环保工程师专业知识一课件讲义1-10讲.pdf

保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第1讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第1讲讲义注册环保考试科目、分值、时间分配及题型特点注册环保考试科目、分值、时间分配及题型特点注册环保考试科目、分值、时间分配及题型特点 一、考试科目 一、考试科目 1环境法规与标准 2水污染防治工程技术 3污水处理与再生利用工程实践 4大气污染防治工程技术 5大气污染防治工程实践 6固体废物处理处置工程技术 7固体废物处理处置工程实践 8物理污染控制工程技术 9物理污染控制工程实践 二、考试时间分配及试题分值 二、考试时间分配及试题分值 1全国勘察设计注册环保工程师资格的专业考试分为2天，第一天为专业知识考试，第二天为专业案例考试，考试时间每天上、下午各3小时。2第一天专业知识性考题，上、下午各70题，前40题为单选题，每题分值1分，后30题为多选题，每题分值2分，上、下午合计计分，试卷满分200分。专业知识考试不分专业方向，均为必答题。3第二天专业案例分析考题，分水污染防治、大气污染防治、固体废物处理处置、物理污染防治四个专业方向，每个专业方向上、下午各25题，内容包括各专业方向的工程技术与实践、环境法规与标准。考生可根据自己的实际情况，上、下午只能选择同一专业方向的25题作答，多选或跨专业方向选答无效。每题分值为2分，上、下午合计计分，试卷满分100分。三、题型特点 三、题型特点 考题由知识题、综合能力题、简单计算题、连锁计算题及案例分析题组成，连锁题中各小题的计算结果一般不株连。污水物理化学处理工程基础第2篇 水污染防治工程基础与实践第2篇 水污染防治工程基础与实践 第1章 污水物理化学处理工程基础第1章 污水物理化学处理工程基础 水中污染物分类：水中污染物分类：按污染物在水中的存在状态分为：悬浮物、胶体、溶解物 按化学特性分为：无机物、有机物 按处理方法分为：物理法、化学法、生物法 1.1混凝1.1混凝 大大纲纲要求：掌握混凝的技要求：掌握混凝的技术术和方法和方法 概念：通过投加混凝剂使水中难以沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程。1.1.1胶体的基本性质1.1.1胶体的基本性质 胶体的表面电荷与胶体的稳定性 1.1.2混凝动力学1.1.2混凝动力学 异向絮凝：细小颗粒在水分子无规则热运动的撞击下做布朗运动所造成的颗粒间碰撞聚集 同向絮凝：指由外力所造成的流体运动而产生的颗粒撞碰聚集，外力有两种方式：机械搅拌和水力搅拌。混凝过程的控制指标参数：在水处理中，使胶体脱稳的过程称为“凝聚”，脱稳胶体相互聚集的过程称为“絮凝”，混凝是两者的统称。凝聚的设备为混合设备，絮凝的设备为絮凝池，要掌握其控制参数 混合池：速度梯度G=5001000S-1，水力停留时间T=1060S，GT=（13）104 絮凝池：G=2070S-1，水力停留时间T=1520S，GT=104105 1.1.3混凝工艺1.1.3混凝工艺 混凝机理：电性中和：由于异号离子、异号电荷或高分子带异号电荷部位与胶核表面的静电吸附，中和了胶体原来所带电荷，从而使胶体脱稳。吸附架桥：利用高分子的长链结构来连接胶粒形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮状体。沉淀物的卷扫（网捕）：以铝盐和铁盐为滋凝剂时，所产生的氢氧化铝和氢氧化铁在沉淀过程中，能够以卷扫（网捕）形成，使水中的胶体微粒随其一起下沉。关关于混凝工于混凝工艺艺今年考了一道今年考了一道题题：题题目是目是阴阴离离子型有机高分子絮凝子型有机高分子絮凝剂剂去除水中去除水中胶胶体粒子的主要作用机理：体粒子的主要作用机理：选项为选项为a a压缩压缩双双电电层层；b b电电性中和；性中和；c c吸附架吸附架桥桥；d d沉沉淀淀网网捕，根据捕，根据教教材中材中2929至至3131页页的的内内容可知容可知应该选择应该选择c c吸附架吸附架桥桥，即投加的有机高分子絮凝，即投加的有机高分子絮凝剂剂的某一基的某一基团团与与胶胶粒表面某一部位互相吸附后，粒表面某一部位互相吸附后，该该高分子的其余部位高分子的其余部位则则伸展在溶液中，可以伸展在溶液中，可以与与表面有空位的表面有空位的胶胶粒吸附，粒吸附，这这样样形成了一形成了一个个“胶胶粒粒-高分子高分子-胶胶粒粒”的絮的絮状状体，高分子起到了体，高分子起到了对胶对胶粒粒进进行架行架桥连桥连接的作用。接的作用。