注册公用设备工程师考试给排水辅导资料(二)

　　水处理专业名词及原理

　　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。

　　悬浮物：粒径在1nm以下，主要以低分子或离子状态存在的固体物质。

　　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。

　　色泽和色度：色泽是废水中的颜色种类，通常用文字描述。色度是指废水所呈现的颜色深浅程度。色度的两种表示方法：①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。②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。

　　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。

　　化学需氧量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。

　　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。

　　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。

　　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。可逐步分解为NH4+、NH3、NO3-、NO2-等形态，NH4+、NH3

　　为氨氮，NO2-为亚硝酸氮，NO3-为硝酸氮。总氮TN：是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。

　　废水的分类：①根据废水来源：分为生活污水和工业废水;

　　②根据废水中主要成分：有机废水、无机废水、综合废水;

　　③根据废水中的酸碱性：酸性废水、碱性废水、中性废水。

　　④根据产生废水的工业部门或生产工艺：焦化、造纸、电镀、化工、印染、农药及冷却废水。

　　废水中主要污染物质：①固体污染物②有机污染物③油类污染物④有毒污染物(无机化学毒物、有机化学毒物、放射性物质)⑤生物污染物⑥酸碱污染物⑦营养物质污染物⑧感官污染物⑨热污染。

　　废水处理方法及各自特点：物理处理法、化学处理法、生物处理法。

　　①物理处理法：通过物理作用分离，回收废水中不溶解的悬浮状态污染物的方法，可分为重力分离法、离心分离法及筛滤截留法。属于重力分离法的处理单元有沉淀、上浮等，相应的处理设备是沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法有离心分离机和水旋分离器等。筛滤截留法有栅筛截留和过滤两种处理单元，设备有格栅和筛网、砂滤池和微孔滤机等。

　　以热交换原理为基础的处理方法有蒸发、结晶等。

　　②化学处理法：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的方法。

　　以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等;以传质作用为基础的处理单元(物理化学处理法)有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透(膜分离技术)等。

　　③生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体以及悬浮状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质的方法。根据微生物的不同，分为好氧生物处理(活性污泥法和生物膜法)和厌氧生物处理(消化池处理高浓度有机废水和污泥)。

　　城市废水处理的典型流程及各部分的作用：①一级处理：主要处理对象是较大的悬浮物。截流于沉淀池的污泥可进行污泥消化或其他处理，出水可排放于水体或用于污水灌溉。②二级处理：对出水水质要求更高时，再进行生物化学法处理，主要处理对象是有机物，并进一步降低悬浮物含量。③三级处理和高级处理：出水水质更高时，在二级处理后进行三级处理。主要对象是营养物质(N、P)及其他溶解物质和微量杂质，采用的方法有吸附、吹脱和超滤。有时目的不是为了排放，而是为了直接回用，处理对象还包括去除废水中的细小悬浮物，难生物降解的有机物，微生物和盐分等，采用的方法可能有吸附、离子交换、反渗透、消毒等。三级处理前必须有一、二级处理，强调顺序性，而高级处理强调处理深度。

　　沉淀类型：①自由沉淀：废水中悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚的性能，在沉淀过程中，固体颗粒不改变形状，也不互相粘合，各自独立地完成沉淀过程。(沉砂池和初沉池的初期沉淀)

　　②凝聚沉淀：废水中悬浮固体浓度也不高，但具有凝聚的性能，在沉淀的过程中，互相粘合，结合成为较大的絮凝体，其沉淀速度是变化的。(在初沉池后期和二沉池初期)

　　③集团沉淀(成层沉淀)：当废水中悬浮颗粒的浓度提高到一定程度后，每个颗粒的沉淀将受到其周围颗粒的干扰，沉速有所降低，如浓度进一步提高，颗粒间的干涉影响加剧，沉速大的颗粒也不不能超过沉速小的颗粒，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。液体与颗粒群之间形成清晰的界面。沉淀的过程实际就是这个界面下降的过程。(活性污泥在二沉池的后期沉淀)

　　④压缩沉淀：此时浓度很高，固体颗粒互相接触，互相支承，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。(活性污泥在二沉池污泥斗中和浓缩池中的浓缩)

　　颗粒的沉降速度：依据斯托克斯公式得出。

　　沉淀池的表面负荷：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，以q表示。(数值上与颗粒沉速)

