給排水工程師考試《基礎知識》精華輔導2

水處理專業(yè)名詞及原理

固體污染物：水中以固體形態(tài)存在的污染物，其存在形態(tài)包括懸浮狀態(tài)、膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)三種。

懸浮物：粒徑在1nm以下，主要以低分子或離子狀態(tài)存在的固體物質。

濁度：水中含有泥土、粉砂、微細有機物、無機物、浮游生物等懸浮物和膠體物都可以使水質變的渾濁而呈現(xiàn)一定濁度，水質分析中規(guī)定：1L水中含有1mgSiO2所構成的濁度為一個標準濁度單位，簡稱1度。

色澤和色度：色澤是廢水中的顏色種類，通常用文字描述。色度是指廢水所呈現(xiàn)的顏色深淺程度。色度的兩種表示方法：①鉑鈷標準比色法：規(guī)定在1L水中含有Pt1mg及Co0.5mg所產(chǎn)生的顏色深淺為1度。②稀釋倍數(shù)法：將廢水按一定的稀釋倍數(shù)，用水稀釋到接近無色時的稀釋倍數(shù)。

生化需氧量(BOD)：是指在溫度、時間都一定的條件下，微生物在分解、氧化水中有機物的過程中，所消耗的溶解氧量。

化學需氧量COD：是指在一定條件下，用強氧化劑氧化廢水中的有機物質所消耗的氧量，常用的氧化劑有高錳酸鉀和重鉻酸鉀。

總需氧量TOD：是指在特殊的燃燒器中，以鉑為催化劑，在900度溫度下使一定量水樣汽化，其中有機物燃燒，再測定氣體載體中氧的減少量，作為有機物完全氧化所需要的氧量。

總有機碳TOC：用燃燒法測定水樣中總有機碳元素量，來反映水中有機物總量。

有機氮：是反映水中蛋白質、氨基酸、尿素等含氮有機物總量的一個水質指標。可逐步分解為NH4+、NH3、NO3-、NO2-等形態(tài)，NH4+、NH3

為氨氮，NO2-為亞硝酸氮，NO3-為硝酸氮。總氮TN：是一個包括從有機氮到硝酸氮等全部含量的水質指標。

廢水的分類：①根據(jù)廢水來源：分為生活污水和工業(yè)廢水;

②根據(jù)廢水中主要成分：有機廢水、無機廢水、綜合廢水;

③根據(jù)廢水中的酸堿性：酸性廢水、堿性廢水、中性廢水。

④根據(jù)產(chǎn)生廢水的工業(yè)部門或生產(chǎn)工藝：焦化、造紙、電鍍、化工、印染、農藥及冷卻廢水。

廢水中主要污染物質：①固體污染物②有機污染物③油類污染物④有毒污染物(無機化學毒物、有機化學毒物、放射性物質)⑤生物污染物⑥酸堿污染物⑦營養(yǎng)物質污染物⑧感官污染物⑨熱污染。

廢水處理方法及各自特點：物理處理法、化學處理法、生物處理法。

①物理處理法：通過物理作用分離，回收廢水中不溶解的懸浮狀態(tài)污染物的方法，可分為重力分離法、離心分離法及篩濾截留法。屬于重力分離法的處理單元有沉淀、上浮等，相應的處理設備是沉砂池、沉淀池、隔油池、氣浮池及其附屬裝置等。離心分離法有離心分離機和水旋分離器等。篩濾截留法有柵篩截留和過濾兩種處理單元，設備有格柵和篩網(wǎng)、砂濾池和微孔濾機等。

以熱交換原理為基礎的處理方法有蒸發(fā)、結晶等。

②化學處理法：通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物或將其轉化為無害物質的方法。

以投加藥劑產(chǎn)生化學反應為基礎的處理單元有混凝、中和、氧化還原等;以傳質作用為基礎的處理單元(物理化學處理法)有萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換以及電滲析和反滲透(膜分離技術)等。

③生物處理法：通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體以及懸浮狀態(tài)的有機污染物轉化為穩(wěn)定、無害的物質的方法。根據(jù)微生物的不同，分為好氧生物處理(活性污泥法和生物膜法)和厭氧生物處理(消化池處理高濃度有機廢水和污泥)。

