水质工程学第~章.ppt

图2－12 地表水直接过滤工艺流程 原水 混合 直接过滤池 清水池 二级泵站 用户 （2）地表水直接过滤工艺流程 混凝剂 消毒剂 图2－13 高浊度水处理工艺流程 原水 预沉池或沉砂池 混合 絮凝沉淀池 滤池 清水池 二级泵站 用户 （3）高浊度水处理工艺流程 混凝剂 消毒剂 图2－14 受污染水源处理工艺流程 原水 混合 絮凝沉淀池 砂滤池 清水池 二级泵站 用户 （4）受污染水源处理工艺流程 混凝剂 O3 活性炭滤池 Cl2 2、城市污水处理典型流程 图2－15 城市污水处理典型流程 3、回用水处理工艺流程 图2－16 再生水厂处理工艺流程 （2－10） 按稳定状态考虑，CA0始终不变，CAe也不随时间 变化，即dCA/dt＝0，则： 假定反应器内物料完全均匀混合且与输出产物完 全相同，并在等温下操作，则物料平衡方程式为： （2－9） 若为一级反应，根据化学反应动力学，有 rA=－kCA，代入式（2－10）得到： （2－11） 将V=Qθ（θ为平均停留时间）代入上式并整理得： （2－12） （2－13） 若为二级反应，根据化学反应动力学，rA= －kCA2 ，代入式（2－10）并整理得到平均停留时间为： CFSTR型反应器在水处理中应用较多。 如果采用多个体积相等的CFSTR型反应器串联使用，将会大大缩短反应时间。如图2－5所示，n个CFSTR型反应器串联，第2只反应器的输入物料浓度即为第1只反应器的输出物料浓度，以此类推。 图2－5 串联的CFSTR型反应器 设为一级反应，按式（2－12）每只反应器可 写出以下公式： 以上所有公式左边和右边分别相乘得到： （2－14） 由（2－14）可得到每个反应器的平均停 留时间为： （2－15） n个串联的CFSTR型反应器的总停留时间为 T＝nθ。 一般串联的CFSTR型反应器越多，所需反应时间越短，当n→∞时，所需T将趋近于CMB型和PF型反应器的反应时间。但生产中串联数太多，会造成结构复杂，操作麻烦，应视具体情况来设计。串联的机械絮凝池即为串联的CFSTR型反应器。 图2－6 PF型反应器 3、活塞流反应器（PF型） 在PF型反应器内，物料以相同流速平行流动，无扩散作用，物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。PF型反应器唯一的质量传递是平行流动的主流传递。 设反应器长为L，横断面积为A，通过反应器的 流量为 Q ，速度v＝Q/A 。取长为dz的微元体积 A·dz，对微元体列物料平衡方程得： 即： 整理得： （2－16） （2－17） 稳定状态下，沿液流某一断面处Cz不随时间而 变，则dCz/dt＝0，故有： 由边界条件，z＝0时，Cz=C0，积分上式得： 所以，从进口到某一断面的反应时间为： （2－19） （2－18） 公式（2－19）和公式（2－6）完全相同，因为PF型和CMB型反应器反应过程一样，均是起始在高浓度C0下反应，随着时间延续，物料浓度逐渐降低，反应速度才逐渐减小。但PF型优于CMB型，为连续生产，实际中应用更广。 1、返混 返混指不同时刻进入反应器的物料混 合，即停留时间不同的物料之间混合。 造成返混的原因有：环流、对流、短 流、流速不均匀、设备中存在死角以及物 质扩散等。 三、非理想反应器 返混所造成的影响： 返混的存在使一部分物料在反应器内实际停留时间小于平均停留时间τ，另一部分物料的实际停留时间则大于平均停留时间τ ，由此形成了停留时间分布。 返混改变了反应器内部的浓度分布，影响了反应 器的生产能力，返混级数越高，影响越大。 CSTR型反应器的生产能力远远低于PF型反应器就是返混造成的影响，返混使CSTR 型反应器的生产效率大大下降。 生产设备中的流态一般介于PF 型和CFSTR型之间，我们可以用返混程度来衡量实际反应器偏离理想反应器的程度。由于返混程度不同，将引起物料在反应器内停留时间分布不同，故可通过测定停留时间分布来判断返混程度，即利用停留时间分布来判断设备的流型是接近于PF型反应器还是接近于CFSTR型反应器。 下面用示踪实验来测定停留时间分布。 在反应器物料进口处瞬间加入一定量的示踪剂 （有色颜料、不参与反应的物质等），随即测定物料出口处示踪剂浓度随时间的变化。以示踪剂出口浓度C为纵坐标，时间t为横坐标，绘制停留时间分布曲线，用停留时间分布函数E(t)表示。 （1）PF型 PF 型反应器的停留时间分布曲线见图2-7。在PF型反应器内，全部示踪剂将在V/Q的时间 后，同时流出反应器。 图2－7 PF型反应