物理化学作业概要.docx

读书报告摘要：通过阅读参考书籍，了解了水处理工艺中的混凝和沉淀理论应用胶体双电层理论分析了混凝剂的作用原理总结了理想沉淀池和浅池沉淀理论要点，分析了斜板（管）沉淀池的设计原理通过比较不同形式的沉淀池，总结了平流式，辐流式，竖流式，旋流式，斜板（管）沉淀的池的优缺点，适用条件及设计参数关键词：混凝；沉淀；胶体一、 混凝1.胶体双电子层理论双电子层结构图胶体由胶核、密实层及扩散层所组成，故称为双电层结构由于胶核带负电荷（其表面电位ф称为总电位或表面电位或热力学电位），故在其表面将吸附并控制一层较密实且排列整齐的正电荷离子（该层表面称为滑动面，ф =0，其电位称为电位）组成胶粒，与其外的扩散层（被热运动扰乱其排列）中的正电荷共同形成电性中和并组成胶团扩散层外边缘的电位为零滑动面上的电位决定了憎水胶体的聚集稳定性也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失2.混凝机理混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用根据DLVO理论，要使胶粒通过布朗运动相撞聚集，必须降低或消除排斥能峰吸引势能与胶粒电荷无关，它主要取决于构成胶体的物质种类、尺寸和密度对于一定水质，胶粒的这些特性是不变的。

因此，降低排斥能峰的办法即是降低或消除胶粒的动电位在水中投加电解质可达到此目的对于水中负电荷胶粒而言，投入的电解质即混凝剂应是正电荷离子或聚合离子，如果是正电荷离子是简单离子，其作用是压缩胶体双电层—为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的动电位降低若是聚合离子或是高分子物质，其直接吸附在胶核表面中和动电位，称为吸附-电性中和絮凝主要指脱稳的胶体或者微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程要使两个完全脱稳的胶体颗粒聚集成大颗粒的絮体，需要给胶体颗粒创造相互碰撞的机会能够是脱稳的胶体颗粒之间发生碰撞的动力有两个方面，一是颗粒在水中的热运动和布朗运动，二是颗粒受外力（水力或者机械力）推动产生运动，这两种运动对应胶体颗粒的两种絮凝机理，即由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“异向絮凝”机理，由外力所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“同向絮凝”机理胶体双电子层理论：胶体粒子是由化学元素组成，并且能在电场中移动，说明胶体颗粒是携带电荷的粒子1. 胶体颗粒结晶中的晶格取代胶体表面产生电荷2. 胶体颗粒表面某些化学集团在水中电离使胶体带电3. 胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电4. 胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。

二、沉淀1.理想沉淀池的基本假设：颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变颗粒沉到池底就被认为去除，不再返回水流中理想沉淀池的工作情况见图理想沉淀池示意图沉速为u的颗粒以水平流速v向右水平运动，同时以沉速u向下运动，其运动轨迹是水平流速v，沉速u的合成速度方向直线具有相同沉速的颗粒无论从哪一点进入沉淀区，沉降轨迹互相平行从沉淀池最不利点（即进水区液面A）进入沉淀池的沉速为u0的颗粒，在理论沉淀时间内，恰好沉到沉淀池终端池底，被称为临界沉速或截留速度，沉降轨迹为直线Ⅲ沉速大于u0的颗粒全部去除，沉降轨迹为直线Ⅰ沉速小于u0的某一颗粒沉速为ui，在进水区液面以下某一高度i点进入沉淀池，可被去除，沉降轨迹为虚线Ⅱ而在i点以上进入沉淀池的ui颗粒未被去除，如实线Ⅱ，虚线Ⅱ与实线Ⅱ平行2.浅池沉淀理论 沉速等于颗粒的去除率，用Ei表示： 式中 Q—流量，m³/s； A—沉淀池的表面积，也是沉淀池在水平面上的投影，即为沉淀池面积，㎡由此式可知，提高悬浮颗粒去除效率的途径是：一是增大颗粒沉速，二是增大沉淀面积。

在沉淀池容积一定的条件下，池深越浅，沉淀池面积越大，悬浮颗粒去除率越高此即“浅池沉淀原理”将平流式沉淀池加设底板可以提高处理能力但是，如此分层排出污泥有一定难度为解决排泥问题，可把众多水平隔板改为倾斜隔板，并预留排泥区间，这就变成了斜板沉淀池用管状组件（组成六边形、四边形断面）代替斜板，即为斜管沉淀池斜板（或斜管）沉淀池沉淀面积是众多斜板（或斜管）的水平投影之和，沉淀面积很大，从而减少了截留速度又因斜板（或斜管）湿周增大，水流状态为层流，更接近理想沉淀池特点浅层理论的应用（1）水力条件好（R小），Re小，Fr大，有利于沉淀； （2）水流为层流，沉淀效率高，产水量大；（3）倾角为60°便于排泥；（4）水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑5）由于停留时间短，其缓冲能力差；（6）对混凝要求高；（7）维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）设计计算（1）沉淀池面积 选定表面负荷（2.5-3.0mm/s），计算得到面积A2）沉淀池总高度 H=h1+h2+h3+h4+h5（=4.66m） 式中： h1--超高0.3m； h2---清水层高度1.2m； h3--斜板（管）按60°自身高度0.866m； h4--配水区高度1.5m h5--污泥斗高度0.8m。

