水處理反應器理論.課件

1、第二章 反應器理論基礎與污水的均化 第一節(jié) 反應器理論基礎第二節(jié) 反應效率比較第三節(jié) 污水的均化第1頁，共38頁。 第一節(jié) 反應器理論基礎 一、 反應器分類 按反應器內(nèi)物料的形態(tài)可以分為均相反應器和多相反應器。 按反應器的操作情況分為間歇式反應器和連續(xù)式反應器。連續(xù)反應器可分為活塞流反應器和恒流攪拌反應器。第2頁，共38頁。間歇式反應器1、間歇式反應器（CMB）：非穩(wěn)態(tài)條件下操作，物料一次投加，反應結束后同時釋放出來，所有物料的反應時間相同；反應器內(nèi)成分均勻。第3頁，共38頁。活塞流反應器2、活塞流反應器（推流式PF型）： 流體以隊列形式通過反應器，液體元素在流動方向上無混合現(xiàn)象，反應器中每一

2、流體元素的停留時間都是相等的。反應時間、反應物濃度、反應速率都是管長的函數(shù)。第4頁，共38頁。恒流攪拌反應器3、恒流攪拌反應器（CSTR型）：物料不斷進出，連續(xù)流動，反應器內(nèi)各點的濃度完全均勻，反應速度也是完全均勻的。第5頁，共38頁。恒流攪拌反應器串聯(lián)4、恒流攪拌反應器串聯(lián)將若干個恒流攪拌反應器串聯(lián)起來，或者在一個塔式或管式反應器內(nèi)分若干個級，級內(nèi)充分混合，級間不混合。第6頁，共38頁。二、 物料在反應器內(nèi)的停留時間和停留時間分布通常把反應器的容積V除以流量Q所得的值稱為停留時間，也稱平均停留時間。停留時間分布函數(shù)E（t）：測定出口物料里示蹤物的濃度隨時間的變化。第7頁，共38頁。各種反應器

3、停留時間分布函數(shù)tE(t)間歇式反應器活塞流反應器tE(t)間歇式反應器物料的停留時間是完全一樣的?；钊鞣磻魑锪显诜磻鲀?nèi)的停留時間是管長的函數(shù)，物料的停留時間完全一樣。第8頁，共38頁。tE(t)恒流攪拌反應器tE(t)恒流攪拌反應器串聯(lián)理想恒流攪拌反應器停留時間分布函數(shù)：N個恒流攪拌反應器串聯(lián)停留時間分布函數(shù)：第9頁，共38頁。各種典型反應器的比較間歇式反應器活塞流反應器恒流攪拌反應器恒流攪拌反應器串聯(lián)操作特點間歇連續(xù)連續(xù)連續(xù)反應器的特點反應物濃度、反應速度不隨位置而變反應物濃度、反應速度是位置的函數(shù)反應物濃度、反映速度是確定的數(shù)值不隨位置而變各級之間的濃度和反應速度可以不相同反應物濃

4、度、反應速度隨時間而變反應物濃度、反應速度不隨時間而變反應物濃度、反應速度不隨時間而變每一級反應器內(nèi)的反應物濃度和反應速度不隨時間位置而變反應物的停留時間完全一樣停留時間是位置的函數(shù)停留時間由0都有可能停留時間相對的比較集中在平均停留時間附近第10頁，共38頁。 三、 水處理中常見的反應器 水處理中常見的反應器的常見反應器見下表。 表1 水處理中的常見反應器反應器期望的反應器設計 反應器期望的反應器設計快速混合器絮凝器沉 淀砂濾池吸 附離子交換完全混合局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流軟化加氯污泥反應器生物濾池化學澄清活性污泥完全混合活塞流局部完全混合的活塞流活塞流完全混合完全混合及

5、活塞流第11頁，共38頁。四、 主要單元處理方法（一）水的物理化學處理方法混凝、沉淀和澄清、浮選、過濾、膜分離、吸附、離子交換、中和、氧化還原（二） 水的生物處理方法好氧處理和厭氧處理第12頁，共38頁。混凝：凝聚和絮凝，投加化學藥劑，使懸浮固體和膠體凝聚成易于沉淀的絮凝體。沉淀和澄清：通過重力作用，使懸浮顆粒、絮凝體分離。浮選：利用固體或液滴與液體的密度差，實現(xiàn)分離。過濾：固液混合物通過多孔材料，截留固體使液體通過。第13頁，共38頁。膜分離：利用膜的孔徑或半滲透的性質實現(xiàn)物質的分離。吸附：在水處理中指固相材料浸沒在液相或氣相中，液相或氣相物質附著在固相表面的傳質現(xiàn)象。離子交換：固著在基團上