影响混凝的主要因素：水温：水温低影响混凝效果 PH值：对于不同混凝剂的影响程度不同 碱度：应保证一定的碱度 水中杂质的性质、组成和浓度：大小不一的颗粒有利于凝聚 混凝剂的配制与投加：混凝剂与助凝剂：助凝剂是为了改善或强化混凝过程而投加的一些辅助药剂。混凝剂的配制与投加 溶解池（储液池）容积：W1=（0.20.3）W2 溶液池容积：计量设备：定量投药泵、转子流量计、电磁流量计、孔口计量设备等 药剂投加：重力投加、压力投加 1.1.4混合和絮凝的基本要求和方式1.1.4混合和絮凝的基本要求和方式 影响混合的因素：药剂的品种、浓度、原水的温度、水中颗粒的性质和大小等，混合方式基本上可分为水力混合和机械搅拌混合两类。完成絮凝的两个主要条件：具有充分絮凝能力的颗粒和保证颗粒获得适当的碰撞接触而不致破碎的水力条件。沉淀、澄清及浓缩1.2沉淀、澄清及浓缩1.2沉淀、澄清及浓缩 大大纲纲要求：掌握要求：掌握沉沉淀、澄淀、澄清清及及污污泥泥浓缩浓缩的技的技术术和方法和方法 1.2.1沉淀原理和分类1.2.1沉淀原理和分类 沉淀原理：利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除。沉淀分类 自由沉淀絮凝沉淀拥挤沉淀压缩沉淀 在城市在城市污污水水处处理流程中，在理流程中，在沉沉砂池中砂粒的砂池中砂粒的沉沉淀一般淀一般为为自由自由沉沉淀，活性淀，活性污污泥在二泥在二沉沉池中池中为为絮凝絮凝沉沉淀，二淀，二沉沉池下部池下部污污泥的泥的沉沉淀淀为拥挤为拥挤沉沉淀，活性淀，活性污污泥在泥在污污泥泥浓缩浓缩池中的池中的浓缩过浓缩过程程为压缩为压缩沉沉淀，淀，这这部分部分内内容今年也出了一道容今年也出了一道题题目，目，题题目的目的内内容大致是容大致是关关于于沉沉淀分淀分类类的的论论述述哪哪一一项项是正是正确确的：的：4 4个个选项选项内内容容为为：a a沉沉砂池是自由砂池是自由沉沉淀；淀；b b混凝混凝沉沉淀淀为为絮凝絮凝沉沉淀；淀；c c二二沉沉池底部池底部应该应该是是压压缩缩沉沉淀，淀，与与污污泥泥浓缩浓缩池一池一样样；d d浓缩浓缩池是池是压缩压缩沉沉淀，淀，从从选项选项内内容容来来看，看，abdabd都是正都是正确确的，的，c c选项选项中二中二沉沉淀下部淀下部污污泥的泥的沉沉淀淀为拥为拥挤挤沉沉淀，不是淀，不是压缩压缩沉沉淀，所以淀，所以c c错误错误。沉淀颗粒的沉速 低流速的离散性颗粒，在水中受到重力、浮力和水的阻力三个力的作用，其合力决定颗粒在水中的加速度和沉速。沉淀试验 自由沉淀试验 絮凝沉淀（干扰沉淀）试验 拥挤沉淀试验 1.2.2沉淀池1.2.2沉淀池 沉淀池的分类 按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池 按在工艺流程中位置不同，可分为初沉池和二沉池 按截除颗粒沉降距离不同，可分为一般沉淀池和浅层沉淀池 平流式沉淀池：构造：进水区、出水区、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置 平流式沉淀池的工作原理 掌握沉淀池的设计计算：根据静置沉淀试验所求得的沉速和表面负荷等数据来计算。（P41P42的公式）掌握污泥区的计算公式 缓冲水层（位于污泥区和澄清区之间）的深度可取0.30.5m 沉淀池的个数宜在2个以上。掌握平流式沉淀池的进出水装置和排泥斗形式以及平流式沉淀池的设计技术参数的选择（见第三章内容）平流沉淀池的优缺点 辐流式沉淀池 可作为初沉池或二沉池 构造 优缺点 设计要求和参数选择（掌握设计参数）竖流式沉淀池 掌握设计要求和参数选择：例如设计中心管流速不大于30mm/s等 斜板（管）沉淀池 分类：侧向流、同向流、异向流斜板（管）沉淀池 掌握设计要求和参数的选择 掌握其应用条件：例如其不宜作为二沉池使用，主要原因是活性污泥的黏度大，易因污泥的黏附而影响沉淀效果。1.2.3澄清池1.2.3澄清池 原理 是利用高浓度的活性泥渣层的接触絮凝作用，将水中杂质阻留，使水得到澄清。类型与特点 循环（回流）泥渣型澄清池 是利用机械或水力的作用，使部分沉淀泥渣循环回流以增加和水中杂质的接触碰撞和吸附机会，提高混凝的效果。包括机械搅拌澄清池和水力循环澄清池等 a机械搅拌澄清池 特点：单位面积处理量较大，但设备的日常管理和维修工作量较大，适用于较大的处理规模。适用条件：无机械刮泥时，进水浊度一般不超过500度，有机械刮泥时，一般为5003000度 b水力循环澄清池 由于絮凝不够充分，对水质和水温适应能力较差，目前应用不太多，适用于中、小型处理规模。悬浮泥渣型澄清池 工作原理：是使上升水流的流速等于絮粒在静水中靠重力沉降的速度，絮粒处于既不沉淀又不随水流上升的悬浮状态，当絮粒集结到一定厚度时，就构成泥渣悬浮层，原水通过时，水中杂质与絮粒碰撞接触，并被悬浮泥渣层的絮粒吸附、过滤而截留下来。包括悬浮澄清池和脉冲澄清池等。