的危害： （书P41）

★ 油品通常自然上浮法分离，设备为隔油池， ★ 隔油池结构形式：普通平流式隔油池，斜板隔油池 一、平流式隔油池

★浮油的收集和排除

（1）刮油机作用：刮池面浮油和池底的油泥 （2）浮油收集

★隔油池的安全问题 ★隔油池设计：

（1）通过静沉试验求出去除率与油珠上浮速度的关系进行设计。 （2）根据规范提供的数据设计 二、斜板隔油池

为提高单位池容积的处理能力，采用斜板式隔油池。（利用水油比重不同产生的压差自动排油） 三、气浮法分离油

四、乳化油及破乳方法 （书P43） 1、乳化油

2、破乳方法 ：破坏稳定性，使油、水分离。

投加换型乳化剂；盐类、酸类；表面活性剂；搅拌、震动、转动；过滤；改变温度；混凝剂。

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第 11 次课 2 学时

上次课复习： （1）掌握隔油的原理； （2）掌握平流式和斜板隔油池的设计；

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本次课题（或教材章节题目）： 第五章 自然上浮与气浮 教学要求： （1）掌握气浮的原理；（2）掌握气泡的产生方法，悬浮物与气泡的附着原理； （3）掌握加压溶气气浮的原理；（4）掌握平流式气浮池的设计。 重 点：（1）气浮的原理；（2）加压溶气气浮；（3）气浮池的设计 难 点：（1）气泡的产生方法；（2）悬浮物与气泡的附着原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第五章 自然上浮与气浮 第二节 气浮 共2课时，讲授 1、微气泡与悬浮颗粒相粘附的基本条件是什么有哪些影响因素如课后作业 何改善微气泡与颗粒的粘附性能 2、加压溶气气浮的基本原理是什么有哪几种基本流程与溶气方式各有哪些特点 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

4444

第二节 气 浮

★ 气浮的定义 （书P44）

往水中通入空气，产生高度分散的微小气泡，（有时还需要投加混凝剂或浮选剂），使水中的悬浮物与空气泡粘附在一起，靠气泡的浮力（视密度<1）一起上浮到水面，形成浮渣而加以去除，实现固液或液液分离的过程。 ★ 气浮法的应用 一、气浮的基本原理

（一）实现气浮分离的必要条件 (书P44)

A、必须向水中提供足够数量的微细气泡。（气泡理想尺寸为15～30μm） B、必须使悬浮物呈悬浮状态

C、必须使气泡与悬浮物产生粘附作用，从而附着于气泡上浮升。 （二）气浮过程 A、气泡产生

B、气泡与颗粒（固体或液体）附着 C、上浮分离

（三）气泡的产生 (第一阶段) （1）产生微细气泡的方法 A、电解法 B、分散空气法 C、溶解空气再释放法 （2） 电解法 (书P45) （3） 分散空气法

①微孔气浮法（充气气浮法） ② 叶轮气浮法

③ 利用射流器或水泵吸入和分散空气 （4）溶气气浮

溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后骤然减压释放，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。

A、溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶于水中，在负压下析出； B、加压溶气气浮 （书47页）

使空气在加压的条件下溶解于水，然后将压力骤减至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。

按溶气水不同分为三种基本流程： ①全部进水溶气

4545

全部原水由泵加压至～，压入溶气罐，用空压机或射流器向溶气罐压入空气进行溶气，然后经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。

②部分进水溶气

部分原水进行压力溶气 ，其余部分直接进入气浮池。

③部分处理水回流溶气

无论何种流程，其主要设备有加压泵、溶气罐和气浮池。 工程实例：（例）

★ 压力溶气相关知识： （书P48）

溶气量、析出气泡大小及气泡均匀性与压力、温度、溶气时间、溶气罐及释放器构造等因素有关。

A、溶气压力：

空气在水中的溶解度V与压力p的关系符合亨利定律。 B、溶气量： C、加压泵

提升废水、给废水加压。（溶气压力～ ） D、压力溶气罐： (书P53-54)

溶气罐是一个耐压密封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，罐内常设若干隔板或填料。

影响溶气罐效率的主要因素是：填料特性、填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度等。

溶气罐供气方式： (书P53-54) a、 采用水泵吸水管上吸入空气；

b、 在水泵加压管上设置射流器吸入空气； c、 采用空气压缩机供气。 E、溶气水减压释放装置： （溶气释放器）

作用：使溶气水迅速减压、消能，释放空气产生微气泡。 ★★ 空气从水中析出的过程： ①气泡核的形成过程； ②气泡的增长过程。

第一个步骤起决定性作用，能否形成稳定分散的气泡取决于废水的表面张力。

（四）悬浮物与气泡的附着

实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物质能粘附在气泡上。

★ 悬浮物与气泡附着机理

悬浮物与气泡附着涉及到气、液、固（液）三相介质的问题。

★ 悬浮物与气泡附着的基本形式：

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①气泡在颗粒表面析出；（大量气泡包裹颗粒）

②气泡与颗粒吸附； ③絮体中裹夹气泡。

（五）化学药剂的投加对气浮效果的影响：

除疏水性很强的物质，一般的疏水性或亲水性物质需要投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。 （书52页） （1）混凝剂 （2）浮选剂 （3）助凝剂 （4）抑制剂

