水处理反应器理论.课件.ppt

1、第二章第二章 反应器理论基础与污水反应器理论基础与污水的均化的均化 第一节 反应器理论基础第二节 反应效率比较第三节 污水的均化第1页，共38页。第一节第一节 反应器理论基础反应器理论基础 一、一、反应器分类反应器分类 按反应器内物料的形态可以分为按反应器内物料的形态可以分为均相反应均相反应器器和和多相反应器多相反应器。按反应器的操作情况分为按反应器的操作情况分为间歇式反应器间歇式反应器和和连续式反应器连续式反应器。连续反应器可分为。连续反应器可分为活塞流反应活塞流反应器器和和恒流搅拌反应器恒流搅拌反应器。第2页，共38页。间歇式反应器间歇式反应器1、间歇式反应器（CMB）：非稳态条件下操作，

2、物料一次投加，反应结束后同时释放出来，所有物料的反应时间相同；反应器内成分均匀。第3页，共38页。活塞流反应器活塞流反应器2、活塞流反应器（推流式PF型）：流体以队列形式通过反应器，液体元素在流动方向上无混合现象，反应器中每一流体元素的停留时间都是相等的。反应时间、反应物浓度、反应速率都是管长的函数。第4页，共38页。恒流搅拌反应器恒流搅拌反应器3、恒流搅拌反应器（CSTR型）：物料不断进出，连续流动，反应器内各点的浓度完全均匀，反应速度也是完全均匀的。第5页，共38页。恒流搅拌反应器串联恒流搅拌反应器串联4、恒流搅拌反应器串联、恒流搅拌反应器串联将若干个恒流搅拌反应器串联起来，或者在一个塔式

3、或管式反应器内分若干个级，级内充分混合，级间不混合。第6页，共38页。二、物料在反应器内的停留时间和停留时间分布通常把反应器的容积V除以流量Q所得的值称为停留时间，也称平均停留时间。停留时间分布函数E（t）：测定出口物料里示踪物的浓度随时间的变化。第7页，共38页。各种反应器停留时间分布函数tE(t)间歇式反应器间歇式反应器活塞流反应器活塞流反应器tE(t)间歇式反应器物料的停留时间是完全一样的。活塞流反应器物料在反应器内的停留时间是管长的函数，物料的停留时间完全一样。第8页，共38页。tE(t)恒流搅拌反应器恒流搅拌反应器tE(t)恒流搅拌反应器串联恒流搅拌反应器串联理想恒流搅拌反应器停留时

4、间分布函数：tetE1）（N个恒流搅拌反应器串联停留时间分布函数：-111-1tNtE teN（）（）（）！第9页，共38页。各种典型反应器的比较各种典型反应器的比较间歇式反应间歇式反应器器活塞流反应活塞流反应器器恒流搅拌反恒流搅拌反应器应器恒流搅拌反恒流搅拌反应器串联应器串联操作特点操作特点间歇间歇连续连续连续连续连续连续反应器的反应器的特点特点反应物浓度、反应物浓度、反应速度不随反应速度不随位置而变位置而变反应物浓度、反应物浓度、反应速度是位反应速度是位置的函数置的函数反应物浓度、反应物浓度、反映速度是确反映速度是确定的数值不随定的数值不随位置而变位置而变各级之间的浓各级之间的浓度和反应速

5、度度和反应速度可以不相同可以不相同反应物浓度、反应物浓度、反应速度随时反应速度随时间而变间而变反应物浓度、反应物浓度、反应速度不随反应速度不随时间而变时间而变反应物浓度、反应物浓度、反应速度不随反应速度不随时间而变时间而变每一级反应器每一级反应器内的反应物浓内的反应物浓度和反应速度度和反应速度不随时间位置不随时间位置而变而变反应物的停留反应物的停留时间完全一样时间完全一样停留时间是位停留时间是位置的函数置的函数停留时间由停留时间由00都有可能都有可能停留时间相对停留时间相对的比较集中在的比较集中在平均停留时间平均停留时间附近附近第10页，共38页。三、水处理中常见的反应器 水处理中常见的反应器

6、的常见反应器见下表。表表1 1 水处理中的常见反应器水处理中的常见反应器反应器反应器期望的反应器设计期望的反应器设计 反应器反应器期望的反应器设计期望的反应器设计快速混合器快速混合器絮凝器絮凝器沉沉 淀淀砂滤池砂滤池吸吸 附附离子交换离子交换完全混合完全混合局部完全混合的活塞流局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流软化软化加氯加氯污泥反应器污泥反应器生物滤池生物滤池化学澄清化学澄清活性污泥活性污泥完全混合完全混合活塞流活塞流局部完全混合的活塞流局部完全混合的活塞流活塞流活塞流完全混合完全混合完全混合及活塞流完全混合及活塞流第11页，共38页。四、主要单元处理方法（

