环境工程常见疑问解答系列三

16. 水中悬浮物质去除和4种沉降
　　水中悬浮物质去除可通过颗粒和水的密度差，在重力作用下去除。但较小颗粒，特别是胶体自然沉速慢，需用混凝﹑沉淀﹑澄清﹑过滤和气浮等方法。
　　悬浮物质在水中的沉降分为：自由沉降：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状﹑尺寸﹑质量不变，下沉速断不受干扰(沉砂池﹑初沉池初期沉降)。絮凝沉降：颗粒在沉降过程中相互粘结，其尺寸﹑质量﹑沉速随深度增加而变大(絮凝沉淀池﹑初沉池后期﹑二沉池中期)。拥挤沉降(成层沉降)：颗粒在水中浓度较大时，各颗粒间相互靠得很近，下沉过程中受彼此作用力干扰，但相对位置不变，作为一个整体下沉，在清水与浑水之间形成明显界面，沉降过程实际就是这个界面的下沉过程，液体上涌对其有影响(高浊度水的沉淀﹑二沉池后期)。压缩沉降：颗粒在水中浓度很高时时会相互接触，上层颗粒在重力作用下将下层颗粒间的水压出界面，是颗粒群被压缩(污泥斗﹑污泥浓缩池)。
17. 几种沉淀池和其方法和原理
　　沉淀池：在水处理过程中，通过颗粒沉降来分离去除悬浮物质的设备。
　　理想沉淀池：各水断面上的点流速相同；悬浮颗粒以等速下沉，其水平分速度等于水流速度；悬浮颗粒落大池底不起浮。
　　普通沉淀池：平流式：(最常用，在流量较大的水处理厂中)污水→水槽和孔口→挡板稳流→池内流动→悬浮物沉底→清水→溢流堰→池外。
　　竖流式：(圆形或方形)污水→中心管下口→反射板→污水分布于水平断面缓慢向上流→悬浮物沉降到污泥斗中→清水→池子四周溢出。
　　辐流式：污水→中心管孔口→穿孔挡板→沿半径向四周辐射流动→流速变小→悬浮物沉降→清水→池子顶端堰口溢出。
　　斜板斜管沉淀池：u0=Q/A，Q不变，A↑，u0↓，从而提高沉淀效率。t=H/u0，u0不变，H↓，t↓，从而减小了沉淀池的体积。若将水深为H的沉淀池分为n个深为H/n的沉淀池，则当沉淀区的长度是原来的1/n时，就可以处理与原来相同的水量，而不影响处理效果。斜板斜管沉淀池单位面积上的泥量增大，如排泥不畅，将产生泛泥现象，使水质恶化；由于水流在池中停留时间短，其对水质水量的耐冲击负荷能力差；由于板距管径小，容易积泥；在日光照射下会滋生藻类。
　　浓悬浮液沉淀：(高浊度水沉淀池﹑活性污泥法中的二沉池﹑污泥浓缩池)同时起着水的澄清和污泥浓缩作用，与一般沉淀池构造相同，但须从池底不断排除经浓缩的污泥。
　　选择沉淀池类型时须综合考虑水量大小；水中悬浮物物理性质和沉降特性；处理厂总体布置和地形地质情况。
18. 混凝和胶体脱稳机理以及混凝剂与助凝剂
　　混凝：水和废水中常含有用自然沉淀法不能去除的悬浮微粒和胶体污染物，必须先投加化学药剂破坏其在水中的稳定分散系，使其凝聚为有明显沉降性能的絮凝体，然后用重力沉降分离，包括凝聚和絮凝两个步骤。
　　水中同种胶体微粒带有同号电荷，在静电斥力的作用下，不也相互聚集，具有一定的稳定性。
　　胶体脱稳机理：压缩双电子层：带同号电荷的胶粒之间存在着由ζ电位引起的静电斥力和范德华力，当距离很近时，范德华力占优势，合力为吸力，两个颗粒相互吸住，胶体脱稳。当投入电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加，这些离子与胶粒吸附的反离子相交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低ζ电位，使扩散层厚度减少。
　　吸附电中和：胶粒表面对异号离子﹑异号胶粒和链状高分子带异号电荷的部位有强烈吸附作用，从而中和了它的部分和全部电荷，减少了静电斥力，容易与其他颗粒接近吸附。
　　吸附架桥：如果投加的药剂是能吸附胶粒链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能连接团聚成絮凝体而被去除。
　　网捕作用：向水中投加金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉淀下来。
　　胶体浓度低时，网捕最为有效；胶体较高时，宜用吸附电中和和压缩双电子层来脱稳；胶体很高时，采用高分　　子絮凝剂更为经济有效；混凝剂投加量必须适量，量不足达不到效果，量过大会造成胶体复稳。
　　混凝剂：水处理中使胶粒脱稳沉淀而投加的电解质，最常用的是铝盐和铁盐(水解与聚合交错进行)。
　　助凝剂：可起凝聚作用，也可不起，与混凝剂一起使用时，能促进混凝，产生大而结实的矾花。
19. 澄清和澄清池分类
　　混凝处理工艺包括水和药剂混合，反应及絮凝体分离三个阶段，在澄清池中完成。澄清池中起接触絮凝作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。当水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成细小絮凝体时，若遇较大的泥渣碰撞，就会被其吸附而去除。
　　澄清池可按与水接触方式不同分为泥渣循环分离型(水力循环﹑机械加速)和悬浮泥渣过滤型(悬浮﹑脉冲)。
20. 过滤机理和滤池分类
　　粒状介质过滤：废水通过粒状滤料床层时，其中的悬浮颗粒和胶体被截留在滤料的表面和内部空隙中，从而分离了不溶性污染物。
　　粒状介质过滤机理：阻力截留：废水通过粒状滤料床层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留于表层滤料空隙中，使空隙变小，截留能力变强，逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并起主要过滤作用。
重力沉降：原水通过滤料床层时，滤料表面提供了巨大的沉降面积。滤料愈小，沉降面积愈大；滤速愈小，水流愈平稳，有利于沉降。
　　接触絮凝：由于滤料有巨大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。水中砂粒常带负电，能吸附带正电的铁﹑铝等胶体，进而吸附更多的带负电的粘土和多种有机物等胶体，在砂粒上发生接触絮凝。
较大悬浮颗粒以阻力截留为主(表面过滤)，细微悬浮物以重力沉降和接触絮凝为主(深层过滤)。
　　滤池分类：按滤料种类分：单层滤池﹑双层滤池﹑多层滤池；按作用水头分：重力式滤池和压力式滤池；按进出水及反冲洗的供给与排除分：普通快滤池﹑虹吸滤池和无阀滤池。
　　滤池总水头=各部分水头损失+流速水头损失(v2/2g)+剩余水头
　　滤层膨胀率e=(l-l0)/l0×100%=(ε均-ε0)/(1-ε)×100%，l0，ε0静止时滤层厚度和空隙率；l，ε反冲洗时时滤层厚度和空隙率