（5）调节剂 （主要是调节pH值） 二、气浮池

气浮池的功能：提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、黏附，并使带气颗粒与水分离。

与普通沉淀池构造基本相同，分平流式和竖流式两种。 （一）平流式气浮池 (书P54-57) （二）竖流式气浮池

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第 12 次课 2 学时

上次课复习： （1）掌握气泡的产生方法，悬浮物与气泡的附着原理； （2）掌握加压溶气气浮的原理； （3）掌握平流式气浮池的设计。

4848

本次课题（或教材章节题目）： 第6章 过 滤 教学要求： （1）掌握过滤的作用及去除对象；（2）掌握过滤机理； （3）了解直接过滤原理。 重 点：（1）过滤机理；（2）滤层内杂质的分布规律； 难 点：（1）过滤的机理；（2）提高滤池含污能力的方法 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第六章 过滤 第一节 概述 第二节 过滤原理 共2课时，讲授 1、过滤的基本原理是什么？ 课后作业 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

4949

第6章 过 滤 （Filtration）

第一节 概 述

一、过滤：借助于具有一定空隙率的固体介质（如石英砂）阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。

(1)格栅过滤 过滤介质为栅条和滤网

(2)微孔过滤 成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等 (3)膜过滤 过滤介质为半透膜

(4)深层过滤 过滤介质为颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。 为区别前3种为表面或浅层过滤过程，第4种为深层过滤，简称过滤。 二、截留的对象：

细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。 三、位置：沉淀池或澄清池之后。 四、作用：

1、进一步降低水的浊度；

2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度降低而部分被去除。 3、为滤后消毒创造了良好条件。

（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭。）

4、在饮用水净化工艺中，过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。

五、滤池的种类 （图） (一) 按滤速 (二) 按作用水头 (三) 按水流方向 (四) 按滤料组成

第二节 过滤理论

一、过滤机理 (一) 机械筛滤 (二) 沉淀作用 (三) 接触吸附

在范德华力作用下被滤料吸附；在布朗运动作用下迁移扩散到滤料表面被吸附。 水中的悬浮颗粒能够粘附于滤料颗粒表面，涉及两个问题：

5050

1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理。

2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉及粘附机理。

此外，絮凝颗粒的架桥作用也会存在。 二、滤层内杂质的分布规律 （一）滤层内杂质的分布规律

在颗粒粘附的同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。

粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。 （二）滤池的含污能力

当过滤周期结束后，滤层中所截留的悬浮颗粒量在滤层深度方向变化很大. 滤层含污量指单位体积滤层中所截留的杂质量。

在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位仍以g/cm3或kg/cm3计。 ★★ 提高滤池含污能力的途径：

A、提高滤料颗粒的均匀性，即减小K80 ； B、由单层滤料改为多层滤料；

C、改变水流方向（上下双向过滤）。三、直接过滤 （一）定义

原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。 （二）直接过滤方式 (1)接触过滤 (2)微絮凝过滤

（三）直接过滤的应用

5151

第 13 次课 2 学时

上次课复习： （1）过滤机理； （2）提高滤池含污能力的方法。

5252

本次课题（或教材章节题目）： 第6章 过 滤 教学要求： （1）掌握滤池的结构；（2）掌握滤池布水方式； （3）了解滤池的运行方式。 重 点：（1）滤池的结构；（2）滤池布水系统；（3）影响过滤效果的因素 难 点：（1）滤料的粒径和级配；（2）滤池布水方式 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第六章 过滤 第三节 快滤池 共2课时，讲授 2、简述滤池反冲洗配水系统的种类，它们各自的工作原理、特点与适用范围是什么？ 课后作业 思考题： 3、滤池冲反洗配水系统的作用是什么为什么配水的不均匀性是绝对的如何才能达到配水的相对均匀性 4、影响滤池冲洗效果的因素有哪些？ 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

5353

第三节 快滤池

一、滤池的构造 1、进水系统 2、卵石垫层 3、滤料层 4、出水系统 5、反洗系统 6、排污系统 二、 滤料层 1、作用

滤料层是滤池的核心部分。提供接触凝聚、吸附的表面积及悬浮物储存的容积。

2、滤料 (1) 滤料的要求

① 有足够的机械强度。 ② 有足够的化学稳定性。 ③ 具有一定的大小和级配。 ④ 价廉，易得。

(2)滤料的种类 (3) 滤料的粒径和级配

滤料的粒径和级配应适应悬浮颗粒的大小和去除效率的要求。 A、粒径：表示颗粒的大小。

★ 滤料粒径的表示方法：

B、级配：是滤料各种粒径颗粒所占的重量比例。 可通过筛分试验求得。筛分试验—— 级配曲线。 三、承托层

作用：防止滤料从配水系统中流失； 反冲时均匀配水。

（1）单层滤料或双层滤料池承托层结构 （2）三层滤料滤池承托层结构 四、配水系统 1、作用

★ 配水系统的作用 ★ 配水不均匀的影响

5454

2、配水系统的类型 根据配水系统原理，分类：

（1） 大阻力配水系统

快滤池中常用的是“穿孔管大阻力配水系统”，见图。冲洗时，水流自干管起端进入后，流入各支管，由支管孔口流出，再经承托层和滤料层流入排水槽。

结构：

特点：

大阻力配水系统设计要求： 大阻力配水系统优缺点： （2）小阻力配水系统

基本原理：减小干管和支管进口流速同样可使布水趋于均匀。可以减小孔口阻力系数以减小孔口水大损失。

A、钢筋混凝土穿孔（或缝隙）滤板

在钢筋混凝土板上开圆孔或条式缝隙。板上铺设一层或两层尼龙网。

B、二次配水的穿孔滤砖

用钢筋混凝土或陶瓷制成。每平方米滤池面积上铺设6块。开孔比为：上层%，下层%，属中阻力配水系统。

C、滤头

滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄（具有外螺纹的直管）组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。对于穿孔滤板，可在滤板上安装滤头。 五、滤池的冲洗