城市廢水處理的典型流程及各部分的作用：①一級處理：主要處理對象是較大的懸浮物。截流于沉淀池的污泥可進行污泥消化或其他處理，出水可排放于水體或用于污水灌溉。②二級處理：對出水水質要求更高時，再進行生物化學法處理，主要處理對象是有機物，并進一步降低懸浮物含量。③三級處理和高級處理：出水水質更高時，在二級處理后進行三級處理。主要對象是營養(yǎng)物質(N、P)及其他溶解物質和微量雜質，采用的方法有吸附、吹脫和超濾。有時目的不是為了排放，而是為了直接回用，處理對象還包括去除廢水中的細小懸浮物，難生物降解的有機物，微生物和鹽分等，采用的方法可能有吸附、離子交換、反滲透、消毒等。三級處理前必須有一、二級處理，強調順序性，而高級處理強調處理深度。

沉淀類型：①自由沉淀：廢水中懸浮固體濃度不高，而且不具有凝聚的性能，在沉淀過程中，固體顆粒不改變形狀，也不互相粘合，各自獨立地完成沉淀過程。(沉砂池和初沉池的初期沉淀)

②凝聚沉淀：廢水中懸浮固體濃度也不高，但具有凝聚的性能，在沉淀的過程中，互相粘合，結合成為較大的絮凝體，其沉淀速度是變化的。(在初沉池后期和二沉池初期)

③集團沉淀(成層沉淀)：當廢水中懸浮顆粒的濃度提高到一定程度后，每個顆粒的沉淀將受到其周圍顆粒的干擾，沉速有所降低，如濃度進一步提高，顆粒間的干涉影響加劇，沉速大的顆粒也不不能超過沉速小的顆粒，在聚合力的作用下，顆粒群結合成為一個整體，各自保持相對不變的位置，共同下沉。液體與顆粒群之間形成清晰的界面。沉淀的過程實際就是這個界面下降的過程。(活性污泥在二沉池的后期沉淀)

④壓縮沉淀：此時濃度很高，固體顆?；ハ嘟佑|，互相支承，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間隙的液體被擠出界面，固體顆粒群被濃縮。(活性污泥在二沉池污泥斗中和濃縮池中的濃縮)

顆粒的沉降速度：依據(jù)斯托克斯公式得出。

沉淀池的表面負荷：Q/A：單位時間內通過沉淀池單位表面積的流量，一般稱之為表面負荷，以q表示。(數(shù)值上與顆粒沉速)

曝氣沉砂池：是一長形渠道，沿渠壁一側的整個長度方向，距池底20-80cm處安設曝氣裝置，在其下部設集砂斗，池底有I=0.1-0.2的坡度，以保證砂?；?。由于曝氣作用，廢水中有機顆粒經(jīng)常處于懸浮狀態(tài)，砂?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛?，砂粒上附著的有機污染物能夠去除，有利于取得較為純凈的砂粒。

自由沉降總去除率試驗的方法及總去除率的確定：將已測定過懸浮物含量的廢水攪拌均勻后，同時注入數(shù)個沉淀管中，經(jīng)t1時間后，從第一個沉淀管高h處取出一定數(shù)量的廢水，同樣，經(jīng)過t2、t3、t4……t5時間后，相應地從第2、3、4……n個沉淀管中同一高度處取出同樣數(shù)量的水樣，測定其中懸浮物含量分別為c1\c2\c3……cn.沉淀率為E=c0-ct/c0，懸浮物經(jīng)t時間的沉速為u0=h/t.以沉速為橫坐標，以沉淀率為縱坐標，能夠繪出“沉速-沉淀率”關系曲線。

理想沉淀池的工作過程分析：假定條件為：①池內廢水按水平方向流動，從入口到出口，顆粒水平分布均勻，每個顆粒都按水平流速v流動;②懸浮顆粒在整個水深均勻分布，其水平分速等于廢水的水平流速v，每個顆粒的沉速固定不變;③顆粒一經(jīng)沉淀就不再上浮。沉淀池內分流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、沉淀區(qū)和污泥區(qū)四部分。

沉淀池溢流率和顆粒沉降速度的關系：

沉淀池的分類及各自的水流特點：平流式(一端流入，按水平方向在池內流動，從另一端溢出)、輻流式(從中心進入，沉淀后廢水從池周溢出，水平流動)、豎流式(從池中央下部進入，由下向上流動，沉淀后廢水從池面和池邊溢出)

斜管沉淀池增強沉淀效果的原理和具體方法：原理是理想沉淀池：在理想條件下，分隔成n層的沉淀池，理論上其過水能力為原池的n倍。具體方法：將水平隔層改為與水平面傾斜成一定角度的斜面，構成斜板或斜管。