a悬浮澄清池 适用于中、小处理规模，对进水水量、水温及加药量较敏感，可建成单层式或双层式，单层式适用于原水浊度长期低于3000度以下，双层式可适用原水浊度超过3000度左右。单池面积不宜超过150m2 b脉冲澄清池 澄清效率高，具有脉冲的快速混合、缓慢充分的絮凝、大阻力配水系统而使布水较均匀、水流垂直上升和池体利用较充分等优点，多用于处理原水浊度小于3000度的水。一般脉冲澄清池的脉冲周期可采用3040s，充放时间比为3：14：1 1.2.4污泥浓缩1.2.4污泥浓缩 其工艺有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩三种方式，国内一般采用重力浓缩。浓缩的目的 污泥的含水率非常高，达95%以上，因而其体积非常大，浓缩的目的在于减容，例如含水率由99%降到96%时，体积可减小3/4，可为后续的污泥处理创造条件。重力浓缩池 间歇式 连续式 重力浓缩池的设计 其工艺设计见第3章。保 存 打 印 关 闭 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第2讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第2讲讲义1.3 沉 砂 1.3 沉 砂沉 砂 大大纲纲要求：掌握要求：掌握沉沉砂的技砂的技术术和方法和方法 1.3.1沉砂目的及原理沉砂目的及原理 目的是在泵站或初沉池前去除城市污水比重约为2.65的砂粒以及工业废水中的金属粉粒等比重较大的无机颗粒物，以减轻颗粒物对泵和管道的磨损以及减轻初沉池的负荷，保证后续处理构筑物的正常运行。（颗粒物的沉淀为自由沉淀）1.3.2沉砂池的类型及特点沉砂池的类型及特点 平流沉砂池 构造：由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成。污水在沉淀区水平流动，通过控制流速等参数理论上让无机颗粒进行自由沉淀。设计参数：设计流量、水平流速、水力停留时间、沉砂池有效水深、分格数、每一格沉砂池的宽度、沉砂量以及沉砂池超高等，第3章进行讲解。曝气沉砂池 原理：利用侧向鼓入的空气的作用使池内水做旋流运动，增加了无机颗粒之间的互相碰撞、磨擦的机会和强度，导致颗粒表面附着的有机物脱落，比重大的被甩向池的外侧下沉，而比重较轻的有机物则被水流带走，克服了平流沉砂池中约夹杂有15%有机物的缺点。设计参数：最大旋流速度（0.250.3m/s）、水平前进流速（0.060.12m/s）、停留时间（12min）、有效水深（23m）、宽深比（1.01.5）、长宽比（5）和曝气量（0.10.2m3/m3污水）等，具体在第3章讲解。钟式沉砂池 是旋流沉砂池的一种，目前应用较广泛，利用机械力控制沉砂池内水流流态与流速，加速砂粒的沉淀，污水由流入口切线方向流入沉砂区，利用电动机及传动装置带动叶片将比重大的砂粒在离心力的作用下甩向池壁，掉入砂斗，有机物则留在污水中。最佳沉砂效果可由调整转速来控制。关于沉砂池的内容07年的考试内容也有涉及，是关于曝气沉砂池的三道连锁题，第一道是有关曝气沉砂池的参数论述，这个内容好查，在设计规范中有，第二道是计算供氧量，第三题记不清了，这几道题的计算过程应参照本书285页的内容，咱们第三章再详细学习。另外，本节也可能出这样的题，如题目为：沉砂池的主要功能是（）。A去除密度较大的有机颗粒 B去除密度较小的有机颗粒 C去除密度较小的无机颗粒 D去除密度较大的无机颗粒 从本书50页的内容可知应选D，去除密度较大的无机颗粒。1.4 隔 油 1.4 隔 油隔 油 大大纲纲要求：掌握隔油的技要求：掌握隔油的技术术和方法和方法 含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等。1.4.1油品在废水中的状态（主要包括四种状态）油品在废水中的状态（主要包括四种状态）悬浮状态：油珠粒径一般大于100m 乳化状态：油珠粒径小于10m，一般为0.12m 溶解状态：油珠粒径比乳化状态的小，有的可小到几纳米，溶于水 重油：可用沉淀法去除比重大于1的重油 对于含油废水的处理，一般采用重力分离法去除悬浮状态的油和重油，其构筑物为隔油装置，对于乳化状态的油一般采用破乳混凝气浮工艺进行处理。1.4.2隔油原理隔油原理 粒径较大的浮油的上浮规律遵从斯托克斯公式，应掌握公式中参数的确定。1.4.3隔油池构造和工作原理隔油池构造和工作原理 平流式隔油池 废水从池的一端流入，从另一端流出，其中比重小于1且粒径较大的油珠上浮到水面上，而比重大于1的杂质则沉于池底，上浮的油可油刮板刮到出水端，由集油管排出，沉渣则可通过排泥管排出。优点是构造简单，便于运行管理，除油效果稳定，缺点是池体大，占地面积多。