废水处理培训教材 131页

目录第一章常用工程材料………………………………………………………………()第一节常用金属材料…………………………………………………………………()一、钢…………………………………………………………………………………()二、铸铁……………………………………………………………………………()第二节金属材料的腐蚀与防护………………………………………………………()一、化学腐蚀…………………………………………………………………………()二、电化学腐蚀………………………………………………………………………()三、金属腐蚀的防护措施………………………………………………………………()第三节常用非金属材料………………………………………………………………()一、橡胶………………………………………………………………………………()二、塑料………………………………………………………………………………()三、陶瓷………………………………………………………………………………()四、复合材料…………………………………………………………………………()第二章预处理装置与设备…………………………………………………………()第一节格栅…………………………………………………………………………()一、格栅………………………………………………………………………………()二、筛网………………………………………………………………………………()第二节沉砂池…………………………………………………………………………()一、平流式沉砂池………………………………………………………………………()二、曝气沉砂池…………………………………………………………………………()第三节调节池…………………………………………………………………………()一、调节池的类型………………………………………………………………………()二、常用调节池…………………………………………………………………………()第三章物理处理装置及设备…………………………………………………………()第一节沉淀池…………………………………………………………………………()一、平流式沉淀池………………………………………………………………………()二、辐流式沉淀池………………………………………………………………………()三、竖流式沉淀池………………………………………………………………………()四、斜板（管）沉淀池…………………………………………………………………()五、沉淀池的运行与管理………………………………………………………………()第二节气浮设备与装置………………………………………………………………()一、概述………………………………………………………………………………()二、加压溶气气浮的主要设备…………………………………………………………()三、加压溶气气浮设备的调试…………………………………………………………()四、加压溶气气浮设备的运行…………………………………………………………()第三节隔油设备与装置…………………………………………………………………()一、平流式隔油池………………………………………………………………………()二、相关设计参数………………………………………………………………………()第四节过滤设备与装置…………………………………………………………………()131n一、快滤池………………………………………………………………………………()二、压力滤池……………………………………………………………………………()第四章化学处理装置与设备…………………………………………………………()第一节中和………………………………………………………………………………()一、概述…………………………………………………………………………………()二、中和处理方法及相关设备……………………………………………………………()第二节化学沉淀…………………………………………………………………………()一、化学沉淀法适用场合…………………………………………………………………()二、基本原理……………………………………………………………………………()第三节混凝………………………………………………………………………………()一、混凝剂的配制与投加…………………………………………………………………()二、混合与搅拌设备………………………………………………………………………()三、反应设备……………………………………………………………………………()四、澄清池………………………………………………………………………………()第四节化学氧化与还原……………………………………………………………………()一、氧化还原原理………………………………………………………………………()二、设备与装置…………………………………………………………………………()第五节电解………………………………………………………………………………()一、概述………………………………………………………………………………()二、电解设备和装置……………………………………………………………………()三、工程实例第五章物理化学处理装置与设备………………………………………………()第一节　吸附设备………………………………………………………………………()一、吸附原理…………………………………………………………………………()二、吸附设备和装置……………………………………………………………………()三、吸附工艺流程及配套设备……………………………………………………………()第二节　萃取法…………………………………………………………………………()一、液一液萃取过程……………………………………………………………………()二、萃取方式……………………………………………………………………………()第三节　离子交换设备……………………………………………………………………()一、离子交换基本原理……………………………………………………………………()二、离子交换剂…………………………………………………………………………()三、离子交换系统和设备…………………………………………………………………()四、离子交换树脂的变质、污染及其防止…………………………………………………()第二节　膜分离设备………………………………………………………………………()一、渗析法………………………………………………………………………………()二、电渗析法……………………………………………………………………………()三、超滤…………………………………………………………………………………()四、反渗透………………………………………………………………………………()第六章　生化处理装置与设备……………………………………………………………()第一节　活性污泥法处理装置与设备………………………………………………………()一、活性污泥法工艺……………………………………………………………………()131n二、活性污泥法处理装置与设备…………………………………………………………()三、新型活性污泥法设备…………………………………………………………………()第二节　生物膜法…………………………………………………………………………()一、生物滤池……………………………………………………………………………()二、生物转盘……………………………………………………………………………()三、生物接触氧化设备和装置……………………………………………………………()第三节　厌氧生化处理装置…………………………………………………………………()一、普通厌氧消化池………………………………………………………………………()二、上流式厌氧污泥床反应器（ＵＡＳＢ）………………………………………………()三、厌氧滤池……………………………………………………………………………()第七章　污泥处理装置与设备……………………………………………………………()第一节　污泥浓缩设备……………………………………………………………………()一、重力浓缩池…………………………………………………………………………()二、离心浓缩法…………………………………………………………………………()第二节　污泥消化…………………………………………………………………………()一、中温厌氧消化池搅拌设备及运行方式………………………………………………()二、消化池运行管理……………………………………………………………………()第三节　污泥脱水…………………………………………………………………………()一、机械脱水……………………………………………………………………………()二、自然干化……………………………………………………………………………()第八章　流体输送机械……………………………………………………………………()第一节离心泵…………………………………………………………………………()一、离心泵的基本结构……………………………………………………………………()二、离心泵的工作原理……………………………………………………………………()三、离心泵的主要性能参数………………………………………………………………()四、离心泵的流量调节……………………………………………………………………()五、常见离心泵的种类……………………………………………………………………()六、离心泵的安装、操作和维护…………………………………………………………()第二节　鼓风机……………………………………………………………………………()一、罗茨鼓风机的结构及运行特点………………………………………………………()二、鼓风机的运行和维护…………………………………………………………………()第三节管路………………………………………………………………………………()一、管子…………………………………………………………………………………()二、管件…………………………………………………………………………………()三、阀门…………………………………………………………………………………()四、管路的布置和安装……………………………………………………………………()第九章常用化工仪表……………………………………………………………………()第一节计量基础知识………………………………………………………………………()第二节温度检测……………………………………………………………………………()一、温度检测仪表的分类……………………………………………………………………()二、热电阻…………………………………………………………………………………()三、热电偶…………………………………………………………………………………()131n第二节流量测量仪表………………………………………………………………………()一、常用流量计的基本原理………………………………………………………………()二、常用流量计的应用……………………………………………………………………()三、常用流量计的安装及维护……………………………………………………………()第三节压力测量仪表………………………………………………………………………()一、常用压力测量仪表的基本原理…………………………………………………………()二、压力表及远传压力变送器的选用………………………………………………………()三、压力表和远传压力变送器的安装和维护…………………………………………………()第四节物位测量仪表………………………………………………………………………()一、物位测量仪表原理………………………………………………………………………()二、物位测量仪表的选用……………………………………………………………………()131n第一章常用工程材料第一节常用金属材料金属材料是目前应用最为广泛的工程材料，尤其是钢、铸铁、有色金属应用更为广泛。一、钢钢主要是由铁和碳元素组成的合金。合金是指由一种金属元素与一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。例如，普通碳钢和铸铁都是由铁和碳元素组成的二元合金。在铁和碳元素组成的二元合金中，根据含碳量不同可分为：①工业纯铁，含碳量小于0.02%；②钢，含碳量0.02~2.11%；③铸铁，含碳量2.11~6.69%。(一)钢按化学成分不同，分为碳素钢和合金钢1．碳素钢按含碳量又可分为：（1）低碳钢(含碳量小于0.25%)；（2）中碳钢(含碳量为0.25~0.6%)；（3）高碳钢(含碳量大于0.6%)；2．合金钢按合金元素含量也可分为：（1）低合金钢(合金元素含量小于5%)；（2）中合金钢(合金元素含量为5~10%)；（3）高合金钢(合金元素含量大于10%)。(二)钢按主要用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢等1．结构钢结构钢是品种最多、用途最广、使用量最大的一类钢，按其化学成分一般分为碳素结构钢、低合金结构钢和合金结构钢三大类。(1)碳素结构钢①普通碳素结构钢普通碳素结构钢碳含量较低，一般为0.06%~0.38%，对性能要求及硫、磷和其他残余元素含量的限制较宽。大多用作工程结构钢，一般是热轧成钢板或各种型材如圆钢、方钢、工字钢、钢筋等，少部分也用于要求不高的机械结构。在国家标准中，普通碳素结构钢主要保证力学性能，所以其牌号首先体现了力学性能。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服极限的“屈”字的汉语拼音首位字母Q、屈服点数值、质量等级符号等部分组成。其中，质量等级A、B、C、D则表示钢材质量等级的不同，含硫、磷量依次降低，质量依次提高。如Q235A表示其是屈服极限为235MPa，质量等级为A级的碳素结构钢。②优质碳素结构钢优质碳素结构钢因主要用于机械制造，必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号用两位数字表示，这两位数字表示钢中碳的平均质量分数为万分之几。如45表示其平均含碳量为0.45%。它的硫、磷含量较低，一般不大于0.035%,综合力学性能优于普通碳素钢，为了充分发挥其性能潜力，一般都须经热处理后使用。优质碳素结构钢用途广泛，如制造冲压件、焊接件、螺钉、螺母、高压法兰、齿轮、轴类、连杆等。(2)低合金结构钢低合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上添加合金元素而得到的，合金元素总量不超过5%，添加的合金元素主要是锰，辅加合金元素为钒、铁、铝等。少量的合金元素的加人提高了钢的性能：提高了强度，屈服强度一般在300MPa以上；有足够的塑性和韧性；131n有良好的焊接性和冷、塑性加工性能。其牌号也体现了力学性能，如Q420表示其屈服强度为420MPa。低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型结构等。(3)合金结构钢合金结构钢主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于特殊质量等级，大多需经热处理后才能使用，按其用途及热处理特点可分大渗碳钢、鱼周质朝、弹簧钢、滚动轴承钢、超高强度钢等。合金钢的牌号是按照含碳量及所含合金元素的种类(元素符号)和含量来编制。一般牌号的首位数字表示碳的平均质量分数，对于结构钢，以万分数计，对于工具钢，以千分数计。当钢中某种合金元素的平均质量分数小于1.5%时，牌号中只标出元素符号，不标明含量；当元素含量为1.5%~2.5%，2.5~3.5%…时，在该元素后用整数2,3…标出其近似含量(如合金弹簧钢60Si2Mn)。2．不锈钢不锈钢属于特殊性能钢，通常是不锈钢(耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢)和耐酸钢(耐酸、碱、盐等强度腐蚀介质腐蚀的钢)的统称，全称不锈耐酸钢，广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。其性能要求是要有优良的耐蚀性。耐蚀性是不锈钢最重要的性能，但其耐蚀性对介质具有选择性，即某种不锈钢在特定的介质中具有耐蚀性，而在另一种介质中则不一定耐蚀；要有合适的力学性能，要有良好的工艺性能，如冷塑性加工、切削加工、焊接性等。不锈钢的牌号与合金工具钢基本相同。当碳的质量分数小于0.08％及小于0.03％时，在牌号前分别冠以“0”及“00”。不锈钢是在碳素钢的基础上加入一些耐腐蚀的合金元素形成的，其含碳量较低，有的要求小于0.03％，加入的合金元素主要是铬和镍。铬是不锈钢中最基本的合金元素，主要作用是提高钢的耐蚀性，在氧化性介质中，铬能使钢表面形成一层牢固而致密的氧化物，使钢受到保护；铬在钢中能显著提高钢的电极电位，电极电位的提高不是渐变，而是突变，当铬量达到12％时，电极电位突然增加，因此不锈钢中的含铬量均在12％以上。一定量的镍和铬配合，赋予钢良好的耐蚀性、强度和韧性。不锈钢按成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。如1Crl3、2Crl13主要用于制造汽轮机叶片、水压机阀、不锈设备用螺栓螺母等，1Crl7主要用于制造建筑内装饰品、重油燃烧器部件、家用电器部件、硝酸吸收塔、稀硝酸换热器等。51Crl7Ni2主要用于制造具有较高强度的耐硝酸及有机酸腐蚀的零件、容器、设备等；0Crl8Nil2MoTi主要用于制造耐硫酸、硝酸、醋酸的设备。二、铸铁铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料，基本上以铸件形式使用。当铸铁中的碳主要以Fe3C即渗碳体形式存在时，铸铁断口呈银白色，故称为白口铸铁。白口铸铁具有轻而脆的基本特性，在冲击载荷不大的情况下，可作为耐磨材料使用，除此用途不大。当碳主要以石墨形式存在时，铸铁断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁，这是工业上广泛应用的铸铁。灰口铸铁又根据石墨的形态分类，具有片状石墨的铸铁为灰铸铁，具有球状石墨的铸铁为球墨铸铁。（一）灰铸铁灰铸铁是价格便宜、应用广泛的铸铁材料。缺点是强度较低，塑性差。但由于石墨的润滑作用，具有良好的切削性和耐磨性。中国灰铸铁的牌号用“HT”和其后的一组数字表示，“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音字首，后面的数字为最低抗拉强度，单位为MPa。灰铸铁有六种，HTl00、HTl50、HT200、HT250、HT300、HT350。HT100主要用于制造低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等；HTl50适用于制造中等载荷的零件如支柱、底座、齿轮箱、刀架、阀131n体、管路附件等；HT200、HT250适合于制造较大载荷和重要零件，如气缸体、齿轮、飞轮、缸套、活塞、联轴器、轴承座等；HT300、HT350适用于制造承受高载荷的重要零件，如齿轮、凸轮、高压油缸、滑阀壳体等。（二）球墨铸铁球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，综合性能接近于钢。它不仅有较高的强度，而且有一定的塑性。中国球墨铸铁牌号由“QT”加上两组数字组成，“QT”表示“球铁”二字的汉语拼音字首，其后两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。如QT400-15表示抗拉强度为400MPa，伸长率为15％。QT400-18、QT400-15主要用于制造承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、差速器壳等，农机具零件，中低压阀门，压缩机上的高低压汽缸等；QT600-3、QT700-2、QT800-2主要用于制造载荷大、受力复杂的零件，如拖拉机、柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴，各种齿轮，部分机床的主轴，蜗杆、蜗轮，轧钢机的轮辊，大齿轮及大型水压机的工作缸、缸套、活塞等。第二节金属材料的腐蚀与防护腐蚀是指金属由于环境介质作用而导致的变质和破坏。按腐蚀原理分类，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。一、化学腐蚀金属的化学腐蚀是指金属与周围介质直接发生化学反应而引起的变质和损坏的现象。化学腐蚀是一种氧化-还原反应过程，也就是腐蚀介质中的氧化剂直接同金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。金属的化学腐蚀主要发生在如下四种介质中。（1）金属在干燥大气体中的腐蚀金属在湿度不大的大气条件下的腐蚀属于化学腐蚀，这种腐蚀进行的速度较慢，造成的危害轻微。（2）金属在高温气体中的腐蚀这是危害最为严重的一类化学腐蚀，如金属的高温氧化，在高温条件下，金属与环境中的氧或氧化性气体(H2O、SO2、CO2等)化合生成金属化合物，温度越高，金属的氧化速度越快；钢的高温脱碳，在高温气体作用下，金属表面与高温气体中的02、H20、S02、H2反应，使碳的含量减少，金属的表面硬度和抗疲劳强度降低。（3）其他氧化剂引起的化学腐蚀在腐蚀反应中夺取电子导致金属原子成为离子的物质不是氧，而是硫、卤素原子或其他原于或原子团，这时反应物不是氧化物，而是卤化物、氢氧化物或其他化合物。这种情况下，腐蚀速度和危害程度取决于金属及氧化物的性质。（4）金属在非电解质溶液中的腐蚀金属在不含水、不电离的有机溶剂中，与有机物直接反应而受化学腐蚀，如Al在CCl4、Mg和Ti在甲醇中的腐蚀，这类腐蚀比较轻微。二、电化学腐蚀金属电化学腐蚀指金属与介质发生电化学反应而引起的变质和损坏。其特点是在腐蚀过程中有电流产生，金属在各种酸、碱、盐溶液、潮湿大气、工业用水中的腐蚀，都属于电化学腐蚀。电化学腐蚀是一种比化学腐蚀更为普遍、危害更加严重的腐蚀。131（一）电极电位131n把Zn置于水溶液中，由于极性水分于的作用，Zn表面上的Zn离子克服自身电子的引力，一些Zn离子将脱离金属表面进入相接触的水中形成水化离子，与这些离子保持中性的电子仍然留在金属上，这就是氧化反应。随着反应的进行，生成的水化离子越多，金属表面的过剩电子也越多。当金属的氧化反应到一定时间，动态上不再进行，其结果形成了由金属表面带负电，与金属相接触的水中带正电的双电层。许多金属如铁、镉等浸在水或酸、碱、盐的水溶液中，都能够形成这样的双电层。如果金属离子的水化能不足以克服金属离子与电子的吸引力，则溶液中的水化离子可能被金属上的电子吸引而进入金属内部，因而金属表面带正电荷，与之相邻的液层中聚集阴离子而带负电荷，形成一种与前相反的双电层，铜、银、金等金属在含有该金属盐的水溶液中就形成这种双电层。双电层示意如图1-1所示。形成双电层的金属及电解质溶液称为电极。不同的电极具有不同的电位，若规定某一电极的电位为零电位，此电极为参比电极，相对于参比电极的电位差就成为该电极的电极电位。131131图1-1双电层示意图131131图1-2金属锌和金属铜组成的腐蚀电池131131131131　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　131n（二）腐蚀电池如果把两种电极电位不同的金属互相接触，或用导线连接，同时放入同一电解质中．就组成了腐蚀电池。如图1-2所示为金属锌和金属铜组成的腐蚀电池，锌的电极电位低，铜的电极电位高，锌离子不断进入电解质溶液中，多余的电子通过导线流向了铜极。在锌极上发生的是氧化反应Zn-2eZn2+，在铜极上发生的是还原反应2H++2eH2。腐蚀电池的总反应为Zn+2H+Zn2++H2反应的结果造成金属锌的电化学腐蚀和溶液中的氧化剂被还原成氢气并聚成气泡逸出。在腐蚀电池中，发生氧化反应的电极称阳极，发生还原反应的电极称阴极。在以上腐蚀电池中，锌为阳极，铜为阴极，锌失去电子遭腐蚀，铜得到保护。金属的电化学腐蚀性决定于电极电位，电极电位低的容易被腐蚀。三、金属腐蚀的防护措施腐蚀主要决定于两个方面，一是材料本身的性能，二是材料所处的环境或所接触的介质。这就要求要认真分析环境介质的性质，正确选择材料；要改善腐蚀环境或介质。金属设备的常用的防腐措施。(一)涂敷保护层在金属表面涂敷耐腐蚀的保护层，使金属与腐蚀环境或介质分开，从而达到防止金属腐蚀的目的。涂层分为金属保护层和非金属保护层。1.金属保护层　金属保护层常称为镀层，通常以涂敷工艺来命名。常用的有电镀、热镀、渗镀、喷镀、热浸镀、包镀等、目的就是在金属外部包裹一层耐腐蚀的金属层。2.非金属保护层非金属保护层分为无机涂层和有机涂层。无机涂层指搪瓷、玻璃涂层，硅酸盐涂层和化学涂层。硅酸盐涂层主要采用硅酸盐水泥作保护层，化学涂层又称化学膜，是采用化学的方法使金属离子沉积而形成金属镀层的方法。有机涂层包括涂料涂层、塑料涂层和硬橡胶涂层。涂料是一种流动性物质，能够在金属表面展开连续的薄膜，固化后即能将金属与介质隔开。塑料涂层是用层压法将塑料薄膜直接粘在金属表面。硬橡胶涂层是将硬橡胶覆盖于金属表面。(二)电化学保护根据电化学腐蚀原理，如果把要保护的金属的电极电位提高，或是把金属的电极电位降低到一定程度，则可降低腐蚀速度，甚至使腐蚀完全停止。这种通过改变电极电位来控制金属腐蚀的方法称为电化学保护。电化学保护常用阴极保护法。阴极保护又分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是把被保护的金属设备与直流电源的负极相连，电源的正极与另一种被称为辅助电极的金属相连，如图1-3（a）所示。电源接通，电源电流的方向与腐蚀电池的方向相反，调整电源电流的大小，就能达到减少甚至停止腐蚀的目的。外加电流法在石油、化工、环境工程等方面得到了广泛的应用。牺牲阳极法是在被保护的金属上连接一块电极电位更低的金属作为牺牲阳极,如图1-3(b)。由于外接的牺牲阳极电位比被保护的金属低，更容易失去电于面遭到腐蚀。如防止铁制地下管道的电化学腐蚀，可在管道上附以金属锌。出于锌的电极电位较铁的电极电位低，因而失去电子发生氧化反应而遭到腐蚀，铁制管道被保护下来。131n图1-3阴极保护法(三)腐蚀介质的缓蚀在腐蚀介质中加入缓蚀剂，改变介质的性质，可降低或消除对金属的腐蚀作用。缓蚀剂就是能够阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质,主要用于管道内壁的防腐。1.酸性介质的防腐在管道和锅炉的酸洗除垢中，常在酸溶液中加入吸附型缓蚀剂表面，改变金属表面的性质，从而达到防止酸性介质腐蚀的目的。2.中性介质的防腐缓蚀剂可吸附在金属在循环水和锅炉给水等中性介质中，腐蚀基本是由水中溶解氧和游离二氧化碳引起的，特别是在循环冷却水系统中，由于水的多次循环使用，使水中无机盐类逐渐浓缩，造成管道内壁腐蚀、结垢等。常在系统中加入氧化型或沉淀型缓蚀剂，使管道内壁形成致密的氧化膜(钝化剂)，或具有防腐的沉淀膜，以达到防腐目的。常用的缓蚀剂有；络酸盐、聚磷酸盐、硅酸盐和铜酸盐等。3.蒸汽及供暖管道的防腐这种腐蚀主要由水中溶解氧、氯离子及溶解盐类引起的腐蚀。其防腐措施是采用离子交换法或加缓蚀剂和脱氧剂等进行除氧、除垢。常用的缓蚀剂有：聚磷酸钠、硅酸盐和铂酸盐等，脱氧剂主要是亚硫酸钠。对长期停用管道，可用浓度为200mg/l的亚硝酸钠溶液充满管道，即可防止管道内壁的氧腐蚀。第三节常用非金属材料非金属材料是指除金属以外的其他一切材料，非金属材料具有优良的耐腐蚀性能，原料来源丰富，品种多样，适合于因地制宜，就地取材，是一种有着广阔发展的工程材料。非金属材料分为无机非金属材料、有机非金属材料及复合材料。无机非金属材料主要有陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等，有机非金属材料主要有橡胶、塑料、涂料等，复合材料主要有玻璃钢、不透性石墨等。一、橡胶131n橡胶在很宽的温度范围内具有极好的弹性有高的拉伸强度和疲劳强度，并且具有不透水、不透气、耐酸碱和电绝缘等性能。良好的性能，使其得到了广泛的应用。(一)橡胶的组成橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。生胶是指无配合剂、未经硫化的天然或合成橡胶。生胶具有很高的弹性，但强度低，易产生永久性变形；稳定性差，如会发黏、变硬、溶于某些溶剂等。配合剂用来改善橡胶的各种性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂等。硫化剂用来使生胶的结构由线型转变为交联体型结构，从而使生胶变成具有一定强度、韧性、高弹性的硫化胶。硫化促进剂作用是缩短硫化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。活化剂用来提高促进剂的作用。填充剂用来提高橡胶的强度、改善工艺性能和降低成本。增塑剂用来增加橡胶的塑性和柔韧性。防老化剂用来防止或延缓橡胶老化，主要有胺类和酚类等防老化剂。增强材料主要有纤维织品、钢丝加工制成的帘布、丝绳、针织品等类型，以增加橡胶制品的强度。(二)常用橡胶材料橡胶根据原材料的来源可分为天然橡胶和合成橡胶。1.天然橡胶天然橡胶由橡胶树上流出的乳胶提炼而成。天然橡胶具有较好的综合性能，弹性高。有良好的耐磨性、耐寒性和工艺性能，电绝缘性好，价格低廉。但耐热性差，不耐臭氧，易老化，不耐油。天然橡胶广泛用于制造轮胎、输送带、减振制品、胶管、胶鞋及其他通用制品。2.合成橡胶(1)丁苯橡胶丁苯橡胶是应用最广、产量最大的一种合成橡胶。它由丁二烯和苯乙烯共聚而成，其性能主要受苯乙烯的含量影响，随着苯乙烯含量的增加，橡胶的耐磨性、硬度增大而弹性下降。丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨性、耐热性和耐老化性好。主要用于制造轮胎、胶板、胶布、胶鞋及其他通用制品，不适用于制造高速轮胎。(2)丁基橡胶丁基橡胶由异丁烯和少量异戊二烯低温共聚而成。其气密性极好，耐老化性、耐热性和电绝缘性较高，耐水性好，耐酸碱、有很好的抗多次重复弯曲的性能。