6、的正負離子和基團所接觸的液體中的同符號離子的過程。中和：調節(jié)pH值。氧化還原：改變金屬或化合物的狀態(tài)，使溶解或無毒。第14頁，共38頁。水的生物處理方法：好氧處理：厭氧處理：又稱為消化第15頁，共38頁。 1、 轉化率（去除百分數(shù)） 經(jīng)過一定的反應時間以后，已反應的反應物分子數(shù)與起始的反應物分子數(shù)之比。如果反應前后總體積沒有變化，其轉化率可以用反應物濃度的變化來計算，即 式中 轉化率； V 反應前后的總體積； t=0時A的濃度； t=t時A的濃度。第二節(jié) 反應效率比較一、 去除百分數(shù)與去除率第16頁，共38頁。 2、 去除率 在水處理中，去除率即為每批反應處理的時間內(nèi)單位時間污染物的去除量。去

7、除率（R）=每批去除的污染物量每批處理所需停留時間+每批處理所需停工時間第17頁，共38頁。第三節(jié) 污水的均化水質均和水量負荷不變，水質變化，以水質變化為曲線，求體積，需要攪拌設施。水量調節(jié)水質負荷不變，水量變化，以水量變化為曲線，設計池體積，不需要攪拌。水質水量均和調節(jié)水質水量都變化，需綜合考慮。 工業(yè)企業(yè)的污水量一日內(nèi)多變，24小時的流量不同，污水處理流程要求水量水質不變，需均化調節(jié)。第18頁，共38頁。一、 污水的均量流量日變化曲線：把一日之內(nèi)逐時的瞬時流量與時間的變化規(guī)律繪成曲線，即流量日變化曲線。累計進水量曲線：以累計水量為縱坐標，以時間為橫坐標，可按流量日變化曲線做出累計進水量曲線

8、。第19頁，共38頁。調節(jié)池的最小容積：V=V-+V+式中：V- ，V+分別為最大負偏差和最大正偏差第20頁，共38頁。二、容積計算1排放的水質水量具有周期性變化 t=n 時（1）池容積qi均和周期逐時變化流量。（2）出水濃度c對應q的污染2污水流量變化不是周期性，采用試算法。（1）池容積q平均污水量T水量變化時間總和 （2）出水濃度第21頁，共38頁。三、調節(jié)池形式 1水泵強制循環(huán) 不需要安裝特殊設備，簡單易行，混合完全，但動力費用高，運行費用高。（可以用提升泵作為回流泵） 2空氣攪拌 混合完全，有預曝氣作用，但有害物質和有害氣體隨曝氣進入大氣。（可利用曝氣池的鼓風機引入空氣管） 3機械攪拌

9、 混合較好，運行費用低，但易腐蝕需維護。（需增加攪拌設備，水量多，需要設備數(shù)量也多。適合于小水量情況） 4.穿孔倒流槽水質調節(jié)（現(xiàn)已不用） 只能調節(jié)水質，不能調節(jié)水量。第22頁，共38頁。 第四節(jié) 水處理工藝流程概論一、 水處理工藝流程的概念 由于單一的水處理單元方法是難以滿足要求，所以將多種基本單元過程互相配合，組成一個水處理工藝過程，稱為水處理工藝流程。選擇水處理流程的基本出發(fā)點是： (1) 以較低的成本、安全穩(wěn)定的運行過程； (2) 獲得滿足水質要求的水； (3) 水處理設施所在的地區(qū)氣候、地形地質、技術 經(jīng)濟條件的差異，也會影響到水處理工藝流程 的選擇。 第23頁，共38頁。 二. 典

10、型的給水處理工藝流程有：（1） 地面水常規(guī)處理工藝系統(tǒng)（2） 典型的地表水處理流程；（3） 典型除污染給水處理流程；（4） 采用活性炭吸附除污染的水處理工藝系統(tǒng)；（5） 臭氧活性炭水處理工藝系統(tǒng)；（6） 高錳酸鉀除污染工藝系統(tǒng)。第24頁，共38頁。 給水處理工藝流程 給水處理的主要水源有地表水和地下水兩大類。常規(guī)的地表水處理以去除水中的渾濁物質和細菌、病毒為主，水處理系統(tǒng)主要由澄清和消毒工藝組成，典型的水處理流程如下所示： 第25頁，共38頁。 第26頁，共38頁。 第27頁，共38頁。 第28頁，共38頁。 第29頁，共38頁。 三、 典型的污水處理工藝流程分為： （1）城市污水一級處理系統(tǒng)

11、； （2）城市污水二級處理系統(tǒng)； （3）城市污水深度處理系統(tǒng)； （4）高濁度的水質處理工藝流程；第30頁，共38頁。 污水處理工藝流程 按污水種類可分為：城市污水處理和工業(yè)污水處理；按處理后的水的去向可分為：排放和回用等；不同的污水及不同的用途，需要采用不同的處理流程。 典型的城市污水主要來源是城市居民生活污水，主要的去除對象是有機污染物，一般用BOD5和COD為指標。一般城市污水中的污染物易于生物降解，所以主要采用生物處理方法。第31頁，共38頁。 1、典型的污水處理工藝流程分為： （1） 城市污水一級處理系統(tǒng)； （2） 城市污水二級處理系統(tǒng)； （3） 城市污水深度處理系統(tǒng)；第32頁，共38頁。 2. 典型的二級處理工藝流程：第33頁，共38頁。 3.三級處理工藝系統(tǒng)1）混凝、澄清過濾系統(tǒng)2