斜板隔油池 采用波纹形斜板，废水沿板面向下流动，从出水堰排出，水中的油珠沿板的下表面向上流动，然后经集油管收集排出，水中的悬浮物沉降到板上表面，落到池底可经排泥管排出。目前我国一些含油废水处理站，多采用这种形式的隔油池。1.4.4隔油池的设计参数隔油池的设计参数 平流式隔油池（去除油珠粒径不小于150m）污水停留时间（1.52h），污水的水平流速（25m/s），单格池宽不大于6m，长宽比不小于4，有效水深不应大于2m，超高不小于0.4m，刮泥机的刮板移动速度不大于2m/min，排泥管的直径不小于200mm，集油管直径宜为200300mm，池底坡度为0.010.02，污泥斗倾角为45，考虑加热及灭火设施。斜板隔油池（去除油珠粒径不小于80m）表面水力负荷（0.60.8m3/m2h），斜板的净距为40mm左右且倾角不应小于45。1.5 气 浮 1.5 气 浮气 浮 大大纲纲要求：掌握要求：掌握气气浮的技浮的技术术要要点点 1.5.1气浮原理气浮原理 向水中通入空气，产生微细的气泡，使水中的细小悬浮物黏附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣，达到去除水中悬浮物，改善水质的目的。气浮的影响因素及提高气浮效果的措施 气泡直径越小，数量越多，气浮的效果越好；水中的无机盐类会加速气泡的破裂和合并，降低气浮效果；投加混凝剂会促进悬浮物凝聚，使其黏附在气泡而上浮；可加入浮选剂使亲水性颗粒表面转化为疏水性物质而黏附在气泡上，随气泡上浮。1.5.2气浮法的分类和适用范围气浮法的分类和适用范围 分类：电解气浮法：运行时借助电极解作用，在两个电极区不断产生氢、氧和氯气等微气泡，废水中的悬浮颗粒黏附于气泡上上浮到水面而被去除。工艺简单，设备小，但电耗大。散气气浮法：是空气通过微细孔扩散装置或微孔管或叶轮后，以微小气泡的形式分布在污水中进行气浮处理的过程。优点：简单易行。缺点：气泡较大，气浮效果不好。溶气气浮法：包括加压溶气气浮和溶气真空气浮，加压溶气气浮是空气在加压条件下溶于水中，而在常压下析出。（国内外较常用）溶气真空气浮是空气在常压或加压条件下溶于水中，在负压条件下析出。（气浮法）适用范围：分离悬浮油和乳化油 可代替活性污泥法的二沉池对曝气池出流混合液进行固液分离 可分离工业废水中的有用物质（如纸浆）可分离以分子或离子状态存在的物质（如金属离子、表面活性物质等）1.5.3加压溶气气浮法加压溶气气浮法 系统组成：包括溶气系统、空气释放装置、气浮池。工艺流程分类：全溶气流程部分溶气流程回流加压溶气流程 溶气方式：水泵吸水管吸气溶气方式、水泵压水管射流溶气方式和水泵-空气压缩机组合溶气方式。加压溶气气浮的优点：加压情况下，水中空气溶解度大，能提供足够的溶气量，以满足不同的气浮要求；突然减压释放产生的气泡直径小（20100），粒径均匀，微气泡上浮稳定，对液体的扰动小，特别适用于松散絮体和细小颗粒的固液分离；流程简单，维护管理方便。气浮池形式：平流式气浮池：被处理的废水由池一端的下部进入接触区，微气泡与废水进行均匀混合，使其中的悬浮颗粒黏附于气泡上，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，水中污染物随气泡一起上浮到水面上，经刮渣设备刮除。优点：池身浅，造价低，构造简单，管理方便 缺点：分离区容积利用率不高。竖流式气浮池：优点：接触区在池中央，水流向四周分散，水力条件比平流式好，缺点：构造较复杂。设计参数：有效水深、表面负荷、接触区上端和下端的水流上升速度、分离区向下的流速、气固比、气浮过程中空气的实际用量、回流比、减压释放出的微气泡直径等。1.5.4气浮法的优缺点（与沉淀法相比）气浮法的优缺点（与沉淀法相比）优点：气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理；气浮池表面负荷高，水力停留时间短，池深浅，体积小；浮渣含水率低，排渣方便；投加絮凝剂处理废水时，所需的药量较少。缺点：耗电多，比每立方米废水比沉淀法多耗电0.020.04KWh，运营费用偏高；废水悬浮物浓度高时，减压释放器容易堵塞，管理复杂。1.5.5气浮法在废水处理中的应用气浮法在废水处理中的应用 在石油化工、纺织、印染、机械化工、拆船和食品等行业的废水处理中得到应用，另外在淋浴废水和城市污水处理中的应用亦增多。用于含油废水处理 羽毛清洗废水处理 某体育用品厂为处理羽毛清洗废水所选用的气浮池的参数为：溶气压力0.4MPa，回流比30%，HRT60min。经气浮处理后，废水中的COD、BOD和SS等大大减少，满足排放要求。关于气浮内容较多，有可能出题，例如某一题目为：实现气浮法不需具备的条件是（）。