7、一）水的物理化学处理方法（一）水的物理化学处理方法混凝、沉淀和澄清、浮选、过滤、膜分离、吸附、离子交换、中和、氧化还原（二）（二）水的生物处理方法水的生物处理方法好氧处理和厌氧处理第12页，共38页。p混凝：凝聚和絮凝，投加化学药剂，使悬浮固体和胶体凝聚成易于沉淀的絮凝体。p沉淀和澄清：通过重力作用，使悬浮颗粒、絮凝体分离。p浮选：利用固体或液滴与液体的密度差，实现分离。p过滤：固液混合物通过多孔材料，截留固体使液体通过。第13页，共38页。p膜分离：利用膜的孔径或半渗透的性质实现物质的分离。p吸附：在水处理中指固相材料浸没在液相或气相中，液相或气相物质附着在固相表面的传质现象。p离子交换：固

8、着在基团上的正负离子和基团所接触的液体中的同符号离子的过程。p中和：调节pH值。p氧化还原：改变金属或化合物的状态，使溶解或无毒。第14页，共38页。水的生物处理方法：好氧处理：厌氧处理：又称为消化第15页，共38页。1 1、转化率（去除百分数）转化率（去除百分数）经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数与起经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积没有变化，始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计算，即其转化率可以用反应物浓度的变化来计算，即 式中 转化率；V 反应前后的总体积；t=0时A的浓度；t

9、=t时A的浓度。Ac0000()AAAAAAAcc Vccxc VcAx0Ac第二节第二节 反应效率比较反应效率比较一、一、去除百分数与去除率去除百分数与去除率第16页，共38页。2 2、去除率去除率 在水处理中，去除率即为每批反应处理的时间内单在水处理中，去除率即为每批反应处理的时间内单位时间污染物的去除量。位时间污染物的去除量。去除率（去除率（R）=每批去除的污染物量每批去除的污染物量每批处理所需停留时间每批处理所需停留时间+每批处理所需每批处理所需停工时间停工时间0()ersVRt第17页，共38页。第三节 污水的均化l水质均和水质均和水量负荷不变，水质变化，以水质变化水量负荷不变，水质

10、变化，以水质变化为曲线，求体积，需要搅拌设施。为曲线，求体积，需要搅拌设施。l水量调节水量调节水质负荷不变，水量变化，以水量变化水质负荷不变，水量变化，以水量变化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。为曲线，设计池体积，不需要搅拌。l水质水量均和调节水质水量均和调节水质水量都变化，需综合考虑。水质水量都变化，需综合考虑。工业企业的污水量一日内多变，工业企业的污水量一日内多变，2424小时的流量不同，小时的流量不同，污水处理流程要求水量水质不变，需均化调节。污水处理流程要求水量水质不变，需均化调节。第18页，共38页。一、污水的均量流量日变化曲线：把一日之内逐时的瞬时流量与时间的变化规律绘成曲线，即流

11、量日变化曲线。累计进水量曲线：以累计水量为纵坐标，以时间为横坐标，可按流量日变化曲线做出累计进水量曲线。第19页，共38页。调节池的最小容积：调节池的最小容积：V=V-+V+式中：式中：V-，V+分别为最大负偏差和最大正偏差分别为最大负偏差和最大正偏差第20页，共38页。二、容积计算二、容积计算1排放的水质水量具有周期性变化排放的水质水量具有周期性变化 t=n 时时（1）池容积）池容积 t t1 1i ii iq qw wqi均和周期逐时变化流量均和周期逐时变化流量。（2）出水浓度）出水浓度c对应对应q的污染的污染 t t1 1i ii ii im m/w wq qc cC C2污水流量变化不

12、是周期性，采用试算法。污水流量变化不是周期性，采用试算法。（1）池容积）池容积wq Twq Tq平均污水量平均污水量T水量变化时间总和水量变化时间总和（2）出水浓度）出水浓度w wq qc cq qc cC C2 22 2i ii im m 第21页，共38页。三、调节池形式三、调节池形式 1水泵强制循环水泵强制循环 不需要安装特殊设备，简单易行，混合完全，但动力费用不需要安装特殊设备，简单易行，混合完全，但动力费用高，运行费用高。（可以用提升泵作为回流泵）高，运行费用高。（可以用提升泵作为回流泵）2空气搅拌空气搅拌 混合完全，有预曝气作用，但有害物质和有害气体随曝气进入大气。混合完全，有预曝

13、气作用，但有害物质和有害气体随曝气进入大气。（可利用曝气池的鼓风机引入空气管）（可利用曝气池的鼓风机引入空气管）3机械搅拌机械搅拌 混合较好，运行费用低，但易腐蚀混合较好，运行费用低，但易腐蚀需维护需维护。（需增加搅拌设备，。（需增加搅拌设备，水量多，需要设备数量也多。适合于小水量情况）水量多，需要设备数量也多。适合于小水量情况）4.4.穿孔倒流槽水质调节穿孔倒流槽水质调节（现已不用）（现已不用）只能调节水质，不能调节水量。只能调节水质，不能调节水量。第22页，共38页。第四节第四节 水处理工艺流程概论水处理工艺流程概论一、水处理工艺流程的概念 由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以将多