（一）冲洗目的：清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。

（二）冲洗原理：水流自下而上通过滤层，并使滤层膨胀达到一定程度，靠水流的剪切力和滤料颗粒间的碰撞、摩擦使积累在滤料层中的杂质剥落下来，随反冲水流出滤池。

（三）快滤池冲洗方法： 1、高速水流反冲洗； 2、气、水反冲洗；

3、表面助冲加高速水流反冲洗。 ★★ 几个术语： 1、冲洗强度：

5555

2、滤层膨胀度： 3、冲洗时间：

在实际应用中，冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间根据滤料层不同按下表确定。 六、冲洗废水的排出

冲洗时，废水由冲洗排水槽两侧溢入槽内，各水槽内的废水汇集到废水渠排出。 七、冲洗水的供给

1、冲洗水的供给方式： 2、冲洗水的水源： 八、滤池的运行方式 (一) 等速过滤 (二) 变速过滤

★★ 影响过滤效率的因素：

过滤是滤料和悬浮物的相互作用，悬浮物的分离效率受这两方面因素影响。 （1）滤料的影响

粒度、形状、表面性质、空隙率、滤料层厚度 （2）悬浮物的影响

粒度、形状、密度、浓度、表面性质、水温 九、常见滤池

1、重力式无阀滤池 2、虹吸滤池 3、移动罩滤池

4、V型滤池 5、压力滤池 十、滤池的设计

(一) 滤速及过滤面积的确定 (二) 滤池个数及尺寸的确定 (三) 管廊布置 (四) 管渠设计流速 (五) 注意事项

5656

第 14 次课 2 学时

上次课复习： （1）掌握滤池的结构； （2）了解滤池的运行方式。

5757

本次课题（或教材章节题目）： 第7章 中和处理 教学要求： （1）掌握酸性废水的处理方法； （2）掌握碱性废水的处理方法； 重 点：酸性废水的处理； 难 点：中和滤池的工作原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第7章 中和处理 共2课时，讲授 课后作业 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

5858

第7章 中和处理

（Neutralization）

一、酸性废水和碱性废水的来源 (1) 酸性废水的主要来源： (2) 碱性废水的主要来源： 二、酸碱废水的危害

三、对酸、碱废水的处理原则： 四．酸性废水的处理

1、酸性废水的处理方法 ① 回收利用。

② 利用碱性废水或碱性废渣中和（如电石渣等）。 ③ 投加碱性药剂中和。

④ 通过有中和性能的滤料过滤中和。

2、采用碱性中和剂中和 （1）碱性中和剂：

（2）碱性中和剂的作用：

3、投药中和法 ★ 工艺过程： a．废水的预处理

澄清（可减少投药量），水量调节和水质均衡（创造稳定的处理条件） b．中和剂的制备和投配 c．混合反应 d．中和产物的分离 e．泥渣的处理和利用

例： 石灰投加法 a．干投法：

b．湿投法： （书P217）

4．过滤中和法

利用石灰石、白云石、大理石等难溶性中和剂作滤料，让酸性废水从中通过，获得中和。

（1）工艺要求： （2）滤料的选择原则：

5959

滤料的选择：考虑中和产物的溶解度。 （3）中和滤池类型： A 普通滤池：

B、升流式中和滤池 ★ 等速升流式膨胀滤池

★ 变速升流膨胀式中和滤池 C、滚筒式中和滤池 五．中和法处理碱性废水

★ 碱性废水用酸性物质来中和。 ★ 常用的酸性中和剂：

① 商品和废弃的无机酸，如H2SO4、HCl等；

② 酸性废气如：CO2和烟道气（烟道气中含24%的CO2和少量SO2、H2S） ③ 酸性废水

★ 实际应用：

6060

第 15 次课 2 学时

上次课复习： （1）酸性废水的处理方法； （2）碱性废水的处理方法；

6161

本次课题（或教材章节题目）： 第8章 化学沉淀 教学要求： （1）掌握化学沉淀的原理； （2）掌握化学沉淀的基本方法； 重 点：化学沉淀的原理； 难 点：溶度积原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第8章 化学沉淀 共2课时，讲授 1、用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若使镉达到排放标准6262

第8章 化学沉淀

（Chemical Precipitation）第一节 化学沉淀基本知识

1、化学沉淀法定义 (P219)

化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。 主要针对废水中的阴、阳离子。

2、化学沉淀法的处理对象

（1）废水中的重金属离子及放射性元素。

（2）给水处理中去除钙，镁硬度。

（3）某些非金属元素：如S2-、F-等。 3、沉淀的条件 ①水中难溶盐服从溶度积原则，即在一定条件下，在含有难溶盐MnNn（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为LMnNn：

MmNn == mM n+ + nNm-

溶度积常数LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数

根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生：

A 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n < LMmNn时，溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n = LMmNn时，溶液正好饱和，无沉淀。 C 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn时，形成MmNn沉淀。

可见，要降低[Mn+]可考虑增大[Nm-]的值，具有这种作用的化学物质为沉淀剂。 难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。②在饱和溶液中，可根据溶度积常数

SMmNn计算难溶盐在溶液中的溶解度SMmNn③分级沉淀：

mnLMmNnmmnn 当溶液中有多种离子都能与同一种离子生成沉淀时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。

第二节 常用的化学沉淀方法

1、化学沉淀法工艺过程

（1）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污染物沉淀析出。 （2）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。 （3）泥渣的处理和回收利用。 2、常用的化学沉淀方法3 氢氧化物沉淀法： 氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的pH条件下，生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉淀而得以去除。

设氢氧化物M(OH)n，

6363

同时水的离子积:Kw[H][OH_]1014M(OH)n == Mn+ + n OH- 1L 有：LM(OH)n = [Mn+]•[OH]n pH14lgM(OH)n 沉淀与否主要取决因素为pH 。