A向废水提供充足的微细气泡 B使废水中的污染物质能形成悬浮状态 C使气泡与悬浮物质产生黏附作用 D使用可提高悬浮颗粒表面水密性的助凝剂 从本节内容可知D是不需具备的条件，为正确答案。保 存 打 印 关 闭 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第3讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第3讲讲义1.6 过 滤 1.6 过 滤过 滤 大大纲纲要求：掌握要求：掌握过滤过滤的的过过程和方法程和方法 1.6.1过滤原理过滤原理 主要包括迁移、附着和脱附三个过程。1.6.2过滤周期及反冲洗过滤周期及反冲洗 过滤周期 工程应用中，设计和运行是以水头损失来控制过滤周期，当滤料的水头损失达到最大允许值时，就停止过滤，冲洗滤池。反冲洗的方法 单独用水反冲洗：用高速水流冲洗 优点：只需一套反冲洗系统。缺点：冲洗耗水量大，当冲洗强度控制不当时，可能产生砾石承托层松动，冲洗后滤料因水力分级呈上细下粗的分层结构状态。气水联合反冲洗：采用空气和水流同时冲洗。优点：冲洗效果好，耗用水量少小，冲洗过程中不需滤层流化。缺点：需增加空气系统，与单独用水冲洗相比所需设备较多。带表面辅助冲洗的水反冲洗 在滤层表面设置高速水冲洗系统，利用高速水流对表层滤料加以搅动，增加滤料颗粒的碰撞机会，利用高速水流的剪切作用来提高反冲洗效果。1.6.3滤池的基本构造滤池的基本构造 主要由滤料层、配水系统和承托层组成。滤料层 颗粒滤料过滤 废水处理中可用石英砂、无烟煤、陶粒、纤维球、聚氯乙烯球等作为滤料。例如以石英砂作滤料时，砂粒径为0.52.0mm，该值大于给水滤池的石英砂粒径（0.5mm）；反冲洗强度可取1820L/m2/s，亦大于给水过滤时的1215 L/m2/s。废水悬浮物浓度高时，为了提高滤池的纳污量，延长过滤周期，可采用粗滤料、双层或三层滤料和上向流滤池。处理废水的上向流滤池为下部进水，上部出水，各层滤料截污力能完全发挥，水头损失上升缓慢。例如，处理废水的某上向流滤池的滤料级配由上而下分别为：上部细砂层，砂粒径为12mm，层厚1500mm；中部砂层，砂粒径为23mm，层厚300mm；下部粗砂层，砂粒径1016mm，层厚100mm。多孔滤料过滤 去除毛纺、化纤和造纸等行业废水中的悬浮细纤维而采用的筛网过滤即为多孔滤料过滤。配水系统和承托层 配水系统一般分为大阻力配水系统和小阻力配水系统两类。承托层一般是配合管式大阻力配水系统使用，若采用中小阻力配水系统，且配水孔眼数量多、尺寸小，配水本身已很均匀，滤料本身不会从孔眼漏掉的话，承托层可以适当减小或省去。1.6.4滤池的分类滤池的分类 滤池按滤料组成分为：单层滤料、双层滤料、多层滤料及混合滤料滤池。按水流方向分为：下向流、上向流、双向流和辐向流滤池。按滤速大小分为：慢滤池、快滤池和高速滤池。按滤池的布置或构造分为：普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池和V型滤池。按过滤驱动力分为：重力滤池、压力滤池。1.6.5城市污水三级处理中过滤单元的设计要点（给排水设计手册第城市污水三级处理中过滤单元的设计要点（给排水设计手册第5册规定）册规定）滤池的反冲洗 三级处理中对滤池反冲洗的要求高，建议采用气、水反冲洗与表面冲洗相结合的联合反冲洗方式。滤池池型 避免选用虹吸滤池等反冲洗能力较差的池型，而应优考虑选用移动冲洗罩滤池、V型滤池和T型滤池等表面冲洗能力较强的池型。由于双阀滤池和四阀滤池具有技术成熟、运行稳定、操作可靠等优点，常被采用。滤池的设计参数 与给水处理中滤池的设计参数相比，在城市污水三级处理中滤层的厚度和滤料粒径都较大，但滤速则略小。在城市污水三级处理中过滤单元的主要设计参数主要为：滤层 主要有效粒径、滤层厚度、不均匀系数，当滤料不同时，参数也有变化 滤速：610m3/m2h 反冲洗：采用气水联合反冲、水冲洗和表面冲洗时分别有不同的参数。工作周期：12h 1.6.6压力滤池和微孔筛滤机压力滤池和微孔筛滤机 压力滤池 是一个密闭的钢罐，里面装有和快滤池相似的配水系统和滤料等，在压力下操作运行。在小规模的中水处理流程中过滤单元多采用压力滤罐，其特点是占地少，建设周期短，有定型产品，且运行管理方便。微孔筛滤机 是利用微孔筛滤网进行固液分离，过滤机理主要是机械筛滤作用。特点是占地面积小，处理量大，操作管理方便，在啤酒生产废水的预处理中获得广泛应用。设计参数：滤网孔径为3560m，水力负荷：0.10.4m3/m2min，水头损失小于0.30.5m，反冲洗水量占总滤水量的1%3%。过滤的内容非常重要，在给水处理以及城市污水三级处理中都要用到滤池的设计，所以要认真复习。出题时可能出叙述性的，也有可能结合后续章节出一些设计性的题目等。应将本节内容结合后续章节进行复习。