三． 比较沉淀池的优缺点，使用条件以及设计参数1.给水处理中各种沉淀池的优缺点，适用条件及设计参数沉淀池形式的比较形式优缺点适用条件平流式沉淀池优点：1.造价低 2.操作管理方便，施工较简单 3.对原水适应性强，潜力大，处理效果大 4.带有机械排泥设备时，排泥效果好一般用于大、中型净水厂缺点：1.占地面积大 2.不采用机械排泥设备时，排泥较困难 3.需维护机械排泥设备斜板（管）沉淀池优点：1.沉淀效率高 2.池体小，占地少1. 可用于各种规模水厂2. 宜用于老沉淀池的改建， 扩建和挖潜3. 适用于需保温的低温地区缺点：1.斜板（管）耗用较多材料，老化后需更换，费 用较高 2.对原水浊度适应性较平流池差 3.不设机械排泥装置时，排泥困难；设机械排泥 时，维护管理较平流池麻烦竖流式沉淀池优点：1.水流与沉降颗粒运动方向相反 2.去除沉淀速度大于上升水流速度的颗粒较高缺点：1.表面负荷小导致占地面积增大 2.处理效果差现已基本不被采用辐流式沉淀池优点：1.可处理高浊度水 2.多为机械排泥，排泥方便可用于处理黄河上游高浊度水的净水厂缺点：机械排泥设备复杂，对施工质量要求高旋流式沉淀池（沉砂）优点：占地少，沉砂效果好，构造简单，水头损失小缺点：作沉淀时，叶片会破坏絮凝体，沉淀效果较低适应于小型净水厂 2.污水处理中各种沉淀池的优缺点，适用条件及设计参数沉淀池形式的比较形式优缺点适用条件平流式沉淀池优点：1.沉淀效果好 2.对冲击负荷和温度变化的适应能力较强 3.施工简单，平面布置紧凑 4.排泥设备已趋定型适用于大，中，小型污水处理厂缺点：1.配水不易均匀 2.采用多泥斗排泥时，每个排泥斗需单独设排 泥管各自排泥，操作量大 3.采用机械排泥时，设备复杂，对施工质量要求 高竖流式沉淀池优点：1.排泥方便，管理简单 2.占地面积小适用于小型污水处理厂缺点：1.池子深度大，施工困难 2.对冲击负荷和温度变化的适应能力差 3.池径不易过大，否则布水不均辐流式沉淀池优点：1.多为机械排泥，运行可靠，管理较简单 2.排泥设备已定型化适用于大，中型污水处理厂缺点：机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高斜板（管）沉淀池优点：1.沉淀效率高 2.停留时间短，占地少适应于中，小型污水处理厂缺点：1.耐冲击负荷的能力较差 2.在一定条件下，可孳生藻类，给维护管理带来 困难旋流沉淀池（沉砂）优点： 作沉砂池时，沉砂效果好，占地少，运行稳定， 维护管理方便适应于小型污水处理厂缺点： 需用水冲洗排砂管，池形较高3.设计参数各沉淀池设计参数沉淀池形式水处理类型沉淀时间（h）表面负荷qm³/（㎡·h）有效水深h（m）水平流速v（mm/s）其他主要设计参数平流式给水处理1.0-3.01-2.33.0-3.510-251. 池的长宽比应不小于4:1，每格宽度或导流 墙间距宜为3-9m，最大不超过15m2. 池的长深比应不小于10:1，池长为80-100m3. 泄空时间一般不超过6h4. 弗劳德数Fr一般控制在1×104-1×105之间5. 雷诺数Re一般控制在4000-15000之间污水处理初沉池1.0-2.0二沉池1.5-2.5初沉池1.5-3.0二沉池1.0-2.02.0-4.0初沉池不大于7二沉池不大于51. 沉淀区长度一般采用30-50m，长宽比不小于 4，以4-5为宜，长深比不小于8，以8-12 为宜2. 采用机械排泥时，池底纵坡不小于0.005， 一般采用0.01-0.023. 池子超高至少采用0.3m4. 缓冲层高度一般采用0.3-0.5m5. 污泥斗的斜壁与水平面的倾角，方斗不宜小 于60°，圆斗不宜小于55°6. 进出口处应设置挡板，高出池内水面 0.1-0.15m。

挡板淹没深度：进口不小于0.25m 一般为0.5-1.0m，出口处一般为0.3-0.4m 挡板位置：距进水口为0.5-1.0m 距出水口为0.25-0.5m斜管式（板）给水处理0.067-0.13上向流斜管9.0-11.0斜管区0.86m底部配水区不小于1.5m1. 斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形，其内 径或边距d一般采用25-35mm2. 斜管长度一般采用1000mm，水平倾斜角θ通 常采用60°3. 斜管上部的清水区高度不宜小于1.0m斜板：1. 颗粒沉降速度μ一般为0.3-0.6mm/s2. 有效系数η最小为0.2，一般为0.7-0.83. 倾斜角一般为50°-60°4. 板距P：侧向流一般为50-150mm，常用100mm 下向流一般为35mm污水处理初沉池不超0.5h二沉池不超过1h1. 斜板垂直净距一般采。