得：lg[Mn]14nnpHlgLM(OH)nn[Mn] 可

供选用沉淀剂：NaOH、 石灰、Na2CO3、 NaHCO3等。

★ 例题： 已知[Fe3+]= L，要使有Fe(OH)3沉淀析出，pH应多大？

（Fe(OH)3的LFe(OH)3=×10-38。）（注意单位换算）

4、硫化物沉淀法

向废液中加入硫化氢、硫酸铵或碱金属的硫化物，与处理物质反应生成难溶硫化物沉淀，已达到分离净化的目的。

硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的废水。（溶度积均很小） 常用的沉淀剂： Na2S、NaHS、K2S、H2S 等。

缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难，可投加混凝剂进行共沉。

例：硫化物除汞 5、碳酸盐沉淀法

金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。

此法可去除或回收Mn2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+ Ca2+、Mg2+(水软化)， 沉淀剂：Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、CaCO3等。

6、卤化物沉淀法

如： A、利用AgCl沉淀回收银： B、利用CaF2沉淀去除F-：

7、还原沉淀法

如：制革行业含铬废水的处理，六价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法称为还原沉淀法。

8、铁氧体沉淀法

指向废水中投加亚铁盐，通过工艺条件控制，使废水中多种重金属离子与铁盐形成稳定铁氧体共沉淀。采用固液分离手段，达到去除重金属离子的目的。

第 16 次课 2 学时

上次课复习： （1）化学沉淀的原理； （2）化学沉淀的基本方法；

6565

本次课题（或教材章节题目）： 第9章 氧化还原 教学要求： （1）掌握氯氧化、臭氧氧化的作用原理；（2）了解化学还原法的原理； （3）了解电解氧化还原法的原理。 重 点：（1）氯氧化的作用原理；（2）臭氧氧化的作用原理； 难 点：氯氧化含氰废水的原理； 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第九章 氧化还原 第一节 概述 第二节 化学氧化法 第三节 化学还原法 第四节 电解氧化还原法 共2课时，讲授 1、碱性氯化法处理含氰废水时，为什么要严格控制pH值？ 课后作业 2、（教材P223 第6题）氧化还原法有何特点是否废水中的杂质必须是氧化剂或还原剂才能使用此方法 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

6666

第 9 章 氧化还原

（Oxidation-reduction Processes）

第一节

一、氧化还原法

将废水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化或还原为微毒、无毒的物质，或者转化成容易与水分离的形态（气态或固态），从而达到去除的目的。 二、氧化还原法的类型

① 化学氧化法： 氯化法、臭氧氧化法、空气氧化法 ②化学还原法

③电解法 三、方法选择原则 四、氧化还原法的作用

改变污染物的存在状态，使之变为无毒或微毒物质。 降低废水的COD和BOD。

消毒、除臭、脱色等。五、有机物的氧化和还原 加氧或去氢的反应称为氧化；

有机物与强氧化剂相作用生成CO2、H2O等的反应判定为氧化反应；

加氢或去氧的反应称为还原。 六、影响氧化还原反应的因素

(1) 物质的本性：一般活化能越高，反应速度就慢。 (2)反应物浓度：参与反应物质浓度越高，反应速度越快。 (3) 反应温度：反应温度越高，反应速度加快。 (4) 溶液的pH值：影响反应速度。

① pH值(H+、OH-)影响着物质的存在形态。 ② H+参与反应，[H+]影响反应速度的快慢。

(5) 催化剂：催化剂可降低反应物的活化能，提高反应速度。

第三节

一、化学氧化剂

①活泼非金属中性分子：如Cl2、O2、O3、H2O2、ClO2等。

②含氧酸根及高价金属离子：如ClO-、MnO4-、Cr2O7-、Fe3+等。 ③新生态O原子。二、氯化处理 (一) 应用

6767

化学氧化法

概述

(二) 常用药剂：液氯、漂白粉、次氯酸钠，二氧化氯等。 (三) 氯氧化处理含氰废水

1、废水来源：电镀、炼焦和一些化工厂。 2、基本原理 ( 书P222) 第一阶段：局部氧化阶段

第二阶段：完全氧化阶段

3、工艺流程 4、控制条件： 三、臭氧氧化法 (一)臭氧的性质 (二) O3氧化机理

A、夺取氢原子，并使链烃羰基化，生成醛、酮、醇或酸；芳香化合物先被氧化为酚，再氧化为酸。

B、打开双键，发生加成反应。

C、氧原子进入芳香环发生取代反应。 (三) 臭氧的制备

方法：化学法、电解法、紫外光法、无声放电法。 四、Fenton试剂氧化法 (一) 基本原理

Fenton试剂： H2O2(氧化剂)+ Fe2+(催化剂)

H2O2在Fe2+的作用下，可分解产生氧化能力很强的游离基HO·。

HO·可从有机物分子上抽出H原子或加成到双键上，形成有机游离基，最终形成含羟基过氧化物.

(二) 影响氧化反应的因素 (三) 应用 废水脱色

难降解有机物的氧化五、湿式空气氧化法（SCWO）

1、湿式氧化：在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中的有机物和还原性无机物的一种方法。 2、湿式超临界催化氧化