例如某一不定项选择题，题目为：多孔材料过滤具有的优点是（）。A简单、高效 B不加化学药剂、运行费低 C占地面积小 D维修方便 从过滤的基础知识可知，ABCD四个选项都是正确的。另一道不定项选择题，题目内容是：颗粒材料过滤滤料可采用（）。A石英砂、无烟煤、陶粒 B大理石、白云石 C石榴石、磁铁矿石 D纤维球、聚氯乙烯或聚丙烯球 学习过本节内容可知，废水处理中最常用的是滤料是石英砂，此外常用于双层和多层滤料中的还有无烟煤、磁铁矿、石榴石、金刚砂等，轻质滤料可以采用，聚氯乙烯球等，所以本题的正确答案是ABCD，即，题目中所列出的均可以作为颗粒材料过滤滤料。1.7 吸 附 1.7 吸 附吸 附 大大纲纲要求：熟悉吸附的技要求：熟悉吸附的技术术和方法，了解主要吸附和方法，了解主要吸附剂剂的性能和影的性能和影响响因素因素 吸附：溶液中的物质由一相向某种适宜的另一相界面上积累的过程。在废水处理中，用吸附作用来去除废水中的污染物质时，一般都是通过固液界面的吸附来实现的，具吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。1.7.1吸附原理吸附原理 吸附是一种在两相界面上发生的表面现象，与物质表面张力和表面能的变化有关，符合热力学第二定律，可用吉布斯方程式表示：式中，若某溶质能降低溶液的表面张力，即为负值，为正值，产生正吸附，若某溶质能增加溶液的表面张力，则为正值，为负值，产生负吸附，称为解吸。1.7.2吸附的类型吸附的类型 物理吸附：特点是吸附热较小，低温就能进行，吸附是可逆的，吸附基本没有选择性。化学吸附：特点是吸附热较大一般在较高温度下进行；当化学键力大时，吸附是不可逆的；吸附有选择性，一种吸附剂只对某种或几种吸附质发生化学吸附。离子交换吸附：水处理中，吸附往往是由上述3种吸附综合作用的结果，但由于吸附质和吸附剂的不同以及其他因素的影响，可能某种吸附是主要的。1.7.3吸附等温线吸附等温线 在温度一定的条件下，吸附容量随吸附质平衡浓度的增大而提高，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。常见的吸附等温线有型和型两种类型。型吸附等温线与朗格谬尔和弗兰德利希吸附等温式相对应，型吸附等温线与BET等温式相对应。应理解这几个公式，并掌握公式中各参数的计算过程。1.7.4吸附速率吸附速率 吸附速率是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质质量。吸附速率越快，吸附质与吸附剂接触时间就越短，所需的吸附设备容积也就越小。吸附速率取决于吸附质的传质过程，对于多孔吸附剂，传质分为以下三步：吸附质从溶液主体扩散到吸附剂外表面，这是吸附质透过吸附剂表面液膜的传质简称外扩散；吸附质由吸附剂颗粒的外表面，经颗粒内的细孔扩散到颗粒的内表面，简称内扩散；吸附质在吸附剂的表面上被吸附。1.7.5常用吸附剂及影响吸附的主要因素常用吸附剂及影响吸附的主要因素 常用吸附剂 活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑、炉渣和粉煤灰等，应用较多的是活性炭。活性炭的特性 活性炭的比表面积和孔隙结构 活性炭具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构。比表面积可达5001700m2/g，其中小孔容积一般为0.150.9ml/g，表面积占比表面积的95%以上，过渡孔容积一般为0.020.1ml/g，表面积占比表面积的5%左右，而大孔容积一般为0.20.5ml/g，表面积很小，只有0.52m2/g。活性炭的表面化学性质 由于活性炭表面有OH基等，所以具有一些极性。影响活性炭吸附的主要因素 活性炭吸附剂的性质 其表面积越大，吸附能力就越强；活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。吸附质的性质 取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等。废水PH值 活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。共存物质 共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。温度 温度对活性炭的吸附影响较小 接触时间 应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。1.7.6吸附操作方式吸附操作方式 静态吸附 适用于处理水量小或吸附剂性质特殊的情况下。动态吸附 废水在流动时进行的吸附为动态吸附，其工艺可分为固定床、移动床、流化床三种。