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1、课程名称：水质工程学I第_周，第1讲次摘要授课题目（章、节）第1章水处理概论11水源水质12水质标准13水处理方法概述【目的要求】使学生了解7【重点】水源水质；7【难点】K处理分类；水源水质；水质标准；水处理方法K质标准；水在自然界及生产生活中的循环与利用；内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】城市给水处理1、参考书：给水处理理论与设计当代给水与废水处理原理水处理工程水处理技术反应工程工业水处理技术给水与污染控制工程论水的混凝冷却塔水工业工程设计手册给排水设计手册第1章水处理概论一、水处理：是给排水的主干课。1、目的：（1）去除水中影响使用水质的杂质以及污泥的处置。（2）为了满足用水要求，向
2、水中加入新的成份与改变水的化学性质（缓蚀剂、阻垢剂）。（3）改变水的物理性质。（冷却、降低水的粘度）2、分类:城市给水处理：达到饮用给水处理：I水水质卫生标准。达到用水所工业给水处理：达到相应水处理,需水质要求的工业用水标准。（标准）城市（市政）污水处理：I污水处理达到排放标准。主要是去除有机物。工业污水处理：达到排放标准或回用（再用）标准。污染物的多样性。给水处理与污水处理的区别和划分：1、污水处理以排放为目的。2、给水处理以供水（回用、再用）为目的。3、工艺上：由于水源地水污染越来越重，4、和污水处理的回用、再用。其区别越来越小。5、工业水处理工艺多种多样。1一1水源水质一、原水中的杂质1
3、、水源：江、河、湖（水库）、海、地下水（污水处理厂的出水）。取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样的杂质。2、水中杂质形成的原因：由于水的性质：a、极性；使一些物质溶解。b、粘度小；c、比重适宜;d、易流动；使一些比重相近的杂质混杂在水种。3、水中杂质的来源：A、自然过程：例如，地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥砂和腐殖质等等。B、人为因素：人类活动造成的污染，即工业废水、农业污水及生活污水的污染。水中杂质按尺寸大小分类（悬浮物、胶体和溶解物3类）七，*七4L0.KWMT. I 7一 A 14、水中杂质分类：（1）、按尺寸分类：I、溶解物
4、质:离子，低分子。0.05nm（H-）ln,水呈透明状（真溶液）。IK胶作：粘土、细菌、病毒、腐殖、蛋白质等。特点：带电微粒。（天然水中的胶体一般带负电荷，有机高分子物质通常也属于胶体一类。）Inmlm之间。I悬浮物:尺寸较大，大于IOonIno特点：易于在水中下沉或上浮。注：胶体与悬浮物的区别在于电性的显著否，有一过渡段，100nmlm（2）按化学性质分类：I、有机物杂质:（又分：可生物降解；难生物降解；不可生物降解。口、无机物杂质。（3）溶解的气体，02,C02,（H2CO3）,N2o（4）离子：I、阳离子：Ca2Mg2+,NaK，F,靖，里。（少量）IK阴离子：HCO3,SO,C1；HS
5、iOsCO32-,No（少量）二、天然水质特点：1、地下水:I、水质清澈，水温稳定，不易受污染。IE硬度高60300mgL（CaO）,少数地区可达300700mgL.TIK含盐量高；含铁、镭高。（有时含有放射性物质；有毒物质。）2、江河水:I、含浊度：由四季变化，西北地区有高达数百Kg/n?。TI含盐量、硬度低于地下水，1530mgLIIK易受污染，水温不稳定。3、湖泊、水库：I、特点：流动性小，贮存时间长，经过了长期的自然沉淀，蒸发，补充等自然活动。II、常规下浊度低，（特大风浪时，暴雨时泛起湖底泥沙有较大浊度。）视湖的盐分分：淡水湖微咸水湖（含盐量IOOOnIg/L以上）咸水湖（含盐量可达