曝氣沉砂池的工作原理：由于曝氣作用，廢水中有機顆粒經(jīng)常處于懸浮狀態(tài)，砂?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛?，砂粒上附著的有機污染物能夠去除，有利于取得較為純凈的砂粒。

格柵：是由一組平行的金屬柵條制成的金屬框架，斜置在廢水流經(jīng)的渠道上，或泵站集水池的進口處，用以截阻大塊的呈懸浮或漂浮狀態(tài)的固體污染物。

慢速濾池快速濾池高速濾池

過濾速度：關閉進水閥門后立即開始記錄時間直至濾池水位下降到排水口附近時止，并記下水位下降高度。下降高度與濾池水位下降所用的時間即為過濾速度。

反沖洗強度：是指單位時間內單位濾料面積上所通過的沖洗水量。(L/m2.s)

濾料的不均勻系數(shù)：(濾料的級配)是指濾料中粒徑不同的顆粒所占的比例，K80表示：K80=d80/d10

過濾周期：兩次反沖洗的時間間隔稱為過濾周期;從反沖洗開始到發(fā)洗結束的時間間隔稱為反洗歷時。

濾池的過濾作用機理：①機械隔濾作用：濾料層由大小不同的濾料顆粒組成，其間有很多孔隙，廢水流經(jīng)時，比孔隙大的被截留在孔隙中，于是孔隙越來越小，以后進入的較小懸浮顆粒也被截留下來，使廢水得到凈化。②吸附、接觸凝聚作用：廢水流經(jīng)濾料層的過程中，要經(jīng)過彎彎曲曲的水流孔道，懸浮顆粒與濾料的接觸機會很多，在接觸的時候，由于相互分子間的作用力結果，出現(xiàn)吸附和接觸凝聚作用，尤其是過濾前加了絮凝劑時，接觸凝聚作用更為突出，濾料顆粒越小，吸附和接觸凝聚作用的效果越好。

濾池的結構和分類：

分類：①按濾速大小：慢濾池、快濾池、高速濾池;②按水流過濾層的方向：上向流、下向流、雙向流;③按濾料種類：砂濾池、煤濾池、煤-砂濾池;④按濾料層數(shù)：單層濾料、雙層濾料、多層濾料;⑤按水流性質：壓力濾池和重力濾池;⑥按進出水及反沖洗水的供給和排出方式：普通快濾池、虹吸濾池和無閥濾池。

結構：濾池外部由濾池池體、進水管、出水管、沖洗水管、沖洗水排出管等管道及其附件組成;濾池內部由沖洗水排出槽、進水渠、濾料層、墊料層(承托層)、排水系統(tǒng)組成。

普通快速濾池的工作過程：過濾-反沖洗兩個過程交替進行。濾池進水時，廢水自進水管經(jīng)進水渠、排水槽分配入濾池，廢水在池內自上而下穿過濾料層、墊料層，由排水系統(tǒng)收集，并經(jīng)出水管排出。工作期間濾池處于全浸沒狀態(tài)。反沖洗時，關閉進水管及出水管，開啟排水閥及反沖洗進水管，反沖洗水自下而上通過排水系統(tǒng)、墊料層、濾料層，并由排水槽收集，經(jīng)進水渠內的排水管排走。

對濾料的要求和濾層的結構：對濾料的要求：①濾料的粒徑較大、物理強度較高、抗腐蝕性較強，而且成本較低;②抗沖擊負荷的能力較強。

濾層的結構：

快速濾池常見的問題及解決辦法：①氣阻：濾料層內積聚了大量空氣，特別是當濾料層內出現(xiàn)負水頭時，這部分濾料層內呈現(xiàn)真空狀態(tài)，使水中的溶解氣體逸出并積聚在濾層中，以致濾水量顯著減少。沖洗時，氣泡會沖出濾層表面，因而出現(xiàn)大量空氣，它是形成濾料層裂縫、水質惡化的原因。這中現(xiàn)象叫氣阻或氣閉。解決辦法：可增高濾料層上的水深。在池深已定的情況下，可采取調換表面層濾料，增大濾料粒徑的方法。有時可適當加大濾速促使整個濾料層內積污比較嚴重。

