水处理技术的发展方向: 加强微量有机物去除: 加强常规处理 增加预处理(如生物预处理) 增加后处理(如活性炭吸附、化学氧化) 开发新技术(如膜技术) ③加强消毒:防止各种致病微生物的影响 ③消毒副产物的问题:替代氯的其它消毒技术 管网水二次污染控制: 、废水处理 (一)基本处理方法 1.物理法:沉淀、气浮、筛网 2.化学法:处理溶解性物质或胶体 中和、吹脱、混凝、消毒 3.生物处理方法:好氧、厌氧 (二)城市污水处理一般流程 预处理→·←一级处理←一二级处理 三级处理 排放或利用 放或利用 初 生物处理 物化处理「消|排放或 士活性污泥法 或生物膜法 沉或生物处理毒 泥 y利余污泥沼气利用处置或利用 y消化|脱水 上清液 预处理: Preliminary treatment 一级处理: Primary treatment 二级处理: Secondary treatment 三级或深度处理: Tertiary or advanced treatment 深度处理一般以污水回收、再用为目的。 BOD去除率 SS去除率 级处理 20-40 50-70 级处理 存在问题: 基建与运行费用高,占地大,剩余污泥产量大,管理麻烦,不能除去氮磷 发展方向 低耗高效处理技术:天然处理
6 水处理技术的发展方向： K加强微量有机物去除： 加强常规处理 增加预处理（如生物预处理） 增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化） 开发新技术（如膜技术） K加强消毒：防止各种致病微生物的影响 K消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术 K管网水二次污染控制： 二、废水处理 （一）基本处理方法 1．物理法：沉淀、气浮、筛网 2．化学法：处理溶解性物质或胶体 中和、吹脱、混凝、消毒 3．生物处理方法：好氧、厌氧 （二）城市污水处理一般流程 预处理：Preliminary treatment 一级处理：Primary treatment 二级处理：Secondary treatment 三级或深度处理：Tertiary or advanced treatment 深度处理一般以污水回收、再用为目的。 BOD 去除率 SS 去除率 一级处理 20－40 50－70 二级处理 75－95 75－95 存在问题： 基建与运行费用高，占地大，剩余污泥产量大，管理麻烦，不能除去氮磷。 发展方向： 低耗高效处理技术：天然处理 二级处理 格 栅 沉 砂 初 沉 二 沉 生物处理 活性污泥法 或生物膜法 物化处理 或生物处理 消 毒 原 废 水 回流污泥 剩余污泥 初 沉 污 泥 消化 脱水 上清液 沼气利用 处置或利用 三级处理 排放或利用 排放或利用 排放或利用 预处理 一级处理
厌氧处理技术 深度处理与再生利用技术 污泥处理技术 传统污水系统的变革 (三)工业废水处理 根据水质不同、处理程度工艺而异 一般大多以生物处理为主, 但常有前处理(调节、气浮除油、中和) 根据需要有后处理:混凝、过滤、活性炭吸附 重要课题:难降解有机物工业废水的治理技术,如农药废水、造纸废水、染料废水等
7 厌氧处理技术 深度处理与再生利用技术 污泥处理技术 传统污水系统的变革 （三）工业废水处理 根据水质不同、处理程度工艺而异。 一般大多以生物处理为主， 但常有前处理（调节、气浮除油、中和） 根据需要有后处理：混凝、过滤、活性炭吸附 重要课题：难降解有机物工业废水的治理技术， 如农药废水、造纸废水、染料废水等
第二章混凝 第1节混凝的去除对象 混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物,是一种化学方法 范围在:1nm-.lμum(有时认为在1um) 混凝目的:投加混凝剂使胶体脱稳,相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质:粘土(50nm-4um) 细菌(02um-80um) 病毒(10nm-300nm) 蛋白质(lnm-50nm)、腐殖酸 1637年我国开始使用明矾净水 884年西方才开始使用 混凝过程涉及到三个方面的问题:水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用 第2节胶体的性质 胶体的稳定性 1.动力学稳定性:布朗运动对抗重力。 2.聚集稳定性:胶体带电相斥(憎水性胶体) 水化膜的阻碍(亲水性胶体) 两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。 、胶体的双电层结构 动电位电位:决定了胶体的聚集稳定性 般粘土电位=15~40mV 细菌电位=-30~-70mV 图151胶体双电层结构示意 三、DLO理论 胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用 间距x 和距离来评价。由下列两方面的力决定 静电斥力:ER-1(d2 范德华引力:EA-1d°(有些认为是1或1/d) 由此可画出两者的综合作用图。 另一方面,胶体的布朗运动能量Eb=1.5kT
8 第二章 混凝 第1节 混凝的去除对象 混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。 范围在：1nm~0.1μm（有时认为在 1μm） 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 μm） 细菌（0.2μm-80μm） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸 1637 年 我国开始使用明矾净水 1884 年 西方才开始使用 混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用 第2节 胶体的性质 一、胶体的稳定性 1．动力学稳定性：布朗运动对抗重力。 2．聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。 二、胶体的双电层结构 动电位ζ电位：决定了胶体的聚集稳定性 一般粘土ζ电位＝-15~-40mV 细菌ζ电位＝-30~-70mV 三、DLVO 理论 胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用 和距离来评价。由下列两方面的力决定： 静电斥力：ER－1/d2 范德华引力：EA－1/d（有些认为是 6 1/d2 或 1/d3 ） 由此可画出两者的综合作用图。 另一方面，胶体的布朗运动能量 Eb＝1.5kT