6、数万mgL）IIK易受污染，不稳定。4、海水：I、含盐量高，CI化物为主，约占89%硫化物次之。浊度低。IK已有污染情况，自净能力大。（并非无限）地表水：与地下水相对的所有的水体。三、水源污染1、人类活动是水体污染物的主要来源。2、分类：有机污染物（已发现：源水中有2221种，饮用水中765种）无机污染物（其中包括重金属）。有机污染物：有些对人体具有毒害。毒害种类：直接、简接、急性、慢性、显性、隐性。其中有三致物质：致癌、致畸、致突变。这部分内容正处于研究阶段。12水质标准什么是水质标准：用来规范水质的若干水质参数指标。给水水质标准是用水对象（包括饮用和工业用水等）所要求的各项水质参数应达到的
7、指标和限值。生活饮用水卫生标准:与人类健康和生活使用直接相关的水质参数指标。工业用水标准:与该工业使用直接相关的水质参数指标。污水综合排放标准:为保持水体良好状态的排放水水质参数指标。自来水公司：自来水公司（简称水司）分四类：各类分别执行暂行水质目标。第一类水司：指最高日供水量超过IOO万立方米的直辖市、对外开放城市、重点旅游城市和国家一级企业的水司，水质目标共列出88项水质指标。第四类水司：最高日供水量小于10万立方米的小城镇水司，水质标准按现行标准执行。第二和第三类水司：则介于第一和第四类水司之间。有条件时，应尽量提高饮用水水质。当水源污染较严重时，水质检测项目不能限于现行（标准），水质指
8、标应力求向一类水司水质目标靠近。生活愦用水11生W13.aft色Jt+ili3flL#不呈现苴僮包不i0.002iL*M3MMt4Q*f.L.X*厂R0Ititm.1A*etnIW.AM0l4彝！fWZ1一、生活饮用水卫生标准：（随着科学技术的发展而发展，是动态变化的。1956年首次，至1985年第4次修订现执行GB574985）1、感官性状和一般化学指标：感官性状:又称物理性状，人的视觉，味觉，嗅觉等表中的前四项：主要是人的厌恶感，不一定对人健康构成危害。色、浑浊度NTlJ（NephelometricTurbidityUnitS）散射浊度单位、臭和味、肉眼可见物，按感官性状或使用要求制订标准
9、物质：钠、钾、钙、铁、锌、镁、氯等是人体必需的化学元素，对人体健康有益的化学物质，但不希望过量，如含量过多，往往会对生活使用产生种种不良影响。（1）铁：铁是合成血红蛋白和氧化酶等所必需的元素，但水中含铁量过高时，会使衣物器InI染色并形成令人厌恶的沉淀或异味。（2）铜：铜能参与人体细胞的生长、增殖和某些酶系统的活化过程，但铜含量超过lmgL时，可使衣物及白瓷器皿染成绿色。（3）锌：锌是酶的组成部分，参与新陈代谢，但水中锌含量超过5mg/L时，便使水产生金属涩味甚至使水混浊。（4）硬度：近年来国外有专家研究表明，人们长期饮用硬度过低（即钙、镁含量过低）的水，心血管疾病及癌症发病率增高，但硬度过高
10、的水，会使烧水壶结垢并用以洗衣时浪费肥皂。以上这类物质含量均按感官性状或使用要求制订标准。按感官性状要求制订标准的还有：（第三类）是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。（1）挥发酚类：酚具有恶臭，饮水加氯消毒时所形成的氯酚恶臭更甚。（2）阴离子合成洗涤剂：阴离子含成洗涤剂含量超过0.5mgL时，水即有异味并起泡沫。因为，水质标准中有些化学物质或化学指标是与感官性状相联系的。所以，将感官性状和一般化学指标安排在一起。2、毒理学指标：有毒物质，碎、汞、镉、辂、氧化物、氯仿、苯并（a）花等。有毒物质一般由于水源污染造成，未受污染的天然水中，有毒物质很少（个别除外，高氟水源）。有些有毒物质含量
11、高时会引起急性中毒，而大多数有毒物质往往在人体内积蓄引起慢性中毒。各种有毒物质的毒性表现各不相同。（1）氟化物：有剧毒，一次摄入5060mg会致死，主要作用于某些呼吸酶，引起组织内窒息，影响呼吸中枢及血管舒缩中枢。低剂最慢性中毒时，甲状腺激素生成量减少。氟化物会使水产生杏仁味，其嗅觉阈浓度为0lmgL,但此浓度对人体健康已会构成危害，故按毒理学要求，水中含量不得超过0.05mgL（2）汞及其化合物：在人体内积蓄。主要对人的神经系统、心脏、肾脏和肠胃有毒害作用。（3）镉的化合物：能积蓄于人体软组织中，引起肾脏器官病变并影响酶的正常活动。有资料认为，摄取过量镉还会引起骨痛病。（4）W：（也是人体所