第三节

一、还原法除铬

在酸性条件下(pH＜4)，将废水中的Cr6+还原为Cr3+，然后在碱性条件下形成氢氧化物沉淀去除。

还原剂：SO2、FeSO4等。

6868

化学还原法

二、还原法除汞

还原剂：铁、锌、铝等。

Fe +Hg2+ → Fe2+ + Hg↓

废水中的有机汞先氧化为无机汞，在进行还原。

第五节

一、电解法

电解是利用直流电进行溶液氧化还原反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。 二、电解法分类

按净化作用机理：电解氧化法、电解还原法、电解凝聚法和电解浮上法； 按作用方式：直接电解法、间接电解法。

按照阳极材料的溶解特性：不溶性阳极电解法和可溶性阳极电解法。 三、处理对象

废水中的酚、CN-、重金属、悬浮物、胶体、色度等。 四、特点

五、实例 （P书222）

含氰废水处理。

电解法

6969

第 17 次课 2 学时

上次课复习： （1）氯氧化、臭氧氧化的原理； （2）化学还原法的原理； （3）电解氧化还原法的原理。

7070

本次课题（或教材章节题目）： 第10章 吸附 教学要求： （1）掌握吸附的机理；（2）了解吸附剂的种类； （3）掌握吸附剂的基本特性； 重 点：（1）吸附的机理；（2）吸附剂的基本特性； 难 点：吸附的机理； 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第十章 吸附 第一节 概述 第二节 吸附剂 共2课时，讲授 1、简述吸附机理。 课后作业 2、活性炭为什么具有很强的吸附作用什么物质易为活性炭吸附 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

7171

第10章 吸 附 （adsorption）

第1节 概 述

一、吸附法

一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的过程。即某种物质在另一种固体表面或微孔内积聚的现象。 二、吸附剂和吸附质

吸附剂：多属多孔固体物质，不仅有较大的外表面，还有很大的内表面，吸附作用主要靠在内表面上进行。

吸附质：能被吸附剂吸附的物质。 三、吸附机理

固体和液体一样，表面分子或离子由于受力不对称，而产生表面张力，具有表面能。当吸附质到其表面后，表面张力减小。

吸附剂表面的吸附力有三种:分子引力、化学键力、静电引力。 (1) 物理吸附

吸附剂和吸附质之间的分子引力产生的吸附。 (2) 化学吸附

吸附剂与吸附质之间由于化学键力发生了化学作用。 (3) 离子交换吸附

靠静电引力吸附质离子聚集在吸附剂表面的带电点上，同时放出等当量的同号离子。

四、吸附平衡与吸附等温线 (一) 吸附平衡

当溶液中吸附质的浓度和吸附剂单位吸附量不再发生变化时，吸附达到平衡，溶液中吸附质的浓度称为平衡浓度。 (二) 平衡吸附模型

1、Freundlich吸附等温式 2、Langmuir吸附等温式

模型要点：吸附剂表面活性点分布均匀，每点吸附一个吸附质的分子或 离子；单分子层吸附；吸附质所占面积相同。

3 BET(Branatter、Emmett及Teller)吸附等温式

模型要点：为多分子层吸附，每一层符合Langmuir吸附等温式。 (三)影响吸附的因素 1、吸附剂的性质

物理性质：孔的大小、比表面积、表面化学特性

7272

表面化学特性：经活化，表面的极性。 2、吸附质的性质

溶解度、分子量、分子极性、吸附质的浓度。(四)操作条件 1、温度：吸附为放热过程，温度升高，吸附量下降 2、pH 值：影响着吸附质的存在状态和吸附剂的表面特性。 3、接触时间：

4、共存物质：存在的物质中，有的能相互诱发吸附；有的被吸附；有的干扰吸附。做好水质的预处理 。

5、生物协同作用：吸附剂表面易繁殖微生物，有利于有机物分解。吸附剂一、吸附剂选择原则

(1)性能好：吸附量高，吸附速度快。 (2)再生效果好。 (3)物化性能好。 (4)价廉、来源广。 二、重要吸附剂

1、活性炭、活性炭纤维 2、吸附树脂

3、特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛。

4、其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣、等

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第 18 次课 2 学时

上次课复习： （1）掌握吸附的机理； （2）掌握吸附剂的基本特性

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本次课题（或教材章节题目）： 第10章 吸附 教学要求： （1）掌握吸附的方式；（2）掌握吸附的工艺设计； （3）了解吸附剂的再生方式；（4）了解吸附法的应用。 重 点：（1）吸附的方式；（2）吸附剂的再生方式； 难 点：吸附的方式； 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第十章 吸附 第三节 吸附方式与设计 第四节 吸附剂的再生 第五节 吸附法的应用 共2课时，讲授 1、什么叫吸附等温线有什么实用意义 2、简述活性炭的再生方法和机理。 课后作业 3、如何绘制动态吸附的穿透曲线有什么实用价值 4、何为吸附柱的穿透点到达穿透点时，吸附柱处于什么状态 5、吸附柱的有效高度为什么一定要大于吸附带的长度吸附带的长度与哪些因素有关 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

7575

第3节 吸附方式与设计

一、吸附方式 (一) 静态吸附

也称间歇式操作，将一定量的吸附剂与废水搅拌、混合，达到吸附平衡后，分离吸附剂。用于水量小的处理过程或试验。 (二) 动态吸附

废水和吸附剂在相对运动过程中完成吸附。 采用的设备为固定床、流化床和移动床。 二、吸附装置的设计 (一) 设计参数的来源 1、借鉴同类设计参数 2、进行静态、动态吸附试验 投资及运行费用。 (二) 动态吸附试验 1、吸附容量q 2、吸附带

(1) 吸附带饱和分数f (2) 吸附带的推进速度S (3) 吸附带高度

3、q动、q静与吸附层高度H的关系 (三) 工艺设计 1、吸附塔

塔径～；填充高度～10m；填充层与塔径比1～4。 2、控制条件

容积速度：固定床< 2m3/m3·h；移动床< 5m3/m3·h。 空塔流速(线速度)：固定床；移动床。 接触时间：10-50min 3、连续吸附串联级数 n 的确定:

根据穿透曲线进行计算。

第4节

一、加热再生 1、原理

在高温下，吸附质分子振动，从吸附剂表面活性点脱附下来。在高温下，有机物分子成气态分子逸出或成短链有机物在水中溶解度升高。

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吸附剂的再生

2、再生工程

脱水、干燥(100-150℃)、炭化(300-700 ℃)、活化(700-1000 ℃)。

3、再生设备

立式多段再生炉、旋转再生炉。 二、溶剂再生

1、原理： 吸附质与熔剂的亲和力大于与吸附剂的亲和力。 2、常用再生剂

酸碱类、有机溶剂；吸附的酚、醋酸可用氢氧化钠再生；吸附的DDT可用异丙醇再生。

三、其它再生方法 氧化法、生物法等

第5节 吸附法的应用

对印染废水、重金属废水、造纸废水、含油、酚废水国内外进行了吸附处理的研究，并得到了应用。 一、印染废水处理 二、重金属废水处理 三、应用条件及注意的问题

(一) 吸附法是一深度处理方法，处理的对象浓度低。 (二) 处理的对象便于再生和回收。 (三) 避免二次污染。 四、优缺点 效果好；

污染物易于回收；

吸附剂需要再生，工艺较复杂，运行费用较高。

7777

第 19 次课 2 学时

上次课复习： （1）吸附的方式； （2）吸附剂的再生方式；

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本次课题（或教材章节题目）： 第11章 离子交换 教学要求： （1）掌握离子交换树脂的特性； （2）掌握离子交换的原理。 重 点：（1）离子交换树脂的特性；（2）离子交换的原理； 难 点：离子交换的原理； 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第11章 离子交换 第一节 概述 第二节 离子交换树脂 第三节 离子交换原理 共2课时，讲授 1、什么是树脂的交换容量影响树脂工作交换容量的因素有哪些 课后作业 2、离子交换速度有什么实际意义影响离子交换速度的因素有哪些 3、什么是离子交换树脂的交换势影响交换势的主要因素有哪些 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

7979

第十一章 离子交换

第一节 概述

(一) 离子交换法

借助于离子交换剂上的离子和水中的有害离子进行交换的方法。是一特殊的吸附过程。

(二) 技术发展 (三) 应用 1、给水处理 2、废水处理 (四) 特点

第2节 离子交换树脂

系一类具有离子交换特性的有机高分子聚电解，固体球形颗粒，多孔网状结构。不溶于水和电解质。 (一) 组成

离子交换树脂：母体(骨架)、活性基团。 母体：合成离子交换树脂的主体。

活性基团：固定离子、可交换离子。两者所带电荷相同，电性相反。 (二) 树脂的分类 1、按离子交换的选择性

（1）阳离子交换树脂 （2）阴离子交换树脂 2、按离子交换树脂的内部结构

凝胶型离子交换树脂：树脂孔隙小而少，溶胀度 较大，水溶胀后呈凝胶状。 大孔型离子交换树脂：树脂孔大，溶胀度小，交换速度高，抗有机污染能力强。 等孔型离子交换树脂：孔大且均匀，抗有机污染能力强。 (三) 离子交换树脂的特性 (1) 外观 (2) 含水率

(3) 密度 （单位mg/L）

干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。

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表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度。。 (4) 交联度

交联度为树脂合成时交联剂的用量。交联度对树脂的许多性能具有决定性影响。 (5) 溶胀性

树脂吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示： (6)交换容量

单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活性基团数量。

(三) 树脂的选择

第三节

离子交换原理

一、离子交换平衡 (一) 交换反应的特点

交换反应的理论符合质量作用定律。

交换反应是可逆的等当量进行的同性离子的互换反应。 交换反应具有饱和性。

交换反应树脂母体和固定离子不发生变化。 (二) 离子交换平衡

[RBb]a[Bb]a bR—Aa++aBb+= aR—Bb++bAa+[RAa]bK[Aa]b (三) 离子交换的选择性 1 在常温、稀溶液中

离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。 2 在高浓度的溶液中

由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。

3 树脂的结构和性质 4 溶液的温度和pH

温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。

pH值： 影响某些离子的存在状态，影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。

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第 20 次课 2 学时

上次课复习： （1）离子交换树脂的特性； （2）离子交换的原理；

8282

本次课题（或教材章节题目）： 第11章 离子交换 教学要求： （1）掌握离子交换工艺及设备； （2）熟悉离子交换法在工业中的应用。 重 点：离子交换工艺及设备； 难 点：离子交换工艺 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第11章 离子交换 第四节 离子交换工艺及设备 第五节 离子交换法的应用 共2课时，讲授 1、简述离子交换树脂的再生原理，如何降低再生费用？ 2、从水中去除某些离子（例如脱盐），可以用离子交换法和膜分离法。您认为，当含盐浓度较高时，应该用离子交换法还是膜分离法，课后作业 为什么？ 3、电镀车间的含铬废水，可以用氧化还原法、化学沉淀法和离子交换法等加以处理。在什么条件下，用离子交换法进行处理是比较适宜的？ 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

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第四节 离子交换工艺及设备

一、离子交换操作方式 (一) 静态交换 (二) 动态交换 二、动态交换 (一) 装置类型

1 固定床系统：单床、复床 、混合床 2 移动床和流化床 (二) 工艺过程

交换→反洗→再生→正洗

三、树脂层离子交换规律——分层失效原理 (一) 废水中只有一种离子B+

(二) 废水中有几种离子B1+、B2+、B3+

废水中三种离子，且交换能力 B1+＞B2+＞B3+，B3+最先析出析出。交换可对废水中不同离子进行分离、提纯。四 树脂的再生 (一) 再生的目的 恢复树脂的交换能力 回收有用物质