但强度低，易燃不耐油。对烃类溶剂的抵抗力差。主要用于制造内胎、外胎以及化工衬里、绝缘材料、防震动与防撞击材料等。(3)氯丁橡胶氯丁橡胶由氯丁二烯以乳液聚合法而成。其物理、力学性能良好，耐油、耐溶剂性和耐老化性、耐燃性良好，电绝缘性差。主要用于制造电缆护套、胶管带、胶黏剂及一般橡胶制品。二、塑料塑料密度小，耐腐蚀，有着良好的电绝缘性、耐磨和减摩性、消声和隔热性、加工性等。但强度、硬度低，耐热性差，受热易变形、易老化、易蠕变等。(一)塑料的组成塑料是以树脂为主要成分，添加能改善性能的填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、润滑剂、发泡剂、着色剂、阻燃剂、防老化刑等制成的。树脂是相对分子质量不固定的，在常温下呈固态、半固态或流动态的有机物质，在塑料中起胶黏各组分的作用，占塑料的40％-100％，如聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚酰胺、酚醛树脂等，131n大多数塑料以所用树脂命名。填充剂主要起增强作用，可以使塑料具有所要求的性能。增塑剂用来增加树脂的塑性和柔韧性。稳定剂包括热稳定刑和光稳定剂，可提高树脂在受热、光、氧作用时的稳定性。润滑剂用来防止塑料黏着在模具或其他设备上。固化剂能将高分子化合物由线型结构转变为交联体型结构的物质。发泡剂是受热时会分解，放出气体的有机化合物，用于制备泡沫塑料等。(二)常用塑料塑料按受热时的性质可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料受热时软化或熔融，冷却后硬化，并可反复多次进行。它包括乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚四氟乙烯等。热固性塑料在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂等。塑料按功能和用途可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料是指产量大、用途广、价格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，产量占塑料总产量的75％以上。工程塑料是指具有较高性能，能替代金属用于制造机械零件和工程构件的塑料。主要有聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。特种塑料是指具有特殊性能的塑料，如导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。三、陶瓷传统的陶瓷材料是黏土、石英、长石等硅酸盐类材料，而现代陶瓷材料是无机非金属材料的统称。按原料可分为普通陶瓷(硅酸盐材料)和特种陶瓷(人工合成材料)。按用途可分为日用陶瓷、结构陶瓷和功能陶瓷等。拉性能可分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷等。陶瓷材料具有极高的硬度、优良的耐磨性，弹性模量高、刚度大，抗拉强度很低但抗压强度很高，塑性、韧性低，脆性大，在室温下几乎没有塑性，难以进行塑性加工。陶瓷的熔点很高，大多在2000℃以上，因此具有很高的耐热性能；线胀系数小，导热性差。陶瓷的化学稳定性高，抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性。大多数陶瓷具有高电阻率，少数陶瓷具有半导体性质。许多陶瓷具有特殊的性能，如光学性能、电磁性能等。四、复合材料由两种或两种以上在物理和化学上不同的物质结合起来而得到的一种多相固体材料称为复合材料。复合材料不仅具有各组成材料的优点，而且还具有单一材料无法具备的优越的综合性能。故而复合材料发展迅速，在各个领域得到了广泛应用。(一)复合材料的分类和性能复合材料是由两种或两种以上的物质组成的，通常分成两个基本组成相；一是连续相，称为基体相，主要起粘接和固定作用；另一相是分散相，称为增强相，主要起承受载荷作用。复合材料按基体材料可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等；按增强材料的类型和形态可分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、叠层复合材料、骨架复合材料、涂层复合材料等。复合材料具有高的比强度、比模量(弹性模量与密度之比)和疲劳强度性能好，断裂安全性高，抗冲击性差，横向强度较低。(二)常用复合材料1.树脂基复合材料树脂基复合材料是将树脂浸到纤维和纤维织物上固化而制成。在成型模具上涂树脂、铺织物，然后固化而成。131n(1)玻璃纤维增强塑料又称为玻璃钢，基体相为树脂，分散相为玻璃纤维。根据树脂的性质可分为热固性玻璃钢和热塑性玻璃钢。热固性玻璃钢密度小、强度高、耐蚀性好、绝缘好、绝热性好、吸水性低、防磁、弹性模量低、刚度差、耐热性低。热塑性玻璃钢强度比热固性玻璃低，但韧性、低温性能良好，线胀系数低。玻璃钢主要用于制造仪表盘、耐酸碱油的容器、管道，冷却塔等。（2）碳纤维增强塑料基体相为树脂，分散相为碳纤维。碳纤维增强塑料密度小，比强度、比模量高，抗疲劳性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性优良，垂直纤维方向的强度、刚度低。在化工行业主要用于容器、管道。（3）石棉纤维增强塑料基体材料主要有酚醛、尼龙、聚丙烯树脂等，分散相为石棉纤维。化学稳定好和电绝缘性良好，主要用于汽车制动件、阀门、导管、密封件、化工耐蚀件、隔热件、电绝缘件、耐热件等。2.金属基复合材料金属基复合材料是将金属与增强材料利用一定的工艺均匀混合在一起而制成，基体相为金属。常用的基体金属有铝、钛、镁等；常用的纤维增强材料有硼纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等，颗粒增强材料有碳化硅、氧化铝、碳化钛等。金属基复合材料具有高的强度、弹性模量、耐磨性、冲击韧性，好的耐热性、导热性、导电性，不易燃，不吸潮，尺寸稳定，不老化等优点，大大扩展了金属材料的应用范围。但密度较大，成本较高，有的材料工艺复杂。3.陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是将陶瓷与增强材料利用一定的工艺均匀混合在一起而制成，基体相为陶瓷，常用的增强材料有氧化铝、碳化硅、金属等。陶瓷具有耐高温、耐磨、耐蚀、高抗压强度和弹性模量等优点，但脆性大、抗弯强度低。但陶瓷基复合材料的韧性、抗弯强度都大大提高。131n第二章　预处理装置与设备第一节格栅一、格栅(一)格栅的构造与分类格栅是一种最简单的过滤设备，由一组或多组平行的金属栅条制成的框架，斜置于废水流经的渠道中。格栅设于污水处理厂所有处理构筑物之前，或设在泵站前，用于截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物，防止其后处理构筑物的管道阀门或水泵堵塞。按形状，可分为平面格栅和曲面格栅两种；按栅条净间隙，可分为粗格栅(50-100mm)、中格栅(10-40mm)、细格栅(3-l0mm)三种；按清渣方式，可分为人工清除格栅和机械清除格栅两种。(二)格栅的设计(1)格栅的选择①格栅的栅条间隙当格栅设于废水处理系统之前时，采用机械清除栅渣，栅条间隙为16-25mm；采用人工清除栅渣，栅条间隙为25-40mm。当格栅设于水泵前时，栅条间隙采用数据见表2-1。表2-1污水泵型号与栅条间隙的关系污水泵型号栅条间距/mm栅渣量/[L/(人•d)]PW，PWL≤204~64PW≤402.76PW≤700.88PW≤900.510PWL≤110<0.5②格栅栅条断面形状一般多采用矩形断面。③清渣方式栅渣的清除方法，一般按所需清渣的量而定。每日栅渣量大于0.2m3时，应采用机械格栅除渣机。目前，一些小型废水处理厂，为了改善劳动条件，也采用机械格栅除渣机。(2)设计参数①格栅截留的栅渣量栅渣量与栅条间隙、当地的废水特征、废水流量、排水体制等因素有关。当缺乏当地运行资料时，可按下列数据采用：格栅间隙l6-25mm，栅渣量0.10-0.05m3栅渣/103m3废水；格栅间隙30-50mm，栅渣量0.03-0.01m3栅渣/103m3废水。栅渣的含水率一般为80%，容重约960kg/m3。栅渣的收集、装卸设备，应以其体积为考虑依据。废水处理厂内贮存栅渣的容器，不应小于一天截留的栅渣量。②水流通过格栅的水头损失可通过计算确定，一般采用0.08-0.15m，栅后渠底应比栅前相应降低0.08-0.15m。栅前渠道内水流速度一般采用0.4-0.9m/s,废水通过栅条间隙的流速可采用0.6-1.0m/s。131n③格栅的倾角一般采用45°~75°。二、筛网筛网与格栅的功能有所不同，筛网除能截留一般格栅所能截留的污水中较大的漂浮物外，还能截留纤维类杂物，在某些工业部门(如毛纺、化纤、造纸)污水处理中经常用到。这种场合它起到格栅和初次沉淀池不能起到的作用。筛网一般有平面式筛网、转动式筛网、转鼓式筛网。第二节沉砂池沉砂池的作用是去除废水中比重较大的无机颗粒，如泥砂、煤渣等。一般设在泵站、倒虹管、沉淀池前，以减轻水泵和管道的磨损，防止后续处理构筑物管道的堵塞，缩小污泥处理构筑物的容积，提高污泥有机组分的含量，提高污泥作为肥料的价值。常用的沉砂池有平流式沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池等。一、平流式沉砂池平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成，见图2-1。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便等优点。图2-1平流式沉砂池（一）平流式沉砂池的设计要求及参数平流式沉砂池的设计参数按去除相对密度2.65，粒径大于0.2mm的砂粒确定。主要参数有：１.沉砂池的座数或分格数不得少于两个，并宜按并联系列设计。当废水量较小时，可考虑单格工作，一格备用；当废水流量大时，则两格同时工作。２.设计流量的确定当废水以自流方式流入沉砂池时，应按最大设计流量计算；当废水用水泵抽送进入池内时，应按工作水泵的最大可能组合流量计算；当用于合流制处理系统时，应按降雨时的设计流量计算。３.最大设计流量时，废水在池内的最大流速为0.3m/s.最小流速为0.15m/s。这样的流速范围，可基本保证无机颗粒沉降去除，而有机物不能下沉。４.最大设计流量时，废水在池内停留时间不少于30s，一般为30-60s。５.设计有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25-1.0m，每格池宽不宜小于0.6m，超高不宜小于0.3m。６.沉砂量的确定生活污水的沉砂量按每人每天0.01-0.02L；城市废水按lO6m3废水产生沉砂30m3计；沉砂含水率约为60%，容重1500kg/m3，131n贮砂斗的容积按2日以内的沉砂量考虑，斗壁与水平面倾角为55°-60°。７.池底坡度一般为0.01-0.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底的形状。图2-2平流式沉砂池重力排砂法1-贮砂罐；2、3-手动或电动碟阀；4-旁通管；5-运砂小车（二）平流式沉砂池的排砂装置平流式沉砂池常用的排砂方式与装置主要有重力排砂与机械排砂两类。图2-1为砂斗加底闸，进行重力排砂，排砂管直径200mm。图2-2为砂斗加贮砂罐及底闸，进行重力排砂。砂斗中的沉砂经碟阀2进入钢制贮砂罐，贮砂罐中的上清液经旁通水管流回沉砂池，最后，沉砂经碟阀3入运砂车。这种排砂方法的优点是排砂的含水率低，排砂量容易计算，缺点是沉砂池需要高架或挖小车通道。131图2-3单口泵吸式排砂机1-桁架；2-砂泵；3-桁架行走装置；4-回转装置；5-真空泵；6-旋流分离器；7-吸砂管；8-齿轮；9-操作台131图2-3为机械排砂法的一种单口泵吸式排砂机。沉砂池为平底，砂泵2、真空泵5、吸砂管7、131n旋流分离器6，均安装在行走桁架1上。桁架沿池长方向往返行走排砂。经旋流分离器分离的水分回流到沉砂池，沉砂可用小车、皮带运送器等运至晒砂场或贮砂池。这种排砂方法自动化程度高，排砂含水率低，工作条件好，池高较低口机械排砂法还有链板刮砂法、抓斗排砂法等。中、大型污水处理厂应采用机械排砂。二、曝气沉砂池（一）曝气沉砂池的结构普通平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中约夹杂有15%的有机物，对被有机物包覆的砂粒，截留效果也不佳，沉砂易于腐化发臭，增加了沉砂后续处理的难度。日益广泛使用的曝气沉砂池。则可以在一定程度上克服这些缺点。图2-4为曝气沉砂池的断面图。曝气沉砂池的水流部分是一个矩形渠道，在沿池壁一侧的整个长度距池底0.6-0.9m处安设曝气装置，曝气沉砂池的下部设置集砂槽，池底有=0.1-0.5的坡度，坡向另一侧的集砂槽，以保证砂粒滑入。131图2-4曝气沉砂池剖面图1-压缩空气管；2-空气扩散板131（二）曝气沉砂池的设计参数１．废水在曝气沉砂池过水断面周边的最大旋转速度为0.25-0.30m/s，在池内的水平前进流速为0.08-0.12m/s。如考虑预曝气的作用，可将曝气沉砂池过水断面增大3-4倍。２．最大设计流量时，废水在池内的停留时间为1-3min。如考虑预曝气，则可延长池身，使停留时间为10-30min。３．有效水深取2-3m，宽深比取1.0-1.5，长宽比取5。若池长比池宽大得多时，则应考虑设置横向挡板，池的形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近安装纵向挡板。４．曝气装置安装在池的一侧，距池底约0.6-0.9m，空气管上应设置调节空气的阀门，曝气穿孔管孔径为2.5-6.Omm,曝气量为0.2m3/m3废水或3-5m3/(m2·h)。５．曝气沉砂池的进水口应与水在沉砂池内的旋转方向一致，出水口常用淹没式，出水方向与进水方向垂直，并宜考虑设置挡板。第三节调节池一、调节池的类型无论是工业废水还是城市污水，其水量和水质随时都有变化。工业废水的波动比城市污水大，水量和水质的变化将严重影响水处理设施的正常工作。为解决这一矛盾，在水处理系统前一般都要设调节池，以调节水量和水质。此外，酸性废水和碱性废水还可以在调节池内中和；131n短期排出的高温废水也可利用调节池以平衡水温。调节池在结构上可分为砖石结构、混凝土结构、钢结构。如除了水量调节外，还需进行水质调节，则需对池内废水进行混合。混合的方法主要有：水泵强制循环、空气搅拌、机械搅拌、水力混合。二、常用调节池目前常用的是利用调节池特殊的结构形式进行差时混合，即水力混合。主要有对角线出水调节池和折流调节池。图2-5为对角线出水调节池。其特点是出水槽沿对角线方向设置，同一时间流入池内的废水，由池的左、右两侧，经过不同时间流到出水槽。从而达到自动调节、均和的目的。为防止废水池内短路，可以在池内设置若干纵向隔板。池内设置沉渣斗，废水中的悬浮物在池内沉淀，通过排渣管定期排出池外。当调节池容积很大，需要设置的沉渣斗过多时，可考虑将调节池设计成平底，用压缩空气搅拌废水，以防沉砂沉淀。空气用量为1.5-3.0m3/(m2·h)。调节池有效水深为1.5-2.0m，纵向隔板间距为1.0-1.5m。图2-5对角线出水调节池图2-6折流调节池131n如果调节池利用堰顶溢流出水，则其只能调节水质的变化，而不能调节水量的波动。若后续处理构筑物要求处理水量也比较均匀，则需要使调节池内的工作水位能够上、下自由波动，以贮存盈余，补充短缺。若处理系统为重力自流，调节池出水口应超过后续处理构筑物的最高水位，可考虑采用浮子等定量设备，以保持出水量的恒定；若这种方法在高程布置上有困难，可考虑设吸水井，通过水泵抽送。图2-6为折流调节池。池内设置许多折流隔墙，使废水在池内来回折流。配水槽设于调节池上，通过许多孔口溢流投配到调节池的各个折流槽内，使废水在池内混合、均衡。调节池的起端(入口)入流量可控制在总流量的1/3-1/4。剩余流量可通过其他各投配口等量地投入池内。131n第三章物理处理装置及设备第一节沉淀池沉淀池是污水处理厂一级处理的主要构筑物，使水中的悬浮物质(主要是可沉固体)在重力作用下下沉从而实现与水分离的水处理设备。它的构造简单，分离效果好，应用非常广泛。在各种类型的污水处理系统中，沉淀池几乎是不可或块的设备，而且在同一处理系统中可能多次采用。沉淀池的主要类型有平流式、辐流式、竖流式和斜板(管)式四种。各种沉淀池的持点及适用条件见表3-1。表3-1各种沉淀池的特点及适用条件类型优点缺点适用条件平流式①沉淀效果好②对冲击负荷和温度变化的适应能力强③施工简单，造价低①占地面积大②配水不易均匀③采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作工作量大、管理复杂；④采用链条式刮泥机时，机件浸入水中易易腐蚀①地下水位高及地质条件差的地区②大、中、小型水处理厂辐流式①多为机械排泥，运行较好，管理简单②排泥设备已定型，运行效果好①水流不易均匀，沉淀效果差②机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高①适用地下水位较高地区②大、中、小型水处理厂竖流式①排泥方便，管理简单②占地面积小①池子深度较大，施工困难②造价较高③对冲击负荷和温度变化的适应能力较差④池径不宜过大，否则布水不均大、中、小型污水处理厂斜板式①沉淀效果好，生产能力大②占地面积小①构造复杂，斜板、斜管管造价高，需定期更换，易堵塞地下水位高及地质条件差的地区一、平流式沉淀池　平流式沉淀池是水从他的一端流入，从另一端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形，可以是单格或多格串联的沉淀池。他的进口端底部或沿池长方向，设有一个或多个贮泥斗，贮存沉积下来的污泥。图3-1所示为一种常用的平流式沉淀池，图3-2所示为131n图3-1带刮泥机的平流式沉淀池多斗式平流沉淀池，平流式沉淀池建造容易，处理污水量大，沉淀效果好，工作稳定，适用于大中型水厂．但占地面积较大，排泥困难。平流式沉淀池的结构按功能可分流入区、流出区、沉淀区、污泥区和缓冲层五部分。流入区（图3-3）和流出区（图3-4、3-5）的任务是使水流均匀地流过沉淀区；沉淀区即工作区，是可沉颗粒与水分离的区域；污泥区是污泥贮放、浓缩和排出的区域；而缓外层则是分开沉淀区和污泥区的水层，保证已沉下的颗粒不因水流搅动浮起。131图3-2多斗式平流式沉淀池图3-4淹没孔口溢流堰图3-3平流式沉淀池入流方式图3-5锯齿形溢流堰131n二、辐流式沉淀池辐流式沉淀池的池表面呈图形或方形，池内污水里水平方向流动，但流速是变动的。按水流方向及进出水方式的不同，辐流式沉淀池可分为普通辐流式沉淀池和向心辐流式沉淀池两种。（一）普通辐流式沉淀池的构造普通辐流式沉淀池呈圆形或正方形，直径(或边长)一般为6~60m，最大可达100m，中心深度为2.5~5.0m，周边深度1.5~3.0m。水从沉淀池的中心进入，由于直径比深度大得多，水流呈辐射状向周边流动，沉淀后的污水由四周的集水槽排出。由于是辐射状流动，水流过水断面逐渐增大，而流速逐渐减小。图3-6所示为中心进水周边出水机械排泥的普通辐流式沉淀池。池中心处设中心管，污水从池底进入中心管，或用明槽自池的上部进入中心管．在中心管周围常有用穿孔隔板围成的流入区，使污水能沿圆周方向均勾分布。为阻挡漂浮物，出水槽堰口前端加设挡板及浮渣收集与排出装置。（二）向心辐流式沉淀池普通辐流式沉淀池为中心进水，中心导流筒内流速达100mm/s，做二次沉淀池使用时，活性污泥在其间难以絮凝，这股水流向下流动的动能较大，易冲击底部沉泥，池子的容积利用系数较小(约48％)。向心辐流式沉淀池是圆形，周边为流入区，而流出区既可设在池周边[见图3-7(a)]，也可设在池中心[见图3-7(b)]。由于结构上的改进，一定程度上可以克服普通辐流式沉淀池的缺点。图3-6中心进水周边出水机械排泥普通辐流式沉淀池向心辐流式沉淀池有5个功能区，即配水槽、导流絮凝区、沉淀区、出水区和污泥区。131131图3-7向心辐流式沉淀池1-配水槽；2-导流絮凝区；3-沉淀区；4-出水区；5-污泥区131131n三、竖流式沉淀池（一）竖流式沉淀池结构与特点图3-8所示为圆形竖流式沉淀池。竖流式沉淀池表面多设计成圆形的。图3-8圆形竖流式沉淀池示意污水从中心管流入，由下部流出，通过反射板的阻拦向四周均匀分布，然后沿沉淀区的整个断面上升，澄清后的污水由池面四周溢出。为了保证水流自下而上垂直流动，要求池直径(D)与沉淀区深度(h)的比例不大于3:1，若比值过大，池内水流就有可能变成辐射流，絮凝作用减少，发挥不了竖流式沉淀池的优点，所以直径或边长常控制在4~7m之间，一般不超过10m。（二）相关运行参数1.废水在沉降区流速废水在沉降区的上升流速v，等于待去除颗粒的最小沉速u，可通过沉降试验确定u。若无条件试验，可采用0.3~1.0mm/s。2.沉淀时间，多采用1-2h。3.中心管内水流速度中心管内流速对悬浮物的去除有一定影响，故一般不应大于30mm/s。四、斜板(管)沉淀池斜管、斜板沉淀池可分同向流与异向流二种形式(如图3-9)，同向流接近于理论状态，处理能力比一般不加斜管(板)可以提高十余倍，但这种流型取水口结构十分复杂，造价高，一般不在污水处理中使用，实际施工中常采用异向流斜板(管)沉淀池，能提高处理能力一至二倍。斜板(管)与水平面呈60°，斜管断面形状呈六角形并组成蜂窝状斜管堆。异向流斜板（管）沉淀池水由下向上流动，颗粒沉于斜管底部，颗粒积累到一定程度后便会自行下滑。清水在池上部由穿孔管收集，污泥则由设于池底部的穿孔排泥管排出。异向流斜板(管)长度通常为1.0m，斜板净距(或斜管孔径)一般为80~100mm，倾角为60°，斜板(管)区上部水深为0.7~1.0m，底部缓冲层为1.0m。斜板(管)的材料要求轻质、坚固、无毒而价廉，使用较多的有薄塑板、玻璃钢等。斜管除上述材料外，还可用酚醛树脂涂刷的纸蜂窝。图3-9所示为斜板沉淀池水流方向示意，图3-10(a、b)所示为斜板(管)沉淀池结构示意。131n图3-9斜板沉淀池水流方向示意图3-10斜板（管）沉淀池结构示意五、沉淀池的运行与管理（一）刮泥和排泥操作131n刮泥和排泥操作一般有两种方式，间歇刮(排)泥和连续刮(排)泥。１.刮泥通过刮泥机械把池底污泥刮至泥斗，有的刮泥机同时将池面浮渣刮入浮渣槽。平流式初沉池采用行车刮泥机时，一般用间歇刮泥；采用链条式刮泥机时，则既可间歇也可连续刮泥。刮泥周期长短取决于污泥的量和质，当污泥量大或已腐变时．应缩短周期，但刮板行走速度不能超过其极限，即1.2m/min，否则会搅起已经沉淀的污泥，影响出水质量。连续刮泥易于控制，但链条和刮板磨损较严重。辐流式初沉池周边沉淀的污泥要较长时间才能被刮板推移到中心泥斗，一般须采用连续刮泥。采用周边刮泥机时，周边线速度不可超过3m/min，否则周边沉淀污泥会被搅起，使沉淀效果下降。２.排泥对排泥操作的要求是既要把污泥排净，又要使污泥浓度较高。排泥时间长短取决于污泥量、排泥泵流量和浓缩池要求的进泥浓度。排泥时间确定方法如下：在排泥开始时，从排泥管定时连续取样测定含固量变化．直至含固量降至基本为零，所需时间即排泥时间。大型污水处理厂一般采用自动控制排泥。多用时间程序控制，即定时开停排泥泵或阀，这种方式不能适应泥量的变化。较先进的排泥控制方式是定时排泥，并在排泥管路上安装污泥浓度计或密度计，当排泥浓度降至设定值时，泥泵自动停止。PLC自动控制系统能根据积累的污泥量和设定的排泥浓度自动调整排泥时间、既不降低污泥浓度，又能将污泥较彻底排除。（二）运行管理注意事项沉淀池运行管理的基本要求是保证各项设备安全完好，及时调控各项运行控制参数，保证出水水质达到规定的指标。为此，应着重做好以下几方面工作。１.避免短流进入沉淀池的水流，在池中停留的时间通常并不相同，一部分水的停留时间小于设计停留时间，很快流出池外；另一部分则停留时间大于设计停留时间，这种停留时间不相同的现象叫短流。短流使一部分水的停留时间缩短，得不到充分沉淀，降低了沉淀效率；另一部分水的停留时间可能很长，甚至出现水流基本停滞不动的死水区，减少了沉淀池的有效容积，死水区易滋生藻类。总之短流是影响沉淀池出水水质的主要原因之一。形成短流的原因很多，为避免短流、一是在设计中尽量采取一些措施。如采用合理的进水分配装置，以消除进口射流，使水流均匀分布在沉淀池的过水断面上；降低紊流产生，防止污泥区附近的流速过大；增加溢流堰的长度；沉淀池加盖或设置隔墙，以降低池水受风力和光照升温的影响；高浓度水经过预沉淀等。二是加强运行管理，应严格检查出水堰是否平直，发现问题，要及时修理。另外，在运行中，浮渣可能堵塞部分溢流堰口，致使整个出流堰的单位长度溢流量不等而产生水流抽吸，操作人员应及时清理堰口上的浮渣。通过来取上述措施，可使沉淀池的短流现象降低到最小限度。２.正确投加混凝剂当沉淀池用于泥凝工艺的液固分离时，正确投加混凝剂是沉淀池运行管理的关键之一。根据水质水量的变化及时调整投药量，特别要防止断药事故的发生，因为即使短时期停止加药也会导致出水水质的恶化。３.及时排泥及时排泥是沉淀池运行管理中极为重要的工作，污水处理过程中沉淀池中所含污泥量较多，且绝大部分为有机物，如不及时排泥，就会产生厌氧发酵，致使污泥上浮，不仅破坏了沉淀池的正常工作，而且使出水水质恶化。初沉池排泥周期一般不宜超过2天，二次沉淀池排泥周期一般不宜超过2h。当排泥不彻底时应停止工作．采用人工冲洗的方法彻底清除污泥。机械排泥的沉淀池要加强排泥设备的维护管理，一旦机械排泥设备发生故障，应及时修理，防止池底非正常积泥，影响出水水质。应规定日常维护检修项目，并做好检修记录。４.防止藻类滋生在给水处理中的沉淀池，当原水藻类含量较高时，会导致藻类在池131n中滋生，尤其是在气温较高的地区，沉淀池中加装斜板或斜管时，这种现象可能更为突出。藻类滋生虽不会严重影响沉淀池的运转，但对出水的水质不利。防止措施有：在水中加氯，抑制藻类生长，另外采用三氯化铁混凝剂亦对藻类有抑制作用；对于已经在斜板和斜管上生长的藻类，可用高压水冲洗的方法去除，冲洗时先放去部分池水，使斜管或斜板的顶部露出水面，然后用高压水冲洗。第二节气浮设备与装置一、概述气浮设备是一类向水中加入空气，使空气以高度分散的微小气泡形式作为载体将水中的悬浮颗粒载浮于水面，从而实现固-液和液-液分离的水处理设备。在水处理技术中，气浮不宜用于高浊度原水的处理。（一）主要适用场合①用于处理低浊、含藻类及一些浮游生物的饮用水处理工艺中(一般原水常年悬浮物含量在100mg/L以下)。②用于石油、化工及机械制造业中的含油(包括乳化油)污水的油水分离中。③用于有机及无机污水的物化处理工艺中。④用于污水中有用物资的回收，如造纸厂污水中纸浆纤维及填料的回收工艺。⑤水源受到一定污染及色度高、溶解氧低的原水。⑥用于污水处理厂剩余污泥的浓缩处理工艺。（二）加压溶气气浮在水处理工艺中采用的气浮设备，按水中产生气泡的方式不同可分为布气气浮设备、溶气气浮设备和电解气浮设备等几种类型，生产中常用加压溶气气浮。加压溶气气浮设备是将原水加压，同时加入空气，使空气溶解于水，然后骤然减至常压，溶解于水的空气以微小气泡(气泡直径约为20-100um左右)从水中析出，将水中的悬浮颗粒浮于水面，从而实现污染物的气浮分离。加压溶气气浮设备主要由空气饱和设备、空气释放及与原水相混合的设备，固-液或液-液分离设备三部分组成。根据原水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度，可分为全部加压溶气气浮、部分加压溶气气浮和回流加压溶气气浮三种形式。①全部加压溶气流程如图3-11所示。是将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。其特点是电耗高，气浮池容积小。②部分加压溶气流程如图3-12所示。该流程是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接送入气浮池。其特点是电耗少，溶气罐的容积较小。但因部分废水加压溶气所能提供的空气量较少，若想提供与全溶气相同的空气量，则必须加大溶气罐的压力。③回流加压溶气流程如图3-13所示。该流程将部分出水进行回流加压，废水直接送入气浮池。该方法适用于含悬浮物浓度高的废水处理，但气浮他的容积较前两者大。131n图3-11全部加压溶气气浮工艺流程图3-12部分加压溶气气浮工艺流程图3-13回流加压溶气气浮工艺流程二、加压溶气气浮法的主要设备（一）溶气释放器目前国内最常用的溶气释放器是获得国家发明奖的TS型溶气释放器及其改良型TJ型溶气释放器和TV型专利溶气释放器。其主要特点是：释气完全，在0.15MPa以上即能释放溶气量的99％左右；可在较低的压力下工作，在0.2MPa以上时即能取得良好的净水效果，节约电耗；释出的气泡微细，气泡平均直径为20-40um，气泡密集，附着性能良好。（二）压力溶气罐压力溶气罐有多种形式，推荐采用能耗低、溶气效率高的空气压缩机供气的喷淋式填料罐。其特点如下：１.该压力溶气罐用普通钢板卷焊而成。但其设计、制作需按一类压力容器要求考虑。２.该压力溶气罐的溶气效率与无填料的溶气罐相比约高出30％。在水温20-30℃范围内，释气量约为理论饱和溶气量的90％-99％。131n３.可应用的填料种类很多，如瓷质拉西环、塑料斜交错淋水板、不锈钢圈填料、塑料阶梯环等。阶梯环具有较高的溶气效率，可优先考虑。不同直径的溶气罐需配置不同尺寸的填料，填充高度一般取lm左右。当溶气罐直径超过500mm时．考虑到布水的均匀性，可适当增加填料高度。４.由于布气方式、气流流向等因素对填料罐溶气效率几乎没有影响，因此，进气的位置及形式一般无需多加考虑。５.为自动控制罐内最佳液位，采用了浮球液位传感器，当液位达到了浮球传感器下限时，即指令关闭进气管上的电磁阀；反之，当液位达到上限时，指令开启电磁阀。