12、需元素，它参与细胞代谢过程），但过量碑化物可引起毛细血管、新陈代谢和神经系统等病变。（5）硒：（也是人体所需元素。有关资料称，克山病与人体中硒摄入量过少有关。）过量硒对人的肝、肾、骨髓和中枢神经有破坏作用。（6）氟：（也是人体必需元素，人体缺氟会引起脯齿。）过量氟能引起牙斑釉和骨硬化。碑、硒和氟等虽然都是人体所需元素，但毒性均较明显，故按毒理学要求限制水中的含量。（7）四氯化碳、氯仿、苯并（a）花等：属有机污染物，已确认为致癌物或可疑致癌物。当前，人们对饮水中有机污染物更加重视。我国标准与欧共体国家和美国等水质标准的主要差距是在有机污染物方面所列项目较少。一类水司暂行水质目标中所增项目，有机物
13、占相当大比例。水中各种化学物质与健康的关系实际上相当复杂，有些至今仍不很清楚。近来美国有资料认为，水中含氟量过高会引起心血管病和癌症发病率增加。人体缺硒可能与恶性肿瘤有关。进入人体内的各种元素之间还存在生理协同作用与拮抗作用。协同作用:当两种元素在人体内所引起的共同作用大于同样含量下两者分别所起作用之和时，称协同作用。例如，铜和铁可能起协同作用，没有铜，铁就不能进入血红蛋白分子，故铁元素充足而缺铜时也同样会发生贫血症。桔抗作用:当两种元素共同作用，使其中一种或两种分别所起作用受到削弱时，称桔抗作用。有资料报导：硒对神、汞、镉的毒性有缓和作用；锌对镉的毒性也有减弱作用。这些就是桔抗作用结果。近年
14、还有研究资料报导：人体所需主要元素得到满足时，非主要元素就难被吸收。(浓度影响的化学位的变化。)例如，若水中钙、镁含量较高而铅含量少时，人体将会选择吸收主要元素钙、镁，而将非主要元素铅排泄掉；但若钙、镁含量也低，细胞就可能吸收非主要元素铅，从而导致蛋白质或酶机能障碍。3、细菌学指标：细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。(1)细菌总数：水为传媒的传染病很多。病原微生物包括：致病细菌、病毒及病原原生动物。要直接测定各种病原微生物显然不可能。指标采用细菌总数和总大肠菌数作为例行检测指标，间接反映水中病原微生物密度或致病的可能程度。(2)总大肠菌数：反映病原菌消失程度，有些大肠菌本身就是致病菌。大肠杆菌不
15、仅在人的粪便中普遍存在，而且数量最多，当水中大肠菌类很少时，病原菌将不复存在。因大肠杆菌的检验也较方便，故目前以总大肠菌数作为水质指标。但大肠杆菌作为病毒和原生动物胞囊替代指标还很不够。近年来发现的0175大肠菌和1975年引起肠泻流行病的产毒大肠埃希氏菌亚类，改变了多年来认为大肠菌不属于致病菌的概念。(3)余氯：余氯量指用氯消毒时，加氯后经过一定接触时间，水中尚含的剩余游离性氯量。作用：保证在供水过程中继续维持消毒效果，抑制水中残存的病原微生物在管网中再度繁殖；还可作为水质受到再度污染的指示信号。故标准中将余氯列入细菌学指标中。水厂中浊度的去除程度，与病毒和原生动物的消失程度相关。降低水的浊
16、度也有利于病原微生物的去除。4、放射性指标：（1）、总Q放射性：O.IBq/L（Bq放射性活度，单位贝可勒尔）（2）、总B放射性：IBq/L工业用水水质标准：工业用水种类繁多，水质要求各不相同。水质要求高的工艺用水，不仅要求去除水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还需要不同程度地去除水中的溶解杂质。1、食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求应当高于生活饮用水的要求。2、纺织、造纸工业用水，要求水质清澈，且对易于在产品上产生斑点从而影响印染质量或漂白度的杂质含量，加以严格限制。如铁和镭会使织物或纸张产生锈斑。水的硬度过高也会使织物或纸张产生钙斑。3、对锅炉补给水水质的基本要求是：凡能导致锅炉、给水系统
17、及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质，都应大部或全部去除。锅炉压力和构造不同，对水质要求也不同。汽包锅炉和直流锅炉的补给水水质要求相差悬殊。锅炉压力愈高，水质要求愈高。低压锅炉（压力小于245OkPa）,主要限制给水中的钙、镁离子含量，氧量及PH值。水的硬度符合要求时，即可避免水垢的产生。电子工业：需要纯水。电子工业零件的清洗及药液的配制等，都需要纯水。特别是半导体器件及大规模集成电路的生产，几乎每道工序均需高纯水进行清洗。高灵敏度的晶体管和微型电路所需的高纯水，总固体残渣应小于lmgLo电阻率（在25左右）应大于10106Ccmo水中微粒尺寸即使在1m左右，也会直接影响产品质