(二) 再生原理

bR-Aa++aBb+→aR-Bb++bAa+

(三) 影响再生的因素 1、再生剂

（1）再生剂的种类 （2）再生剂的浓度

（3）再生剂用量 2 再生方式

(1) 顺流再生 (2) 逆顺流再生 五 离子交换设计

(一) 根据废水水质和处理 要求，选择离子交换剂。 (二) 选择合适的再生剂，估算其用量。 (三) 根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。 1、工艺流程的确定 2、主要工艺参数

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说明离子 (四) 离子交换柱尺寸确定 1、离子交换柱高度H 2、交换柱内径D

(五) 树脂用量确定

第五节 离子交换应用

一 在工业生产中的应用

柠檬酸、味精、青霉素的提纯。 二 水的软化和除盐 (一) 水质软化

1、Na离子交换软化系统

2、强酸性H离子交换脱碱软化系统 (二)水的除盐

1、H型阳离子交换和OH型阴离子交换树脂装置。

2、强酸H型阳树脂+脱除CO2+强碱OH阴树脂 三、离子交换处理工业废水 (一) 使用离子交换法处理废水注意的问题 (二) 离子交换处理电镀含铬废水 1、废水的来源及水质特征 2、基本原理 (三)离子交换除汞

对于电解食盐生产中城市的含汞废水，汞以氯化络合物的形式存在(HgCl4)2-。

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第 21 次课 2 学时

8686

注：本页为每次课教案首页

上次课复习： （1）离子交换树脂的工艺； （2）离子交换的设备； 本次课题（或教材章节题目）： 第12章 膜分离 教学要求： （1）了解膜的分类及应用方式； （2）掌握电渗析的工作原理和结构； 重 点：（1）膜的分类；（2）电渗析的工作原理和结构 难 点：电渗析的工作原理和结构 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第十二章 膜分离 第一节 概述 第二节 电渗析 共2课时，讲授 1、简述影响离子交换膜选择透过性的因素。 2、简述电渗析器的工作原理。 课后作业 3、什么是电渗析器的极化现象它对电渗析器的正常运行有何影响如何防止 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 8787

第12 章 膜分离技术（Membrane Separation Processes）

第1节 概述

一、膜分离技术

用某些具有特殊性能的薄膜为介质分离水溶液中某些物质的方法，统称膜分离技术。

二、膜的分类及应用方式

分类：固体膜、液体膜、溶胀的凝胶。

性质：离子交换膜、分子扩散膜、微孔膜、液膜。 应用：

电 渗 析 — 离子交换膜 反 渗 透 — 分子扩散膜 超 滤 — 微孔膜

液膜分离 — 液体膜三、膜分离技术的应用

1、在工业生产中：化工、冶金、制药、食品生产中某些产品的制备、分离和提纯。

2、在给水处理中：海水淡化、苦咸水的脱盐、硬水软化、高纯水的制备。 3、在废水处理中：印染、造纸、某些废液的处理，重金属废水的净化回收。

第二节 电渗析

一、离子交换膜

离子交换膜是离子交换树脂的另一种应用方式，是膜状的带活性基团的高分子聚电解质。

(一) 种类 1、按膜结构

均相膜：结构连续，化学性能均匀，电化学性能 优良。

异相膜：树脂和黏合剂按比例混合涂在支撑物上，膜的结构和化学性质不连续、不均匀。

半均相膜：由树脂和黏合剂制成，性能介于均相和异相膜之间。2、按膜性能 阳离子交换膜：膜内可交换离子为阳离子。 阴离子交换膜：膜内可交换离子为阴离子。 复合膜：由阳膜和阴膜复合而成。 (二) 膜的选择透过性

在直流电场的作用下，离子交换膜有选择地让某些离子透过而排斥另一种离子的性能。

(三) 影响膜选择透过性的因素

1、树脂的交联度。交联度高，交换基团浓度高，选择透过性好。 2、膜结构。化学结构均匀，选择透过性好。 3、膜外溶液的浓度。浓度高，选择透过性差。 (四) 膜理论——Donnan平衡理论

当膜两侧离子迁移达到平衡时，根据质量作用定律有：

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K[Na+]a[Cl-]a=K [Na+]b[Cl-]b

膜具有选择透过性，且膜外溶液浓度升高，选择性下降. 二、电渗析器 (一) 结构

电渗析由膜堆、极区、压紧装置、直流电源组成。 1、膜堆

膜堆由若干膜对构成。 膜对：阳膜+隔板+阴膜 隔板作用：

2、极区

极框+电极+垫板

作用：提供直流电源，通入、排出极水。 (1) 电极

作用：形成均匀直流电场。 (2) 极框

使极板和膜保持一定距离。材料为塑料板。 (二) 电渗析工作原理 (三) 组装、运行方式

级：水流过一次隔板为一段，多段串联增加水的流程，提供离子去除率和电流效率。

段：两电极之间的膜堆称为级。增加级数降低电压，增强电场。 三、电渗析过程及控制 (一) 电渗析过程 1、主要过程

反离子的迁移；电极反应。

2、次要过程

同离子迁移；浓差扩散；水的渗透；水的电渗；水极化电离；水的压透。 (二) 电流密度及极化现象 1、扩散电流密度 I扩

（1）通电前：浓水室、淡水室中电解质的浓度是均匀的；

（2）通电后：由于离子的迁移，浓、淡水室中主体和膜表面滞留层中的离子均匀分布造到破坏。

扩散电流密度I扩：

i扩nFdmCC nFDoAd (A/cm2)

2、膜内外电流密度

C0inFD3、极限电流密度i极 极C (tt) 在一定条件下，增加i，(Co- C1)增大，即减小。当增加到C 1=0时, i 称为1k极限电流密度。 vh

4、极化现象

（1）极化现象

当工作电流密度i工=i极时，由i极nFDC0(tt)可知，淡水室中膜表面滞留层中C1=0，为保证电流得通过，滞留层中得水分子发生电离，产生得H+和OH-代替离子导电，这一现象称为极化。