（三）气浮池气浮池的布置形式较多，根据待处理水的水质特点、处理要求及各种具体条件，目前已经建成了许多种形式的气浮池，其中有平流与竖流、方形与圆形等布置，同时也出现了气浮与反应、气浮与沉淀、气浮与过滤等工艺一体化的组合形式。平流式气浮池在目前气浮净水工艺中使用最为广泛，常采用反应池与气浮池合建的形式，如图3-14所示。废水进入反应池(可用机械搅拌、折板、孔室旋流等形式)完成反应后、将水流导向底部，以便从下部进入气浮接触室，延长絮体与气泡的接触时间，池面浮渣刮入集渣槽，清水内底邪集水管集取。该形式的优点是池身浅、造价低、构造简单、管理方便；缺点是与后续处理构筑物在高程上配合较困难、分离部分的容积利用率不高等。较常用的还有竖流式气浮池，如图3-15所示。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件比平流式单侧出流要好，便于与后续构筑物配合；缺点是与反应池较难衔接，容积利用率低。此外，常用气浮设备还有加压泵、空气压缩机、刮渣机等。图3-14平流式气浮池图3-15竖流式气浮池三、加压溶气气浮设备的调试为确定实际设备的工作条件，必须按下列顺序对加压溶气气浮设备进行调试。这里不包括通常的工作，如按设计参数加以校对，泵和机械设备的试运转，电气设备的空载、满载试验等。加压溶气气浮设备的调试包括如下内容。①使被处理水在气浮池内均匀分布。②调节压力溶气罐和管道的压力，使其符合设计要求③调节泵吸水管的进气量或加压溶气水的回流量。④检查气浮池表面浮渣，浮檀应均匀。⑤确定排除浮渣的周期。⑥制订从气浮池表面排除浮渣的操作规程。131n⑦确定气浮设备的工作效率。⑧当出现处理的实际效率与原设计有偏差时，应修正其主要的工艺参数(如泵的压力、供气量、回流比等)，以建立最适宜的工作条件。四、加压溶气气浮设备的运行气浮设备的运行，主要是对复杂的物理、化学现象与过程进行经常的观察。管理人员应经过专门培训，具有较熟练的技术，主要操作包括如下内容。①管理全部装置，调整各种泵的流量。②调节压力溶气罐的压力。③调节空气量或回流水量。④按时按规定完成投药工作。⑤开启和关闭刮渣机械，调节其运行速度。⑥调节气浮池的出水量。⑦调节排渣量。⑧操纵输送浮渣的机械设备。第三节隔油设备与装置隔油池是利用自然上浮法进行油水分离的装置。常用的主要类型有平流式隔油池、平行板式隔油池、倾斜板式隔油池、小型隔油池等。一、平流式隔油池图3-16为使用较为广泛的传统平流式隔油池(API)。废水从池的一端流入，从另一端流出。在隔油池中，由于流速降低，相对密度小于1.0而粒径较大的油珠上浮到水面上，相对密度大于1.0的杂质沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。集油管一般用直径为200~300mm的钢管制成，沿其长度方向在管壁的一侧开有切口。集油管可以绕轴线转动，平时切口在水面上，当水面浮油达到一定厚度时，转动集油管，使切口浸入水面油层之下，油进入管内再流到池外。二、相关运行参数大型隔油池还设置由钢丝绳或链条牵引的刮油刮泥设备。刮油刮泥机的刮板在池面上移动速度，取与池中水流速度相等，以减少对水流的影响。刮集到池前部污泥斗中的沉渣，通过排泥管适时排出。排泥管直径一般为200mm。池底应有坡向污泥斗的0.01~0.02的坡度，污泥斗倾角为45。隔油池表面用盖板覆盖，以防火、防雨和保温。寒冷地区还应在池内设置加温管，由于刮泥机跨度规格的限制，隔油池每个格间的宽度一般为6.0m、4.5m、3.0m、2.5m和2.0m。采用人工清除浮油时，每个格间的宽度不宜超过3.0m。平流式隔油池可去除的最小油珠粒径一般为100~150um。此时油珠的最大上浮速度不高于0.9mm/s。这种隔油池的优点是，构造简单，便于运行管理，除油效果稳定。缺点是池体大，占地面积大。131n图3-16平流式隔油池1-配水槽；2-进水孔；3-进水间；4-排渣阀；5-排渣管；6-刮油刮泥机；7-集油管第四节过滤设备与装置一、快滤池（一）工作原理１.工艺流程图3-17为普通快滤池的透视图。滤池本身包括滤料层、承托层、配水系统、集水渠和洗砂排水槽五个部分。快滤池管廊内有原水进水、清水出水、冲洗排水等主要管道和与其相配的控制闸阀。图3-17快滤池透视图快滤池的运行过程主要是过滤和冲洗两个过程的交替循环。过滤是生产清水过程，待过滤进水经来水干管和洗砂排水槽流入滤池，经滤料层过滤截留水中悬浮物质，清水则经配水系统收集，由清水干管流出滤池。在过滤中，由于滤层不断截污，滤层孔隙逐渐减小，水流阻力不断增大，当滤层的水头损失达到最大允许值时，或当过滤出水水质接近超标时，则应停止滤池运行，进行反冲洗，一般滤池一个工作周期应大于8~12h。131n滤池反冲洗时，水流逆向通过滤料层，使滤层膨胀、悬浮，借水流剪切力和颗粒碰撞摩擦力清洗油料层并将滤层内污物排出。反冲洗水一般由冲洗水箱或冲洗水泵供给，经滤池配水系统进入滤池底部反冲洗；冲洗废水内洗砂排水糟、废水渠和排污管排出。２.过滤机理（１）筛滤比滤层孔隙大的颗粒被机械筛分，截留于过滤表面上，然后这些被截留的颗粒形成孔隙更小的滤饼层，使过滤水头增加，甚至发生堵塞。显然，这种表面筛滤没能发挥整个滤层的作用。但在普通快滤池中，悬浮颗粒一般都比滤层孔隙小，筛滤对总去除率贡献不大。（２）接触凝聚在原水中投加凝聚剂，压缩悬浮颗粒和滤料颗粒表面的双电层后，但尚未生成微絮凝体时，立即进行过滤。此时水中脱稳的胶体很容易与滤料表面凝聚，即发生接触凝聚作用。快滤池操作通常投加凝聚剂，因此接触凝聚是主要过滤机理。（二）装置与滤料１.装置（１）滤床种类用于给水和废水过滤的快滤池，按所用滤床层数分为单层滤料、双层滤料和三层滤料滤池。如图3-18所示。图3-18快滤池不同类型①单层滤料滤池一般单层滤料普通快滤池适用于给水，在废水处理中，仅适用于一些清洁的工业废水处理。经验表明，当用于废水二级处理出水时，由于滤料粒径过细，短时间内会在砂层表面发生堵塞。因此适用于废水二级处理出水的单层滤料滤床应采用另外两种形式：一种是单层粗砂深层滤床滤池，特别适用于生物膜硝化和脱氮系统，滤床滤料粒径通常为1.0~2.0mm(最大使用到6mm)，滤床厚1.0~3.0m，滤速达3.7~37m/h，并尽可能采用均匀滤料。由于所用粒径较粗，即使废水所含颗粒较大，当负荷很大时也能取得较好过滤效果；另一种是采用单层滤料不分层滤床。粒径大小不同的单一滤料均匀混合组成滤床与气水反冲洗联合使用。气水反冲洗时只发生膨胀，约为10％左右，不使其发生水力筛分分层现象，因此，滤床整个深度上孔隙大小分布均匀．有利于增大下部滤床去除悬浮杂质的能力。不分层滤床的有效粒径与双层滤料滤池上层滤料粒径大致相同，通常为1~2mm左右，并保持池深与粒径比在800~1000以上。②双层滤料滤池组成双层滤料滤床的种类如下：无烟煤和石英砂；陶粒和石英砂；纤维球和石英砂；活性炭和石英砂；树脂和石英砂；树脂和无烟煤等。以无烟煤和石英砂组成的双层滤料滤池使用最为广泛。双层滤料滤池属于反粒度过滤，截留杂质能力强，杂质穿透深，产水能力大，适于在给水和废水过滤处理中使用。新型普通双层滤料滤池，一种是均匀-非均匀双层滤料滤池，将普通双层滤池上层级配滤料改装均匀粗滤料，即可进一步提高双层滤池的生产能力和截污能力。上层均匀滤料可采用均匀陶粒，也可采用均匀煤粒、塑料372b、ABS颗粒。均匀-非均匀双层滤料的厚度与普通双层滤池相同。另一种是均匀双层滤料滤池，上层采用1.0~2.0mm的均匀陶粒或煤粒，下层采用0.7~0.9mm的石英砂。滤床厚度与普通双层滤池相同或稍厚一些，床深与粒径比大于800~131n1000。均匀双层滤料滤池也属于反粒度过滤，可提高截留杂质能力1.5倍左右。③三层滤料滤池三层滤料滤池最普遍的形式是上层为无烟煤(相对密度为1.5~1.6)，中层为石英砂(相对密度为2.6~2.7)，下层为磁铁矿(相对密度为4.7)或石榴石(相对密度为4.0~4.2)。这种借密度差组成的三层滤料滤池更能使水由粗滤层流向细滤层呈反粒度过滤，使整个滤层都能发挥截留杂质作用，减少过滤阻力，保持很长的过滤时间。（２）承托层承托层的作用，一是防止过滤时滤料从配水系统中流失，二是在反冲洗时起一定的均匀布水作用。承托层一般采用天然砾石，其组成见表3-2。表3-2大阻力配水系统承托层层次粒径/mm厚度/mm上下12~410024~810038~16100416~32100（三）滤料的选择滤料的种类、性质、形状和级配等是决定滤层截留杂质能力的重要因素。滤料的选择应满足以下要求。１.滤料必须具有足够的机械强度，以免在反冲洗过程中很快地磨损和破碎。一般磨损率应小于4％，破碎率应小于1％，磨损破碎率之和应小于5％。２.滤料化学稳定性要好。３.滤料应不含有对人体健康有害及有毒物质，不合对生产有害、影响生产的物质。４.滤料的选择应尽量采用吸附能力强、截污能力大、产水量高、过滤出水水质好的滤料，以利于提高水处理厂的技术经济效益。此外，滤料宜价廉、货源充足和就地取材。具有足够的机械强度、化学稳定性好和对人体无害的分散颗粒材料均可作为水处理滤料，如石英砂、无烟煤粒、矿石粒以及人工生产的陶粒滤料、瓷料、纤维球、塑料颗粒、聚苯乙烯泡沫珠等，目前应用最为广泛的是石英砂和无烟煤。二、压力滤池压力滤池是一个承压的钢罐，内部构造与普通快滤池相似，见图3-19。进水用泵直接抽入，在压力下工作，允许水头损失可达6~7m。滤后水压力较高，可以直接达到用水装置或水塔中。压力滤池过滤能力强，容积小。设备定型，使用的机动性大，但是单个滤池的过滤面积较小．只适用于废水量小(Q<4000m3/d)的场合。压力滤池分竖式和卧式两种，一般直径不超过3m。常用无烟煤和石英砂双层滤料，处理含油废水也可用表面疏水的核桃壳作滤料．粒径一般采用0.6~1.0mm，厚度一般用1.1~1.2m．滤速为8~10m或更大。配水系统常用小阻力的缝隙式滤头，支管开缝或孔式(支管外包以尼龙网)等。反冲洗污水通过顶部的漏斗或设档板的进水管收集并排除。为提高反洗效果，常辅以表面冲洗或压缩空气冲洗。压力滤池外部安装有压力表、取样管，及时监控水头损失和水质变化。滤池顶部还设有排气阀，以排除池内和水中析出的空气。131n图3-19压力滤池的构造和工作情况1-进水管；2-无烟煤滤层；3-砂滤层；4-滤头；5-下部配水盘；6-出水口；7-排气管；8-上部配水盘；9-旋转式表面冲洗装置；10-表面冲洗高压水进口131n第四章　化学处理装置与设备第一节中和一、概述化学工业，炼油行业，电镀行业和金属酸洗车间等，在制酸或用酸过程中，常常排放出含有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等无机酸和醋酸、油酸等有机酸的酸性废水，pH值常达1~2，有的废水甚至含5％~10％的游离酸。同样，在造纸、印染、皮革等工业部门，又常常排放出碱性污水，pH值常在10以上。上述废水若任意排入水系，必将损坏农作物，伤害鱼类及其他水生物，已可腐蚀排水管道和混凝土构筑物，摄入人体将危害健康。以PH值表示，酸碱废水可分为强酸性废水pH<4.5弱酸性废水pH=4.5~6.5中性废水pH=6.5~8.5弱碱性废水PH=8.5~10.0强碱性废水PH>10治理酸性或碱性废水时，首先应当考虑综合利用，这样既可回收有用的酸和碱，又可大大减轻或消除这些废水的处理负荷。例如：××炼油厂的碱渣处理，采用硫磺回收尾气二氧化硫制取亚硫酸钠；用金属清洗废水(含硫酸3％~5％、硫酸亚铁15％~25％)制造硫酸亚铁；以农药厂废盐酸制沉淀磷酸钙等，都有很好的经济效益和社会效益。酸性或碱性废水综合利用的技术措施是多种多样的，应当根据具体条件选择使用。对于低浓度的酸性废水，特别是对暂时还不能实现综合利用的废水，在排放前都应当进行中和处理，以使排放的水质达到规定的pH值。此外，对于还含有其他有害物质的酸碱废水，在采用其他方法如混凝、离子交换等处理过程中，为了获得最佳的处理效果，也常常把废水预先中和到一定的pH值。二、中和处理方法及相关设备中和处理方法，目前比较实用的有如下三种：（一）酸碱废水相互中和采用这种方法既简单又经济，当本厂或邻近工业部门同时排出酸性和碱性废水时，将它们相互混合，就可达到中和的目的。两企业之酸碱废水的混合处理方法是可取的，混合后的废水pH值仍偏低，此时可在混合后的废水中再投加少量碱性药剂予以中和。（二）药剂中和法在酸碱废水中投加适量的药剂可以达到中和的效果。对酸性废水，常用的碱性药剂有石灰石、石灰乳、烧碱等；对碱性废水，常用的酸性药剂有工业硫酸、工业盐酸等。为了降低处理成本，应尽可能利用工业废料作中和药剂，例如废电石渣、废石灰、废酸和烟道气等。常用的药剂见表4-1，如用石灰作中和剂，则可采用干投或湿投，分别如图4-1，图4-2所示。131n图4-1石灰干投法图4-2石灰湿投法表4-1酸碱废水中和处理常用药剂名称化学式主要特性氢氧化钠NaOH溶解度大，反应速度快，供给容易，处理方便，但价格较高碳酸钠NaCO3生石灰CaO因溶解度小，以浆状加入，反应速度慢，多数情况下反应生成物溶解度极小，但脱水性好，价格便宜消石灰Ca(OH)2电石渣Ca(OH)2石灰石CaCO3主要用于处理强酸性废水，但为了使处理水达到或接近中性，往往还需添加消石灰水泥灰尘CaO白云石CaCO3•MgCO3硫酸H2SO4溶解度大，反应速度快，容易控制，但处理不安全盐酸HCl图4-3强酸和强碱的中和曲线图4-4弱酸和弱碱的中和曲线为了便于控制药剂的投加量和掌握废水pH值的变化规律，在用药剂处理时，首先需要作出废水的中和曲线。中和曲线可通过滴定法绘制。即取一定量的酸、碱废水，不断地滴加已知浓度的碱或酸标准溶液，同时用pH计测定废水的pH值。然后以pH值为纵坐标，酸或碱的投加量为横坐标作图，所得曲线即为中和曲线，如图4-3，图4-4所示。131n由于工业废水中往往含有复杂的成分，因此药剂投加量不能单纯靠化学计量法计算。参考中和曲线，再加以试验验证才较为合适。图4-5酸性废水处理流程药剂中和法的一般装置及流程如图4-5所示。酸碱中和的反应是很快的，可说是瞬时反应。因此反应可在一个池内完成。混合反应池内应设搅拌设备，以机械搅拌为宜。当废水中含重金属离子，或经投药后，产生沉渣时，需设置沉淀池。沉淀时间一般采用1~1.5h混合反应池的容积按下式计算：(4-2)式中Q——废水设计流量，m3/h；t——混合反应时间，一般采用2~4min。当有重金属离子时应按去除重金属离子的要求确定。（三）中和滤池目前均选用碱性矿物颗粒材料作为滤池填料，分层堆放，使酸性废水以一定速度滤过，从而达到中和的目的。这些碱性填料，几乎都不溶于水，大多是各种碳酸钙矿物质，如石灰石、大理石、白云石等，其化学主要成分都是碳酸钙或碳酸钙镁。滤料的选择可根据含酸废水的特性选用。如对强酸废水，宜选用石灰石为滤料；对含硫酸的废水，可应用低品位煤或使用悬浮滤料，并采用逆向过滤中和的方式；而对于弱酸废水，宜采用焙烧的白云石为滤料。白云石与硫酸的反应为2H2SO4+CaCO3•MgCO3=CaSO4+MgSO4+2CO2石灰石与硫酸的反应为H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2采用白云石为中和滤料时，由于MgSO4的溶解度很大，不致造成中和的困难。因为产生不溶的石膏量仅为石灰石反应生成物的一半，所以影响就小了，也就是说，相应的进水硫酸浓度允许提高，但白云石的缺点是反应速度比石灰石慢。图4-6是某厂石灰石中和滤池装置的示意图。131n图4-6石灰石中和滤池装置中和滤池的设备常分：普通中和滤池，升流式膨胀床滤池，变速膨胀床中和滤池和滚筒式中和滤池等。普通中和滤池设备简单，但效率较低，滤料表面结垢后不易冲掉；滚筒式滤池加工比较困难，动力费用高，噪声大。目前较为常用的是升流式膨胀床滤池，它具有体积小，处理效果稳定，操作管理方便等优点。缺点是滤料的加工较困难，一般要求滤料粒径为0.5~3.0mm。等速升流式膨胀床滤池的滤料膨胀率常采用50％，废水流速可达1~1.2。对变速锥型床中和滤池。下部滤速可达2.20~2.50。中和每吨硫酸约耗滤料1.2t。图4-7升流式膨胀床滤池图4-8变速膨胀床中和滤池图4-7、图4-8是目前普遍采用的两种升流式膨胀滤池。滤池法的优点是操作管理简单，出水pH值较稳定，不影响环境卫生，沉渣少(只占废水体积的0.1％左右)。缺点是废水进口浓度受到限制。需要特别指出的是处理酸性废水的构筑物，其防腐蚀问题十分重要，一般认为内衬玻璃钢的设备比较有效。131n第二节化学沉淀一、适用场合(1)适合于处理废水中的重金属离子(Hg、Pb、Zn、Ni、Cr、Cu)及某些非金属(As、F、S、B)(2)用于水质软化，去除碱土金屑(如Ca和Mg)盐和二氧化硅。(3)废水除磷。二、基本原理化学沉淀法是指向水投加某种化学药剂，使之与水中的某些溶解物质发生直接的化学反应，形成难溶的固体物(沉淀物)，然后进行固液分离，从而除去水中污染物的一种处理方法。物质在水中的溶解度主要取决于物质和溶剂的本性，也与温度、盐效应、晶体结构和大小等有关。习惯上把溶解度大于1/100g的物质称为可溶物，小于0.1/100g的称为难溶物，介于两者之间的，称为微溶物。利用化学沉淀法处理水所形成的化合物都是难溶物。水处理中常用的化学沉淀法有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法和其他化学沉淀法。最常用的沉淀剂是石灰，其他如氢氧化钠、碳酸钠、硫化氢、碳酸钡等也有应用。化学沉淀法的工艺流程和设备与混凝法相类似，主要步骤包括：①化学沉淀剂的配制与投加；②沉淀剂原水混合反应；⑤固液分离，设备有沉淀池、气浮池等；④泥渣处理与利用。（一）氢氧化物沉淀法水中金属离子很容易生成各种氢氧化物，其中包括氢氧化物沉淀及各种羟基络合物。用氢氧化物沉淀法去除金属离子时，沉淀剂为各种碱性物料，常用石灰、碳酸钠、氢氧化钠、石灰石、白云石、电石渣等。可根据金属离子的种类、废水性质、PH值、处理水量等因素来选用。石灰沉淀法的优点是经济、简便、药剂来源广，因而应用最多，但石灰品质不稳定，消化系统劳动条件差，管道易结垢（CaSO4、CaF2）与腐蚀，沉渣量大且多为胶体状态，含水率高达95％~98％，极难脱水。当处理水量小时；采用氢氧化钠可以减少沉渣量。用碳酸钠生成的碳酸盐沉渣比氢氧化物沉渣易脱水。（二）硫化物沉淀法金属硫化物比氢氧化物的溶度积更小，所以在水处理中也用生成硫化物的方法除去金属离子。通常采用的沉淀剂有H2S、Na2S、NaHS、CaS2、(NH4)2S、MnS、FeS等。有H2S恶臭，又是一种无色剧毒气体，因此使用时必须注意安全。采用硫化物沉淀法处理重金属废水，去除率高，可分步沉淀，泥渣中金属品位高．便于回收利用，适用pH值范围大。但过量S2-造成二次污染；当pH值降低时，可产生H2S。有时金属硫化物的颗粒很小．分离因难，此时可投加适量絮凝剂(如聚丙烯酰胺)进行共沉。（三）碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法有3种不同的应用方式，适用于不同的处理对象：①投加难溶碳酸盐(如碳酸钙)，利用沉淀转化原理，使水中金属离子(如Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等)生成溶解度更小的酸酸盐而析出沉淀。②投加可溶性硝酸盐(如碳酸钠)，使水中金属离子生成难溶碳酸盐而沉淀析出。这种方式可去除水中的重金属离子和非碳酸盐硬度。③投加石灰，与水中碳酸盐硬度生成难溶的碳酸钙和氢氧化镁而沉淀析出。这种方式可去除水中的碳酸盐硬度。（四）钡盐沉淀法钡盐沉淀法仅限于含Cr6+废水处理，采用的沉淀剂有BaCO3、BaCl2和BaS等，生成铬酸钡（BaCrO4）。钡盐法处理含持废水要准确控制pH值。铬酸钡的溶解度与pH值有关，pH值131n愈低，溶解度愈大，对去除铬不利，而pH值太高，CO2气体难于析出，也不利于除铬反应进行。采用BaCO3作沉淀剂时，用硫酸或乙酸调pH值为4.5~5.0，反应速度快，除铬效果好，药利用量少，而不用HCl，防止残氯影响。采用BaCl2作沉淀剂，生成的HCl会使pH值降低，pH值应控制高些(6.5~7.5)。为了促进沉淀，沉淀剂常加过量，而出水中含过量的钡，也不能排放，一般通过一个以石膏碎块为滤料的滤池，使石膏的钙离于置换水中的钡离子生成硫酸钡沉淀。钡盐法形成的沉渣中，主要含铬酸钡，最好回收利用。可向泥渣中投加硝酸和硫酸，反应产物有硫酸钡和铬酸，铬酸的比例约为沉渣:硝酸:硫酸＝1:0.3:0.08。（五）卤化物沉淀法(1)氯化银沉淀法除银含银废水土要来源于镀银和照相工艺，加氯化物可以沉淀回收银。氰化银镀槽中的含银浓度高达13~45g/L，一般先用电解法回收银，将银浓度降至100~500mg/L，然后再用氯化物沉淀法，将银浓度进一步降至几mg/L，如果在碱性条件下与其他金属氢氧化物共沉，银浓度可降至0.1mg/L。当出水中氯离子浓度为0.5mg/L时，理论计算的银离子最大浓度为1.35mg/L。氯浓度越高，银浓度越低。但氯离子过量太多时，会生成AgCl2-络离子，使沉淀又重新溶解。废水中含有多种金属离子时，调pH值至碱性．同时加氯化物，则其他金属离子形成氢氧化物沉淀，银形成氯化银沉淀。用酸洗沉渣，将氢氧化物沉淀溶出，仅剩下氯化银，实现分离和回收银。镀银废水中常含氰，一般先加氯氧化氰，放出的氯离子又可以与银生成沉淀。据报道，当银和氰重量相等时，投氯量为3.5mg/mg（CN-），氯化10min后，调pH至6.5，氰完全氧化，再加氯化铁，以石灰调pH至8，沉淀分离后出水银由最初的0.7~40mg/L降至几乎为0。(2)氟化物沉淀法当废水中含有比较单纯的氟离子时，投加石灰．调pH值至10~12，生成CaF2沉淀，可使氟浓度降至10~20mg/L。若水中还含有其他金属离子，由于吸附共沉淀作用，可使氟浓度降至8mg/L以下。如果加石灰的同时，加入磷酸盐(如过磷酸钙、磷酸氢二钠)，则与氟形成难溶的磷灰石沉淀。当石灰投量为理论量的1.3倍，过磷酸钙投量为理论量的2~2.5倍时，可使氟浓度降至2mg/L。（六）铁氧体沉淀法废水中各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒而沉淀的方法称为铁氧体沉淀法。铁氧体是指一类具有一定晶体结构的复合氧化物，它不溶于水，也不溶于酸、碱、盐溶液，具有高的导磁率和高的电阻率(其电阻比铜大1013~1014倍)，是一种重要的磁性介质。铁氧体沉淀法具有以下优点：①能一次脱除废水中的多种金属离子，出水能达到排放标准；②设备简单，操作方便；③硫酸亚铁的投量范围大，对水质的适应性强；④沉渣易分离、易处置(回收利用或贮存)。缺点是：①不能单独回收有用金属；②需要消耗相当多的硫酸亚铁；一定数量的氢氧化钠及热能，处理成本较高；③出水硫酸盐浓度高。用铁氧体沉淀法处理废水的工艺流程见图4-9。（七）磷酸盐沉淀法含可溶性磷酸盐的废水可以通过加入铁盐或铅盐生成不溶性的磷酸盐沉淀除去，加入铁盐除去磷酸盐时会伴随如下过程发生：①铁的磷酸盐[Fe(PO4)x(OH)3-x]沉淀；②在部分胶体状的氧化铁或氢氧化物表面上磷酸盐被吸附。③多核氢氧化铁(Ⅲ)悬浮体的凝聚作用，生成不溶于水的金属聚合物。利用加入FeCl3•6H2O、FeCl3+Ca(OH)2、AlCl3•6H2O和Al2(SO4)3•18H2O来处理含磷酸盐废水已经进行了研究并用于实际的生产。131n图4-9铁氧体沉淀法处理含铬废水1-反应槽；2-清洗槽；3-泵；4-清水池；5-调节池；6-废渣池；7-离心脱水；8-烘干沉淀剂的加入量根据亚磷酸的总量来调整．即以亚磷酸对铁或对铝的化学比为基础。如果加入的FeCl3或AlCl3水合物的化学计量比为1.5，则可去除90％以上的磷酸盐，加入2倍化学计量的Al2(SO4)3•18H2O也可以得到同样的结果。利用FeCl3•6H2O+Ca(OH)2组成的混合沉淀剂，用0.8倍化学计量的铁与100mg/LCa(OH)2，可将废水中的磷酸盐去除90％以上，此种沉淀法的沉淀物可用作肥料。pH对沉淀剂有影响，当用铁盐来沉淀正磷酸盐时，最好的反应pH值是5；当用铝盐作沉淀剂时，pH为6；而用石灰时，pH在10以上。这些pH也与相应的纯磷酸盐的最小溶解度一致。也可以采用其他一些盐作沉淀剂。工业上采用连续沉淀工艺，可使废水中残留磷酸盐达到4ug/L。第三节混凝混凝可以用来降低污水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属物和放射性物质，此外，混凝法还能改善污泥的脱水性能。因此，混凝法是工业污水处理中常采用的方法，既可以作为独立的处理法，也可以和其他处理法配合进行。混凝法与其他污水处理法比较，其优点是设备简单、维护操作易于掌握、处理效果好、间歇或连续运行均可以。缺点是由于不断向污水中投药，经常性运行费用较高、沉渣量大、且脱水较困难。一、混凝剂的配制与投加(一)混凝剂的配制设备混凝剂的投配分干投法和湿投法两种。干投法是将经过破碎易于溶解的药剂直接投放到需处理的水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投配量较难控制，对机械设备的要求较高，劳动条件较差，目前较少采用。湿投法是将药剂配制成一定浓度的溶液，再按处理水量大小进行投加。131n图4-10混凝剂水力调制装置图4-11混凝剂机械调制装置1-溶液池；2-溶药池；3-压力水管1,2-轴承；3-异径管箍；4-出管5-桨板；6-锯齿角钢桨叶；7-立轴；8-底板图4-12混凝剂的压缩空气调制1-进水管；2-进气管；3-出液管；4-排渣管；5-药剂；6-格栅；7-空气管在溶药池内将固体药剂溶解成浓溶液。其搅拌可采用水力、机械或压缩空气等方式，如图4-10~4-12所示。一般投药量小时用水力搅拌，投药量大量用机械搅拌。溶药池体积一般为溶液池体积的0.2~0.3倍。混凝剂的投配设备及管道应进行防腐处理。应采用两个溶液池交替使用，其体积计算如下：（4-3）131n式中——混凝剂最大用量，mg/LQ——处理水量，m3/hb——溶液浓度，%，按药剂固体质量分数计算，一般取10~20。n——每昼夜配制溶液的次数，一般为2~6次，手工配置不宜多于3次。(二)混凝剂的投加设备按投加方法分重力投加、水泵投加、水射流器投加和虹吸定量投加等。重力投加设备包括溶液槽、提升泵、高位溶液箱、投药箱、计量设备等，依靠药液的高位水头直接将混凝剂溶液投入管道内；水泵投加是采用计量加药泵将近药液投入压力管道貌岸然中去；水射流器投加系统设备简单，使用方便，工作可靠；虹吸定量投加装置利用变更虹吸管进、出口高度差H控制投配量，各种投加设备装置如图4-13~4-16所示。二、混合与搅拌设备混合设备是完成凝聚过程的重要设备，能保证在较短的时间内将药剂扩散到整个水体，并使水体产生强烈紊动，为药剂在水中的水解和聚合创造了良好的条件。一般混合时间约为2min左右，混合地的流速应在1.5m/s以上。常用的混合方式有机械混合、水泵混合和隔板混合。图4-13泵前重力投加系统1-进水管；2-出水管；3-水泵；4-水箱；5-浮球阀；6-溶液池；7-漏斗131n图4-14高架溶液池重力投加系统1-溶液箱；2-投药箱；3-提升泵；4-溶液池；5-原水进水管；6-澄清池图4-15水射流器投加示意图4-16射流器结构1-溶液箱；2.4-阀门；3-投药箱；5-漏斗6-高压水管；7-水射流器；8-原水管(一)机械混合机械混合是用电动机带动桨板或螺旋桨进行搅拌的一种混合方法，多采用结构简单、加工制造容易的桨板式机械搅拌混合槽，如图4-17所示。混合槽可采用圆形或方形水池，高H约3~5m，叶片转动圆周速度一般取2m/s，混合时间约10~15s。机械搅拌混合槽的主要优点是不受水量变化的影响、混合效果好、适用于各种规模的处理厂，缺点是增加了机械设备，从而增加了维修工作量。131n图4-17机械搅拌混合槽结构示意1-挡板；2-出水管；3-电动机；4-减速器；5-齿轮；6-轴；7-桨板；8-进水管(二)水泵混合当泵站与絮凝反应设备距离较近时．将药剂加于水泵的吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮的高速旋动达到快速而剧烈的混合目的，得到良好的混合效果，不需要另外的混合设备，但需在水泵内侧、吸入管及排出管内壁衬耐酸、耐腐材料。其优点是混凝效果好、设备简单、节省投资、动力消耗少；缺点是管道安装复杂、对水泵有轻微腐蚀、同时应防止大量的气体进入水泵。当泵房远离处理构筑物时不宜采用水泵混合，因已形成的絮体在管道出口一经破碎使难于重新聚结，不利于以后的絮凝。(三)隔板混合隔板混合可分为分流式隔板混合、多孔隔板混合、平流式隔板混合、回转式用板混合等，图4-18所示为分流式隔板混合档。槽内设隔板，药剂于隔板前投入，通过水在隔扳通道间流动使药剂与水充分混合。混合效果比较好，但占地而积大，水头损失也大。用板间距为池宽的2倍，也可取60~100cm，流速取值在1.5m/s以上，混合时间一般为10~30s。图4-18分流式隔板混合槽1-溢流管；2-溢流堰131n图4-19平流式隔板反应三、反应设备(一)反应池的特点和适应条件反应设备根据其搅拌方式可分为水力搅拌反应池和机械搅拌反应池两大类。水力搅拌反应池有平流式或竖流式隔板反应池、回转式隔板反应池、涡流式反应池等形式。平流式隔板反应池如图4-19所示，回转式隔板反应池如图4-20所示，涡旋式反应池如图4-21所示。各种不同类型反应池的优、缺点以及适用条件列于表4-2中。图4-20回转式隔板反应池图4-21涡旋式反应池1-进水管；2-圆锥集水槽；3-出水管；4-放水阀；5-隔栅131n表4-2不同类型反应池的优、缺点与适用条件反应池形式优点缺点适用条件平流或竖流隔板反应池反应效果好，构造简单，施工方便容积较大，水头损失大水量大于1000m3/h，水量变化较小的系统中回转式隔板反应池反就效果好，水头损失小，构造简单，管理方便池较深水量大于1000m3/h，水量变化较小的改扩建系统中涡流式反应池反应时间短，容积小，造价低池较深，截头圆锥形池底难施工水量小于1000机械搅拌反应池反应效果好，水头损失小，可适应水质水量变化部分设施在水下，维护不便水量适应范围广机械搅拌反应池有根据转轴的位置可分为水平轴式和垂直轴式两种，水平轴式操作和维修不方便，目前较少使用，垂直轴式应用较多。机械搅拌反应池如图4-22所示。图4-22机械搅拌反应池示意1-桨板；2-叶片；3-转轴；4-隔板(二)设计参数的确定①池数一般不少于2座。