18、量甚至成次晶。工业冷却水：（水是最廉价、最优良的传热介质。）生产过程中常需要大量冷却水用以冷凝蒸气以及工艺流体或设备降温。冷却水首先要求水温低，同时对水质还有其它要求：悬浮物；藻类；微生物。危害：使管道和设备堵塞；在循环冷却系统中的结垢、腐蚀和微生物繁殖。1-3给水处理方法概述水处理工艺特点：经济；实用；技术成熟。“中-4HtnM1、地表水常规处理工艺：（澄清）加药混凝一沉淀一过滤一消毒去处对象：悬浮物；胶体；灭活致病微生物。2、预处理：在常规处理工艺之前的工艺。预处理一常规处理工艺包括：沙预沉池或沉沙池、粉末活性炭吸附法；臭氧或高钵酸钾氧化法；生物氧化法、曝气法，水库蓄存法等。目的：去除水中
19、有机污染物，除味、除臭、除色作用。使原水适宜常规处理工艺正常工作。3、深度处理：置于常规处理后的水处理工艺。常规处理一深度处理包括：粒状活性炭吸附法；臭氧坂粒状活性炭联用法、生物活性炭法；化学氧化法；光化学氧化法、超声波切紫外线联用法。（物理化学氧化法。）膜滤法等。目的：去除水中溶解性的有毒有害物质，三致物质（具有致癌、致畸、致突变的有机污染物）或三致前体物（如所腐植酸等）基本原理：吸附、氧化、生物降解、膜滤。澄清和消毒地表水为水源的生活饮用水、工业用水的常用处理工艺。澄清工艺通常包括:混凝、沉淀（过滤）。处理对象：水中悬浮物和胶体杂质。过程：原水加药f混凝（悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体）f沉
20、淀（重力分离包括气浮）。过滤过滤：利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物。置于混凝和沉淀构筑物之后，进一步降低水的浑浊度。有效的混凝、沉淀和过滤，能有效地降低水的浊度，并对水中某些有机物。细菌及病毒等的去除也有很大效果消毒消毒：灭活水中致病微生物的过程。主要消毒方法：水中投加消毒剂以杀灭致病微生物。普遍采用的消毒剂是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧消毒也是一种消毒方法。除臭、除味属饮用水净化中所需的特殊处理法。工艺：活性炭吸附；氧化法；曝气法；微滤；气浮法等。活性炭吸附或氧化法：去除水中有机物所产生的臭和味；曝气法：去除溶解性气体或挥发性有机物所产生的臭和味；微滤或气浮法：去除因藻类繁
21、殖而产生的臭和味。也可在水中投加除藻药剂；除盐措施：去除因溶解盐类所产生的臭和味。除铁、除锦常用方法：自然氧化法和接触氧化法。设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池；设置曝气装置和接触氧化滤池。工艺系统的选择：根据是否单纯除铁还是同时除铁、除钵，原水中铁、钵含量及其它有关水质特点确定。还有药剂氧化、生物氧化法及离子交换法等。原理：使溶解性二价铁和钵分别转变成三价铁和四价镭的沉淀物而被去除。除氟当水中含氟量超LOnIg/L时，需除氟措施。除氟方法：分两类，一是沉淀法，投硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；二是吸附交换法，利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。使用活性氧化铝除氟的较多。软化处
22、理对象：主要是水中钙、镁离子。软化方法：离子交换法和药剂软化法。离子交换法：使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的阳离子互相交换以达到去除目的；药剂软化法：水中投入药剂如石灰、苏打等以使钙、镁离子转变为沉淀物而从水中分离。淡化和除盐处理对象：水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。咸水淡化：将高含盐量的水（如海水及苦咸水）处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程，称为咸水淡化。水的除盐：制取纯水及高纯水的处理过程称为水的除盐。主要方法：蒸馈法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。离子交换法需经过阳离子和阴离子交换剂两种交换过程；水的冷却水是世界上最经济的冷却介质。循环冷却水系统处理工艺：冷却塔；喷