固定床：在水处理工艺中常用。由于处理水量、原水水质和处理出水水质指标的不同，工程中可采用单床、多床串联和多床并联等三种操作方式。移动床和流化床在废水处理中应用较少。1.7.7吸附床的设计吸附床的设计 吸附试验 确定吸附容量试验 主要是确定吸附容量公式中各参数关系并求出相应的吸附等温线。确定吸附速率试验 测定不同时间水样中溶质浓度，直到浓度不再变化为止，根据数据求出吸附速率。装置试验 选用直径为100150mm、高为1.52.5m的吸附柱装置，吸附剂层厚度约1.01.5m。可进行多床串联试验，并绘制穿透曲线，利用此曲线确定使吸附容量得以充分利用的吸附操作方式。主要设计参数 包括吸附塔直径（13.5m）、充填层厚度（310m）、充填层与塔径之比（1：14：1）、活性炭粒径（0.52.0mm）、接触时间（1050min）、容积线速度、过滤线速度（升流式：925m/h，降流式：712m/h）、反冲洗线速度、反冲洗时间（38min）、反冲洗周期（872h）、反冲洗膨胀率等。1.7.8活性炭吸附法在水处理中的应用活性炭吸附法在水处理中的应用 广泛应用于在城市污水处理、饮用水及工业废水处理。城市污水处理 废水中的一些有机物是难于为微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其产品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物，经生化处理后很难达到对排放要求较高的水体中排放的标准，也严重影响废水的回用，因此需要深度处理。由于活性炭对有机物的吸附能力大，在废水深度处理中得到广泛的应用，具有以下优点：处理程度高，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%，TOC可降到13mg/L。应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物。适应性强，对水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能，可得到稳定的处理效果。粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被烧掉，不产生污泥。可回收有用物质，例如用活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐。设备紧凑、管理方便。饮用水深度处理中的应用 活性炭吸附是建立在常规给水处理基础上，一般设置在砂过滤之后，也可与砂滤料组成双层滤料过滤或以活性炭过滤代替砂过滤。在利用活性炭吸附进行饮用水深度处理的过程中，发现在活性炭滤料上生长有大量的微生物，使出水水质提高且再生延长，于是发展了一种经济有效的去除水中的微污染物质的生物活性炭工艺，流程为原水（加入混凝剂）澄清过滤（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最后是出水。工业废水处理中的应用 很多工业废水很难或不能采用生化处理，采用其他方法时，有的不能达到排放标准，或运行费用较高，或操作较麻烦等，例如有毒的有机化合物和某些金属及其化合物等。工程实践表明，活性炭对这些物质有很强的吸附能力。例如：某染料厂排放废水量为320m3/d，主要污染物二硝基氯苯为10001200mg/L，酸（以硫酸计）0.5%，工艺流程为：先进入调节池（5060摄氏度），冷却沉降后进入废水池（3040摄氏度），再用固定床式吸附塔进行吸附，经石灰石膨胀中和滤池后排放，其中冷却沉降的结晶二硝基氯苯可以回收。吸附塔的工艺参数：滤速1415m/h；接触时间0.25h，采用二塔串联，一塔备用，塔径900mm，塔高5m，每塔装活性炭2.0m3，重1.09t，装炭高度3.2m，经处理后，吸附塔进水二硝基氯苯为700mg/L，出水为5mg/L，PH值大于6，达到排放标准。关于吸附的某一题目为：吸附质与吸附剂之间由于分子间力（范德华力）而产生的吸附为（）。A树脂吸附 B交换吸附 C等温吸附 D物理吸附 正确答案是D。保 存 打 印 关 闭 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第4讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第4讲讲义1.8 离子交换 1.8 离子交换离子交换 大大纲纲要求：熟悉要求：熟悉离离子交子交换换的技的技术术和方法，了解主要和方法，了解主要离离子交子交换剂换剂的性能的性能 离子交换法在水的软化和除盐中早已获得广泛的应用，目前已应用在回收和处理工业废水中的有毒物质方面。1.8.1离子交换的基本原理离子交换的基本原理 水处理中主要采用离子交换树脂和磺化煤用于离子交换。