14、种基本单元过程互相配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。选择水处理流程的基本出发点是：(1)以较低的成本、安全稳定的运行过程；(2)获得满足水质要求的水；(3)水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术 经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程 的选择。第23页，共38页。二.典型的给水处理工艺流程有：（1）地面水常规处理工艺系统（2）典型的地表水处理流程；（3）典型除污染给水处理流程；（4）采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统；（5）臭氧活性炭水处理工艺系统；（6）高锰酸钾除污染工艺系统。第24页，共38页。给水处理工艺流程给水处理工艺流程 给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类

15、。常规的地给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程如下所示：统主要由澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程如下所示：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水图1 典型地表水处理流程第25页，共38页。原 水预处理混凝沉淀过滤消毒活性炭吸附饮 用 水图 2 典 型 除 污 染 给 水 处 理 流 程出水絮凝池清水池过滤池沉淀池混合装置混凝剂原水图3 地面水常规处理工艺系统第26页，共38页。颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置粉末活性炭混凝剂投图4

16、 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统清水池受污染水源水出水混凝剂投混合装置絮凝池沉淀池过滤池颗粒活性炭滤池清水池出水受污染水源水臭氧接触池臭氧图5 臭氧活性炭水处理工艺系统第27页，共38页。粉末活性炭高锰酸钾臭氧受污染水源水出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂图6 高锰酸钾除污染工艺系统生物处理构筑物受污染水源水出水清水池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂图7 生物处理除污染工艺系统第28页，共38页。活性炭过滤城市自来水消 毒膜分离装置细 过 滤砂 过 滤投混凝剂图8 建筑物或建筑小区的自来水深度处理工艺系统 出水第29页，共38页。三、典型的污水处理工艺流程分为：

17、（1）城市污水一级处理系统；（2）城市污水二级处理系统；（3）城市污水深度处理系统；（4）高浊度的水质处理工艺流程；第30页，共38页。l污水处理工艺流程污水处理工艺流程 按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按处理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污按处理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污水及不同的用途，需要采用不同的处理流程。水及不同的用途，需要采用不同的处理流程。典型的城市污水主要来源是城市居民生活污水，主典型的城市污水主要来源是城市居民生活污水，主要的去除对象是有机污染物，一般用要的去除对象是有机污染物，一般用BODB

18、OD5 5和和CODCOD为指标。为指标。一般城市污水中的污染物易于生物降解，所以主要采用一般城市污水中的污染物易于生物降解，所以主要采用生物处理方法。生物处理方法。第31页，共38页。1、典型的污水处理工艺流程分为、典型的污水处理工艺流程分为：（1）城市污水一级处理系统；城市污水一级处理系统；（2）城市污水二级处理系统；城市污水二级处理系统；（3）城市污水深度处理系统；城市污水深度处理系统；沉砂处置格栅沉砂沉淀直接排放或进入二级处理系统污泥干化脱水栅渣处置城市污水图9 污水一级处理典型流程第32页，共38页。2.典型的二级处理工艺流程：二沉池消化气利用污泥利用脱水与干燥设备污泥消化池污泥浓缩

19、池排放或三级处理消毒投加曝气池污泥回流初沉池沉砂池格栅原废水图10 活性污泥法典型工艺流程图第33页，共38页。3.三级处理工艺系统三级处理工艺系统1）混凝、澄清过滤系统2）直接过滤系统二级处理水混合絮凝沉淀（澄清、气浮）过滤清水池用水对象cl2Al2(SO4)3二级处理水清水池用水对象Al2(SO4)3cl2砂滤第34页，共38页。3）微絮凝过滤系统4）生物膜过滤系统二级处理水混合絮凝清水池用水对象Al2(SO4)3砂滤砂滤cl2二级处理水混合絮凝生物膜滤池沉淀清水池用水对象cl2Al2(SO4)3空气第35页，共38页。5）气浮过滤系统6）臭氧化系统二级处理水清水池用水对象Al2(SO4)3cl2气浮池生物膜滤池空气二级处理水混合絮凝沉淀清水池用水对象O3Al2(SO4)3砂滤臭氧氧化第36页，共38页。7）臭氧、活性炭联用系统）臭氧、活性炭联用系统8）反渗透工艺系统）反渗透工艺系统二级处理水混合絮凝沉淀清水池用水对象O3Al2(SO4)3砂滤臭氧氧化活性炭吸附二级处理水混合清水池用水对象Al2(SO4)3絮凝砂滤沉淀砂滤活性炭吸附臭氧氧化第37页，共38页。重点：反应器的分类，各种反应器的特点。1.水处理采用的物理、化学、生物方法有哪些？给水处理和污水处理的基本流程是什么？第38页，共38页。