（2）危害：电导率降低，电阻升高，电耗增加。 （3）防止极化的方法：

A、控制工作电流密度i工﹤i极，控制i工=70-90%i极， B、定期倒换电极，减缓水垢生成。 C、定期对电渗析器进行酸洗，用1~%盐酸。

D、增加水流速度，减轻极化现象。 四、电渗析在废水处理中的应用 1、 酸洗废液回收酸和铁

2、 芒硝废液生产硫酸和氢氧化钠

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第 22 次课 2 学时

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注：本页为每次课教案首页

上次课复习： （1）膜的分类； （2）电渗析的工作原理和结构 本次课题（或教材章节题目）： 第12章 膜分离 教学要求： （1）了解反渗透膜的特性； （2）掌握反渗透的工作原理； 重 点：（1）反渗透膜的特性；（2）反渗透的工作原理 难 点：反渗透的工作原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第十二章 膜分离 第三节 反渗透 共2课时，讲授 4、简述反渗透的原理。 5、简述反渗透膜的选择透过性机理。 课后作业 6、简述反渗透操作过程中的浓差极化现象及其产生的原因、危害和预防措施。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 9292

第三节 反渗透

一、概述

反渗透：向水溶液施加压力，使水透过反渗透膜，使水溶液中的分子态和离子态、分子态的溶解物质得到浓缩。 二、特点

1、分离介质：分子扩散膜，也称半透膜。 2、截留因素：水溶液的渗透压和浓度。 3、分离对象：分子态和离子态溶解物。 三、渗透现象与渗透压

用一膜将纯水和水溶液隔开，纯水一侧得水分子透过膜向溶液一侧迁移叫正向迁移；溶液一侧水分子向纯水侧迁移叫反向迁移。四、反渗透 (一) 定义

在溶液一侧的液面上施加一大于渗透压的力，使水分子自溶液一侧向纯水侧迁移的现象。

(二) 热力学解释 四、反渗透膜 (一) 种类

醋酸纤维素膜，称CA膜。 芳香族聚酰胺膜，称中空纤维膜。 (二) 膜结构

1、表皮层 也称致密层或活化层。 2、过渡层

3、多孔层 (三) 膜透过 机理—氢键理论(溶解扩散理论)要点： 1、视膜为均匀无孔的固体溶剂，各种物质在其中的溶解度不同。

2、溶解主要是氢键作用，水透过是由于水分子和膜上的极性基团(羟基、酰基)形成氢键和氢键断开之故。

3、靠氢键和膜上活性基团结合很紧的水叫一级结合水，连接较松的称二级结合水。一级结合水介电常数低，无溶剂化作用。废水中的溶质不能溶于一级水中，理想的膜应只能含一级结合水。 (四) 膜性能 1、透盐率FS：

2、透水率Fw：

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(五) 浓差极化与预防措施 1、浓差极化

在运行过程中，膜界面层处，溶液溶质浓度大于主体流中的溶质浓度，溶质在膜界面出现浓聚的现象。 2、危害

（1）透水率降低； （2）透盐率升高；

（3）难溶盐在膜表面上沉淀，加快膜的变质速度。3、预防措施 提高进水水流的紊流程度，加速离子的扩散。 五、应用

1、海水淡化和苦咸水的脱盐。 2、纯水、超纯水的制备。 3、循环水处理

4、废水处理，金属离子和贵重金属的回收

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第 23 次课 2 学时

上次课复习： （1）反渗透膜的特性； （2）反渗透的工作原理；

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本次课题（或教材章节题目）： 第12章 膜分离 教学要求： （1）了解超滤膜的特性； （2）掌握超滤的工作原理； 重 点：（1）超滤膜的特性；（2）超滤的工作原理 难 点：超滤的工作原理 教学手段及教具：采用多媒体教学课件。 讲授内容及时间分配： 第十二章 膜分离 第四节 超滤 共2课时，讲授 1、反渗透膜与离子交换膜的异同点。 课后作业 2、简述超滤与反渗透的异同点。 1、《排水工程》下册（第四版） 张自杰主编，中国建筑工业出版社 2、《水处理工程师手册》 唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社 参考资料 3、《给水排水工程快速设计手册》 严煦世主编，中国建筑工业出版社 4、《给水排水设计手册》（第二版 中国建筑工业出版社 5、《给水处理理论》 许保久主编，中国建筑工业出版社 注：本页为每次课教案首页

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第四节 超滤一、超滤

为利用微孔膜为介质，截留普通过滤法不能分离的高分子有机物。如细菌、蛋白质、颜料和油类等。 二、与反渗透的比较 (一)相同点

均为以膜为介质的分离过程，且膜的材质相同。推动力相同，均为静压差。 (二) 不同点

1、膜结构和截留因素

2、处理对象 3、操作压力 三 原理

超滤膜对溶质的分离过程主要有： （1）在膜表面及微孔内吸附； （2）在孔内停留被去除； （3）在膜面的机械截留。

在压力作用下，原料液中的溶剂和小分子从高压侧透过膜到低压侧，大分子及颗粒组分被截留，形成浓液排出。膜的作用是靠一定大小和形状的孔，形成的筛分作用。 四 极化现象

(一)极化

极化现象为不能透过膜的物质在膜表面浓聚的现象。结果膜的通水量 急剧减少。 (二)防止极化的措施

1、使膜表面平行流动的水流速度大于3～4m/s，减少界面层的厚度，使溶质不断从膜表面送回到主流层中。 2、做好水的预处理。 五 应用

1 对生物处理后的废水进行深度处理。 2 用于生物膜反应器的开发。

3 油漆废水处理，回收油漆，实现水的循环利用。 4 含有废水处理

5 纸浆废水处理

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