23、水冷却池；水面冷却湖。生产过程中产生的热量往往会使设备或产品温度升高从而影响生产甚至发生事故，用水作为冷却介质对设备进行降温，因水的热容量大,是吸收和传递热量的良好介质。水作为冷却介质，通过换热器等设备以后温度升高，必须经过冷却处理使水再恢复原先温度后才能恢复使用功能循环再用。水的腐蚀和结垢控制水在使用过程中有时会对金属管道或容器材质产生腐蚀和结垢作用，在循环冷却水系统中尤其突出。控制腐蚀和结垢：水质调理的方法是通过向水中投加化学药剂来完成。缓蚀剂：控制腐蚀的药剂称缓蚀剂。阻垢剂：控制结垢的药剂称阻垢剂。也可通过去除水中产生腐蚀和沉积物的成份来达到水质调理目的【本讲课程的小结】本讲介绍了水处理
24、分类；水源水质；水质标准；水处理方法要求大家，对本讲内容有充分的了解。和制定水质标准的目的。水在自然界及生产生活中的循环与利用；天然水中的污染物，各种污水中的污染物，水体的污染与自净,富营养化产生、危害与控制等。饮用水水质与健康，水质标准。【本讲课程的作业】课程名称：水质工程学I笫1周,第2、3讲次摘要授课题目（章、节）1-4反应器【目的要求】了解反应器的概念，主要单元处理方法。【重点】物料平衡理论及应用；反应器停留时间。【难点】反应器停留时间的数学推导。内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】14反应器反应器是化工生产过程中的核心部分。在反应器中所进行的过程，既有化学反应过程，又有物理过程，
25、影响因素复杂基本概念1、反应器：工程工艺设备中，发生化学反应的容器称为反应器。2、反应器中的过程：包括：化学过程：化学反应物理过程：传递（传质），温度压力等因素过程。3、反应工程：研究反应器有关问题的学科称为反应工程。4、水处理反应器特点：含义较广。水处理设备与池子都作为反应器来进行分析研究，包括化学反应；物理化学过程；生物化学反应；纯物理过程等。如：水的氯化消毒池，除铁、除镐滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等。一段河流自净过程等，都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。一、化学反应动力学（-）基本概念：1、化学反应：由分子或离子碰撞导致电子转移或原子的重新排列组合，导致反应物消失；生成物形成的
26、过程。通式：xA+yBfpC+qD2、反应速率：化学反应速率是指单位时间。单位体积由反应物消失的数量或生成物增加的数量。或者说：单位时间内，反应物浓度减小或生成物浓度增加的数值。量纲：（摩尔/时间体积）或（质量单位/时间、体积）。公式表示：MCi）=3dt式中：。一反应物种，的浓度。67表示反应物，在公式右边为负值，67表示生成物，公式右边变为正值。由实验，如果反应物种，反应速率为：rg=O=kycgat并知。和的数值，则反应级数为（。+）,即浓度的指数之和。，速率公式，是通过实验求得的一种表达式；，。和S一定和化学计量式（142）的系数X和y相同，（。+）值可以为零、一、二等，分别称零级、一
27、级和二级反应，三极反应极少。（大于三级反应的至今未发现。）（化学反应是由分子碰撞而引起的。分子碰撞导致电子转移或原子的重新排列组合，于是引起反应物的消失以及生成物的形成。）（反应的快慢，取决于分子碰撞次数的多少。而分子碰撞次数直接与反应浓度有关。因而，反应速率也就与反应物浓度的乘积成正比关系。）3、反应速率常数A：式中k值称反应速率常数，女与温度T有关，A与时间无关。4、化学反应类型：RMtPAaRftA41CD，发应可星星点/C0*vnsA-1B4CA1.4*kms(,+s反应速率达到最大值，反应速率与(S)无关，呈零级反应，图中曲线趋于水平。若要提高反应速率。只有增加酶浓度(EO)才行。2