②每座池一般设3~4挡搅拌器，各搅拌器之间用隅墙分开以防水流短路、垂直搅拌轴设于池中间。③搅拌叶轮上桨板中心处的线速度自第一格0.5~0.6m/s逐渐减小至0.2~0.3m/s。④上桨板顶端应设于水面下0.3m处，下桨板底端设于距池底0.3~0.5m处，桨板外缘与池壁间距不大于0.25m。⑤桨板宽度与长度之比b/L＝1/10~l/15，桨板宽度一般采用0.1~0.3m。每台搅拌器上桨板总面积与桨板转动方向垂直的水流截面之比取10％~20％，过大时池水将随桨板同步旋转，减弱絮凝效果。⑥所有机械设备应采取防腐措施。四、澄清池(一)澄清池的工作原理澄清池是用于混凝处理的一种设备，是将絮凝反应过程与澄清分离过程综合于一体的构筑物。131n在澄清池中沉泥处于均匀分布的悬浮状态，在池中形成高浓度稳定的活性循渣层。该层悬浮物浓度约为3~10g/L。原水在澄清池中由下向上流动，悬浮状态的沉泥由于重力作用在上升水流中处于动态平衡状态。当原水通过活性泥渣层时，利用接触絮凝原理，原水中的悬浮物便被活性泥渣层阻留下来，使水得以澄清，清水在澄清池上部被收集。正确选用上升流速，保持良好的泥渣悬浮层，是澄清池取得较好处理效果的基本条件。澄清池的工作效率取决于泥渣悬浮层的活性与稳定性。泥渣悬浮层是在澄清池中加入较多的混凝剂，并适当降低负荷，经过一定时间运行后逐步形成的。为使泥渣悬浮层始终保持絮凝活性，必须让泥渣层处于新陈代谢的状态，即一方面形成新的活性泥渣，另一方面排除老化了的泥渣。．澄清池的构造形式很多，从基本原理上可分为两大类：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池、脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。目前常用的是机械加速澄清池。机械加速澄清池是将混合、絮凝反应及沉淀工艺综合在一个池内，如图6—52所示。池中心有一个转动冲轮，将原水和加入药剂同澄清区沉降下来的回流泥浆混合，促进较大絮体的形成。泥浆回流量为进水量的3~5倍，可通过调节叶轮开启度来控制。为保持池内悬浮层浓度稳定，要排除多余的污泥，所以在池内设有1~3个泥渣浓缩斗。当池子直径较大或进水含砂量较高时，需装设机械刮泥机。该池的优点是效率较高且比较稳定；对原水水质和处理水量的变化适应性较强；操作运行比较方便。图4-23机械加速澄清池(二)机械加速澄清池的设计参数选择①原水进水管流速一般在1m/s左右。②清水区上升流速0.8~1.1mm/s，当处理低温、低浊度水时可采用0.7~0.8mm/s，清水区高度1.5~2.0m。③水在池中总停留时间一般为1.2~1.5h。④集水方式选用淹没孔集水槽或三角堰集水槽。孔径为20~30mm，过孔流速为0.6m/s，集水槽中流速为0.4~0.6m/s，出水管流速为1.0m/s。⑤设泥渣浓缩斗1~3个，泥渣斗容积约为澄清池容积的1％~4％。进水悬浮物含量大于1g/L或池径大于或等于24m131n时，应设机械排泥装置，搅拌一般采用叶轮搅拌。叶轮提升流量为进水流量的3~5倍。叶轮直径一般为第二反应室内径的0.7~0.8倍。叶轮外线线速度为0.5~1.0m/s。第四节化学氧化与还原一、反应原理利用某些溶解于废水中的有毒有害物质在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它们转化成为无毒无害的新物质，或者转化成容易从水中分离排除的形态(气体或固体)，从而达到处理的目的，这种方法称为废水处理中的氧化还原法。氧化还原法的实质是：在氧化还原反应中．参加化学反应的原子或离子有电子的得失，因而引起化合价的升高或降低。失去电子的过程叫氧化，得到电子的过程叫还原。在氧化还原反应中，若有得到电子的物质就必然有失去电子的物质，因而氧化还原总是同时发生的。得到电子的物质称氧化剂，因为它使另一物质失去电子受到氧化。失去电子的物质称还原剂，因为它使另一物质得到电子受到还原。氧化还原反应是一种可逆反应，其过程可写成下列通式：氧化剂+还原剂====还原剂+氧化剂(氧化态1)(还原态2)(还原态1)(氧化态2)向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有害物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法称为氧化法。氧化法又可分为氯氧化法、空气氧化法、臭氧氧化法、光氧化法等。向废水中投加还原剂，还原废水中的有毒物质，使其转变为无毒的或毒性小的新物质这种方法称为还原法。还原法目前主要用于含铬、汞等废水的处理。还原法可分为金属还原法、硼氢化钠法、硫酸亚铁石灰法和亚硫酸氢钠法等。二、设备和装置(一)氯氧化法设备和装置处理构筑物主要是反应池和沉淀池。反应池常采用压缩空气搅拌或水泵循环搅拌。当采用氯氧化法处理含氰废水时，可以同时考虑间歇式处理或连续式处理两种形式。当含氰废水量较小，浓度变化较大，要求处理程度较高时，一般采用间歇式处理法。这种方法多数设两个反应池，交替地进行间歇处理。当水量较大，含氰浓度变化较小时，采用连续式处理法，其流程如图4-24所示。调节池用以调节水量和浓度，流程中沉淀池和干化场的设置与否应根据反应生成的污泥量的多少而定。当采用漂白粉或液氯加石灰时，应设置沉淀池和污泥干化场。如果用液氯和NaoH可不设沉淀池。图4-24含氰电镀废水碱性氯性氯化法处理流程（PH：10-11，停留时间：10min以上PH：8-9，停留时间：30min以上）(二)空气氧化法设备和装置当采用空气氧化法处理含硫废水时，空气氧化脱硫设备多采用脱硫塔。脱硫的工艺流程如图4-25131n所示。处理中废水、空气及蒸汽经射流混合器混合后，送至空气氧化脱硫塔。混入蒸汽的目的是为了提高温度，加快反应速度。脱硫塔用拱板分为数段，拱板上安装喷嘴。当废水和空气以较高的速度冲出喷嘴时，空气被粉碎为细小的气泡，增大气液两相的接触面积，使氧化速度加快，在气液并流上升的过程中，气泡的上升速度较快，并不断产生破裂与合并，当气泡上升到段顶板时，就会产生气液分离现象。喷嘴底部缝隙的作用就是使气体能够再度均匀地分布在废水中，然后经过喷嘴进一步混合，这样就消除了气阻现象，使塔内压力稳定。(三)臭氧氧化法臭氧处理工艺流程有两种：①以空气或富氧空气为原料气的开路系统；②以纯氧或富氧空气为原料的闭路系统。开路系统的特点是将用过的废水放掉。闭路系统与开路系统相反，废水回到臭氧制取设备．这样可提高原料气的含氧率，降低成本。但在废气循环过程中，氮含量愈来愈高，可用压力转换氯分离器来降低含氯量。在分离器内装分子筛．高压时吸附氮气，低压时放氮气。分离器设两个，一个吸附，另一个再生，交替使用。图4-25空气氧化脱硫臭氧处理系统中最主要的设备是混合反应器。其作用为：①促进气水扩散混合；②使气水充分接触，加快反应。混合反应器有多种型式，常用者如图4-26所示。设计时应根据不同的水质及处理目标所决定的反应类型来选择适宜的混合装置。当反应速度较慢，完成全部反应所需的时间较长(反应控制过程)时，混合器的型式相对不重要。这时应主要选择臭氧利用率较高的投配混合装置。当反应完成速度很快，臭氧能否更快地溶解扩散到水中成为制约因素(传质控制过程)时，则应着重考虑选用扩散速度较快的混合装置，例如固定混合器和涡轮注入器等。目前，使用最多的还是微孔扩散气泡反应塔。在这种反应塔中，废水一般由上向下流动，臭氧则由塔底的微孔扩散板喷出，在塔内气、水成逆向流接触，这样既有利于反应进行彻底，又有利于提高臭氧的利用率。微孔材料以前曾较多使用烧结微孔塑料板(管)，但近年来多为粉末冶金制成的微孔钛板所代替。当处理水量较大时．为了节省投资和占地，可以参考上述反应塔的原理用钢筋洞凝上建造反应池，这在合成洗涤剂废水处理中已有成功的使用实例。臭氧具有强腐蚀性，因此设备管路及反应池中与臭氧接触的部分均应采用耐腐蚀材料或做防腐处理。131n图4-26臭氧接触方式（a）顺流式气泡塔；（b）逆流式气泡塔；（c）水射器接触塔（d）填料接触塔；（e）涡轮注入器；（f）固定混合器(四)光氧化法光氧化法的处理流程如图4-27所示。废水经过滤器去除悬浮物后进入光氧化池。废水在反应池内的停留时间随水质而异，一股为0.5~2.0h。131n(五)金属还原法铁屑过滤还原法除汞的处理装置如图4-28所示。池中填以铁屑。废水以一定的速度自下而上通过铁屑滤池，经一定的接触时间后从滤池流出。铁屑还原产生的铁汞渣可定期排放。铁汞渣可用焙烧炉加热回收金属汞。图4-27光氧化工艺流程图4-28铁屑过滤池(六)硫酸亚铁石灰法采用硫酸亚铁石灰法处理含铬废水，处理构筑物有间歇式和连续式两种。其工艺流程如图4-29所示。间歇式适用于含铬浓度变化大、水量小、排放要求严格的含铬废水。连续式适用于浓度变化小、水量较大的含铬废水。反应池一般为矩形，当采用连续处理时，反应池宜分为酸性反应池和碱性反应池两部分，反应池中应设搅拌设备。图4-29硫酸亚铁石灰法处理含铬酸废水流程示意图第五节电解一、概述电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应的过程称为电解。在电解过程中，溶液与电源的正负极接触部分同时发生氧化还原反应。当对某些废水进行电解时，废水中的有毒物质在阳极失去电子(或在阴极得到电子)而被氧化(或还原)成新的产物。这些新产物可能沉淀在电极表面或沉淀到反应槽底部，也有的情况下会形成气体逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。这种利用电解的原理来处理某些废水的方法，就是废水处理中的电解法工艺。131n二、电解设备和装置(一)电解槽电解槽多为矩形，按废水流动方式分为回流式和翻腾式，如图4-30所示。回流式水流流程长，离子易于向水中扩散，容积利用率高；但施工和检修较困难。翻腾式的极板采用悬挂方式固定，极板与池壁不接触而减少了漏电的可能，更换极板也较方便。极板间距应适当，一般约为30~40mm，过大则电压要求高，电耗大；过小不仅安装不便，而且极板材料耗量高。所以极板间距应综合考虑多种因素确定。图4-30电解槽结构式电解需要直流电源，整流设备可根据电解所需要的总电流和总电压选用。(二)板板电路极板电路有两种：单极板电路和双极板电路，如图4-31所示。生产上双极板电路应用较普通，因为双极板电路极板腐蚀均匀，相邻极板接触的机会少，即使接触也不致发生电路短路而引起事故，因此双极板电路便于缩小极板间距，提高极板有效利用率，减小投资和节省运行费用等。图4-31电解槽的极板电路三、工程实例(1)采用电解法处理电镀废水应用的实例比较多。由于电镀废水的水量一般较小，所需处理设备经常可以采用聚氯乙烯塑料槽制作，运行中可以连续运行，也可以根据水量情况采取间接运行。该工程中电解槽采用了翻腾式，槽体采用钢筋混凝土制作。电解槽结构如图4-32所示。电解槽中空气管的目的是供给空气进行搅拌，以增加铁离子与六价铬离子的碰撞机会，以加速六价铬的还原速度，同时也为防止电解槽内氢氧化物的沉淀。一般空气用量为0.2~0.3m3/(m3•131nmin)，空气压力可采用96~98kPa。为增加废水导电能力，减少电能消耗和利用氯离子去除极板上的钝化膜，需向电解槽中投加食盐(NaCl)，投量一般为1~2g/L。电解槽的重要运行参数是极水比，即浸入水中的有效极板面积与槽中有效水容积(有电流通过的废水体积)之比，此值取决于极板距，在总电流强度一定的条件下，极水比大(极板距小)时，放电面积大，电流密度小，超电势也小，因而可提高电解的效率；但极水比过大，极板材料的耗量也会增加很多，所以极水比一般采用2~3dm3/L。流程中的沉淀池是用以分离在电解过程形成的Cr(OH)3和Fe(OH)3，电解处理过程中产生的含铬污泥含水率高，密度小，经24h沉淀后，含水率仍在99％左右，相对密度约为1.0l。沉淀的沉淀时间一般按1.5~2.0h设计。图4-32含铬废水电解处理翻腾式电解槽1-电极板；2-吊管；3-吊沟；4-固定卡；5-导流板；6-布水槽；7-集水槽8-进水管；9-出水管；10-空气管；11-空气阀；12-排空阀电解处理含铬废水操作简单，处理效果稳定，Cr6+通常可降至0.1mg/L以下。(2)在前些年研究开发的基础上，目前国内一些环保设备厂家已能够生产用于电镀废水处理的电解装置，及用于印染废水处理等所需的电絮凝装置。在设计这类工程时，一般可根据具体水质水量情况和处理要求予以选用。图4-33示出了另一处理电镀含氰、含铬废水处理的工艺流程图。图4-33含氰、含铬电镀污水处理流程131n含铬废水中包括镀铬、钝化及电抛光槽排出的洗涤水。水量约6m3/h，含六价铬大于50mg/L。含氰废水中包括氰化镀锌、氰化镀镉和氰化镀银等工艺的镀槽排水及洗涤水。水量约为3m3/h，含游离氰大于25mg/L。该设计中采用了GJH-01型含铬污水电解设备(处理水量6m3/h，直流电压36V，300A和QJH-01型含氰污水处理装置(处理水量6m3/h，直流电压36V，300A)。经过多年运行，废水经过处理后，六价铬和游离氰浓度均低于0.5mg/L，达到国家规定的排放标准。131n第五章物理化学处理装置与设备废水的物理化学处理是利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。处理的对象主要为：废水中无机的或有机的（难于生物降解的）溶解的或胶体物质，尤其适合处理杂质浓度很高的废水以回收物料，也适合于对杂质浓度很低的废水进行深度处理。本章将主要介绍吸附法、萃取法、离子交换法和膜分离法所应用的装置与设备。第一节　　吸附设备一、吸附原理（一）吸附原理吸附是利用某些多孔性固体（如活性炭）具有能够从废水中选择性地在其表面凝聚一定组分的能力，从而使废水中特定组分分离的过程。固体表面上的原子或分子的力场处于不平衡状态，表面存在剩余吸引力，具有过剩的能量即表面能。从而当其与废水接触时，固体表面可以自动地吸附那些能降低其表面能的溶解的或胶体物质。具有吸附能力的物质就称为吸附剂，而被吸附的物质就叫做吸附质。（二）吸附分类吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与吸附质间是通过分子间引力（即范德华力）而产生的吸附，成为物理吸附。如果吸附剂与吸附质之间产生化学作用，生成化学键引起的吸附，称为化学吸附。物理吸附与化学吸附并非完全不相容，废水处理中，往往同时存在两种吸附过程。（三）常用吸附剂――活性炭活性炭由煤、坚果壳、木材等原料经炭化与活化制得的一种多孔性含碳物质，具有很强吸附能力。1．活性炭特点：（１）吸附前不需预除水蒸气（２）具有极大表面积，吸附容量大（３）解吸较容易2．活性炭作用（１）除臭　除去由酚、石油等引起的异味（２）去色　去除由各种染料形成的颜色或有机污染物及铁、锰形成的色度（３）去除有机物　去除农药、杀虫剂、氯代烃、芳香族化合物及其他难降解有机物（４）去除重金属　去除汞、铬等金属离子（５）去除合成洗涤剂（６）去除放射性物质(四)解吸当吸附剂达到饱和后需再生，废水处理中常用的活性炭再生方法有：1．加热再生　温度升高，吸附质分子的能量提高克服吸附剂的吸附作用而脱离。吸附作用越强，解吸需加热的温度越高。常用加热设备如图５-１。2．化学再生　通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，形成酚钠盐而解吸。湿式氧化法也属于化学再生法，如图５-２所示，用于曝气池中的以饱和的粉状活性炭用高压泵经换热器和水蒸气加热后送入氧化反应。131n图5-1立式多段再生炉　　　　　　　图5-2湿式氧化再生流程器，在器内被活性炭吸附的有机物与空气中的氧气反应，进行氧化分解，使活性炭得到再生。再生后的活性炭经热交换器冷却后，送入再生炭槽。在反应器底部积聚的灰分定期排出。（五）操作方式吸附和解吸〔或称脱附)操作均可分成间歇式和连续式两大类。间歇式操作是将一定的活性炭投加到要处理的废水中，经过一定时间的混合搅拌，使吸附达到平衡，然后用沉降或过滤的方法使污水与炭分离，经过一定吸附出水的水质不一定达到要求。则可再与新炭进行吸附直至达标排放。它主要用于处理量小和使用细小颗粒吸附剂(如粉末状活性炭)的操作过程。而连续式操作是指废水随着时间的延续，不断在流动的条件下进行，主要用于处理量较大和使用颗粒状吸附剂(如圆柱状活性炭和分子筛，大孔吸附树指等)的操作过程。二、吸附设备和装置常用的吸附设备有固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器（一）固定床１．分类（１）按矗立方式分为立式、卧式两种，水处理中常用立式（２）按形状　　分为方形、圆形等（３）按水流方向分为升流式和降流式两种。２．构造示意图如图5-3所示。图３．操作要点（１）需要长期做深度处理情况下使用　　　　　　　　　　　　5-3固定床吸附塔构造示意图（２）粒状活性炭填做吸附剂（３）通水方式有升流式或降流式　　①降流式　　131n降流式固定床出水水质较好，但经吸附层的水头损失较大，特别是处理含悬浮物较高的废水时，为了防止悬浮物堵塞吸附层，需定期进行反冲洗，有时需要在吸附层上部设反冲洗设备。②升流式　　升流式水头损失增加较慢，运行时间较长。水头损失增大后，可适当提高进水流速，使填层稍有膨胀（不混层）可达到自清目的。但当进水流量波动较大或操作不当时，易流失吸附剂，处理效果变差。（４）根据穿透浓度要求严格控制吸附时间，床层达到穿透点时，必须停止进水。４．优缺点（１）运行稳定，管理方便，出水水质良好（２）活性炭再生后可循环使用３～７年（３）活性炭在固定床中吸附效率较低（４）单床间歇操作，需要定期投炭、整池排炭（５）基建、设备投资较高，并占一定土地面积（二）移动床１．构造示意图如图5-4所示原水从下而上流过吸附层，吸附剂从上而下间歇或连续移动。处理后的水从塔顶流出，再生后的活性炭从塔顶加入，接近饱和的炭从塔底间歇或连续排出。２．操作要点（１）需要长期做深度处理情况下使用　　（２）采用升流式操作，水中夹带的悬浮物随饱和炭排出，不需反冲洗设备　　（３）吸附剂上下层不能相互混合　　（４）大直径吸附塔要防止井筒式筛网破裂造成跑炭　　３．优缺点　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图５-４移动床吸附塔构造示意图　　（１）运行稳定，管理方便，出水水质良好　　　　　　　　（２）能充分利用吸附剂的吸附容量　　（３）间歇或连续投炭、排炭，减少再生设备容量　　（４）基建及设备投资费较高　　（５）占地面积较小　　（６）井筒式筛网进水系统破裂时将产生跑炭　　（７）可用于废水间歇处理，也可连续处理　　　　（三）流化床１．构造示意图如图5-5所示原水由底部升流式通过床层，吸附剂由上向下移动。控制原水流速使吸附剂呈流态化，两者的接触面积增大，充分发挥吸附剂活性，因此设备小而生产能力大。２．操作要点（１）需要长期做深度处理情况下使用（２）废水升流式经过炭床，流态化炭由上部向下移动，两者逆流接触吸附。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5-5流化床吸附塔结构示意图（３）可采用一级或多级床层，为防止吸附剂全塔混层，　以充分利用其吸附容量并保证处理效果，一般采用多级床层。131n３．优缺点（１）能连续操作，（２）设备紧凑，占地面积较少（３）最大限度利用活性炭的吸附容量，处理量大（４）间歇或连续投炭、排炭，减少再生设备容量（５）要求炭粒度均匀，否则易一起粒度分级（６）设备构造复杂　　（７）炭粒经机械磨损造成损耗高　　（８）能耗高三、吸附工艺流程及配套设备（一）吸附工艺流程常用的工艺流程主要有间歇式、半连续式和连续式三种。１．间歇式一般由单个固定床吸附器或多个固定床吸附器串联组成。单个吸附器适用于废排量较小，污染物浓度较低，间歇式排放废水的净化。（图５-６（a））由于单级吸附中吸附塔内不可能填充足够量的吸附剂而限制了吸附处理效果，操作中可采用多塔串联的吸附系统，实际上可看成将长度较长的单级吸附塔折开分成几个短塔，这样，就能同时满足阻力小、动力小，吸附效果好的要求。如图５-６(b)所示。此系统内的处理量与一塔的处理量相同。往往用于废水深度处理中。２．半连续式半连续式流程可用于净化间歇排放废水也可以用于连续排放废水的净化。流程一般由两台或三台固定床吸附器并联组成，如图５-６(c)所示，其中一台进行吸附，一台进行再生，而第三台则进行冷却或其他操作，以备使用。此流程中可处理连续排放的废水也可处理间歇排放的废水。图5-6固定床吸附器操作示意图(a)单塔式子(b)多塔串联式(c)多塔并联式３．连续式流程当废水连续排放，且水量大时，应使用连续式流程。该流程一般由连续性操作的流化床吸附或移动床吸附器组成，其特点是吸附过程与吸附剂再生同时进行。如图５-７为粉状炭流化床及再生系统。131n图5-7粉状炭流化床及再生系统1-吸附塔；２-溢流管；3-穿孔板；4-处理水槽；5-脱水机；6-饱和炭贮槽；7-饱和炭供应槽；　　8-烟囱；9-排水泵；10-废水槽；11-气体冷却器；12-脱臭炉；13-再生炉；14-再生炭冷却槽；　　15、16-水射器；17-原水泵；18-原水槽（二）活性炭的投加、排除及输送　１．粉状活性炭先配制成5%-10%浓度的悬浮液，贮存在具有搅拌设备的容器中，然后用螺旋齿轮输送泵投入反应器中。由于粉状炭的比重小，因此要采取特殊的措施防止泄漏。在粉状活性炭投加室，要设有空气除尘及过滤装置，防止对空气的污染。粉状炭在使用后以浆状排出，采用热再生时，首先应采用过滤或压滤机进行脱水，粉末炭滤饼送至再生炉进行再生。２．粒状活性炭一般经过一定容积的贮炭槽(或罐)，以炭浆形式用压力水或压缩空气(气罐)或泵(离心泵、喷射器或隔膜泵)等进行榆送。用泵输送时，泵的转速不宜超过800-900r/min，为了防止磨损，建议采用橡胶或陶瓷衬里的时轮型离心泵。从移动床吸附装置卸出的饱和炭较多采用喷射器输送。粒状活性炭水力输送时水和炭的重量比一般为9:1。炭浆在管道内的流速最高不得超过2.5m/s，以防止管道的腐蚀及炭的磨损。它在采用热再生时，先用滤网或分离器或重力分离法脱水后送至再生炉进行再生。131n第二节　　　萃取法用于废水处理中的萃取过程通常为液一液萃取或称溶剂萃取，它利用某种有机溶剂对废水中污染物组份的选择作用使一种或几种组份从废水中分离出来，主要用于回收废水中高浓度污染物。本节主要讨论液-液萃取设备。一、液一液萃取过程（一）萃取原理１．两相的形成废水的溶剂萃取至少涉及三种组份，即溶剂、溶质和水。形成了一个三元物系，并由这三元物系组成两个基本不互溶的相，它们是有机相和水相，溶质在这两相中进行分配。２．溶质(污染物)在两相中的分配（１）物理分配　　利用溶质(污染物)在水相和有机相中具有不同的溶解度特点而达到分离的目的，称为溶质(污染物)在两相中呈物理分配，如果溶质(污染物)和溶剂两分子间的极性越接近，按“相似溶解”原理，溶质(污染物)分子越易分配进入溶剂相，这种萃取也称物理萃取。（２）化学分配　　利用溶质(污染物)与溶剂分子间以配位键和鳌合键形成配位化合物和整合物的形式而达到分离的目的称溶质(污染物)在两相中呈化学分配，这种萃取则称化学萃取。（二）萃取剂的选择萃取剂选择应考虑以下几点１．萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其他物质溶解度要低，而萃取剂本身在水中溶解度要低。２．萃取剂在水中不会被乳化，易同水分离。３．萃取剂要易于再生和回收溶质。４．化学稳定性好，难燃不爆，毒性小，腐蚀性小，闪点高，凝固点低，蒸汽压小，便于室温下储存和使用，安全可靠。５．萃取剂要价格低廉，供应充沛。图５－８　萃取操作示意图（三）萃取过程　液一液萃取过程（如图５-８）由下列三步骤：１．废水与萃取剂充分混合，使要分离组分由废水中转溶到萃取剂中；２．萃取相与萃余相分离；３．回收萃取相和萃余相中的萃取剂，使之循环使用，同时得到分离出的组分。二、萃取方式131n按废水与萃取剂接触方式可分级式接触萃取和连续式接触萃取（也称微分式接触萃取）两类。（一）级式接触萃取１．单级式接触萃取如图５-９为单级混合澄清器。原料液和萃取剂加入混合器，在搅拌作用下两相发生密切接触进行相际传质，由混合器流出的两相在澄清器内分层，得到萃取相和萃余相分别排出。　　２．多级式接触萃取若单级萃取得到的萃余相中还有部分溶质需要进一步提取，可采用多个混合澄清器实现多级接触萃取，如图５-１０为多级混流萃取，５-１１为多级逆流萃取。　图５－９　单级混合澄清器图５－１０　多级混流萃取操作示意图图５－１１　多级逆流萃取操作示意图（二）连续式接触萃取一般连续式接触萃取在萃取塔中进行，原水由塔顶进入向下流动，萃取剂由塔底进入向上流动，两相在塔内进行逆流接触。三、萃取设备图５-１２　　　混合管示意图　　　　　　　　　　图５-１３　喷射萃取器结构示意图（一）混合管131n一般采用S形长管，溶剂和废水经泵在管的一端导入，混合后的乳浊液在管的另一端导出，见图５-１２。（二）喷射器它是一种体积小、效率高的混合装置，特别适用于两液相重度相差大、粘度和界面张力都很小的情况，一相或两相在器内通过喷嘴或孔板后，加强了湍流程度而提高萃取效率。见图５-１３。　　（三）混合澄清器混合澄清器是最早使用，而且目前仍广泛应用的一种级式萃取设备，它由混合器与澄清器两部分组成。如图５-９所示。混合澄清器也可以多级联合使用。图５-１１所示为水平排列的混合澄清器的若干级逆流萃取装置。混合澄清器有如下优点：①处理量大，传质效率高；②流量范围大，可适合各种生产规模；③结构简单，易于放大，操作方便，运行稳定可靠，适应性强；④易于实现多级操作，便于调节级数。缺点有：①水平排列时设备占地面积大；②萃取剂存留量大；③每级都有搅拌装置，液体在级间流动需要泵输送，设备费和操作费较高。（四）萃取塔（１）喷洒塔喷洒塔又称喷淋塔，是最简单的萃取塔，如图５—１４所示，轻、重两相分别从塔的底部和顶部进入。图５－１４(a)是以重相为分散相，则重相经塔顶的分布装置分散为液滴进入连续相，在下流过程中与轻相接触进行传质，降至塔底分离段处凝聚形成重液层排出装置。连续相即轻相，而重相连续相由下部进入，上升到塔顶，与重相分离后由塔顶排出。图５—１４2(b)是以轻相为分散相，而重相为连续相。喷洒塔结构简单，塔体内除液体分散装置外，别无其他内部构件。缺点是袖向返混严重，传质效率极低，因而适用于仅需一、两个理论级，容易萃取的物系和分离要求不高的场合。（２）填料萃取塔填料萃取塔的结构与气液传质所用的填料塔基本相同，如图５—１５所示。塔内装有适宜的填料，轻相由底部进入，顶部排出，重相由顶部进入，底部排出。萃取操作时，连续相充满整个塔中，分散相由分布器分散成液滴进入填料层，在与连续相逆流接触中进行传质。填料层的作用除可以使液滴不断发生凝聚与再分散，以促进液滴的表面更新外，还可以减少轴向返退。常用的填料有拉西环和弧鞍填料。填料萃取塔结构简单，操作方便，适合于处理腐蚀性料液，缺点是传质效率低，不适合处理有固体悬浮物的料液。一般用于所需理论级数较少(如3个萃取理论级)的场合。（３）筛板萃取塔如图５—１６所示，其结构类似气液传质设备中的筛扳塔。塔内有若干层筛板，筛板的孔径一般为3—9mm。筛板萃取塔是逐级接触式萃取设备，两相依靠密度差，在重力的作用下，进行分散和逆向流动，若以轻相为分散相，则其通过塔板上的筛孔而被分散成细小的液滴，与塔板上的连续相充分接触进行传质。穿过连续相的轻相液滴逐渐凝聚，并聚集于上层筛板的下侧，待两相分层后，轻相借助压力差的推动，再经筛孔分散，液滴表面得到更新，直至塔顶分层后排出。而连续相则横向流过塔板，在筛板上与分散相液滴接触传质后，由降液管流至下一层塔板，如图５—１６(a)。若以重相为分散相，则重相穿过板上的筛孔，分散成液滴落人连续的轻相中进行传质．穿过轻液层的重相液滴逐渐凝聚，并聚集于下层筛板的上侧，轻相则连续地从筛板下侧横向流过，从升液管进入上层塔板，如图５—１６(b)所示。可见，每一块筛板及板上空间的作用相当于一级混合澄清器。131n筛板萃取塔由于塔板的存在，减小了轴向返混，同时由于分散相的多次分散和聚集，使液滴表面不断更新，传质效率比填料塔有所提高，而且筛板塔结构简单，造价低，生产能力大．因而应用较广。图５－１４　喷洒塔　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图５－１５　填料萃取塔图５－１６　　筛板萃取塔（４）脉冲筛板塔脉冲筛板塔亦称液体脉动筛板塔，是指由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔，其结构与气—液传质过程中无降液管的筛板塔类似，如图５－１７所示。塔两端直径较大部分分别为上澄清段和下澄清段，中间为两相传质段，装有若干层具有小孔的筛板，板间距较小，一般为50mm131n。在塔的下澄清段装有脉冲管，萃取操作时，由脉冲发生器提供的脉冲使塔内液体作上下往复运动，迫使液体经过筛板上的小孔，使分散相破碎成较小的液滴分散在连续相中，并形成强烈的湍动，使两相充分接触、混合，有利于传质过程的进行。输入脉冲的方式合活塞型、膜片型、风箱型、空气脉冲波型等。实践表明，萃取效率受脉冲频率影响较大，受振幅影响较小。一般认为频率较高、振幅较小的萃取效果较好。如脉冲过于激烈，将导致严重的轴向返混，传质效率反而下降。在脉冲萃取塔内，一般脉冲振幅的范围为9—50mm，频率为30一200min－１。脉冲筛板塔的优点是结构简单，而且由于液体的脉动，提高传质效率。缺点是塔的生产能力一般有所下降。因为在有液体脉动的　　　塔中，液体的流速要比无脉动塔降低些．否则一相可能被另一相夹带出去。（５）往复筛板塔其结构如图５—１８所示．将多层筛板按一定间距固定在中心轴上，筛板上不设溢流管，不与塔体相连。中心轴由塔顶的传动机构驱动而作往复运动，产生机械搅拌作用。筛板的孔径比筛板萃取塔的孔径大些，一般为7一16mm。当筛板向上运动时，筛板上侧的液体经筛孔向下喷射；反之，当筛板向下运　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　动时，筛板下侧的液体向上喷射。为防止液体沿筛板与塔壁间的缝　　　图５－１７　脉冲筛板塔　隙走短路，应每隔若干块筛板，在塔内壁设置一块环形挡板。　　　　　往复筛板塔可较大幅度地增加相际接触面积和提高液体的湍动程度，传质效率高，流体阻力小，操作方便，生产能力大，是一种性能较好的萃取设备。