②結泥球：由于長時間沖洗不凈，使濾料層內逐漸累積膠質狀污泥并相互粘結。污泥主要成分是有機物，嚴重時會腐化發(fā)臭。解決辦法：①改善沖洗：檢查沖洗時濾層膨脹程度和沖洗廢水的排出情況。適當調整沖洗強度和沖洗時間;另外，還需檢查配水系統(tǒng)，有條件時另加表面沖洗裝置或壓縮空氣輔助沖洗。②已結泥球的濾池排除方法：a、翻池人工清洗，并檢查承托層是否移動和配水系統(tǒng)是否堵塞;b、濾池反沖洗后暫停使用，然后保留濾料面上水深20-30cm，加氯浸泡12h，以后再進行反沖洗。(加氯量：漂白粉1kg/m2，液氯0.3kg/m2)③跑砂漏砂：由于沖洗強度過大或濾料級配不當，反沖洗沖走大量濾料;沖洗水分配不均勻，承托層會發(fā)生移動，促使沖洗水分布更不均勻，最后某一部分承托層被掏空，以至濾料通過配水系統(tǒng)流失。解決辦法：檢查配水系統(tǒng)，并適當調整沖洗強度。均量池：均化水量的調節(jié)池。

均質池：均化水質的調節(jié)池。

調節(jié)的目的：均化水質或水量。

均量池的結構： P63.

異程式均質池的工作原理：常水位、重力流——沉淀池中每一質點流程由短到長，都不相同，再結合進出水槽的配合布置，使前后時程的水得以相互混合，取得隨機均質的效果。

堿性廢水：堿含量大于1%-3%的高濃度含堿廢水，稱為廢堿液。

酸性廢水：酸含量大于3%-5%的高濃度含酸廢水，稱為廢酸液。

普通中和濾池：為固定床，水的流向分平流式和豎流式(又分升流式和降流式)，濾料粒徑一般為30-50mm，不得混有粉料雜質，當廢水中含有可能堵塞濾料的物質時，應進行預處理，過濾速度一般不大于5m/h，接觸時間不小于10min，濾床厚度一般為1-1.5m.

升流式膨脹中和濾池：水流由下向上流動，流速高達30-70m/h，再加上生成二氧化碳氣體作用，使濾料互相碰撞摩擦，表面不斷更新，因此中和效果較好。

中和的目的：酸堿中和，以廢治廢。

投藥中和與過濾中和的原理和適用條件：投藥中和原理、適用條件：如石灰乳法是將石灰消解成石灰乳后投加，由于Ca(OH)2 對廢水中的雜質具有凝聚作用，因此適用于含雜質多的酸性廢水。

過濾中和的原理和適用條件：是指廢水通過具有中和能力的濾料進行中和反應。適用于含硫酸濃度大于2-3mg/L并生成易溶鹽的各種酸性廢水的中和處理。

普通中和濾池和升流式膨脹中和濾池的優(yōu)缺點：P74

混凝：通常把雙電層作用而使膠體顆粒相互凝結過程的凝聚和通過高分子聚合物的吸附架橋作用而使膠體顆粒相互粘結過程的凝聚，總稱為混凝。

雙電層：膠核表面擁有一層離子，成為電位離子，電位離子層通過靜電作用，把溶液中電荷相反的離子吸引到膠核周圍，被吸引的離子稱為反離子，它們的電荷總量與電位離子的相等而符號相反。這樣，在膠核周圍介質的相間界面區(qū)域就形成所謂雙電層。

膠體顆粒的脫穩(wěn)：要使膠體顆粒沉降就必須破壞膠體的穩(wěn)定性，促使膠體顆粒互相接觸，成為較大的顆粒，關鍵在于減少膠體的帶電量。這可以通過壓縮擴散層厚度，降低ξ電位來達到。這個過程就叫做膠體顆粒的脫穩(wěn)作用。

混凝劑：能夠使水中的膠體顆?；ハ嗾辰Y和聚結的物質稱為混凝劑.