k:波兹曼常数,T:温度 Eb<Emax(势垒) 胶体距离ⅹ<oa,凝聚(一次凝聚) x>oa,稳定(二次凝聚除外) 以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。 德加根( derjaguin)、兰道( Landon)(苏联,1938年独立提出 伏维( Verwey)、奥贝克( Overbeek)(荷兰,1941年独立提出) 胶体的凝聚: 降低静电斥力一一二电位↓一一势垒↓一一脱稳一一凝聚 办法:加入电解质,但只适用于憎水性胶体 第3节水的混凝机理与过程 铝盐在水中的化学反应 铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO)18H2O,溶于水后,立即离解铝离子,通常是以 A(H2O存在。在水中,会发生下列过程 1.水解过程 配位水分子发生水解: [Al(H20)6]--[Al(OH(H2O)5]+H 其结果是:价数降低,pH降低,最终产生--AlOH)3沉淀 2.缩聚反应 OH一发生架桥,产生高价聚合离子(多核羟基络合物) 其结果是:电荷升高,聚合度增大 同时多核羟基络合物还会继续水解 因此,产物包括:未水解的水合铝离子 单核羟基络合物 多核羟基络合物 氢氧化铝沉淀 各种产物的比例多少与水解条件(水温、p、铝盐投加量)有关。 二、混凝机理 水的混凝现象比较复杂。至今尚未有统一认识。 凝聚( Coagulation)、絮凝( Flocculation) 混凝:包括两者 1.压缩双电层 根据DLVO理论,加入电解质对胶体进行脱稳 电解质加入一一与反离子同电荷离子↑一一压缩双电层一电位↓一一稳定性↓一一凝 聚
9 k：波兹曼常数，T：温度 Eb<Emax（势垒） 胶体距离 x<oa, 凝聚（一次凝聚） x>oa， 稳定（二次凝聚除外） 以上称为 DLVO 理论。只适用于憎水性胶体。 德加根（derjaguin）、兰道（Landon）(苏联，1938 年独立提出〕 伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941 年独立提出） 胶体的凝聚： 降低静电斥力――ζ电位↓――势垒↓――脱稳――凝聚 办法：加入电解质，但只适用于憎水性胶体 第 3 节 水的混凝机理与过程 一、铝盐在水中的化学反应 铝盐最有代表的是硫酸铝 Al2(SO4)3⋅18H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以 [Al(H2O)6] 3+存在。在水中，会发生下列过程。 1．水解过程 配位水分子发生水解： [Al(H2O)6] 3+――[Al(OH)(H2O)5] 2++ H+ ……. 其结果是：价数降低，pH 降低，最终产生――Al(OH)3 沉淀 2．缩聚反应 －OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物） …….. 其结果是：电荷升高，聚合度增大 同时多核羟基络合物还会继续水解。 因此，产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基络合物 多核羟基络合物 氢氧化铝沉淀 各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关。 二、混凝机理 水的混凝现象比较复杂。至今尚未有统一认识。 凝聚（Coagulation）、絮凝（Flocculation ） 混凝：包括两者 1．压缩双电层 根据 DLVO 理论，加入电解质对胶体进行脱稳。 电解质加入――与反离子同电荷离子↑――压缩双电层――ζ电位↓――稳定性↓――凝 聚
(2) 电位=0,等电状态,实际上混凝不需要ξ电位=0,只要使Emax=0即可,此时的二电位称 为临界电位 示例:河川到海洋的出口处,由于海水中电解质的混凝作用,胶体脱稳凝聚,易形成三 角洲。 叔采一哈代法则可以适用,即:凝聚能力∝离子价数6 但该理论不能解释:1)混凝剂投加过多,混凝效果反而下降; 2)与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。 这些都与胶粒的吸附力有关,绝非只来源于静电力,还来源于范得华力、氢键及共价键 力(多出现在有聚合离子或高分子物质存在时) e 滑动面 2.吸附电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。 指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子 物质、胶粒等,来降低二电位。这一点与第1条机理不同 在铝盐混凝剂的过程中,水解的多核羟基络合物主要 起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的AP产生的 单纯的压缩双电层作用甚微。 3.吸附架桥 指高分子物质和胶粒,以及胶粒与胶粒之间的架桥 高分子投量过少,不足以形成吸附架桥,但投加过多, 会出现“胶体保护”现象。 4.网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕 小胶粒与大矾花发生接触凝聚 澄清池中发生的现象 根据以上机理,可以解释在不同pH条件下,铝盐可能产生的混凝机理。 pH 简单的水合铝离子起压缩双电层作用 pH=4-5多核羟基络合物起吸附电性中和 pH=6.5-75多核羟基络合物起吸附电性中和;氢氧化铝起吸附架桥、网捕
10 ζ电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要ζ电位＝0，只要使 Emax=0 即可，此时的ζ电位称 为临界电位。 示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三 角洲。 叔采－哈代法则可以适用，即：凝聚能力∝离子价数 6 但该理论不能解释：1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降； 2）与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。 这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键 力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。 2．吸附-电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。 指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子 物质、胶粒等，来降低ζ电位。这一点与第 1 条机理不同。 在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要 起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的 Al3+产生的 单纯的压缩双电层作用甚微。 3．吸附架桥 指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多， 会出现“胶体保护”现象。 4．网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕 小胶粒与大矾花发生接触凝聚 ―――澄清池中发生的现象 根据以上机理，可以解释在不同 pH 条件下，铝盐可能产生的混凝机理。 pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用 pH=4－5 多核羟基络合物起吸附电性中和 pH=6.5-7.5 多核羟基络合物起吸附电性中和；氢氧化铝起吸附架桥、网捕