在生产中应用日益广泛。由于机械方面的原因，这种塔的直径受到一定限制，目前还不适应大型化生产的需要。图５－１８　往复筛板塔　　　　　　　　　　　　　　　图５－１９　转盘萃取塔（６）转盘萃取塔131n转盘萃取塔的基本结构如图５－１９所示，在塔体内壁上按一定间距装有若干个环形挡板，称为固定环，固定环将塔内分割成若干个小空间。两固定环之间均装一转盘。转盘固定在中心轴上，转轴由塔顶的电机驱动。转盘的直径小于固定环的内径，便于装卸。萃取操作时，转盘随中心轴高速旋转，其在液体中产生的剪应力将分散相破碎成许多细小的液滴，在液相中产生强烈的涡旋运动，从而增大了相际接触面积和传质系数，同时固定环的存在在一定程度上抑制了轴向返温，因而转盘萃取塔的传质效率较稳。转盘萃取塔结构简单，传质效率高，生产能力大，因而在废水治理中应用较为广泛。（五）离心萃取设备离心萃取器是利用离心力的作用使两相快速混合、快速分离的萃取装置。离心萃取器的类型较多，按两相接触方式可分为分级接触式和连续接触式两类。分级接触式的离心萃取器相当于在离心分离器内加上搅拌装置，形成单级或多级的离心萃取系统，两相的作用过程和混合澄清器类似。而在连续接触式离心萃取器中，两相接触方式则与连续逆流萃取塔类似。如波德式离心萃取器　　　　　图５－２０　波德式离心萃取器是一种连续接触式的萃取设备，简称POD离心萃取器，其结构如图5-２０所示。它由一水平转轴和随其高速旋转的圆柱形转鼓以及固定的外壳组成。转鼓由一多孔的长带卷绕而成，其转速很高，一般为2000—5000r／min，操作时轻、重相体分别由转鼓外缘和转鼓中心引入。由于转鼓旋转时产生的离心力作用，重相从中心向外流动，轻相则从外缘向中心流动，通过螺旋带上的各层筛孔被分散，两相逆流流动密切接触进行传质。最后重相和轻相分别由位于转鼓外缘和转鼓中心的出口通道流出。它适合于处理两相密度差很小或易乳化的物系。波德式离心萃取器的传质效率很高．其理论级数可达3—12。单台单级离心萃取器的串联萃取过程属于多级萃取过程，使用单台单级离心萃取器时，可根据工艺要求把多台设备串联形成多级萃取。经常使用的串联方式是级间连接管式，如图５—2１所示。除首未两级外，中间每一级的轻重两相出口分别通过各级的级间连接管流进与其相邻的离心萃取器的轻重相入口。首末两级各有一相液体离开串联系统，同时，也各有另一相液体进入系统，这种串联方式的优点是外壳的制造简单。图５－２１　离心萃取器的串联方式――级间连接管式　离心萃取器的优点是结构紧凑，体积小，生产强度高，物料停留时间短，分离效果好，特别适用于两相密度差小、易乳化、难分离及要求接触时间短，处理量小的场合。缺点是结构复杂、制造困难、操作费高。131n第三节　　　离子交换设备离于交换法是用离子交换剂上的离子和水中离子进行交换而除去水中有害离子的方法。在工业废水处理中，主要用以回收贵重金属离子，也用于放射性废水和有机废水的处理。一、离子交换基本原理离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。离子交换是可逆反应，反应式可表达为：ＲＡ　＋　Ｂ　　⇌　ＲＢ　＋　Ａ交换　　　交换　　　　　饱和树脂　　　离子　　　　　树脂在平衡状态下，反应物浓度符合下列关系式：[RＢ][Ａ]-----------------=K[RＡ][Ｂ]K是平衡常数。K大于1，表示反应能顺利向右方进行。K值越大，越有利于交换反应，而不利于逆反应。K值的大小能定量地反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。二、离子交换剂水处理中常用的离子交换剂有磺化煤和离子交换树脂。废水处理中使用的主要是离子交换树脂。（一）离子交换剂分类离子交换剂种类很多，通常根据母体材质和活性基团分类，见表５－１表５－１　　离子交换剂分类名称无机有机天然合成炭质合成海绿砂合成沸石磺化煤阳离子交换树脂阴离子交换树脂其他强酸性弱酸性强碱性弱碱性活性基团钠交换基团阳离子交换基团磺酸基－ＳＯ３Ｈ羟酸基－ＣＯＯＨ季铵基伯胺基－ＮＨ仲胺基=N叔胺基≡N－ＣＨ２ＳＨ－ＮＲ２＋ＣＯＯＨ等Ⅰ型Ⅱ型－Ｎ（ＣＨ３）３注：Ⅰ型比Ⅱ型的碱性强，热稳定性好，抗氧化，除硅能力强；Ⅱ型交换容量大得多，易再生，不受水中氯离子的影响。（二）离子交换树脂组成离子交换树脂是人工合成的高分子化合物，由树脂本体（又称母体）和活性基团两部分组成。１．离子交换树脂131n树脂母体通常是苯乙烯的聚合物，是线型结构的高分子有机化合物，原料中常加入一定数量的二乙烯苯做交联剂，使线状聚合物之间相互交联，成立体网状结构。树脂的外形呈球状颗粒，通常在０.２～０.８mm。树脂本身不是离子化合物，无离子交换能力，需经处理后加上活性基团，才成为离子化合物。２．活性基团活性基团由固定离子和活动离子组成。固定离子固定在树脂的网状骨架上，活动离子（或称为交换离子）则依靠静电引力与固定离子结合在一起，二者电性相反电荷相等。如含有－ＳＯ３－Ｈ＋、－ＣＯＯ－Ｈ＋等，称为阳树脂；含有－Ｎ（ＣＨ３）＋ＯＨ－、－Ｎ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ４＋ＯＨ－等，称为阴树脂。离子交换树脂和其他离子交换剂相比，交换容量大，阻力小，交换速度快，机械强度高，化学稳定性好，但成本较高。三、离子交换系统和设备（一）离子交换单元装置分类根据离子交换柱的构造、用途和运行方式进行分类如下图所示（图５－２２）图５－２２　离子交换单元装置分类（二）离子交换固定床体系图５－２３　浮动床的工艺操作程序所谓固定床体系是指树脂的交换和再生过程是在同一设备内，在不同时间内进行。因此再生时，交换程序就要停止运行。固定床依据不同使用要求和水力流向，又分为以下几种形式。１．单床和多床形式131n是指在交换柱内，只装填一种树脂。如用于水质软化只填充阳树脂。只需一个交换柱为单床，多个这样的交换柱串联或并联在一起称为多床。２．复床形式有的交换柱要填充阳树脂，有的交换柱要填充阴树脂，将两种交换柱串联在一起使用称为复床。３．浮动床形式被处理水自下而上，依靠水流的作用力将树脂层托浮起来，成为悬浮状态，故称浮动床。浮动床的工艺操作程序见图5-23。４．双层床形式在逆流再生固定床内，依据一定配比装填强、弱两种树脂，使密度小、粒度细的弱型树脂在上层，密度大、颗粒粗的强型树脂在下层。这种形式组成的装置称为双层床。有阳双层床，也有阴双层床。其工作状况见图5-24。（三）连续式离子交换体系连续式离子交换体系，是把交换与再生过程在不同设备内同时进行，因而制水过程基本上是不间断的，故称作连续式交换体系。连续式离子交换体系可分为流动床和移动床。流动床内的交换树脂在装置内连续循环流动，失效树脂在流动过程中，经再生、清洗设备后恢复交换能力，连续定量补充到交换柱的出水端，以达到不间断地制水。移动床则是装置内的树脂呈周期性移动，失效树脂在移动过程中，经再生、清洗设备后恢复交换能力，定期定量补充到交换柱出水端。除在补充树脂时有短暂停水外，基本上连续供水。图５-２４双层床的工作状态连续式离子交换体系中，常见的多为移动床，如两塔式移动床和三塔式移动床。其工艺流程详见图5一25～图5-27。图５－２５两塔多周期式移动床工艺　　　　　　　　图５－２６两塔连续式移动床工艺１－再生清洗塔；２－树脂贮存斗；３－交换柱　　　１－交换柱及树脂贮存斗；　２－连续式再生清洗塔；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３－再生剂稳流管；　４－清洗水稳流管；131n　　５－再生剂投药箱子；　６－清洗水投配管图５－２７　三塔连续式移动床工艺图５－２８　含铬废水移动床处理装置外形(单位：mm)１－铬酸贮槽；　２－流量计；　３－白球过滤柱；　４－阳柱；５－脱钠柱；６－阴柱；　７－阴柱；　８－再生柱子；　９－再生柱；　１０－塑料隔膜阀131n（四）混合床离子交换体系阳、阴离子交换树脂按一定比例混合装填到同一交换柱内，称为混合床。它一般用在含盐量较低的场合。混合床又分为体内再生混合床、阴树脂移外再生混合床、体外再生混合床等。（五）离子交换设备在废水处理中的应用离子交换废水处理设备，主要用于处理电镀废水。如镀铬废水、镀镍废水、含氰废水以及含铜废水等。回收废水中的金属、化工原料和水资源重复利用。在影片洗印废水中回收银、CD—2、CD—3等贵重化学药品。图5-28为一台用于回收电镀废水中铬酸的离子交换设备。四、离子交换树脂的变质、污染及其防止离于交换树脂在使用过程中，其性能会有所变化，原因有两种，一是交换树脂的化学结构受到破坏．二是外来杂质的污染，前一种情况称为变质，是无法恢复的，后一种可采用适当的方法进行树脂的复苏。但污染严重时．树脂的性能往往也难以恢复。（一）树脂的变质１．老化离子交换树脂是一种高分子化合物，随着使用时间的增加，会发生老化现象。树脂的老化速度与运行温度有关，温度越高，老化速度越快，因此对运行温度要有所规定。２．氧化进水中含有氧化剂，会使树脂氧化变质。在除盐系统中，受害的主要是阳树脂。水中的氧化剂主要为游离氯和硝酸根，如水中有重金属离子，会加快氧化变质的过程。阳树脂的氧化结果会发生碳链断裂、降解。表现为树脂的体积增大并破碎，树脂的交换容量下降，水流阻力增大。同对会产生一些低分了可溶性有机物，污染后面的阴树脂。因此应规定进水游离氯的含量，并须有防止重金属离子污染的措施。（二）树脂的污染1．悬浮物污染悬浮物污染也以阳树脂为多见，树脂颗粒被悬浮物包住，会降低它的交换能力，严重时树脂会产生结块现象，产生偏流，造成部分树脂的交换能力未被利用，使周期制水量减少。悬浮物污染还会增大水流阻力降低产水量。防止悬浮物污染主要应加强生水的预处理，减少交换器进水的悬浮物含量。其次，应做好交换器的反洗工作，必要时可送人压缩空气，对树脂层进行空气擦洗。特别要指出的是交换器进水装置不能因担心在反洗时跑树脂而加装网套，这会使陆续进入交换器的悬浮物无法在反洗时清除掉。2．高价金属离子污染铝、铬、铁污染可能发生在软化系统的阳树脂，也可能发生在除盐系统的阴树脂。其原因是因为管道锈蚀，胶态或悬浮态的金属氧化物将树脂表面包裹起来。当采用含铁量高的水源时，应采取除铁措施。清除树脂中铁的化合物的方法是用高浓度的盐酸(10％-15％)浸泡数小时，用柠檬酸、EDTA等络合剂进行处理也有较好的效果。3．有机物污染有机物污染往往发生在强碱阴树脂，其污染源主要来自进水中的有机物，此外阳树脂的裂解产物也会造成阴树脂的污染。树脂被有机物污染的机理比较复杂，有分子间的作用力有离子交换作用，也有大分子堵塞离子交换通道的作用。树脂吸附了有机物后，在再生过程中不能将它们洗脱下来，以至在树脂内部越积越多。阴树脂污染后表现为工作交换容量下降，正洗水量增加。防止有机物污染的措施有以下几点。（１）采用抗有机物污染的大孔树脂和丙烯酸系强碱阴树脂，这些树脂之所以能抗有机污染是因为它们吸附的有机物易于在再生时解吸。（２）采用弱、强阴树脂的组合系统，弱阴树脂的吸附有机物的能力虽然不如强阴树脂，但很容易洗脱，因此保护了强阴树脂不受或少受污染。（３）加强除盐系统的预处理，如在除盐系统前加设活性炭装置或大孔吸附剂，降低进水的有机物含量。131n（４）采用复苏的方法，将有机物清洗出离子交换树脂，恢复其物理化学性能。第四节　膜分离设备膜分离是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。废水处理中目前常用的方法有渗析法、电渗析法、反渗透法及超滤法等，其基本特性如表5-2。膜分离技术有以下共同特点：①分离过程不发生相变，因此能量转化效率高；②分离在常温下进行，特别适合于热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；③适用范围广，分离效率高；④装置紧凑、占地省，操作简单，易于自动化。一、渗析法人们很早就发现，一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸（一种把羊皮刮薄做成的纸），有分隔水溶液中某些溶质的作用。例如，食盐能透过羊皮纸，而糖、淀粉树胶等则不能。这种具有选择性的膜叫半透膜，而利用半透膜的选择渗透性来分离或浓缩溶质的方法就叫渗析法。二、电渗析法（一）电渗析原理电渗析是在直流电场力作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性（与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被膜截留），使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。其中所用的离子交换膜有两种，只允许阳离子通过的膜称为阳膜，只允许阴离子通过的膜称为阴膜。在常规的电渗析器内两种膜成对交替平行排列，如图５-29　所示，膜空间构成一个个小室，两端加上电极，施加电场，电场方向与膜平面垂直。表5-2几种主要的膜分离过程渗析电渗析超滤反渗透分离目的大分子溶质溶液脱小分子水脱盐、离子浓缩脱除大分子水脱盐、溶质浓缩推动力浓度差电位差压力差0.1~1MPa压力差1~10MPa分离机理筛分微孔膜内溶质受阻扩散反离子经离子交换膜定向移动筛分及表面作用溶剂的扩散传递透过组分小分子溶质电解质离子小分子溶液溶剂、中性小分子截流组分大分子和SS非电解质、大分子物质大分子溶质SS、大分子、盐膜类型非对称性膜、离子交换膜离子交换膜非对称性膜非对称性膜或复合膜简图131n图5-29电渗析过程示意图含盐料液均匀分布于各室中，水中的带电离子在直流电场的作用下定向迁移。如在图中２室中左边为阳膜，右边为阴膜，电场方向从左向右。此时，隔室中的阳离子便向阴极移动，遇到右边的阴膜，被截留。阴离子向阳极移动，遇到左边的阳膜也被截留。而其相邻两侧室中，左室１内阳离子可以通过阳膜进入２室，右室３内阴离子也可以通过阴膜进入２室，这样２室的离子浓度增加，故称浓缩室。另一种隔室左边为阴膜，右边为阳膜。在此室内的阴、阳离子都可以通过阴、阳膜进入相邻的室，而相邻室内的离子却不能进入此室。这样室内离子浓度降低，故称为淡化室。由于两种膜交替排列，浓缩室和淡化室也是交替存在。若将两股物流分别引出，就成为电渗析的两种产品。（二）电渗析的特点１．电渗析只对电解质的离子起选择迁移作用，而对非电解质不起作用；２．电渗析除盐过程中没有物相的变化，因而能耗低：３．电渗折过程中不需要从外界向工作液体中加入任何物质．也不使用化学药剂，因而保证了工作液体原有的纯净程度，也没有对环境的污染，属于清洁工艺；４．电渗析过程是在常温常压下进行的。（三）电渗析流程电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成（如图5-30）。1．膜堆位于电渗析器的中部，是由交替排列的浓、淡室隔板和阴膜及阳膜所组成，是电渗析器除盐的主要部位。2．极区位于膜堆两侧，包括电极和极水隔板。极水隔板供传导电温和排除废气、废浓之用，所以比较厚。3．夹紧装置电渗析器有两种锁紧方式：压机锁紧和螺杆锁紧。大型电渗析器采用油压机锁紧，中小型多采用螺杆锁紧。4．组装方式有串联、并联及串—并联。常用“级”和“段”来表示，“级”是指电级对的数目。“段”是指水流方向，水流通过一个膜堆后，改变方向进入后一个膜堆即增加一段。各种电渗析器的组合方式如图5—31所示。131n图5-30电渗析器组装示意图１－上压板；２－垫板甲；３－电极托板；４－垫板乙；５－石墨电极；６－垫板丙；７－极框；８－阳膜；９－隔板甲；１０－阴膜；１１－隔板乙；１２－下压板；１３－螺杆；１４－螺母；１５－共电极区131n图5-31各种电渗析器的组合方式三、超滤（一）超滤过程超滤是在压力推动下的筛孔分离过程。超滤膜主要用于大分子、胶体、蛋白、微粒的分离与浓缩。超滤膜对大分子溶质的主要分离过程如下：１．在膜表面及微孔内吸附；２．在膜面的机械截留；３．在微孔中停留而被除去，其基本原理如图５－３２所示。超滤过程在对料掖施加一定的压力后，高分子物质、胶体等被半透膜所截留，而溶剂和低分子物质、无机盐透过膜。超滤膜具有选择性表面层的主要作用是形成具有一定大小和形状的孔，它的分离机理主要是靠物理的筛分作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图５－３２　超滤分离原理示意图（二）超滤膜超滤所用的膜为非对称性膜，膜孔径为1~20mm，能够截留相对分子质量500以上的大分子和胶体微粒，操作压力一般为０.1一０.5MPa。目前，常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。　（三）超滤过程的工艺流程超滤的操作方式可分为重过滤和错流过滤两大类。重过滤是靠料液的液柱压力为推动力，但这样操作浓差极化和膜污染严重，很少采用。而常采用的是错流操作。错流操作工艺流程又可分为间歇式和连续式。它们的特点和适用范围见表5—3。１．间歇操作间歇操作适用于小规模生产，超滤工艺中工业污水处理及其溶液的浓缩过程多采用间歇工艺，间歇操作的主要持点是膜可以保持在一个最佳的浓度范围内运行，在低浓度时，可以得到最佳的膜水通量。　２．连续式操作131n连续式操作常用于大规模生产，连续式超滤过程是指料液连续不断加入贮槽和产品的不断产出，可分为单级和多级。单级连续式操作过程的效率较低，一般采用如表5-3中所示的多级连续式操作。将几个循环回路串联起来，每一个回路即为一级，每一级都在一个固定的浓度下操作，从第一级到最后一级浓度逐渐增加。最后一级的浓度是最大的，即为浓缩产品。多级操作只有在最后一级的高浓度下操作，渗透通量最低，其他级操作浓度均较低，渗透通量相应也较大，因此级效率高；而且多级操作所需的总膜面积较小。它适合在大规模生产中使用。表５－３　各类超滤操作的工艺流程及其特点和适用范围操作模式图示特点适用范围重过滤间歇设备简单、小型；可克服高浓度料液体渗透流率低的缺点；能更好地去除渗透组分。但浓差极化和膜污染严重，尤其是在间歇操作中；要求膜对大分子截留率高通常用于蛋白质、酶类等大分子提纯连续间歇错流截留液全循环操作简单；浓缩速度快；所需膜面积小。但全循环时泵的能耗高，采用部分循环可适当降低能耗通常被实验室和小型中型厂采用截留液部分循环连续错流单级无循环渗透流量低；浓缩比低；所需膜面积大。组分在系统中停留时间短131n连续错流反渗透中普遍采用，超滤中应用不多，仅在中空纤维生物反应器、水处理、热精脱除中应用操作模式图示特点适用范围单级截留液部分循环单级操作始终在高浓度下进行，渗透流率低。增加级数可提高效率，这是因为除最后一级在高浓度下操作、渗透流率最低外，其他级操作浓度均较低、渗透流率相应较大。多级操作所需总膜面积小于单级操作，接近于间歇操作，而停留时间、所需贮槽均少于相应的间歇操作大规模生产中被普遍采用。多级四、反渗透反渗透是利用反渗透膜选择性地只透过溶剂(通常是水)而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。（一）反渗透原理图５－３２　渗透过程示意131n在温度一定的条件下，若将一种溶液与组成这种溶液的溶剂放在一起最终的结果是溶液总会自动地稀释，直到整个体系的浓度均匀一致为止。但如果用一张固体膜将溶液和溶剂隔开，并且这种膜只能透过溶剂分子而不能透过溶质分子，假定膜两侧压力相等，则溶剂将从纯溶剂侧透过膜到溶液侧，这就是渗透现象，如图５－３２(a)所示。渗透的结果是使溶液液柱上升，直到系统达到动态平衡，溶剂才不再流人溶液侧，此时溶液上升高度产生的压力为ρｇｈ即为渗透压，以△Л表示，如图５－３２(b)所示。若在溶液侧加大压力，△Ｐ＞△Л，则溶剂在膜内的传递现象将发生逆转，即溶剂将从溶液侧透过膜向溶剂侧流动，使溶液增浓，这就是反渗透现象，如图５－３２(c)所示。这样可以利用反渗透现象截留溶质，而获取溶剂，从而达到分离混合物的目的。（二）反渗透膜反渗透膜多为致密膜、非对称膜和复合膜，常用醋酸纤维、聚酰胺等材料制成，图5-33所示为典型的醋酸纤维非对称膜的结构示意。它是由表面活性层、过渡层和多孔支持层组成的非对称结构膜，总厚度约为100左右。表面层结构致密，其中孔隙直径最小，约0.8—2nm，厚度占膜总厚度的1％以下，多孔层呈海绵状，其中孔隙约为噢0.1一0.4µm。过渡层则介于两者之间。图5-33典型的醋酸纤维非对称膜结构示意（三）反渗透器常用的反渗透器主要有板框式、管式、螺旋卷式及中空纤维式。其结构示意图见图５－３４～５－３７所示。１．板框式　　板框式膜组件是膜分离史上最早问世的一种膜组件形式，其外观很像普通的板框式压滤机。图５—3４所示为板框式膜组件构造示意图，图５—３５为紧螺栓式板框式反渗透膜组件。多孔支撑板的两侧表而有孔隙，其内腔有供透过液流通的通道，撑板的表面和膜经黏结密封构成板膜。图　５－３４　板框式膜组件构造示意图（ＤＤＳ公司，ＲＯ型）131n图　５－３５　紧螺栓式板框构造型膜组件１－承压板　２－膜　３－紧固螺栓　４－环形垫圈　５－膜　６－多孔板２．螺旋卷式螺旋卷式(简称卷式)膜组件在结构上与螺旋板式换热器类似，如图５—３６和图５—３７所示。在两片膜中夹入一层多孔支撑材料，将两片膜的三个边密封而黏结成膜袋，另一个开放的边沿与一根多孔的透过液收集管连接。在膜袋外部的原料液侧再垫一层网眼型间隔材料(隔网)，即膜—多孔支撑体—原料液侧隔网依次叠合，绕中心管紧密地卷在一起，形成一个膜卷，再装进圆柱形压力容器内，构成一个螺旋卷式膜组件。使用时，原料液沿着与中心管平行的方向在隔网中流动，与膜接触，透过膜的透过液则沿着螺旋方向在膜袋内的多孔支撑体中流动，最后汇集到中心管中而被导出，浓缩液由压力容器的另一端引出。　　　　　　　　图５－３６　螺旋卷式反渗透膜组件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１，2，3，－中心管；４，７－膜；５－多孔支撑材料；６－进料液隔网；８－多孔支撑层；９－隔网131n螺旋卷式膜组件的优点是结构紧凑、单位体积内的有效膜面积大，透液量大，设备费用低。缺点是易堵塞，不易清洗，换膜因难，膜组件的制作工艺和技术复杂，不宜在高压下操作。图５－３７　螺旋卷式反渗透器１－端盖；２－密封圈；３－卷式膜组件；４－连接器；５－耐压容器３．圆管式圆管式膜组件的结构类似管壳式换热器，如图５—３８所示。其结构主要是把膜和多孔支撑体均制成管状，使两者装在一起，管状膜可以在管内侧，也可在管外侧。再将一定数量的这种膜管以一定方式联成一体而组成。管式膜组件的优点是原料液流动状态好，流速易控制；膜容易清洗和更换；能够处理含有易悬浮物的、黏度高的，或者能够析出固体等易堵塞液体通道的料液。缺点是设备投资和操作费用高，单位体积的过滤面积较小。　　图５－３８　圆管式膜组件１－孔外衬管；2－膜管；３－渗透液；４－料液；５－耐压端套；６－玻璃钢管；７－淡化水收集外壳；８－耐压端套４．中空纤维式中空纤维式膜组件的结构类似管壳式换热器，如图５—131n３９所示。中空纤维脂组件的组装是把大量(有时是几十万或更多)的中空纤维膜装入圆筒耐压容器内。通常将纤维束的一端封住，另一端固定在用环氧树脂浇铸成的管板上。使用时，加压的原料由膜件的一端进入壳侧，在向另一端流动的同时，渗透组分经纤维管壁进入管内通道，经管板放出，截留物在容器的另一端排掉。中空纤维式膜组件的优点是设备单位体积内的膜面积大，不需要支撑材料，寿命可长达５年，设备投资低。缺点是脂组件的制作技术复杂，管板制造也较困难．易堵塞，不易清洗。图５－４０　　杜邦公司中空纤维式反渗透膜组件示意１－盐水收集管；２，６－Ｏ形圈；３－盖板（料液端）；４－进料管；５－中空纤维；７－多孔支撑板；８－盖板（产品端）；９－环氧树脂管板；１０－产品收集器；１１－网筛；１２－环氧树脂封关；１３－料液总管５．毛细管式　　毛细管式膜组件由许多直径为０．5—1．5mm的毛细管组成，其结构如图5—41所示，科液从每根毛细管的中心通过，透过液从毛细管壁渗出，毛细管由纺丝法制得，无支撑。131n图5-41毛细管式膜组件示意6．槽式这是一种新发展的反渗透组件，如图5—42所示，由聚丙烯或其他塑料挤压而成的槽条，直径为3mm左右，上有3—4个槽构，槽条表面织编上涤纶长丝或其他材料，再涂刮上铸膜液，形成膜层，并将槽条一端密封，然后将几十根至几百根槽条组装成一束装人耐压管中，形成一个槽条式反渗透单元。图5－４２　槽式膜组件示意１－膜；２－涤纶纺织层；３－槽条膜；４－耐压管；５，８－橡胶密封；６－端板；７－套封；９－多孔支撑板131n第六章　　生化处理装置与设备废水生物处理的目的主要是使废水中的有机污染物，通过微生物的代谢活动予以转化、稳定，使之无害化。第一节活性污泥法处理装置与设备活性污泥法是处理城市生活污水最广泛使用的方法。主要去除废水中溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。无机盐类（磷和氮的化合物）也能部分被去除。类似城市生活污水的工业废水也可以活性污泥法处理。一、活性污泥法工艺活性污泥法工艺主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统及污泥回流系统组成如图６-１所示。图6-1活性污泥法工艺基本流程废水经过初次沉淀池沉淀后与二次沉淀池池底回流的活性污泥同时进入曝气池，曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入混合液，同时混合液得到搅拌使活性污泥呈悬浮状，这样废水中有机物、氧气同微生物充分接触和反应。随后混合液流入二次沉淀池，悬浮固体在沉淀池中沉淀下来和水分分离，上层出水排放，分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内维持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。二、活性污泥法处理装置与设备（一）曝气池曝气池实质上是一个生物反应器，主要可分为推流式、完全混合式及两池结合型三大类。1．推流式推流池为长条形池子，水从池的一端进入，从另一端推流出去（图6-2）。图6－2廊道式推流池平面布置推流池多用鼓风曝气，但表面曝气机也同样能够应用。当采用池底满铺多孔型曝气装置时，曝气池中水流只有沿池长方向的速度，为平推流(见图6-3)。当鼓风曝气装置位于池横断面的一例(或两侧)时，由于气泡在池水中造成密度差，产生了旋转流，因此曝气池中水流除沿池长方向外，还有的侧向的旋流，组成了旋转推流(见图6-4)。131n图6－3平移推流式1－气泡；2－小气泡曝气装置铺满图6－4旋转推流式２．完全混合式如图6-5所示，完全混合池一般为圆形，也可用正方形或矩形。曝气装置多用表面曝气机，置于池中心平台上，污水进入搅拌中心，立即与全池混合，全池的水质没有推流式那样明显的上下游区别。由于池水对进水的稀释作用，完全混合池耐冲击负荷的能力强，因负荷均匀，供氧与需氧容易平衡．从而可节省供氧动力消耗。　　图6-5圆形曝气沉淀池1-活门；2-导流板；3-沉淀区；4-叶轮5-整流板；6-曝气区；7-裙边；8-回流缝（二）曝气设备曝气类型大体分为两类：鼓风曝气和机械曝气。鼓风曝气是指采用曝气器—扩散板或扩散管在水中鼓入气泡的曝气方式。鼓风曝气通常由鼓风机、曝气器、空气输送管道等组成。机械曝气是指利用叶轮等器械引人气泡的曝气方式。机械曝气器分为两种类型：表面曝气器和淹没的叶轮曝气器。表面曝气器直接从空气中吸人氧气。叶轮曝气器主要是从曝气池底部的空气分布系统引人空气中吸取氧气。表面曝气器设备比较简单，较为常用。此外还有两类相结合的曝气方式但实际应用较少。主要曝气设备的用途和特点见表６－１1．鼓风曝气设备鼓风曝气系统由鼓风机(空压机)、空气扩散装置(曝气器)和一系列连通的管道组成。鼓风机将空气通过一系列管道输送到安装在池底部的扩散装置(曝气器)，经过扩散装置，使空气形成不同尺寸的气泡。气泡在扩散装置出口处形成，尺寸则取决于空气扩散装置的形式，气泡经过上升和随水循环流动，最后在液面处破裂，这一过程中产生氧向混合液中转移的作用。131n表６－１　废水的曝气设备设备特点用途鼓风曝气器细气泡系统中等气泡系统粗气泡系统叶轮分布器静态管式混合器射流器用多孔扩散板或扩散管产生气泡用塑料或布包管子产生气泡用孔口、喷射器或喷嘴产生气泡由叶轮及压缩空气注入系统组成竖管中设挡板以使底部进入的空气与水混合压缩空气与带压力的混合液在射流设备中混合各种活性污泥法各种活性污泥法各种活性污泥法各种活性污泥法活性污泥法各种活性污泥法表面曝气器低速叶轮曝气器高速浮式曝气器转刷曝气器用大直径叶轮在空气中搅起水滴并卷入空气用小直径叶轮在空气中搅起水滴并卷入空气桨板通过水中旋转促进水的循环并曝气常规活性污泥法氧化沟、渠道曝气图６－６　小气泡扩散器的安装１－空气管；　２、３－扩散板；　４－扩散管曝气装置；　５－扩散板曝气装置；６－气孔；　７－扩散罩；　８－穿孔布气管；　９－管座鼓风曝气系统用鼓风机供应压缩空气，常用的有罗茨和离心式鼓风机。鼓风曝气系统的空气扩散装置主要分为微气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、水力冲击及空气升液等类型。如小气泡型（图６－６），用微孔透气材料(陶土、塑料、缠丝等)制成的扩散扳、扩散盘和扩散管等，产生气泡直径<2mm，缺点是易堵，空气需经过滤净化，扩散阻力较大。原来的做法是在池底设空气渠道，上铺设扩散板，见图６－６(a)此方式因清理不便，已很少使用。现在多在池底设空气支管，扩散管盘则安装在支管上见图６－６(b)。扩散管还可以成套组装，如图6-6(d)，必要时可提出水面消洗。图6-6(c)所示为圆盘型微孔曝气器。2．机械曝气设备机械曝气主要要是表面曝气。按转轴的方向分竖轴和卧轴表面曝气机，按转速又131n分低速和高速。表面曝气机供氧搅拌有三种途径：①叶轮的搅拌、提升或推流作用，使池内液体不断循环流动，气液接触表面更新吸氧；②叶轮旋转，外缘形成水跃，大量水滴甩向空中而吸氧；③叶轮旋转在中心及背水侧形成负压，通过小孔吸入空气。（１）竖轴辐流式低速表面曝气机一般所谓表面曝气机专指这种，转速一般为２０～１００r/min，最大叶轮直径可达4m。叶轮浸设深度一般在l0～100mm，视叶轮型式而异。浸没深度大时提升水量大，但功率增加，齿轮箱负荷也大。降低浸没深度可减小负荷。可用叶轮或堰板升降机构调节浸没度。当池深大与4．