其中离子交换树脂应用广泛，种类多，而磺化煤为兼有强酸型和弱酸型交换基团的阳离子交换剂。离子交换树脂按结构特征，分为：凝胶型、大孔型和等孔型；按树脂母体种类，分为：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等；按其交换基团性质，分为：强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型。离子交换树脂的构造 是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成所谓固定离子，活动部分，能在一定范围内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子。基本性能 外观 呈透明或半透明球形，颜色有乳白色、淡黄色、黄色、褐色、棕褐色等，交联度 指交联剂占树脂原料总重量的百分数。对树脂的许多性能例如交换容量、含水率、溶胀性、机械强度等有决定性影响，一般水处理中树脂的交联度为7%10%。含水率 指每克湿树脂所含水分的百分率，一般为50%，交联度越大，孔隙越小，含水率越少。溶胀性 指干树脂用水浸泡而体积变大的现象。一般来说，交联度越小，活性基团越容易电离，可交换离子的水合离子半径越大，则溶胀度越大；树脂周围溶液电解质浓度越高，树脂溶胀率就越小。在生产中应尽量保证离子交换器有长的工作周期，减少再生次数，以延长树脂的使用寿命。密度 分为干真密度、湿真密度和湿视密度 交换容量 是树脂最重要的性能，是设计离子交换过程装置时所必须的数据，定量地表示树脂交换能力的大小。分为全交换容量和工作交换容量。有效PH范围 由于树脂的交换基团分为强酸强碱和弱酸弱碱，所以水的PH值对其电离会产生影响，影响其工作交换容量。弱碱只能在酸性溶液中以及弱酸在碱性溶液中有较高的交换能力。选择性 即离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能。除与树脂类型有关外，还与水中湿度和离子浓度有关。离子交换平衡 离子交换反应是可逆反应，服从质量作用定律和当量定律。经过一定时间，离子交换体系中固态的树脂相和溶液相之间的离子交换反应达到平衡，其平衡常数也称为离子交换选择系数。降低反应生成物的浓度有利于交换反应的进行。离子交换速率 主要受离子交换过程中离子扩散过程的影响。其他性能：如溶解性、机械强度和耐冷热性等。离子交换树脂理论上不溶于水，机械强度用年损耗百分数表示，一般要求小于3%7%/年。另外，温度对树脂机械强度和交换能力有影响。温度低则树脂的机械强度下降，阳离子比阴离子耐热性能好，盐型比酸碱型耐热好。树脂层离子交换过程 以离子交换柱中装填钠型树脂，从上而下通以含有一定浓度钙离子的硬水为例，以交换柱的深度为横坐标，以树脂的饱和度为纵坐标，可绘得某一时刻的饱和度曲线。就整个交换过程而言，树脂层的变化可分为三个阶段。1.8.2离子交换装置运行方式离子交换装置运行方式 离子交换装置按运行方式不同，分为固定床和连续床 固定床的构造与压力滤罐相似，是离子交换装置中最基本的也是最常用的一种型式，其特点是交换与再生两个过程均在交换器中进行，根据交换器内装填树脂种类及交换时树脂在交换器中的位置的不同，可分为单层床、双层床和混合床。单层床是在离子交换器中只装填一种树脂，如果装填的是阳树脂，称为阳床；如果装填的是阴树脂，称为阴床。双层床是离子交换器内按比例装填强、弱两种同性树脂，由于强、弱两种树脂密度的不同，密度小的弱型树脂在上，密度大的强型树脂在下，在交换器内形成上下两层。混合床则是在交换器内均匀混杂的装填阴、阳两种树脂，由于阴、阳树脂混杂，因此原水流经树脂层时，阴、阳两种离子同时被树脂所吸附，其产物氢离子和氢氧根离子又因反应生成水而得以降低，有利于交换反应进行的彻底，使得出水水质大大提高。但其缺点是再生的阴、阳树脂很难彻底分层。于是又发明了三层混床新技术，保证在反洗时将阴、阳树脂分隔开来。根据固定床原水与再生液的流动方向，又分为两种形式，原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的，称为顺流再生固定床，原水与再生液流向相反的，称为逆流再生固定床。顺流再生固定床的构造简单，运行方便，但存在几个缺点：在通常生产条件下，即使再生剂单位耗量二至三倍于理论值，再生效果也不太理想；树脂层上部再生程度高，而下部再生程度差；工作期间，原水中被去除的离子首先被上层树脂所吸附，置换出来的反离子随水流流经底层时，与未再生好的树脂起逆交换反应，上一周期再生时未被洗脱出来的被去除的离子，作为泄漏离子出现在本周期的出水中，所以出水剩余被去除的离子较大；而到了了工作后期，由于树脂