　　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20-80cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有I=0.1-0.2的坡度，以保证砂粒滑入。由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，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，有利于取得较为纯净的砂粒。

　　自由沉降总去除率试验的方法及总去除率的确定：将已测定过悬浮物含量的废水搅拌均匀后，同时注入数个沉淀管中，经t1时间后，从第一个沉淀管高h处取出一定数量的废水，同样，经过t2、t3、t4……t5时间后，相应地从第2、3、4……n个沉淀管中同一高度处取出同样数量的水样，测定其中悬浮物含量分别为c1\c2\c3……cn.沉淀率为E=c0-ct/c0，悬浮物经t时间的沉速为u0=h/t.以沉速为横坐标，以沉淀率为纵坐标，能够绘出“沉速-沉淀率”关系曲线。

　　理想沉淀池的工作过程分析：假定条件为：①池内废水按水平方向流动，从入口到出口，颗粒水平分布均匀，每个颗粒都按水平流速v流动;②悬浮颗粒在整个水深均匀分布，其水平分速等于废水的水平流速v，每个颗粒的沉速固定不变;③颗粒一经沉淀就不再上浮。沉淀池内分流入区、流出区、沉淀区和污泥区四部分。

　　沉淀池溢流率和颗粒沉降速度的关系：

　　沉淀池的分类及各自的水流特点：平流式(一端流入，按水平方向在池内流动，从另一端溢出)、辐流式(从中心进入，沉淀后废水从池周溢出，水平流动)、竖流式(从池中央下部进入，由下向上流动，沉淀后废水从池面和池边溢出)

　　斜管沉淀池增强沉淀效果的原理和具体方法：原理是理想沉淀池：在理想条件下，分隔成n层的沉淀池，理论上其过水能力为原池的n倍。具体方法：将水平隔层改为与水平面倾斜成一定角度的斜面，构成斜板或斜管。

　　曝气沉砂池的工作原理：由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，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，有利于取得较为纯净的砂粒。

　　格栅：是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物。

　　慢速滤池快速滤池高速滤池

　　过滤速度：关闭进水阀门后立即开始记录时间直至滤池水位下降到排水口附近时止，并记下水位下降高度。下降高度与滤池水位下降所用的时间即为过滤速度。

　　反冲洗强度：是指单位时间内单位滤料面积上所通过的冲洗水量。(L/m2.s)

　　滤料的不均匀系数：(滤料的级配)是指滤料中粒径不同的颗粒所占的比例，K80表示：K80=d80/d10

　　过滤周期：两次反冲洗的时间间隔称为过滤周期;从反冲洗开始到发洗结束的时间间隔称为反洗历时。

　　滤池的过滤作用机理：①机械隔滤作用：滤料层由大小不同的滤料颗粒组成，其间有很多孔隙，废水流经时，比孔隙大的被截留在孔隙中，于是孔隙越来越小，以后进入的较小悬浮颗粒也被截留下来，使废水得到净化。②吸附、接触凝聚作用：废水流经滤料层的过程中，要经过弯弯曲曲的水流孔道，悬浮颗粒与滤料的接触机会很多，在接触的时候，由于相互分子间的作用力结果，出现吸附和接触凝聚作用，尤其是过滤前加了絮凝剂时，接触凝聚作用更为突出，滤料颗粒越小，吸附和接触凝聚作用的效果越好。

　　滤池的结构和分类：

　　分类：①按滤速大小：慢滤池、快滤池、高速滤池;②按水流过滤层的方向：上向流、下向流、双向流;③按滤料种类：砂滤池、煤滤池、煤-砂滤池;④按滤料层数：单层滤料、双层滤料、多层滤料;⑤按水流性质：压力滤池和重力滤池;⑥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。

　　结构：滤池外部由滤池池体、进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及其附件组成;滤池内部由冲洗水排出槽、进水渠、滤料层、垫料层(承托层)、排水系统组成。

　　普通快速滤池的工作过程：过滤-反冲洗两个过程交替进行。滤池进水时，废水自进水管经进水渠、排水槽分配入滤池，废水在池内自上而下穿过滤料层、垫料层，由排水系统收集，并经出水管排出。工作期间滤池处于全浸没状态。反冲洗时，关闭进水管及出水管，开启排水阀及反冲洗进水管，反冲洗水自下而上通过排水系统、垫料层、滤料层，并由排水槽收集，经进水渠内的排水管排走。