5m时，可考虑设提升筒，以增加提升量，但所需功率也增加。在叶轮下面加轴流式辅助叶轮，亦可加大提升量。当污水中含有挥发性物质或有臭气时，可在全池分散进水。表面曝气机叶轮常用的有泵型、K型、平板型和倒伞型、BSK型(中心吸水，四周出水)、Simplex型(带提升简)等。①泵型叶轮（图6-7）图6-7泵形叶轮1-防护圈；2-肋片；3-叶片；4-进水口；5-轴；6-气孔；7-上平板；8-上压罩；9-下压罩；10-引水圈；11-出气孔12-导流锥顶②K形叶轮（图6-8）图6-8K型叶轮1-法兰；2-盖板；3-叶片；4-后轮盘；5-后流线；6-中流线；7-前流线　　③平板型叶轮（图6-9）　④倒伞型叶轮（图6-10）（２）轴流式高速表面曝气机　转速一般为３００～１２００r/min，　与电机直联，也称增氧机。多用于生物稳定塘供氧用。（３）卧式曝气刷主要用于氧化沟，由水平转轴和固定在轴上的叶片及驱动装置组成，见图6-11。—般直径０.35—lm，长度1．5~7．5m，转速60—140r／min，浸设深度1／3~1／4直径，动力效率1.7~2．4kg(O2)/KWh，随吸气刷直径的加大，氧化沟水深也可加大，—般为131n1.3—5m。图6-9平板叶轮曝气器的构造图　图6-10倒伞型叶轮1-驱动装置；2-停转时水位；　　3-进气孔；4-叶片；5-进气孔图　６－１１　转刷曝气器１－转刷；　２－转刷轴；　３－驱动装置；　４－支座三、新型活性污泥法设备新型活性污泥工艺主要有：氧化沟技术、吸附生物降解法（简称ＡＢ法）、间歇式活性污泥法（ＳＢＲ法）等。（一）ＳＢＲ法１．ＳＢＲ运行流程ＳＢＲ的操作模式由进水、反应、沉淀、出水和待机等5个基本过程组成（图６－１２）。从污水流入开始到待机时间结束算做一个周期。在一个周期内，一切过程都在一个没有曝气或搅拌装置的反应池内依次进行，这种操作周期周而复始反复进行，以达到不断进行污水处理的目的。因此不需要传统活性污泥法中必需设置的沉淀池、回流污泥泵等装置。传统活性污泥法是在空间上设置不同设施进行固定地连续操作；而ＳＢR是在单一的反应池内，在时间上进行各种目的不同操作。图６－１２　　ＳＢＲ工艺基本运行操作２．ＳＢＲ工艺的装置和设备（１）滗水器ＳBR工艺的最根本特点是单个反应器的排水形式均采用静止沉淀、集中滗131n水(或排水)的方式运行，由于集中滗水时间较短，因此每次滗水的流量较大，这就需要在短时间大量排水的状态下，对反应器内的污泥不造成扰动，因而需安装特别的排水装置——滗水器。滗水器的组成—般分为收水装置、连接装置及传动装置。ＳBR反应器中使用的滗水器可分为五种类型：第一类为电动机械摇臂式滗水器，其代表为澳大利亚PIP公司制作的产品；第二类为套筒式滗水器；第三类为虹吸式滗水器；第四类为旋转型滗水器；第五种为浮筒式滗水器。图６－１３中为几种常用的滗水器。图６－１３　常用滗水器示意图（２）曝气装置ＳBR也属于活性污泥法，其曝气装置也与活性污泥法基本相同。但由于SBR间歇运行的特殊性，其曝气设施也有特殊的要求，如要求曝气器应具备防堵塞、抗瞬间的强度冲击等。ＳBR工艺的曝气分为机械曝气和鼓风曝气两大类。①机械曝气同传统的活性污泥曝气相同，ＳBR机械曝气器也可以分为两类型式，表面曝气器和淹没的叶轮曝气器。表面曝气器直接从空气中吸入氧气。叶轮曝气器主要是从曝气池底部的空气分布系统引入的空气中吸取氧气。表面曝气器设备比较简单，为常用的型式，但在ＳBR工艺中采用较少。②鼓风曝气鼓风曝气是目前污水处理较为普遍采用的曝气型式，ＳBR工艺通常采用微孔曝气器作为曝气设备。（３）阀门、排泥系统ＳBR运行中其曝气、滗水及排泥等过程均采用计算机自动控制系统完成，因此需要配备相应的电动、气动阀门，以便控制气、水的自动进出及关闭。剩余污泥的排放目前均采用潜水泵的自动排放方式实现。（４）自动控制系统ＳBR采用自动控制技术来达到ＳBR工艺的控制要求，把用人工操作难以实现的控制通过计算机、软件、仪器设备的有机结合自动完成，并创造满足微生物生存的最佳环境。（二）氧化沟工艺装置与设备１．氧化沟工艺运行流程如图６－１４，为了防止无机沉渣在氧化沟中积累，废水先经过格栅和沉沙池预处理。由于氧化沟中污泥泥龄很长，所以剩余污泥量少于一般活性污泥法，而且已得到好氧稳定，不需要再进行消化处理。二沉池可与曝气池分建或合建，合建可省去二沉池和污泥回流系统。２．氧化沟装置和设备（１）水平轴曝气转刷或转盘131n水平轴曝气机包括曝气转刷和曝气转盘，是应用最广的一类氧化沟充氧设备，它充氧效率高、结构简单、安装维修方便。整个系统由电机、调速装置和主轴等组成，主轴上装有放射状的叶片或由两个半圆组成的盘片。采用曝气转刷时，曝气沟渠水深2．5—3．5m。采用转盘时，曝气沟渠水深可达3．5m以上。氧化沟曝气设备的主要功能包括：①供氧；②推动水流作不停的循环流动；⑤防止活性污泥沉淀；④使有机物、微生物及氧三者充分混合、接触。图６－１４　以氧化沟为生物处理单元的废水处理流程１－格栅；　　２－沉沙池；　３－氧化沟；　４－二沉池（２）立式低速表面曝气机立式低速表面曝气叶轮与活性污泥法中表曝机的原理是一样的。一般每条沟安装一台置于池的一端。它的充氧能力随叶轮直径变化较大，动力效率一般为1.8—2.3kg(02)／kwh。其主要特点是具有较大的提升能力，因此可增加氧化沟水深4—5m，减少占地面积。　（３）射流曝气器射流曝气机一般设在氧化沟的底部，吸人的压缩空气与加压水充分混合，沿水平方向喷射，推动沟中液体并达到曝气充氧的目的。射流器形成的水流冲力造成了水平方向的混合，然后又由于水流上升而形成了垂直方向的混合，因而沟宽和沟深彼此无关，可采用较深的沟，水深可至8m。射流过程中产生很小的气泡，因此氧的转移效率较高。　（４）导流和混合装置包括导流墙和导流板。在弯道设置导流墙可以减少水头损失，防止弯道停滞区的产生和防止弯道过度冲刷。通常在曝气转刷上下游设置导流板，主要是为了使表面的较高流速转入池底，同时降低混合液表面流速，提高传氧速率。为了保持沟内的流速可以根据需要设置水下推进器。第二节　　　生物膜法生物膜法和活性话泥法一样，同属好氧生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。一、生物滤池（一）生物滤池工作原理生物滤池是在间歇砂滤池和接触滤池的基础上发展起来的人工生物处理法。在生物滤池中，废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中装满了石子等填科(一般称之为滤料)，废水沿着滤料的空隙从上向下流动到池底，通过集水沟、排水渠，流出他外。废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物，同时把废水中的胶体和溶解性物质吸附在自己的表面，其中的有机物使微生物很快繁殖起来，这些微生物又进一步吸附了废水中呈悬浮、胶131n体和溶解状态的物质，逐渐形成了生物膜。生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有机图６－１５　生物膜对废水净化作用　污染物作为营养，对废水中的有机物进行吸附氧化作用，因而废水在通过生物滤池时能得到净化。（二）生物滤池的构造和装置１．普通生物滤池普通生物滤池又名滴滤池，在平面上一般呈方形或矩形，它的主要组成部分包括池壁、滤料、布水系统和排水系统（图６－１６）。（１）池壁池壁在生物滤池中只起围挡滤料、承受滤料压力的作用，可以用砖或毛石砌筑而成，也可以用混凝土浇制，或用预制砌块以铁栓相连而成。有的池壁带有很多孔洞，以便促进滤料内部的通风。也有的只将滤料按自然坡度堆成一个生物滤池，这样占地面积大，卫生情况差，但建造费用较省，通风情况也较好。池壁厚度应根据结构强度计算决定，池壁高度一般应高出滤池表面０．4一０．9m，以免风吹影响到水在滤池表面上的均匀分布。（２）滤料滤料是生物滤池的主体部分，它对生物滤池的净化功能关系重大，应慎重选用。滤料应具有的条件是：①质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻；②较高的比表面积；③适宜的空隙率；④就地取材，便于加工，便于运输。图６－１６　普通生物滤池构造131n　　图６－１７　　旋转式布水器１－固定竖管；２－出水孔；３－轴承；４－转动部分；５－布水横管；６－固定环７－水银；８－滚珠；９－甘油；１０－进水管；１１－滤料；１２－拉杆长期以来，国内外的生物滤池都采用碎石、卵石、炉渣、焦炭等作滤料，并且认为在滤池体内应采用比较均匀的滤料粒径。一般分工作层和承托层两层充填，总厚度约为１．5—2．0m。工作层厚1．3—1．8m，粒径介于30—50mm；承托层厚0．2m，粒径介于60—１００mm。对于有机物浓度较高的废水，应采用粒径较大的滤料，以防滤料被生物膜堵塞。（３）布水装置生物滤他的布水系统很重要。只有在滤池表面上均匀地分布废水，才能充分发挥每一部分滤料的作用，提高滤池的工作效率。目前常用旋转式布水器（图６－１７）。很显然，旋转式布水器做到了连续布水，但从每一单位面积的滤料来分析，布水却仍然是间歇的，只不过是间隙较小罢了。这种布水器的工作情况，既保证了空气能进人滤池，又防止了滤料被生物膜所堵塞，而且因为滤料经常处于潮湿的状态，对微生物的生长也更有利。但是由于布水水头和横管上小孔孔径都较小，常易堵塞；滤池直径很大时，布水器的设计制造也有一定困难；冬天严寒季节，还应采取措施防止布水管冰冻。此外，滤池必须修建成圆形或多边形，故用地不够紧凑。（４）排水系统滤池底部的排水系统除了排出处理后的废水之外，还有支撑滤料及滤池通风的作用。排水系统包括渗水装置、集水沟及排水渠。常用的渗水装置见图６－１８。图６－１８　生物滤池的渗水装置131n２．高负荷生物滤池在构造上，高负荷生物滤池与普通生物滤池基本上是相同的，但也有其自身特点，表现为：（１）高负荷生物滤池在表面上多呈圆形；滤料的粒径也较大，一般为40一100mm，因此空隙率较高；滤料层(即滤池的工作深度)也较大，一般多在2m以内。滤料粒径和相应的层厚度为：①工作层层厚１．8m，粒径40—70mm；②承托层层厚０．2m，粒径70—100mm；　　　　图６－１９　高负荷生物滤池构造示意图当滤层厚超过2．０m时一般应采用人工通风措施。　　１－旋转布水器　２－滤料　３－集水沟４－总排水沟　５－渗水装置（２）高负荷生物滤池多使用旋转式布水器(见图６－１７)3．塔式生物滤池塔式生物滤池特点有：（１）构造与一般生物滤他相似，但塔高为塔径的6～8倍，见图６－２０，塔身用钢板焊制或用钢筋泥凝土及砖石头砌成。壁上上开右观测孔(门)，塔顶可以敞开或封闭(接尾气吸收收成利用系统)。采用塑料滤料，分层组装，用钢格栅支承，每层高约2m，层间距０．2—０．4m。塔下部通风口面积不小于滤池面积的7．5％～１0％，通风口高度０．4—０．6m，必要时加设机械通风。塔底部设集水池，集水池最高水位与最下层滤料层底面之间间距≥０．5m(通风口高度)。（２）布水装置一般有旋转布水器、多孔管和喷嘴，前者适用于大、中型池，后者适用于中、小型池。（３）塔式生物滤他的个数应不少于2个，并按同时工作设计。（a）塔式生物滤池　(b)二段塔滤的吸收段示意图６－２０　塔式生物滤池１－进水管；２－布水器；３－塔身；４－滤料；５－填料支承；６－塔身底座；７－吸收段进水管；８－吸收段填料131n二、生物转盘（一）生物转盘工作原理　　如图６－２１和图６－２２所示，生物转盘是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、动力及减速装置、氧化槽等部分组成。在氧化槽中充满了待处理的废水，约一半的盘片浸没在废水水面之下。当废水在槽内缓慢流动时，盘片在转动横轴的带动下缓慢转动。盘面上面生长着一层生物膜(厚约1—4mm)，当圆盘浸没于废水中时，废水中的有机物被盘片上的生物膜吸附；当圆盘离开废水时，盘片表面形成一层薄薄的水膜。水膜从空气中吸氧，同时在生物酶的催化下，被吸附的有机物在生物膜上被氧化分解。这样，圆盘每转动一圈，即进行一次吸附一吸氧一氧化分解过程，转盘不断转动，如此反复循环，使污染物不断分解氧化。同时，圆盘转出液面的盘面部分经过空气时，氧气就进到盘片上的液膜中达到过饱和状态，当这部分盘片再回到氧化槽中时，使槽内废水中的溶解氧含量增加。此外，由于圆盘的搅动造成紊流。把大气中的氧带入氧化槽中。反应器内的混合作用使空气分散，使液体中的溶解氧浓度相对均匀。图６－２１　与沉淀池共建的生物转盘１－水面；２－转盘；３－防护罩；４－隔板；５－进水；６－污泥；７－刮泥机８－沉淀区域；９－新设底板；１０－出水槽图６－２２　　生物转盘工作示意图（二）生物转盘设备和装置生物转盘主要由盘体、转动轴、驱动装置、氧化槽等部分组成，有的转盘还加设防护罩。1．盘体盘体由盘片及其他的连接固定配件所组成。盘片成组地固定在转轴上并随转轴缓慢旋转。盘片是生物转盘的主要部件，应具有轻质、耐腐蚀、不变形、易于取材、便于加工等性质。盘片材料大多以塑料为主，平板盘片多以聚氯乙烯塑料制成，波板材料多为聚酯玻璃钢。其他一些材料还包括薄钢板、铝板、木、竹等。2．转动轴131n转动轴是用来固定盘片并带动其旋转的装置，一般为实心钢轴或无缝钢管，转动轴两端固定安装在氧化槽两端的支座上。轴长一般为o．5—7．om。其直径一般介于50一80mm。3．驱动装置驱动装置包括动力设备、减速装置以及链条等。动力设备通常用电力机械传动，即以电动机作动力，用链条传动或直接传动。4．氧化槽氧化槽又称曝气槽或接触反应槽，一般用钢筋混凝土制成，也对用钢板或塑料板焊制。为了避免水流短路及沉积．大多做成与盘片外形基本吻合的半圆形，有的也做成矩形或梯形。氧化槽底部设有排泥管和放空管，大型转盆在槽底有的还设有刮泥装置。氧化槽两侧的进出水设备多采用锯齿形溢流堰。多级转盘氧化槽分为若干格，格与格之间设导流墙。氧化槽的各部分尺寸和长度，应根据转盘的直径和轴长决定，盘片边缘与槽内面应留有不小于150mm的间距。三、生物接触氧化设备和装置生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其在反应器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下，废水得到净化。（一）生物接触氧化池基本构造　　如图６－２３所示，生物接触氮化池由池体、滤料、布水装置和曝气系统等几部分组成。图６－２４是几种常用布置形式。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图６－２３　生物接触氧化池基本构造图６－２４　几种形式的接触氧化池１－进水管　２－出水管　３－进气管　４－叶轮　５－填料　６－泵（二）填料生物接触氧化池采用的填料很多，有蜂窝型硬性填料、纤维型软性填料（图６－２５）及塑料规整网状填料等。131n图６－２５　纤维材料第三节　　厌氧生化处理装置厌氧消化工艺有多种分类方法。按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法；按投料、出料及运行方式分为分批式、连续式和半连续式；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同—一反应器中并在同工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化勺两步厌氧消化等。厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。一、普通厌氧消化池（一）消化池构造普通消化常用密闭的圆柱形池，如图６－２６所示。废水定期或连续进入池中。经消化的污泥利废水分别内消化池底和上部排出．所产的沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的１／２，池底呈圆锥形，以利排泥。一般都有盖子，以保证良好的厌氧条件，收集沼气和保持池内温度，并减少池面的蒸发。为了使进料和厌氧污泥充分接触，使所产的沼气气泡及时排出而设有搅拌装置，此外，进行中温和高温消化时，常需对消化液进行加热。常用搅拌方式有三种，①池内机械搅拌；②沼气搅拌，即用压缩机将沼气从池顶抽出，再从塔底充人，循环沼气进行搅拌；③循环消化液搅拌，即池内设有射流器，由池外水泵压送的循环消化液经射流器喷射，在喉管处造成真空，吸进一部分池中的消化液，形成较强烈的搅拌，如图６－２７所示。一般情况下每2—４小时搅拌1次。在排放消化液时，通常停止搅拌，经沉淀分离后排出上清液。常用加热方式有三种：①废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消化池；②热蒸汽直接在消化器内加热；③在消化池内部安装热交换管。①和③两种方式可利用热水、蒸汽或热烟气等废热源加热。131n图６－２６　螺旋桨搅拌的消化池　　　　　　　　　图６－２７　　循环消化液搅拌的消化池１－检修口　２－集气罩　３－出气管　４－污泥管（二）厌氧接触法厌氧接触法在厌氧消化池之外加一个沉淀池来收集污泥，且使其回流至消化池子。其结果是减少了污水在消化池内的停留时间。厌氧接触工艺流程如图６－２８所示。由消化池排出的混合液首先在沉淀弛中进行固、液分离。污水由沉淀池上部排出，所沉下的污泥回流至消化池。这样既使污泥不流失而稳定上艺，又可提高消化池内的污泥浓度，从而在一定程度上提高设备的有机负荷和处理效率。由于厌氧接触工艺具有这些优点，故在生产上较多被采用。　　图６－２８　厌氧接触法工艺流程　　　　　　图６－２９　设有真空脱气器和热交换的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　厌氧接触法工艺流程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１－调节池；　２－水射器；　３－消化航池；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４－真空脱气器；　５－热交换器；　６－沉淀池　　然而，从消化池排出的混合液在沉淀池中进行固液分离有一定的困难。一方面由于混合液中污泥上附着大量的微小沼气泡，易于引起污泥上浮；另一方面，由于混合液中的污泥仍具有产甲烷活性，在沉淀过程中仍能继续产气，从而妨碍污泥颗粒的沉淀和压缩。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果．目前采用以下几种方法脱气：①真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为5ＫＰa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉淀性能；②热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却，可以控制污泥停止继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀；图131n６－２９是设真空脱气器和热交换器的厌氧接触法工艺流程；③絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成颗粒，加速沉降；④用超滤器代替沉淀池．以改善固液分离效果。此外，为保证沉淀池分离效果，在设计时，沉淀池内表面负荷比一般废水沉淀池表面负荷应小，一般不大于1m/h，混合液在沉淀池内停留时间比一般废水沉淀时间要长，可采用4h。二、上流式厌氧污泥床反应器（ＵＡＳＢ）（一）ＵＡＳＢ反应器原理图６－３０是ＵＡＳＢ反应器及其设备的图示。废水尽可能均匀地引人反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程中。在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的颗粒碰击气体发射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。由于气泡释放污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面。附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的集气室。置于集气室单元缝隙之下的挡板的作用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将图６-３０ＵＡＳＢ反应器示意图引起沉淀区的紊动会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。（二）设备与装置1．UASB反应器形式常采用直壁的UASB反应器。2．三相分离器UASB反应器最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部反应区和上部的沉淀区。其设置的主要作用有：①能收集从分离器下的反应室产生的沼气；②使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。3．布水器布水器应满足如下条件：（１）进水配水系统兼有配水和水力搅拌的功能（２）进水装置的设计使分配到各点的流量相同，确保单位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象；（３）很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后，必须很容易被清除；（４）应尽可能的(虽然不是必须的)满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。三、厌氧滤池厌氧滤池(AF)是在反应器内充填各种类型的固体填料，如卵石、炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。废水向上流动通过反应器的厌氧滤池称为升流式厌氧滤池；当有机物的浓度和性质适宜时采用的有机负荷可高达10—20kgCOD／(m3·d)。另外还有下向流厌氧滤池。污水在流动过程中保持与生长在填料上的厌氧细菌相接触；达到净化有机物的目的。因为细菌生长在填料上，不易随出水流失。在短的水力停留时间下可取得长的污泥龄，平均细胞停留时问可以长达100天以上。厌氧滤池的缺点是载体相当昂贵，据估计载体的价格与构筑物建筑价格相当。但如采用的填料不当，在污水中悬浮物较多的情况下，容易发生短路和堵塞，这是AF工艺不能迅速推广的原因。131n第七章　　污泥处理装置与设备污泥是水处理过程的副产物，包括筛余物、沉泥、浮渣和剩余污泥等。污泥体积约占处理水量的０.３％～０.５％左右，如进行深度处理，污泥量还可能增加０.５～１倍。污泥处理的目的有：确保水处理效果，防止二次污染；使容易腐化发臭的有机物稳定化；使有毒有害物质得到妥善处理或利用；使有用物资得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理和处置的目的是减量、稳定、无害化及综合利用。脱除污泥水分，缩小污泥体积的方法主要有浓缩、调理、脱水和干化；稳定污泥中有机物主要通过消化、焚烧、氧化和消毒等。第一节　　　污泥浓缩设备污泥浓缩是使污泥的含水率、污泥体积得到一定程度的降低从而降低污泥后续处理设备的基本建设费和运行费用。经浓缩后的污泥仍是能流动的。污泥浓缩方法主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心机浓缩三种，它们各有优缺点，需要时根据实际情况选择。表７-１列出了各种浓缩方法的特点。表７-１　各种浓缩方法的优缺点浓缩方法优点缺点重力浓缩法贮存污泥能力高操作要求不高，运行费用少（尤其耗电少）所需土地面积大，会产生臭气对某些污泥工作不稳定气浮浓缩法比重力浓缩的泥水分离效果好污泥含水率较低比重力浓缩法所需土地少，臭气小可使沙砾不混于浓缩污泥中能去除油脂运行费较重力法高土地需要量比离心法多污泥贮存能力小离心机浓缩只需少量土地就可取得较高处理能力没有或几乎没有臭气问题要求专用离心机，耗电大对操作人员要求高一、重力浓缩池（一）类型１．连续式浓缩池（图７－１）图７－１　连续式污泥浓缩池１－中心进泥管；　２－上清夜溢流堰；　３－排泥管；　４－刮泥机；　５－搅动栅131n２．间歇式浓缩池（图７－２）图７－２　间歇式浓缩池１－污泥入流槽　２－中心筒　３－上清夜溢流管　５－闸门　６－污泥泵吸泥管　７－排泥管（二）日常运行维护浓缩他的日常维护包括以下内容：１．及时清除地面浮渣。２．保证入流污泥混合均匀，防止因混合不匀而出现密度异重流，降低浓缩效果。３．当水温较高或者生化系统发生污泥膨胀时，浓缩池污泥也会上浮和膨胀，此时可向池中加入氧化剂抑制微牛物活动。４．在浓缩池入流污泥中加入部分二沉他出水可防止污泥厌氧上浮，提高浓缩放果，同时还能降低恶臭程度。５．浓缩池较长时间没排泥时，应先排空清池，严禁直接开启污泥浓缩池。６．在寒冷地区的冬季，浓缩池面会出现结冰现象，此时虚应先破冰并使之熔化，再开启污泥浓缩机。７．定期检查上清液溢流堰的平整度，如不平整或被泥坎堵塞应予以调节，否则导致池内流态不均匀，产生短路现象、降低浓缩效果。８．应定期(每半年)排空彻底检查是否有积泥或积砂，并对下水部件予以防腐处理。131n二、离心浓缩法离心浓缩法住要用于浓缩剩余活性污泥等难脱水污泥或场地狭小的场合。适合污水处理污泥浓缩的离心机主要是连续式卧式圆锥型和圆筒型离心机、间歇式离心机，其次是盘式和篮式离心机。一般，后各主要是为胶体颗粒等物料研制的，并不太适用污水处理污泥的浓缩。卧式圆锥型和圆筒型离心机原理相同，圆锥型离心机分离室为圆锥形．在分离室内，液体越接近澄清液排出口，离心力越大，浓缩脱水效果更好。间歇式离心机主要用于少量污泥和回收物料的浓缩。离心浓缩的最大不足是能耗高，一般达到同样的浓缩效果，其电耗为气浮法的１０倍。第二节　　污泥消化高浓度的有机污泥通过厌氧或好氧消化，污泥中的挥发固体变为稳定的腐殖质，同时减少污泥的体积60%左右，并改善污泥性状，控制致病微生物，为污泥的后续处理做准备。常用的经济的污泥消化系统有：厌氧消化处理初沉池污泥和好氧处理剩余活性污泥。两者比较见表７－２：表７－２污泥厌氧和好氧消化的比较消化方法优点缺点适用条件厌氧1.不需曝气，运行能耗和费用底2.可获得部分能源（沼气）1.易产生臭气2.管理水平要求高各种规模废水处理厂，多采用中温消化好氧1.中小规模时，投资少、上清夜中的BOD、SS、NH4—N均低于厌氧消化，操作管理简便2.消化池中不加温，不产生臭气1.供氧消耗所需能量大，运行费高2.消化污泥脱水性能差，有机物分解率较低中小规模废水处理厂，特别适合于无初沉池的好氧生物污水处理厂好氧消化和厌氧消化的工艺前面在第六章已做介绍，下面对中温厌氧消化池的搅拌设备及消化池运行管理进行介绍：一、中温厌氧消化池搅拌设备及运行方式消化池搅拌方式一般有：沼气循环搅拌、污泥泵循环搅拌、机械搅拌和联合搅拌等。搅拌设备应能在２～５小时内将全池污泥搅拌一次。（图７－３～图７－９）（一）气提泵式如图７－３所示，这种搅拌装置按气体提升泵设计，其中压缩气体出口的浸没深度一般应大于提升高度。压缩机的气量按导流筒内提升污泥量的2~3倍设计。为了同时进行污泥循环加热，导流简壁有时设汁为双层夹套式换热器，夹套之间流动热水。有时将加热与沼气搅拌装置置于池外，以方便检修（图７－４）。（二）多路曝气管式（气通式）　如图７－５所示，压缩沼气通过配气总管，通向各个曝气立管，每根立管按通过的气体流速为７～１５m/s配管。其单位用气量通常取５～７L/(m3池·min)。管口延伸到距离池底１～２m的同一水平面上，或在池壁与池底的连接面上。有的将压缩沼气通过配气选择管通向各根曝气管，按预先选定的时间间隔，依次接通各根曝气管，逐点搅拌。见图７－６。（三）气体扩散式　见图７－７（四）机械搅拌　在导流筒中安装螺旋桨式搅拌机，当桨旋转时，不断将污泥提升到泥面，形成污泥循环（图７－８）131n（五）泵搅拌　用泵将消化池底的污泥抽出，加压后送至浮渣表面或池中不同位置，进行循环搅拌，常与投加新鲜污泥，污泥池外加热合并进行。适合于小型消化池或其他搅拌方法的补充方式。图７－３气体提升泵式搅拌机　　　　　　　　　　　图７－４混合式沼气搅拌（室外加热）图７－５　多路曝气管式（气通式）　　　　　　　图７－６　多路曝气管式（气通式带配气选择器）图７－７　气体扩散式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图７－８　螺旋桨式搅拌机131n图７－９　喷射泵式搅拌机１－水射器；　２－生污泥进泥管；　３－蒸汽管；　４－污泥气管；　５－中位管；　６－熟污泥排泥管；　７－水平支架；　８－消化池二、消化池运行管理消化池在运行中应注意以下几点：１．控制污泥投加量　　对中温消化，每日投加的固体量不应超过池内固体量的5％。投入污泥固体含量为2％～4％，一般间歇投加，小流量连续投泥会引起泵和输泥管堵塞。２．排泥量应与投泥量相当，一般采取间歇重力排泥，排泥时闸门应快速全开，避免管路被泥砂堵塞。３．上清液排出量与消化污泥排量有关，应根据经验确定。运行正常时上清液中固体浓度一般为２０００～５０００　mg/m3.上清液一般每天排放数次，有破浮渣设备的消化池，在排上清液前应暂停破浮渣设备的远行；并应防止池内液面下降过多，沼气进入上清液管路。４．沼气产量和沼气中甲烷含量是判断消化状态的重要指标，应经常监测。排泥和上清液时成负压，应防止空气漏入。池内气压上升时应检查安全阀和水封的工作情况。５．应经常检查热交换器污泥和热水进出口的温度，发现异常应及时进行调节和维修。６．消化池清扫池底积砂应定期清扫，为此应设置清扫设备。清洗时将砂层以上的污泥抽送至另一消化池或其他贮存设备，用高压水冲洗池底积砂，用泵抽出，进行处置。冲洗水的压力应大于０．7ＭＰa。池顶中心工作孔最小直径1．5m；侧墙和池底的交接处设直径０．６—1m的工作孔，必要时也可以利用这两个工作孔清除积砂。６．注意发现异常现象，并采取对策排除。第三节　　污泥脱水浓缩后的污泥进一步脱水，减少其体积，便于运输和后续的处理。污泥脱水主要去除的是污泥中的毛细水。污泥脱水的方法可分为两大类：人工脱水（又称机械脱水）和自然脱水。