堿式氯化鋁：(PAC)是一種多價電解質，能顯著降低水中粘土類雜質的膠體電荷。分子量大，吸附能力強，具有優(yōu)良的凝聚能力，形成的混凝體較大，凝聚沉淀性能優(yōu)于其他混凝劑。

助凝劑：廢水混凝處理中，采用單一的混凝劑不能取得良好的效果，需要投加輔助藥劑來提高混凝效果，投加的輔助藥劑即為助凝劑。

澄清池：用于混凝處理的一類設備，在其內可同時完成混合、反應、沉淀分離等過程。

混凝的原理：雙電層作用(低分子電解質對膠體微粒產(chǎn)生電中和以引起膠體微粒凝聚)和化學架橋作用(膠體微粒對高分子物質具有強烈的吸附作用，各微粒依靠高分子的連接作用構成某種聚集體，結合成為絮狀物)。

膠體脫穩(wěn)的機理：要使膠體顆粒沉降就必須破壞膠體的穩(wěn)定性，促使膠體顆?；ハ嘟佑|，成為較大的顆粒，關鍵在于減少膠體的帶電量。這可以通過壓縮擴散層厚度，降低ξ電位來達到。

影響混凝的因素：a、PH值。B、溫度(35-40最佳)c、藥劑種類和投加量;d、攪拌：適當。

混凝劑的分類及大致的應用范圍：無機類和有機類。

混凝過程的階段及各階段的作用;投藥、混合、反應及沉淀分離?；旌想A段作用是將藥劑迅速、均勻地分配到廢水中各個部分，以壓縮廢水中膠體顆粒的雙電層，降低或消除顆粒的穩(wěn)定性，使這些顆粒能互相聚集成絨粒。反應階段作用是促使失去穩(wěn)定的膠體粒子碰撞結大，成為可見的礬花絨粒。

水力循環(huán)澄清池的工作原理：是利用原水的動能，在水射器的作用下，將池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，從而加強了水中固體顆粒間的接觸和吸附作用，形成良好的絮凝體，加速沉淀速度，使水得到澄清。

物理吸附：吸附劑和吸附質之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱物理吸附。

化學吸附：吸附劑和吸附質之間發(fā)生由化學鍵力引起的吸附稱化學吸附。

離子交換吸附：吸附劑和吸附質之間發(fā)生由靜電引力引起的吸附稱離子交換吸附。

吸附平衡：如果吸附過程是可逆的，當廢水和吸附劑充分接觸后，一方面吸附質被吸附劑吸附，另一方面一部分已被吸附的吸附質由于熱運動的結果，能夠脫離吸附劑的表面，又回到液相中去，前者為吸附，后者為解吸，當兩者速度相等時，即單位時間吸附數(shù)量等于解吸數(shù)量時，則吸附質在液相中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不再改變而達到吸附平衡。

吸附容量：指單位重量的吸附劑所吸附的吸附質的重量。

吸附劑：具有吸附能力的多孔性固體物質。

吸附質：廢水中被吸附的物質。

靜態(tài)吸附操作：廢水在不流動的情況下進行的吸附操作。

動態(tài)吸附操作：廢水在流動條件下進行的吸附操作。

吸附的分類和各自的特點：物理、化學、離子交換。

影響吸附過程的因素：吸附劑的性質、吸附質的性質和吸附過程的操作條件。

對吸附劑的要求：多孔或磨的很細的物質，有很大表面積。

吸附操作的形式和各自的特點：靜態(tài)(間歇式操作)、動態(tài)(固定床為半連續(xù)式，移動床和流化床為連續(xù)式)

離子交換劑：無機和有機兩類。無機的有天然沸石和人工合成沸石。有機的有磺化煤和各種離子交換樹脂(是一類具有離子交換特性的有機高分子聚合電解質，是一種疏松的具有多孔結構的固體球形顆粒)。

離子交換容量：是樹脂交換能力大小的標準。可用重量法(單位重量的干樹脂中離子交換基團的數(shù)量)和容積法(單位體積的濕樹脂中離子交換基團的數(shù)量)來表示。

離子交換樹脂的選擇性：由于離子交換樹脂對于水中各種離子吸附的能力并不相同，對于其中一些離子很容易被吸附而對另一些離子卻很難吸附，被樹脂吸附的離子在再生的時候，有的離子很容易被置換下來，而有的卻很難被置換。離子交換樹脂具有的這種性能稱為選擇性能。

單床離子交換器：使用一種樹脂的單床結構。

多床離子交換器：使用一種樹脂，由兩個以上交換器組成的離子交換系統(tǒng)。

復床離子交換器：使用兩種樹脂的兩個交換器的串聯(lián)系統(tǒng)。

混合床離子交換器：同一交換器內填裝陰陽兩種樹脂。

聯(lián)合床離子交換器：復床與混合床聯(lián)合使用。

順流再生與逆流再生：再生階段的液流方向和交換時水流方向相同為順流再生，反之為逆流再生。