　　对滤料的要求和滤层的结构：对滤料的要求：①滤料的粒径较大、物理强度较高、抗腐蚀性较强，而且成本较低;②抗冲击负荷的能力较强。

　　滤层的结构：

　　快速滤池常见的问题及解决办法：①气阻：滤料层内积聚了大量空气，特别是当滤料层内出现负水头时，这部分滤料层内呈现真空状态，使水中的溶解气体逸出并积聚在滤层中，以致滤水量显著减少。冲洗时，气泡会冲出滤层表面，因而出现大量空气，它是形成滤料层裂缝、水质恶化的原因。这中现象叫气阻或气闭。解决办法：可增高滤料层上的水深。在池深已定的情况下，可采取调换表面层滤料，增大滤料粒径的方法。有时可适当加大滤速促使整个滤料层内积污比较严重。

　　②结泥球：由于长时间冲洗不净，使滤料层内逐渐累积胶质状污泥并相互粘结。污泥主要成分是有机物，严重时会腐化发臭。解决办法：①改善冲洗：检查冲洗时滤层膨胀程度和冲洗废水的排出情况。适当调整冲洗强度和冲洗时间;另外，还需检查配水系统，有条件时另加表面冲洗装置或压缩空气辅助冲洗。②已结泥球的滤池排除方法：a、翻池人工清洗，并检查承托层是否移动和配水系统是否堵塞;b、滤池反冲洗后暂停使用，然后保留滤料面上水深20-30cm，加氯浸泡12h，以后再进行反冲洗。(加氯量：漂白粉1kg/m2，液氯0.3kg/m2)③跑砂漏砂：由于冲洗强度过大或滤料级配不当，反冲洗冲走大量滤料;冲洗水分配不均匀，承托层会发生移动，促使冲洗水分布更不均匀，最后某一部分承托层被掏空，以至滤料通过配水系统流失。解决办法：检查配水系统，并适当调整冲洗强度。均量池：均化水量的调节池。

　　均质池：均化水质的调节池。

　　调节的目的：均化水质或水量。

　　均量池的结构： P63.

　　异程式均质池的工作原理：常水位、重力流――沉淀池中每一质点流程由短到长，都不相同，再结合进出水槽的配合布置，使前后时程的水得以相互混合，取得随机均质的效果。

　　碱性废水：碱含量大于1%-3%的高浓度含碱废水，称为废碱液。

　　酸性废水：酸含量大于3%-5%的高浓度含酸废水，称为废酸液。

　　普通中和滤池：为固定床，水的流向分平流式和竖流式(又分升流式和降流式)，滤料粒径一般为30-50mm，不得混有粉料杂质，当废水中含有可能堵塞滤料的物质时，应进行预处理，过滤速度一般不大于5m/h，接触时间不小于10min，滤床厚度一般为1-1.5m.

　　升流式膨胀中和滤池：水流由下向上流动，流速高达30-70m/h，再加上生成二氧化碳气体作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，因此中和效果较好。

　　中和的目的：酸碱中和，以废治废。

　　投药中和与过滤中和的原理和适用条件：投药中和原理、适用条件：如石灰乳法是将石灰消解成石灰乳后投加，由于Ca(OH)2 对废水中的杂质具有凝聚作用，因此适用于含杂质多的酸性废水。

　　过滤中和的原理和适用条件：是指废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应。适用于含硫酸浓度大于2-3mg/L并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。

　　普通中和滤池和升流式膨胀中和滤池的优缺点：P74

　　混凝：通常把双电层作用而使胶体颗粒相互凝结过程的凝聚和通过高分子聚合物的吸附架桥作用而使胶体颗粒相互粘结过程的凝聚，总称为混凝。

　　双电层：胶核表面拥有一层离子，成为电位离子，电位离子层通过静电作用，把溶液中电荷相反的离子吸引到胶核周围，被吸引的离子称为反离子，它们的电荷总量与电位离子的相等而符号相反。这样，在胶核周围介质的相间界面区域就形成所谓双电层。

　　胶体颗粒的脱稳：要使胶体颗粒沉降就必须破坏胶体的稳定性，促使胶体颗粒互相接触，成为较大的颗粒，关键在于减少胶体的带电量。这可以通过压缩扩散层厚度，降低ξ电位来达到。这个过程就叫做胶体颗粒的脱稳作用。

　　混凝剂：能够使水中的胶体颗粒互相粘结和聚结的物质称为混凝剂.