一、机械脱水（一）板框压滤机如图７－１０所示，131n滤板与滤框交替排列，滤板的两面覆有滤布并夹紧，污泥从泥孔送入后加压，滤液在压力作用下，通过滤布，经滤板上的集水槽排出。板框压滤机构造简单，推动力大，适合于各种性质的污泥。但操作比较麻烦，不能连续工作，产率较低。图７－１０板框压滤机（二）带式压滤机带式压滤机中，比较新型的是滚压式的带式过滤机。这种机械设备的主要特点是把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，而需要真空或加压设备，动力消耗少，可以连续生产。其基本构造见图７－１１。　滚压带式过滤机有滚压轴及滤布带组成，污泥先经过浓缩段（主要靠重力过滤），使污泥失去流动性，以免在压榨段被挤出滤布，时间约１０～２０s，然后进入压榨段压榨脱水，压榨时间１～５min。图７－１１带式压滤机滚压的方式有两种，一种是滚压轴上下相对，压榨的时间几乎是瞬时，但压力大，见图７－１１。另一种是滚压轴上下错开，依靠滚压轴施加于滤布的张力压榨污泥，因此压榨的压力受到滤布张力的限制，压力较小，压榨的时间较长，但在滚压的过程中，对污泥有一种剪切力的作用，可促使泥饼的脱水。131n（三）离心脱水机离心脱水机有转筒式和卧式两种，污泥脱水主要采用卧式离心机。污泥由空心转轴送入转筒中后，现在螺旋输送器内预加速，然后经螺旋筒体上的进料孔进入分离区，在离心加速度的作用下，污泥颗粒被甩贴在转鼓内壁上，形成环状固体层，并被螺旋输送器推向转鼓锥端，由出渣口排出，水则在泥层内侧，由转鼓大端端盖的溢流孔排出。按进泥方向分为顺流式和逆流式两种机型。图７－１２　卧螺离心机(a)顺流式　(b)逆流式１-差速齿轮箱；２-转鼓；３-外壳；４-主驱动轮；５-进料管（污泥与化学药剂）；６-轴承；７-回转输送器二、自然干化（一）典型干化场的平面图及剖面图（图７－１３）（二）干化场设置要点１．干化场四周用土、砖石或混凝土筑成高0.5~1m，顶宽0.5~1m的围堤。土围堤边坡取1:1.5,围堤上设输泥槽。槽底坡度取0.01—0.03。中间通常用围提或木板隔成若干块，每块宽度≤10m，每块干化床的输泥槽上隔—定距离设放泥口，均匀放入原污泥。为排出围堤间的浓缩上清波，可在堤上设多层排水管（阀）。干化场污泥管采用铸铁管，坡向干化场，管内污泥流速＞0.75m/s。２．干化场底设置防渗层，可用黏土（厚0.2~0.4m　,夯实），混凝土（厚0.1~0.15m），或其他防渗材料做成，坡度取0.01—0.03。3.防渗层上设集排水管，管材可用无釉陶土管或穿孔塑料管等，直径　　。采用无釉陶土管时，各节管子管端均为敞口，管与管接头处留出10~20mm间隙，接纳下渗污水。集排水管埋深1~2m，铺设坡度0.002~0.008。４．防渗层和集排水管上设置滤水层，一般分两层。上层用粒径为0.1~1.5mm　砂或矿渣，下层用粒径15~25mm为碎石或矿渣。各层厚度0.1~0.3m，设置坡度0.005~0.01，以便于污泥流动.５．每次放泥厚度0.1~0.3m，污泥含水率由９８％变化到６５％~75%。干化周期大约是：春季40天、　夏季10天、　秋季15天、冬季20天。６．用高分子絮凝剂（如ＰＡＭ）或硫酸铝调理污泥，可显著提高干化床效率和污泥脱水速率。131n图７－１３　典型污泥干化场的平面图和剖面图131n第八章　　流体输送机械在环境治理、化工、石油等行业，流体输送是最常见的单元操作之一。流体在无外部功的情况下，只能从高能位状态向低能位状态流动。然而，实际生产过程中流体从一处向另一处输送，往往需要向流体施加外部的机械功。即向流体补加足够的机械能，流体输送机械就是向流体做功以提高流体机械能的装置。由于输送任务不同，流体种类多样，工艺条件复杂多变，流体输送机械是多种多样的。通常，输送液体的机械叫泵，输送气体的机械按不同的工况分别称为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。第一节离心泵离心泵是废水处理中最常用的一种液体输送设备，它输送的工质范围很广，包括腐蚀性液体和含相悬浮物的液体。这类机械运转时液体流量调节方便，使用起来比较容易。一、离心泵的基本结构离心泵的主要构件包括叶轮、泵壳和轴封装置（如图8-１所示）。图8-1离心泵的结构１－泵体；２－叶轮；３－密封环；４－轴套；５－泵盖；６－泵轴；７－托架；８－联轴器；９－轴承；１０－轴封装置；１１－吸入口；１２－蜗形泵壳；１３－叶片；１４－吸入管；１５－底阀１６－滤网；１７－调节阀；１８－排出管（一）叶轮　　叶轮是离心泵的核心构件，高速旋转的叶轮将机械能传给液体，使液体的静压能和动能都有所提高。１．叶轮分类叶轮的结构如图8-2所示，叶轮由若干弯曲的叶片组成，液体从叶轮中央的入口进入叶轮后，随叶轮高速旋转获得能量，同时由于液体沿叶轮径向运动，且叶片之间的流道在诼渐扩大，有一部分动能转化为静压能。根据叶轮是否有盖板可将叶轮分三种形　　　　a开式　　　　b半开式　　　　c闭式式，即开式、半开式和闭式。如图８-2所示。　　　　　　８-2离心泵的叶轮　　通常，闭式叶轮的效率要比开式高，而半开式叶轮的效率介于两者之间，因此应尽量选用闭式叶轮。但由于闭式叶轮在输送含有固体杂质的液体时，容易发生堵塞，故在输送含有固体的液体时，多使用开式或半开式叶轮。131n２．平衡孔的设置叶轮边缘的液体的静压强高于中心吸入口，在闭式和半闭式叶轮工作中，部分高压液体可以由叶轮与泵壳之间的缝隙漏入两侧，这样不仅影响了泵的效率，同时由于前后两侧压强差作用，使叶轮受到了指向液体吸入口的轴向推力。这种轴向推力往往会导致叶轮向吸入口窜动以至产生叶轮与泵壳间的接触磨损，严重时可能使泵发生震动，为了避免这种现象，一般在叶轮的盖板上开若干个小孔，称为平衡孔(图８-3a)使叶轮后侧的高压液体一部分经平衡孔漏至低压区，减小叶轮两侧的压强差。平衡孔对消除轴向推力的作用是明显的，但平衡孔的设置会使泵的容积效率有所降低。图８-3吸液方式1—叶轮；2--导轮；3—泵壳；图８—4泵壳与导轮根据叶轮的吸液方式可将叶轮分为两种，单吸式(图８-3a)和双吸式(图８-3b)。双吸式叶轮可以从两侧吸入液体，它具有较大的吸液能力，而且可以较好地消除轴向推力。（二）泵壳　１．泵壳的形状和作用　离心泵的泵壳形状像蜗牛，又称为蜗壳。壳内有一截面诼渐扩大的流道，壳内的叶轮旋转方向与蜗壳流道诼渐扩大的方向相一致，如图８-4所示。从叶轮外缘抛出的高速液体，沿泵壳中通道流动，最终排出泵体。可见泵壳的主要作用在于：①汇集被叶轮甩出的液体，作导出液体的通道；②由于提供了诼渐扩大的流道，使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。２．导轮为了减少液体离开叶轮时直接冲击泵壳而造成的能量损失，常常在叶轮与泵壳之间安装一个固定不动的导轮，如图8-4所示。导轮带有前弯叶片，叶片间诼渐扩大的通道使进入泵壳的液体的流动方向诼渐改变，从而减少了能量损失，使动能向静压能的转换更加有效彻底。导轮也是一个转能装置，一般多级离心泵均安装导轮。（三）轴封装置由于泵壳固定而泵轴是转动的，因此在泵轴与泵壳间存在一定间隙，为了防止泵内液体沿空隙漏出泵外或空气沿相反方向进入泵内，需对间隙进行密封处理。用来实现泵轴与泵壳之间密封的装置称为轴封装置，常用的密封方式有两种，即填料密封与机械密封。如图８-5所示。填料函密封是用浸油或涂有石墨的石棉绳或其他软填料填入泵轴与泵壳间的空隙来实现密封目的的；机械密封是通过一个安装在泵轴上的动环与另一个安装在泵壳上的静环来实现密封工作时，借助弹力使两环密切接触达到密封。两种方式相比较，前者结构简单，价格低，但密封效果差。因此，机械密封主要用在一些密封要求较高的场合，如输送酸、碱、易燃、易爆、有毒、有害等液体的场合。131n　　　　（a）填料函密封装置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）机械密封装置１-填料函壳；２-软填料；３-液封圈；　　　１-螺钉；２-传动座；３-弹簧；４-推环；５-动环密封圈4-填料压盖；5-内衬套6-动环；7-静环；8-静环密封圈；9-防转销图８-5密封示意图二、离心泵的工作原理如图８-6是离心泵的装置简图。离心泵一般由电动机带动，离心泵启动之间，需要先将所输送的液体灌满吸入管路和泵壳。电动机启动之后，泵轴带动叶轮讥速旋转，叶轮的旋转迫使叶片间的液体一方面随叶轮做等角速度的旋转；另一方面，则由于惯性离心力的作用使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。在此过程中，泵通过叶轮向液体提供了能量，这表现为叶轮边缘处液体的静压强有所提高，流体的流速则大大提高，大约以15~25m/s的速度离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，流体的流速减慢而静压强提高，最终以较高的静压强沿向流入排出管道，实现其输送的目的。图８-7示出了液体在泵内的流动情况。图8-6离心泵装置简图　　　　　　　　　　　　　　图8-7液体在泵内的流动1-叶轮；2-泵壳；3-泵轴；4-吸入口；5-吸入管；　　　　6-底阀；7-滤网；8-排出口；9-排出管；10-调节阀131n泵内液体由于离心力作用由中心向外缘作径向运动同时，在叶轮的中心形成了低压区，由于泵的吸入管路浸没于输送液体内，在液面压强与泵内压强差作用下，液体不断地被吸入泵的叶轮内，以填补被排出液体的位置。这样叶轮不停地转动，离心泵就不停地吸入和排出液体，完成输送液体的任务。这就是离心泵的基本工作原理。如果在启动离心泵前，泵内没有充满液体，由于气体密度比液体密度小得多，产生的离心力就很小，从而不能在吸入口形成必要的真空度，在吸入管两端不能形成足够大的压差，于是就不能完成离心泵的吸液。这种因为泵内充满气体(通常为空气)成造成离心泵不能吸液(空转)的现象称为气缚现象。因此离心泵是一种没有自吸能力的泵，在启动离心泵前必须灌泵。另外，为了避免每次启动离心泵时都需灌液，防止启动前泵内及吸入管内的液体泄漏，一般在吸入管路的端部安装一单向底阀(图８-6中)，图８-6中的滤网下可以阻拦液体中的固体物吸入而堵塞管道及泵壳。在生产中，有时虽灌泵，却仍然存在不能吸液的现象，可能是由以下原因造成的：①吸入管路的连接法不严密，漏入空气；②灌而未满，未排净空气，泵壳或管路中仍有空气存在；③吸入管低阀失灵或关不严，灌液不满；④吸入管底阀或滤网被堵塞；⑤吸入管底阀未打开或失灵等，可根据具体情况采取相应的克服措施。三、离心泵的主要性能参数（一）主要性能参数根据具体任务需要选用适宜的离心泵并使之高效运转，必须了解离心泵的性能及这些性能之间的关系。离心泵的主要性能参数有流量、扬程、转速、功率、效率等，这些性能与它们之间的关系在泵出厂时会标注在铭牌或产品说明书上，供使用者参考。１．流量泵在单位时间内抽吸或排送的液体量称为泵的流量，用Ｑ表示，单位为m3/s、m3/h或l/s。离心泵的流量在操作中可以变化，其大小可以通过实验用流量计测定。离心泵铭牌上的流量是其在最高效率下的流量，称为设计流量或额定流量。　　２.扬程指离心泵对1N流体所做的功，它是1N流体在通过离心泵时所获得的能量，用H表示，单位m，也叫压头。离心泵的杨程与离心泵的结构、尺寸、转速和流量有关。通常，流量越大，杨程越小，两者的关系由实验测定。离心泵的扬程与被输送液体的升举高度是不同的，前者是泵做功的能力，而后者则是则输送任务决定的几何高度。３.转速　指泵轴每分钟的转数，用N表示，单位为r/min。４.功率　泵的功率可分为有效功率和轴功率（１）有效功率Ｐe指离心泵在单位时间内对流体所做的功，单位Ｗ或ＫＷ。　　　　　　　　　　　　　　　Ｐe＝ＨＱρg式中：　　Pe—泵的有效功率，Ｗ　　　　　　　Ｈ－扬程，m　　　　　　　Ｑ－被输送液体的流量，m3/h　　　　　　　ρ－被输送液体的密度，Kg/m3（２）轴功率Ｐ　离心泵从原动机械那里所获得的能量，位为Ｗ或ＫＷ。５.效率　效率是衡量泵工作经济性的指标，由于机械磨擦、流体阻力和泄漏等原因，离心泵的有效功率总是小于其轴功率，两者的差别用效率来表征，用η表示，其定义式为：η＝Pe/Ｐ离心泵效率的高低既与泵的类型、尺寸及加工精度有关，也与流体的性质有关，还有泵的流量有关。泵的效率愈高，说明能量利用愈好，损失愈小。一般地，小型泵的效率为50%~70%，大型泵的效率要高些，有的可达90%。离心泵铬牌上列出的效率是一定转速下的最高效率。６.气蚀余量131n离心泵的吸液是吸入液面与吸入口间的压差实现的。当此压差大于吸入管内液柱产生的压差时，液体能够被吸入泵内。而当吸入液面压力一定时，吸入管路越高，吸上高度越大，则吸入口处的压力将越小，当吸入口处压力小于操作条件下输送液体的饱和蒸汽压时，液体将会汽化产生气泡。含有气泡的液体进入泵体后，在旋转叶轮的作用下，进入高压区,气泡在高压的作用下，又会凝结为液体，由于原气泡位置的空出造成局部真空，使周围液体在高压作用下迅速填补原气泡所占空间。这种高速冲击频率很高，可达每秒几千次，冲击强度可以达到数百个大气压甚至更高。这种高强度高频率的冲击，轻的能造成叶轮的疲劳，重的可以将叶轮与泵壳破坏，甚至能把叶轮打成蜂窝状。这种因为被输送液体在泵体内汽化再液化而成离心泵不能正常工作的现象叫离心泵的气蚀现象.。气蚀现象发生时，会产生噪声和引起振动，流量、扬程程及效率均会迅速下降、严重时不能吸液。工程上规定，当泵的杨程下降3%时，认为进入了气蚀状态。工程上避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。泵的生产厂家在说明书中都提供了一个参数叫气蚀余量，用ＮＰＳＨ表示，单位为m液柱。该参数是在９８.１ＫＰa和293K下以清水为介质测得的泵吸入口处动能与静压能之和比被输送液体的饱和蒸汽压高出的数值。而高出的最低数值称为允许气蚀余量，用（ＮＰＳＨ）r表示。（ＮＰＳＨ）r=P1/ρg　＋　u12/2g　—　PV/ρg则泵的安装高度Ｈg为：　Ｈg=(Po—PV)/ρg—（ＮＰＳＨ）r—∑Hf,0-1两式中：（ＮＰＳＨ）r—允许气蚀余量，m　P1——吸入口处的压力,Pau1——吸入口处的流速,m/s　　　　　Ｈg—允许安装高度,mPo—吸入液面压力，PaPV—操作条件下液体的饱和蒸汽压,Paρ—液体的密度,Kg/m3∑Hf,0-1——流体流经吸入管的阻力，m（二）离心泵的特性曲线图８-８所示为IS100-80-125型离心泵的特性曲线，从图中可看出得到三条曲线：１．扬程—流量曲线　扬程随流量增加而减少　　2．轴功率—流量曲线　轴功率随流量增加而增加，离心泵处在零流量时消耗的功率最小。因此离心泵开车和停车时，都要关闭出口阀，达到降低功率保护电机的目的。３．效率－流量曲线　　离心泵在流量为零时，效率为零，随流量增加，效率也增加，当流量增加到某一数值后，在增加，效率反而下降。通常把效率最高点称为泵的设计点或额定状态，对应的性能参数为最佳工况参数，铭牌上的参数就是最佳工况图８-８IS100-80-125型离心泵的特性曲线参数。显然，泵在最高效率下运行最经济，但在实际操作中做不到应尽量维持在高效区（效率不低于最高效率的９２％的区域）工作。性能曲线上常用波折号将高效区标出。131n四、离心泵的流量调节根据生产任务要求，调节泵的流量，主要有三种方法：（一）调节出口阀　操作简单方便，且流量可以连续变化，应运广泛；　（二）改变叶轮转速　流量随转速增加而增加，但由于需要变速装置，生产中很少采用；（三）改变叶轮直径　通过车削后可减小叶轮直径，从而减少流量。但车削叶轮需要车床，且一旦车削后不能复原，较少采用。五、常见离心泵的种类（一）清水泵　常用的ＩＳ型离心清水泵是根据国际标准ＩＳＯ０２８５８规定的性能和尺寸设计的。由于其效率较高，目前已取代Ｂ型或ＢＡ型的清水泵。ＩＳ型清水泵为单级单吸式，用于输送温度不高于８０℃的清水及与水相似的液体。流量范围为６.３～４００m3/h，扬程为５～１２５m.（二）耐腐蚀泵　耐腐蚀泵是用来输送不含固体颗粒的酸、碱等腐蚀性液体的泵的总称，系列号用Ｆ表示。Ｆ型泵中，所有与液体接触的部件均用防腐材料制造，其轴封多采用机械密封。被输送液体温度为２０℃～１０５℃，流量为２～４００m3/h，扬程为１５～１５０m.（三）油泵　油泵是用来输送油类及石油产品的泵，由于这些液体多数易燃易爆，因此必须有良好的密封，而且当温度超过４７３Ｋ时还要用冷却夹套冷却。国产油泵系列号为Ｙ，如果是双吸油泵，则用ＹＳ表示。Ｙ型泵的流量范围为５～１２７０m3/h，扬程为５～１４７０m，输送温度在２２８Ｋ～６７３Ｋ。（四）污水泵　离心污水泵种类较多，常用的有ＷＤ、ＷＤＬ型，适用于抽吸８０℃以下带有纤维或其他悬浮物的液体，不适于输送酸性和碱性以及含有很多盐分的能引起金属腐蚀的化学混合物液体。六、离心泵的安装、操作和维护（一）离心泵安装要点１.尽量靠近水源，干燥明亮的场所，便于检修２.应有坚实的基础，以避免振动。通常混凝土地基，地脚螺栓连接。３.泵轴与电动机轴应严格保持水平，确保正常运转，提高寿命。４.严格控制安装高度，避免气蚀现象。５.在吸入管径大于泵的吸入口径时，变径连接处要避免存气，以免发生气缚现象。（二）泵的操作要点１.试车前的准备工作（１）将所有阀门打开（压力表和真空表除外），用压缩空气吹洗整个管路系统。（２）检查各部分螺栓、连接件是否松动，有松动要紧固，在紧固地脚螺栓时要重新对中找正。（３）用手盘动联轴器使泵转子转动数圈，看机组转动是否灵活，是否有响动和轻重不匀的感觉，以判断泵内是否有异物或轴是否弯曲、密封件安装正不正，软填料是否压的太紧等。（４）检查机组转向。在检查转向时，最好使联轴器脱开，避免空转和干磨（５）检查轴承的润滑油，油质是否干净，油量是否符合要求。（６）检查吸液池状况和液位高度（７）泵机组上面及四周的杂物要移开，以免开机后震落和操作不便２.启动程序（１）关闭压力表和真空表131n（２）关闭排出阀，对离心泵灌泵（３）开冷却水，密封部冲洗液等（４）启动动力机，打开压力表、真空表（５）在压力上升且机器运转平稳后，徐徐打开排出阀，泵进入正常工作。关阀运转时间一般不超过３～５分钟。（６）泵正常工作后，调整软填料密封的压盖，使液体呈滴状漏出。３.停车　停车前，要先关压力表、真空表，再关排出阀，使泵轻载，然后停转电动机，关闭吸入阀、冷却水、机械密封清洗水坠。在寒冷地区，短时停车要采取保温措施，长期停车必须排净泵内及冷却系统内液体，以免冻结胀坏系统。（三）泵的维护和保养１.运行中维护（１）润滑　泵在运行中，应经常检查润滑剂的质量和油位。新泵投入一周后应换油一次，以后每季度换油一次。（２）振动　由于零配件质量和检修质量不好，操作不当或管道振动等影响，会产生振动，如果振动超过也许范围，应停车检修。（３）轴承升温　轴承升温过快或温度过高，应检查轴承的制造、安装质量及润滑油的情况，否则轴承有烧坏的危险。对滑动轴承温度应小于６５℃，对滚动轴承温度应小于７５℃。　　（４）泵的运行性能　泵运行中，如果液体来源无变化，进出口管路上阀门开度未变，而流量或压力变化了，说明泵内或管道内有了故障，要及时查明原因并排除。第二节　鼓风机常用的鼓风机结构形式可分为离心式、轴流式样和回转式。废水治理中最常用的是回转式中的罗茨鼓风机。一、罗茨鼓风机的结构及运行特点罗茨鼓风机是两个相同转子形成的一种压缩机械，转子的轴线互相平行，转子中的叶轮与叶轮、叶轮与机壳、叶轮与墙板之间有微小的间隙，避免相互接触，构成进气腔和排气腔互相隔绝，借助两转子反向旋转，将体内气体由进气腔送至排气腔，达到鼓风的目的。由于叶轮与叶轮、叶轮与机壳、叶轮与墙板之间均存在微小的间隙，所以运行时不需向气缸内注入润滑油，不需要油气分离的辅助设备，由于不存在转子之间的机械摩擦，因此具有机械效率高、整体发热少、输出气体清洁、使用寿命长等优点。图８-９罗茨鼓风机结构131n罗茨鼓风机系容积式风机，输出风量和转速成正比，而与出口压力无关，分两叶式和三叶式两种如图８-９所示。两叶风机叶子旋转一周，进行两次吸、排气；三叶风机叶子转动一周进行三次吸、排气，与二叶型风机相比，具有气流脉动变少、负荷变化小、燥声低、振动小、叶轴一体结构、毛病起因少等优点。罗茨鼓风机的出口应安装气体稳压罐与安全阀，流量采用旁路调节。出口阀不能完全关闭。操作温度不超过８５℃，否则引起转子受热膨胀，发生碰撞。二、鼓风机的运行和维护（一）鼓风机的运行１.试车前的准备工作（１）检查所有仪表、连锁装置及电气设备，保证动作灵敏可靠。（２）电动机各部升温、振动值等应符合规定，确认电机和风机旋转方向一致。（３）风机的油路及水冷却系统无泄露现象；油量、油质、油温符合要求。（４）环境整洁无杂物，安全设施符合要求。（５）手动盘车内部无摩擦等杂音。２.空负载试车３.负荷试车在空试基础上，注意开启进、出口阀，与系统连通并注入输送介质，以检查风量、风压、电流等各项工艺参数能否满足生产要求。（二）风机的维护和保养１.润滑２.保养（１）滑动轴承温度应小于６５℃，对滚动轴承温度应小于７５℃。（２）紧固联接件是否有松动现象。（３）滑动轴承凡采用加油给油的，进入轴承的油温应在２５～４５℃之间，轴承出口油温不的高于６５℃；润滑油的压力应保持在１.３～１.５kgf/cm2；油位不得低于最低刻度。（４）风机发出的噪声或振动是否超标。（５）传动带有无磨损或伸长，如有要及时更新或拉紧。第三节　管路管路由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等辅件。一、管子管子是管路的主体，按照管子所使用的材料主要分为以下几类：(一)铸铁管铸铁是含碳量1.7%以上的铁合金，在低温时熔融，熔融态的铸铁流动性良好，能浇注成各种特殊形状，应用范围很广。铸铁的耐蚀性好，广泛地用作污水管道，城市煤气、给水总管。(二)钢管钢管的品种较多，在环境保护领域常用的有无缝钢管、普通钢管、合金钢管、和不锈钢管等，可根据不同的情况进行选用。１．无缝钢管　　没有接缝，能在各种压力和温度下输送流体，广泛应运于输送高压、有毒、易燃易爆和强腐蚀性流体。131n２．有缝钢管　　是用低碳钢焊接成的钢管，又称为焊接管。主要输送水、蒸汽、煤气、腐蚀性低的液体和压缩空气等，不适合在０.８ＭＰ（表压）以上的压力条件下使用。(三)有色金属管　　主要有铜管、黄铜管、铅管和铝管等（四）非金属管　　有陶瓷管、混凝土管、塑料管、橡胶管、玻璃管等二、管件图8-10普通铸铁管件管件是用来连接管子、改变管路方向或直径、接出支路和封闭管路的管路附件的总称。一种管件可以起到上述作用中的一个或多个，例如弯头既是连接管路的管件，又是改变管路方向的管件。图8-10所示为普通铸铁管件，主要有弯头、三通、四通和异径管等，使用时主要采用承插式连接、法兰连接和混合连接等。工业生产中的管件类型很多，还有塑料管件、耐酸陶瓷管件和电焊钢管管件等，已经标准化，可以从有关手册中查取，在此不详述。三、阀门（一）阀门作用阀门是用来开启、关闭和调节流量及控制安全的机械装置。了业生产中，通过阀门可以调节流量、调节系统压力、调节流体流动方向，从而确保工艺条件的实现与安全生产。（二）阀门种类阀门种类繁多，如图8-11所示，常用的有以下几种。1．闸阀主要部件为一闸板，通过闸板的升降以启闭管路。这种阀门全开时流体阻力小，全闭时较严密，多用于大直径管路上作启闭阀，在小直径管路中也有用作调节阀的。这种阀门不宜用于输送含有固体颗粒或物料易于沉积的流体，以免引起密封面的磨损和影响闸板的闭合。2．截止阀主要部件为阀盘与阀座，流体自下而上通过阀座，其构造比较复杂，流体阻力较大，但密闭性与调节性能较好，也不宜用于强度大旦含有易沉淀颗粒的介质。如果将阀座孔径缩小配以长锥形或针状阀芯插入阀座，则在阀芯上下运动时，阀座与阀芯间的流体通道变化比较缓慢而均匀，即构成调节阀或节流阀，后者可用于高压气体管路的流量和压强调节。3．止回阀止回阀是一种根据阀前、后的压力差自动启闭的阀门，其作用是使介质只作一定方向的流动，它分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀密封性较好，但流动阻力大。旋启式止回阀用摇板来启闭。止回阀一般适用于清洁介质，安装时应注意介质的流向与安装方向。4．球阀131n阀芯呈球状，中间为一与管内径相近的连通孔，结构比闸阀和截止阀简单，启闭迅速，操作方便．体积小，质量轻，零部件少，流体阻力也小。适用于低温高压及强度的介质，但不宜用于调节流5．旋塞其主要部分为一可转动的圆锥形旋塞，中间有孔，当旋塞旋转至90°时，流动通道即全部封闭。这种阀门的主要优点与球阀类似，但由于阀芯与阀体的接触面比球阀大，需要较大131n图8-11常用阀门的转动力矩，温度变化大时容易卡死，也不能用于高压。131n6．隔膜阀阀的启闭件是一块橡胶隔膜，位于阀体和阀盖之间，隔膜中间突出部分固定在阀杆上，阀体内衬有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔，因此不需要填料箱。这种阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小，可用于湿度小于200℃、压力小于10MPa的各种与橡胶膜无相互作用的介质和含悬浮物的介质。7．安全阀是为了管道设备的安全保险面设置的截断装置．它能根据工作压力而自动启闭，从而将管道设备的压力控制在某一数值以下，从而保证其安全。主要用在蒸汽锅炉及高压设备上。8．减压阀减压阀是为了降低管道设备的压力，并维持出口压力稳定的一种机械装置．常用在高压设备上。如高压钢瓶出口都要接减压阀以降低出口的压力，满足后续设备的压力要求。除此以外，还有蝶阀、疏水阀等，它们都各有自己的特殊构造与作用。四、管路的布置和安装（一）管路的布置原则管路布置既要考虑到工艺要求，又要考虑到经济要求，还要考虑到操作方便与安全，在可能的情况下还要尽可能美观。因此，布置管路时应遵守以下原则。1．在工艺条件允许的前提下，应使管路尽可能短，管件和阀门应尽可能少用以减少投资，使流体阻力减到最低。2．应合理安排管路，使管路与墙壁、柱子或其他管路之间应有适当的距离以便于按装、操作、巡查与检修。3．管路排列时，通常使热的在上，冷的在下；无腐蚀的在上，有腐蚀的在下；输气的在上，输液的在下；不经常检修的在上，经常检修的在下；高压的在上，低压的在下；保温的在上，不保温的在下；金属的在上，非金属的在下；在水平方向上．通常使常温管路、大管路、振动大的管路及不经常检修的管路靠近墙或柱子。4．管子、管件与阀门应尽量采用标准件，以便于安装与维修。5．对于温度变化较大的管路需采取热补偿措施，有凝液的管路要安排凝液排出装置，有气体积聚的管路要设置气体排放装置。6．管路通过人行道时高度不得低丁2m，通过公路时不得小于4．5m，与铁轨的净距离不得小于6m，通过工厂主要交通干线高度一般为5m。7．一般情况下，管路采用明线安装，但上下水管及污水管采用埋地铺设，埋地安装深度应当在当地冰冻线以下。总之，在布置管路时，应参阅有关资料，依据上述原则制定方案，确保管路的布置科学、经济、合理、安全。（二）管路安装原则1．管路的连接管于与管子、管于与管件、管子与阀件、管于与设备之间连接的方式主要有四种，即螺纹连接、法兰连接、承插式连接及焊接等。（１）法兰连接一般用于规格较大的无缝钢管或焊接管。（２）承插连接一般用于承插式铸铁管，接口常用303膨胀水泥，用人工分(2一3)次掏实，也有用石棉水泥，用特制工具打实。（３）对接焊头一般用于不常检修、较长的架空钢管或塑料管。（４）螺纹连接一般用于小规格镀锌钢管或硬塑料管的连接。（５）粘结连接一般用于ABS、聚丙烯等可用化学粘结的管道。２．管路的热补偿工业生产中的管路两端通常是固定的，当温度发生较大变化时，管路就会因管材的热胀冷缩而承受压力或拉力，严重时将造成管子弯曲、断裂或接头松脱。因此必须采取热补偿方式。热补偿的主要方法有两种，其一是依靠弯管的自然补偿，通常当管路转角不大于150131n°时，均能起到一定的补偿作用，其二是利用补偿器进行补偿，主要有方形、波形及填料三种补偿器。3．管路的保温与涂色为了维持生产需要酌高温或低温条件，节约能源，保证劳动条件，必须减少管路与环境的热量交换，即管路的保温。保温的方法是在管道外包上一层或多层保温材料，参见有关书籍。工厂中的管路是很多的，为了方便操作者区别各种类型的管路，常在管外(保护层外或保温层外)涂上不同的颜色，称为管路的涂色。常见管路的颜色可参阅有关手册。4．管路的防静电措施静电是一种常见的带电现象，流体输送过程中产生的静电如不及时消除，就容易产生电火花而引起火灾或爆炸。管路的抗静电措施主要是静电接地和控制流速，可参阅管路安装手册。第九章常用化工仪表131n第一节计量基础知识测量是检测技术的重要组成部分，是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得客观事物数据资料的认识过程。通过测量得到定量的结果。为了完成工业生产中提出的检测任务，并且尽可能地获得被测变量的真实值，需要对检测方法、检测系统的特性、测量误差及测量数据处理等方面的问题进行学习和计论。只有了解和掌握了这些基本技术基础，才能有效地实施测量。法定计量单位主要有：1.压力计量单位压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。它由受力面积S和垂直作用力F的大小决定。压力测量的单位取决于所选用的基本单位制。因为压力测量单位是力和面积的导出单位，所以不同的单位制有不同的压力单位。(1)现就常用的压力测量单位介绍如下。①国际单位制（SI制）在国际单位中，压力的单位是牛顿/平方为（用符号N/m2表示），又称为帕斯卡（Pa）。1帕约等于0.1毫米水柱的压力。②工程大气压一个工程大气压是指在1平方厘米的面积上有1公斤均匀垂直的作用力。用1kgf/cm2表示，1kgf/cm2≈9.81×104Pa。⑤在CGS制中，压力的单位是dyn/cm2(达因／平方厘米)。也叫微巴(用符号ubar表示)，1000ubar＝1mbar，1000mbar＝1bar，这类单位用在气象测量中。1bar＝1.02kgf/cm2。大气压力、表压力、绝对压力、负压力的关系如图9-1所示。表压力＝绝对压力-大气压力真空度＝大气压力-绝对压力图9-1绝对压力、表压力、真空度之间的关系2.液位(物位)计量单位在化工生产中对设备内的物位进行测量与控制是十分重要的。能为正常生产和质量管理及进行经济核算提供可靠保证。物位的高低，测量的方法很多。