　　碱式氯化铝：(PAC)是一种多价电解质，能显著降低水中粘土类杂质的胶体电荷。分子量大，吸附能力强，具有优良的凝聚能力，形成的混凝体较大，凝聚沉淀性能优于其他混凝剂。

　　助凝剂：废水混凝处理中，采用单一的混凝剂不能取得良好的效果，需要投加辅助药剂来提高混凝效果，投加的辅助药剂即为助凝剂。

　　澄清池：用于混凝处理的一类设备，在其内可同时完成混合、反应、沉淀分离等过程。

　　混凝的原理：双电层作用(低分子电解质对胶体微粒产生电中和以引起胶体微粒凝聚)和化学架桥作用(胶体微粒对高分子物质具有强烈的吸附作用，各微粒依靠高分子的连接作用构成某种聚集体，结合成为絮状物)。

　　胶体脱稳的机理：要使胶体颗粒沉降就必须破坏胶体的稳定性，促使胶体颗粒互相接触，成为较大的颗粒，关键在于减少胶体的带电量。这可以通过压缩扩散层厚度，降低ξ电位来达到。

　　影响混凝的因素：a、PH值。B、温度(35-40最佳)c、药剂种类和投加量;d、搅拌：适当。

　　混凝剂的分类及大致的应用范围：无机类和有机类。

　　混凝过程的阶段及各阶段的作用;投药、混合、反应及沉淀分离。混合阶段作用是将药剂迅速、均匀地分配到废水中各个部分，以压缩废水中胶体颗粒的双电层，降低或消除颗粒的稳定性，使这些颗粒能互相聚集成绒粒。反应阶段作用是促使失去稳定的胶体粒子碰撞结大，成为可见的矾花绒粒。

　　水力循环澄清池的工作原理：是利用原水的动能，在水射器的作用下，将池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，从而加强了水中固体颗粒间的接触和吸附作用，形成良好的絮凝体，加速沉淀速度，使水得到澄清。

　　物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附称物理吸附。

　　化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附称化学吸附。

　　离子交换吸附：吸附剂和吸附质之间发生由静电引力引起的吸附称离子交换吸附。

　　吸附平衡：如果吸附过程是可逆的，当废水和吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附，另一方面一部分已被吸附的吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂的表面，又回到液相中去，前者为吸附，后者为解吸，当两者速度相等时，即单位时间吸附数量等于解吸数量时，则吸附质在液相中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再改变而达到吸附平衡。

　　吸附容量：指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。

　　吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。

　　吸附质：废水中被吸附的物质。

　　静态吸附操作：废水在不流动的情况下进行的吸附操作。

　　动态吸附操作：废水在流动条件下进行的吸附操作。

　　吸附的分类和各自的特点：物理、化学、离子交换。

　　影响吸附过程的因素：吸附剂的性质、吸附质的性质和吸附过程的操作条件。

　　对吸附剂的要求：多孔或磨的很细的物质，有很大表面积。

　　吸附操作的形式和各自的特点：静态(间歇式操作)、动态(固定床为半连续式，移动床和流化床为连续式)

　　离子交换剂：无机和有机两类。无机的有天然沸石和人工合成沸石。有机的有磺化煤和各种离子交换树脂(是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，是一种疏松的具有多孔结构的固体球形颗粒)。

　　离子交换容量：是树脂交换能力大小的标准。可用重量法(单位重量的干树脂中离子交换基团的数量)和容积法(单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量)来表示。

　　离子交换树脂的选择性：由于离子交换树脂对于水中各种离子吸附的能力并不相同，对于其中一些离子很容易被吸附而对另一些离子却很难吸附，被树脂吸附的离子在再生的时候，有的离子很容易被置换下来，而有的却很难被置换。离子交换树脂具有的这种性能称为选择性能。

　　单床离子交换器：使用一种树脂的单床结构。

　　多床离子交换器：使用一种树脂，由两个以上交换器组成的离子交换系统。

　　复床离子交换器：使用两种树脂的两个交换器的串联系统。

　　混合床离子交换器：同一交换器内填装阴阳两种树脂。

　　联合床离子交换器：复床与混合床联合使用。

　　顺流再生与逆流再生：再生阶段的液流方向和交换时水流方向相同为顺流再生，反之为逆流再生。

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