常用的单位一般就是长度单位m、cm、mm等，也可以用百分数表示。3.流量计量单位流量是指流经管道的(设备)某截面的流体数量。对它的测量可分为流量测量(瞬时流量)和总量(累积流量)测量。瞬时流量指单位时间内流经管道(设备)某截面的流体数量。累积流量指一段时间内流经管道(设备)某截面的流体数量。瞬时流量和累积流量都可以用体积流量（m3/h、m3/s、L/h、L/min、L/s）和质量流量(t/h、kg/h、kg/s)来表示。4.温度计量单位温度是表示物体冷热程度的物理量。分子的平均动能越大，物体的温度越高；分子的平均动能越小，物体的温度越低。一个物体所具有的平均动能的多少，决定了它的131n温度高低。用来量度物体温度高低的标尺叫做温度标尺，简称“温标”，是用数值表示温度的一种方法。目前国际上用的较多的有摄氏温标（℃）、华氏温标（ºF）、热力学温标（K）。第二节温度检测温度是表征物体冷热程度的物理量，温度检测就是借助各种物体的热交换及冷热程度变化的物理特性加以间接检测。一.温度检测仪表的分类温度检测仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类，接触式测温仪表一般分为膨胀式、压力式、热电偶和热电阻。通常来说，接触式测温仪表比较简单、可靠，测温精度较高。但由于受到耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度检测。非接触式测温仪表分为辐射式和红外线式。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测温的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏物体的温度场，反应速度也比较快，但受到物体的发射率、检测距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，检测误差较大。工业上常用的温度检测仪表分类如表9-1。表9-1工业上常用的温度检测仪表分类测温方式温度计种类测温范围优点缺点接触式测温仪表膨胀式玻璃液体50~600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录和远传双金属80~600结构简单紧凑，牢固可靠精度低，量程和使用范围有限压力式液体气体蒸汽30~60020~3500~250耐震、坚固、防爆、价格低廉精度低，量程和使用范围有限热电阻铂电阻铜电阻热敏电阻200~500-50~150-50~300测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制不能测高温，须注意环境条件会影响测量准确度非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400~2000700~3200900~1700测温时，不破坏被测温度场低温段测量不准，环境条件会影响测量准确度红外线热敏探测光电探测热电探测50~32000~3500200~2000测温时，不破坏被测温度场，响应快，测温范围大，适于测量温度分布易受外界干扰，标定困难二.热电阻(1)热电阻的测温原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是检测精度高，性能稳定。其中铂热电阻的检测精度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准温度计。131n从微观上考虑，当导体温度上升时，内部电子热运动加剧，其外在体现是导体的电阻值增加；反之则电限值减小，所以金属导体具有正的温度系数。热电阻测温就是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行检测的。(2)热电阻的结构①普通型热电阻工业常用感温元件(电阻体)的结构见图9-2。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来检测的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度检测带来影响。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。图9-2普通型热电阻结构图②铠装式热电阻铠装式热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图9-3所示，它的外径一般为Φ2~8mm，最小可达Φ1mm。与普通型相比，它有下列优点，体积小，内部无空气隙．检测滞后小；机械性能好、耐震，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。图9-3铠装热电阻结构1-金属套管；2-感温元件；3-绝缘材料；4-引出线③端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材料绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图9-4所示。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于检测轴瓦和其他机件的端面温度。图9-4端面热电阻结构1-保护管；2-感温元件；3-安装固定装置；4-屏蔽线④隔爆型热电阻131n隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发作的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。三.热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①检测精度高。热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；②检测范围广，常用的热电偶从-50~1600℃均可连续检测，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁-镍铬)，最高可达2800℃(如钨-铼)；③构造简单，使用方便。(1)热电偶的测温原理如图9-5所示，将两种不同材料的导体或半导体A和B端点焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A、B两个接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势。因而在回路中形成—定大小的电流，把这种效应称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶温度计由热电偶、显示仪表和连接导线组成，如图9-6所示。图9-5热电偶回路图9-6热电偶与显示仪表的连接(2)热电偶的结构对热电偶的结构要求有：①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极之间应很好的绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶按结构分主要有以下几种。①普通型热电偶，应用广泛，用来检测气体、蒸汽、液体等介质的温度。因使用条件基本类似，这类热电偶已标准化、系统化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接两种。图9-7为普通型热电偶结构示意图，采用螺纹连接。图9-7普通型热电偶结构图1-热电偶的测量端；2-热电极；3-绝缘管；4-保护管；5-接线盒②铠装热电偶，又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实的整体。铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分，其检测端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。铠装热电偶具有体积小、精度高、动态响应快、耐振动、耐冲击、机械强度高、可挠性好、便于安装等优点，已广泛应用在航空、原子能、电力、冶金、石油化工等部门。131n铠装热电偶结构及特点见表9-2所示。③表面热电偶主要用来检测圆弧形表面温度。按结构分为凸形、弓形和针形。图9-8为弓形表面热电偶。④薄膜式热电偶用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。这种热电偶做得很薄，而且尺寸也很小。它的特点是热容量小．响应速度快．适用于检测微小面积上的瞬变温度。如图9-9所示。表9-2铠装热电偶的结构形式及特点测量端形式示意图特点露头型时间常数小，适用于良好的工作氛围，寿命短接壳型时间常数较露头型大，适用于较坏的工作氛围绝缘型时间常数最大，适用于较恶劣的工作氛围图9-8直柄式弓形表面热电偶图9-9薄膜式热电偶1-热电偶；2-热接点；3-绝缘基片；4-引出线⑤快速消耗式热电偶是一种专为测量钢水及熔融金属温度而设计的特殊热电偶（如图9-10），其结构如图9-10所示，热电极由直径为0.05~0.1mm的铂铑10-铂铑30或钨铼0-钨铼20等材料制成。把它装在外径为1mm的U形石英管内，构成测温的敏感元件。其外部有绝缘良好的纸管、保护管及高温绝热水泥加以保护和固定。它的特点是：插入钢水后，保护帽瞬即熔化，热电偶工作端即刻暴露于钢水中，由于石英管和热电偶的热容量都很小，图9-10快速消耗式热电偶1-保护帽；2-感温元件；3-石英管；4-耐火水泥；5-纸管；6-补偿导线；7塑料插座；8-棉花因此能很快反映出钢水的温度，反随时间一般为4~6s。在测出温度后，热电偶和石英保护管都被烧坏，因此它只能被一次性使用。这种热电偶可直接用补偿导线接到专用的快速电子电位差计上。直接读取钢水温度。如图9-10所示。131n(3)热电偶的故障处理热电偶的常见故障、原因及处理方法见表9-3。表9-3热电偶的常见故障、可能原因及处理故障现象可能原因处理方法热电势比实际值小（显示仪表显示数据偏小）热电偶短路找出短路原因，进行干燥或更换缘子等处理热电偶的接线处积灰、造成短路清扫灰尘补偿导线线间短路找出短路点，加强绝缘或更换补偿导线热电偶热电极变质在长度允许的情况下，剪去变质段重新焊接，或更换热电偶补偿导线与热电偶极性接反重新接正确补偿导线与热电偶不配套更换相配套的补偿导线热电偶安装位置不当或插入深度不符合要求重新按规定安装热电偶与显示仪表不配套更换热电偶或显示仪表使之相配套热电偶冷端温度补偿不符合要求调整冷端补偿器热电势比实际值大（显示仪表指示值偏高）热电偶与显示仪表不配套更换热电偶或显示仪表使之相配套补偿导线与热电偶不配套更换补偿导线使之相配套有直流干扰信号进入排除直流干扰热电势输出不稳定热电偶接线柱与热电极接触不良将接线柱螺丝拧紧热电偶检测线路绝缘破损，引起断续短路或接地找出故障点，修复绝缘第二节流量测量仪表流体流量的测量和调节是工业生产的重要环节。随着工业生产的发展和节约能源的需要，流量测量愈引起人们的重视，流量仪表得到广泛的应用，流量测量技术获得较快的发展，这对于实现一生产工艺过程自动化、保证安全生产、提高经济效益都将起到重要作用。流量测量的关键在于仪表的正确选型和使用。流量仪表品种较多，使用范围较广。由于测量介质，诸如液体、气体和蒸汽等以及工况条件的不同，对仪表有不同的要求。，因此，必须了解流量计的工作原理、结构性能以及被测介质的特性、流动状态、管路情况以及生产工艺过程对仪表的要求，正确选用合适的仪表。其次，对仪表还必须使用得当和加强日常维护管理，才能取得满意的效果。安装不良、使用不当、维护管理不善往往导致仪表丧失精度或早期损坏，给生产造成损失，这在实际工作中屡见不鲜。一、常用流量计的基本原理131n流体在单位时间内流过管道或设备某横截面处的数量称为流量。该数量可以用体积、重量和质量来表示，流过的数量用体积计算的称为体积流量，用质量计算的称为质量流量，体积流量的单位为m3/s(也用m3/h,cm3/s,L/min表示)，质量流量的单位为kg/s(也用kg/h表示)。流量计是测量流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值，累积某段时间间隔内流体的总量值。流量测量的方法很多，较常用的测量方法大体上可分为差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计、转子流量计、漩涡流量计、靶式流量计、电磁流量计、超声波流量计等。由于流量测量方法的基础理论都建立在不同的物理原理上，因此各类流量计就相应具有各不相同的特点以及不同的使用场合，为了适应各种工艺条件及要求的过程控制，在此将介绍几种常用流量计仪表的工作原理。(一)转子流量计的基本原理转子流量计（如图9-11）广泛应用在各工艺部门中，主要由一根自下而上扩大的垂直锥形管131图9-11转子流量计的工作原理图和一只随流体流量大小而可以上下移动的锥形转子所组成。转子升降时，它的最大外径与锥形管之间的环隙面积随转子高度不同而变化。当流量增加时，转子上升环形面积增大，并使转子稳定在较高位置，此时高度h即可指示流量。故转子流量计也称为变面积流量计。根据其锥形管所选用的材料，可分为金属管转子流量计和玻璃管转子流量计。金属管转子流量计带有远传转换机构，可以实现对流量的就地指示，并可对应被测流量的大小输出气、电标准信号，与电、气动单元组合仪表配套使用，对流量进行指示或控制。因此金属管转子流量计也称为远传转子流量计。其工作原理：将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接，使转子带动铁芯一起运动，就可将流量大小转换成感应电压的大小，经放大后可输出直流信号。131(二)差压式流量计基本原理差压式流量计是一种使用历史较悠久，实验数据较完整的流量装置。它是以测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。在压力管路中加装孔板（如图9-12）、喷嘴、文丘利管等节流装置，用差压变送器测取节流装置前后水流速度变化而形成的压力差，用差值大小经开方器作开方运算后换算成流量，以输出毫安级直流信号。图9-12节流装置的取压方式1-1—角接取压法；2-2—法兰取压法；3-3—径距取压法；4-4—理论取压法；5-5—管接取压法(三)电磁流量计基本原理电磁流量计（如图9-13）131n是根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表。根据法拉第电磁感应定律，导电流体介质在水管中与外设磁场垂直方向流动而切割磁力线时，会在电极上产生感应电势E，然后通过变换器放大，输出直流信号，供显示仪表。图9-13电磁流量计原理图9-14涡轮流量计1-涡轮；2-导流器；3-磁电感应转换器4-外壳；5-前置放大器(四)涡轮流量计基本原理涡轮流量计（如图9-14）是一种速度式流量测量仪表，它通过测定置于流体中的涡轮的转速来反映流量的大小。涡轮流量计由涡轮流量传感器(包括前置放大器)和流量积算仪组成，可实现瞬时流量和累积流量的计量。涡轮流量传感器主要由壳体组件、叶轮组件、磁电感应转换器(包括前置放大器)等所组成。其工作原理，当被测流体通过传感器时，冲击叶轮叶片，使叶轮旋转，在一定的流量范围内及一定的流体粘度下，叶轮转速与流体流量成正比。而当叶轮转动时，叶轮上由导磁不锈钢制成的螺旋形叶片，依次接近处于管壁上的检测线圈，周期性地改变检测线圈磁电回路的磁阻，使通过线圈的磁通量发生变化而产生与流量成比例的脉冲电信号。此脉冲信号经前置放大器放大后送至二次仪表进行积算或显示。(五)漩涡流量计基本原理漩涡流量计是一种速度式流量计。输出信号是与流量成正比的脉冲频率信号或标准电流信号，可远距离传送，并且输出信号仅与流量有关，不受流体的温度、压力、成分、粘度和密度的影响。漩涡流量计是利用流体力学中卡门涡街的原理制作的一种仪表，把一个非流线型的对称形状的物体(如圆往体、三角柱体、矩形柱体、六面柱体等，以下简称漩涡发生体)垂直插在管道中，流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体的左右二侧后方交替产生漩涡，形成涡列。左右两例的漩涡的旋转方向相反。这种漩涡列通常被称为卡门漩涡列，也称卡门涡街。流体经过漩涡发生体强制形成漩涡，其中心沿管中心线向前移动，进入管的扩大部分时，漩涡统检测元件作螺旋运动，检测元件为热敏电阻，每当漩涡作用在该元件上时，使其温度发生变化，此时热敏电阻的阻值随着漩涡的频率而变化，通过电子线路将这个频率处理成直流信号。经流量显示仪或调节仪显示控制流量。(六)靶式流量计基本原理靶式流量计是一种速度式流量计，它与流量显示仪及调节仪等仪表配合，能测量控制高粘度以及含颗粒或腐蚀性介质的流量。131n其工作原理是，当被测流体流经检测元件时，流体作用于靶上的力与流体速度成正比，与流体流量的平方成反比，杠杆经密封膜片将靶上的力送到力平衡变送器，经变换器放大输出直流信号。(七)超声波流量计基本原理超声波流量计是近代发展起来的一种新型测量流量的仪表，在医疗、海洋观测，河流等方面的测量得到了广泛的应用。只要能传播超声波的流体均可用超声波流量计测量。该流量计也可测高粘度液体、非导电性或气体的流量。超声波测量流速的原理是：利用超声波在流体中的传播速度会随被测流体流速而变化。在管道外侧上下游处各设置探头一个，利用流体传播超声波，采用时频法测量流速（如图9-15），经变换后可显示瞬时流量。图9-15超声波测速原理二、常用流量计的应用(一)流量计的选用原则各类流量计具有各不相同的物理特性以及适用场合，因此，选用流量计时就必须考虑工艺条件，包括被测流量的种类、工作压力、工作温度、精度等级要求、经济性、现场安装及使用条件、具体用途(指示、记录、累积、计量、调节、控制)等，选择合适的流量仪表。(二)按照对被测介质的适应性选用流量计在流量检测的对象中除一般常见的液体、污染液体、气体和蒸汽、饱和蒸汽以外，在石油、化工、冶金、轻纺工业中经常有高粘度液体、腐蚀性液体、含纤维浆液、天然气等来选用流量计。(三)按照测量范围或流量刻度选用流量计在实际流量测量中，被测流体的密度、温度和压力往往与标定不同。而流量仪表一般均在特定介质及状态下进行标定和刻度的，通常液体用水，而气体是温度为20℃、压力为9.8×104Pa下的空气标定后分度的，因此选用流量计刻度时，需将实际工况条件下，被测介质的流量换算成标定情况下水或空气的流量，然后选择流量计。流量测量仪表的刻度范围宜符合仪表刻度模数的要求，当刻度读数不是整数时，为读数换算方便，可按整数选用。在方根刻度时，正常流量为满刻度的70%-80%，最大流量应不超过刻度的95%，最小流量不小于满刻度的30%。线性刻度时，正常流量为满刻度的50%-70%，最大流量不超过满刻度的90%，最小流量不小于满刻度的10%。用于计量的流量测量仪表，其精度宜高于1级。三、常用流量计的安装及维护为了保证流量计的测量精度，延长使用寿命，流量计应合理安装，正确使用，并加强日常维护和管理。流量仪表安装、使用的要求，随产品而异，但也有很多相同之处，本节就基本要求进行介绍。(一)流量计安装要求1.流量计应安装在干燥、通风、腐蚀性气体少，无剧烈振动。以及防雨措施良好的场所。2.流量计应按产品要求进行水平安装或垂直安装。垂直安装时应使被测流体自下而上通过流量计，以保证流量计导管内充满被测液体或不致产生气泡，以确保计量精度。131n3.流量计和显示仪表的安装要避免交直流强电磁场的干扰，要有效地使系统与外部电气影响隔离。4.为了便于使用及对仪表进行检修、拆洗，并保证修理时管道中液体不致中断，安装流量计时应加装旁通管道。5.电磁、涡轮、漩涡、差压等流量计的上游应设置直管段，直管段长度应符合要求。6.流量计安装前应对管道进行彻底清洗，防止杂质进入流量计，使流量计卡死或受到损坏。在新管路中安装时，应先用一根法兰短管代替流量计，待液体流过一段时间后，确认杂质已排除，再换上流量计。如果设有旁通管道，则让带有杂质的流体先从旁通管道通过。(二)流量计使用、维护流量计在使用维护中应注意如下：1.流量计应按照规定的流量范围、工作压力和工作温度使用，不得任意超出使用范围，以保证测量精度及使用寿命。2.流量计开始使用前，出口侧的阀门应处于关闭状态，先使源体充满管道和流量计，然后缓慢开启出口侧阀门，看其工作是否正常。当确认正常时，再逐渐增大到所需要的流量。3.流量计停止使用时，应先关闭出口侧的阀门，然后再关闭进口侧的阀门，防止被测介质倒流入流量计。4.流量计测量液体时，必须把壳体内的气体排净，否则将影响测量精度。5.在使用过程中，要经常检查流量计运转是否正常。如发现有异常现象，应及时停止运行，待检修好后，再投入运行。6.流量计使用一定时期后，要进行拆洗、标定。标定周期一般为一年。流量计在拆洗过程中发现零部件磨损，必须进行修理或更换零件，然后重新标定。第三节压力测量仪表在工业生产过程自动化中，压力是需经常测量和控制的参数之一。人们根据不同测量对象的物理性能，运用不同的物理原理和规律，设计制造出了各种类型的压力仪表。它主要应用在液体、气体、蒸汽等介质的检测和控制。目前在工业生产中、应用最广的压力仪表有弹性式压力仪表和电动单元组合仪表中的压力变送器两大类。按其感测元件，有弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等数种。本节主要介绍几种常用的压力仪表工作基本原理及使用方法。一、常用压力测量仪表的基本原理(一)普通弹簧管压力仪表的基本原理弹簧管压力仪表主要应用于非腐蚀性、无结晶的液体、气体、蒸汽等介质的压力和真空的测量。其仪表的工作原理是基于被测介质的压力进入弹簧管时，引起弹簧变形，从而产生相应位移，通过传动机构，使指针在刻度盘上指示出来，如图9-16、9-17所示。(二)膜片式压力仪表的基本原理膜片式压力仪表主要用于测量有一定腐蚀性的介质压力和易结晶和易凝固的各种粘性等介质的压力和真空度的。该种仪表主要有一个气室和膜片及传动机构等组成。它的工作原理是当被测介质进入气室时，膜片受到压力作用，从而产生相应的位移，经传动机构，带动指针在刻度盘上指示出测量值。131n图9-16弹簧管压力表图9-17弹簧管压力表原理示意图1-接头；2-衬圈；3-度盘；4-指针；5-弹簧管；6-传动机构（机芯）；7-拉杆；8-表壳；9-游丝；10-调整螺钉(三)电接点压力仪表的基本原理电接点压力仪表，适用于非腐蚀性、无结晶的液体、气体、蒸汽等介质。其工作原理与弹簧管压力仪表一样，均是利用弹簧管变形，而产生相应位移，使指针在刻度盘上指示出测量值。只是电接点压力仪表多一套电接点装置，它与相应的电气器件(如继电器及接触器等)配套使用，便使被测压力逾出上下限时能实现自动控制、发讯和报警。电接点压力表接线原理图如图9-18所示：图9-18电接点压力表接线原理图(四)远传压力变送器的基本原理远传压力变送器种类繁多，按其能源形式可分为气动、电动两大类。按测量元件还可分为波纹管、弹簧管、电容式等数种。本节仅介绍电动类型，测量元件为波纹管的远传压力变送器。电动远传压力变送器为电动单元组合仪表中的一个单元。压力变送器在自动调节系统中作为检测环节，用以连续测量液体、气体、蒸汽等介质的压力或负压(即真空吸力)，也可以用来测量开口容器的液位。并将被测的参数转换为0-10mA或4-20mA的直流信号。它与调节器及其它的仪表可组成自动测量。记录调节、控制等系统。电动远传压力变送器主要有测量元件(波纹管)和转换机构及电子放大器等部件组成。当被测介质的压力P通过测量元件(波纹管)转换成作用力F，在F的作用一下，产生力矩使力平衡转换机构的主杠杆产生偏转，同时带动副杠杆下检测片产生位移S，此位移由检测放大器检测放大，而输出直流信号，该输出直流信号流过反馈动圈时，产生电磁反馈力F反使副杠杆转动，当反馈力F反所产生的力矩与作用力F所产生的力矩相平衡时，检测片不再位移，压力变送器便达到一个新的稳定状态，此时放大器输出电流与输入压力值成正比。131n二、压力表及远传压力变送器的选用(一)压力表、变送器的量程选择测量稳定压力时，正常操作压力应为量程的1/3-2/3；测量脉动压力时，正常操作压力应为量程的1/3-1/2；测量高压时，正常操作压力不应超过量程的3/5。(二)就地压力测量仪表的选用对常用的空气、水、蒸汽等的压力测量可选用普通弹簧管压力表。对特殊介质，宜选用专用压力表。例如，对炔、烯、氨及含氨介质的测量，应选用氨用压力表；对氧气的测量，应选用氧气压力表；对硫化氢及含硫介质的测量，应选用抗硫压力表；对剧烈脉动介质的测量或者防振措施无法奏效而影响系统的要求时，宜选用耐用压力表；对粘性非腐蚀性介质的测量，宜选用膜片式压力表；对腐蚀性介质(如硝酸、醋酸、部分有机酸或其他无机酸及碱类)的测量，宜选用耐酸压力表或膜片式防腐型压力表。就地指示压力表的精度可选1.5级或2.5级。(三)压力变送器、传感器的选用要求采用标准信号时。一般应配置压力变送器。对爆炸和火灾危险场所，应选气动压力变送器或防爆电动压力变送器。微压力的测量，可选用微压变送器。当对象的微压是对大气而言时，宜选用微压变送器；对粘稠、易堵、易结晶、腐蚀性强的测量介质，宜选用带法兰膜片式变送器；环境条件较好，测量精确度要求不高的场合，可选用弹簧式远传压力表、电感式压力表、电阻式压力表、或霍尔压力变送器。三、压力表和远传压力变送器的安装和维护压力表安装的地方，应力求避免振动和高温的影响，如图9-19所示要求。取压管的内端面与设备或管道的内壁应平整，无凸出物或毛刺，以保证正确取得静压力。被测介质温度超过60℃时，取压口至阀门间或阀门至压力表间应有冷凝管；对于腐蚀性介质，应加装充有中性介质的隔离器。总之应针对被测介质的不同性质(高温、低温、腐蚀、赃污、结晶、沉淀、粘稠等)采取相应的防温、防腐、防冻、防堵等措施。取压口到压力表间应装有切断阀，以备检修压力表时使用，切断阀应装在靠近取压口处，对被测介质的工作压力低于0.5kgf/cm2、且无毒性及无特殊要求的取压装置，可以不装切断阀。需要进行现场校验和经常冲洗引压管的情况，切断阀可改用三通阀。脉动压力介质的测量，可选用压力表阻尼截止阀。引压导管不宜过长，以减少压力指示的滞后。图9-19压力表安装示意（a）测量蒸汽；（b）测量有腐蚀性介质；（c）压力表位于生产设备之下1-压力表；2-切断阀门；3-隔离罐；4-生产设备；、—被测介质和中性隔离液的密度第四节物位测量仪表131n在现代生产过程中，常需测量或控制容器内的物位，使它保持在工艺要求的高度，或对它的上下极限位置进行报警；根据物位来连续监视或调节容器中流入流出物料的平衡，为此对物位必须进行测量和控制。物位测量仪表品种较多，测量形式也多样，在此仅介绍几种常用物位测量仪表。一、物位测量仪表原理(一)翻板液位计的基本原理翻板液位计主要适用于直接指示密闭或开口容器中液体液位，亦可附加液位上下限报警器，实现自动报警和控制。该仪表的工作原理：在与容器连接的连通管内，有磁性浮子。浮子随管内液位上升和下降。通过浮子内的磁钢，将液位的变化传输到翻板上，翻板一面红色，一面绿色。上升时红色一面连续翻向外面；液位下降时绿色一面连续翻向外面，翻板红色面组成的红色条，即指示出液面高度。(二)浮子式液位计的基本原理浮子式液位计用于直接测量各种敞开或有压容器内的液位高度。该类液位计仪表大致可分为浮球和浮筒二种液位计。浮球液位计主要有浮球、二次仪表和显示控制仪表等组成。其工作原理是当被测量的液位发生变化时，测量元件浮球随之位移。带动二次仪表内的多圈式电位器转动，改变其电阻值，输出一个随液位高度变化的电信号，经液位显示控制仪放大后显示出液位值。而浮筒液位计主要有磁浮筒、导管、传感部件及转换器和液位显示仪所组成，其工作原理：当浮筒随液位浮动时其永磁体作用于传感部件，传感部件输出一个随液位高度变化的电信号，经转换器放大输出直流信号，通过液位显示仪，显示出液位值。(三)电容式物位变进器的基本原理电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽。容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。它可与各种记录仪表及电动单元组合仪表配套实现液位、料位的自动记录，控制和调节。电容物位计主要有变送器、转换器和显示仪表所组成。变送器为一端密封的优质绝缘导线，它实质上是随被测液位而改变其电容量的圆柱形电容器(导线线芯是变送器的一个电极，绝缘层为中门介质，导线插入被测液体内，此液体为变送器的另一电极)。变送器两极间面积随液位变化，电容量也随之成正比变化，经转换器转换放大成直流信号，再传送到显示仪显示出液位。(四)差压液位变送器的基本原理在工业生产过程中常采用差压变送器与调节器等其他仪表组合来测量贮槽或反应罐的液位。它利用容器内液位改变时，液体产生的静压相应变化的原理测量压力(差压)，并以压力(差压)大小反映液位的高低。如图9-20所示：图9-20差压式液位计原理图二、物位测量仪表的选用(一)物位测量仪表的选用原则131n液位和界面测量，一般应根据介质的特点，合理地选择测量方法和检测仪表。料面测量，应根据物料的粒度、物料的安息角、物料的导电性能、料仓的结构形式及测量要求进行选择。物位测量仪表的量程应使正常物位处于量程的50%左右。用于可燃性气体、蒸汽及可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位仪表，应根据所确定的危险场所的类别以及被测介质的危险程度，选择合适的防爆结构型式或采取其他的防腐措施。(二)物位测量仪表的选用在物位测量的对象中除一般常见的液体、污染液体、腐蚀性液体、高粘度液体、含纤维浆液、还有粘湿性固体、粉状固体、粒状固体等。物位测量仪表的安装好坏直接影响到该仪表的使用，由于各类的物位测量仪表结构、性能不同，它们在安装时都有所不同。所以在装时应根据各类物位测量仪表的工作状态，安装要求进行安装。由于物位测量仪表长期工作于各种被测介质之中，使得物位测量仪表的传感器或变送器(差压式、电容式、电阻式等仪表)的表面亦受到介质的沾污，从而影响仪表的测量。因此为了保持仪表良好的性能和测量精度，应定期对物位测量仪表进行清洗和校正。一般为每半年进行一次清洗和校正。131