28、 .当反应物S浓度较小时，(S)km,分母中(S)可忽略不计，即：k,ft*+sr=_吏NSl=_ax.js小心K1反应速率与(S)正比关系，是一级反应。图中曲线趋于直线。随着(S)逐渐增大，反应将由一级逐渐过渡到零级。公式也适用于实验曲线具有图示形状的其它化学反应。在废水生物处理中，微生物的比增长率即具有公式所示的形式。三、物料平衡和质量传递(1)物料平衡方程：质量守恒定律的数学表达式。任何化学反应都遵守质量守恒定律。设在反应器内某一物料组分i的变化速率：变化量二输入量一输出量+反应量等式两边除时间t,变成速率。变化速率=输入速率一输出速率+反应速率容积是反应器：整个反应器作为一个反应区。推
29、流式（管道式）反应器：可选某一反应区。还可由单位时间、单位体积的物质量计：浓度变化速率=输入速率一输出速率+反应速率单位：摩尔/体积时间；或：质量单位/体积时间。讨论：（1）当浓度变化速率二O时，说明反应处在稳定状态，即:反应速率二输出速率一输入速率（2）物质的输入和输出是一个物理过程，是质量传递引发的。分子扩散质量传递对流扩散主体流动（3）反应速率：一般指化学反应速率。由化学动力学所决定。在水处理中,将生物化学反应；物理化学过程；及一些物理过程也列入了反应速率之中。（二）质量传递1、主流传递：物质随水流（体）主体而移动，称主流传递。特点：与流体的流速有关，与液体中物质浓度分布无关。传递速度与
30、流速相等，方向与水流方向一致。例如：在平流池中（如果作为理想推流型反应器），物质将随水流作水平迁移。物质在水平方向的浓度变化，是由主流迁移和化学反应引起的。2、分子扩散传递：（在静止或作层流运动的液体中），如果某物料组分/分布不均匀，即存在浓度梯度，由于分子无规则运动，高浓度区内的了组分总是向低浓度区迁移，最终趋于均匀分布状态，使浓度梯度消失。（1）分子扩散动力：浓度梯度。颗粒（包括：分子，离子，小颗粒。）由热动（布朗运动）而作运动，使分布趋于均匀的过程。（2）FiCk第一扩散定律：J=-DB舁ax式中：尸物质扩散通量。即单位时间内，通过单位面积的物质量。单位：摩尔/（面积时间）；或质量单位/
31、（面积时间）；加分子扩散系数。单位：面积/时间；Ci组分，的浓度。单位：摩尔/体积；或质量单位/体积；x浓度梯度方向的坐标。式中dC/dx为浓度梯度。是导致分子扩散的推动力，如果状态稳定，则扩散不断进行，而浓度梯度保持不变。公式适用于稀溶液。水处理的问题，多属于稀溶液。在稀溶液中，扩散系数DB约在0.5XIoT5XIOfCm2/s之间。3、紊（对）流扩散传递：许多反应器中的液体是处在紊（对）流状态下，液体质点不仅具有随水流前进的运动，还具有上、下、左、右的脉动，涡漩等传递过程。紊（对）流扩散传质速度也与浓度梯度成正比。紊（对）流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式。示中：De一紊（对）流扩散系数
32、。Dc=DB+DEDE一涡流扩散系数。而：DEDB常将DB忽略不计。4、稳定扩散：反应器中空间各点浓度分布保持不变的扩散过程称为稳定扩散。（实际上是脉动的）稳定扩散是动平衡，变化过程中的平衡。这种稳定扩散，在化工过程和水处理中都是常见的现象。三、理想反应器模型理想反应器：通过简化的反应器称理想反应器。如：温度=C进入反应器的浓度不变等。由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。分为三种：（1）完全混合间歇式反应器（CMB）；（2）完全混合连续式反应器（CSTR型）；（3）推流式反应器（PF型）。1、完全混合间歇式反应器（CMB型）：Completely-mixedbatchre
33、actor工作过程：投料一搅拌反应一出料特点：间歇，反应过程中，不存在由物质迁移出、入反应器。据物料平衡:CO物料进入的浓度；Ci一一反应器内时间的物料浓度；设当：CR时，Ci=Oo积分：JQMCi)Ci；t；r(G)可知二求一。并可据流量0时间C求出反应器的容积。设为一级反应(并设了随时间减少)，根据化学反应动力学，r(G)=-kCi代入上式得:设为二级反应(并设下随时间减少)，贝I：r(G)=-kCi2代入上式：k-kc;kciC0J应用：CMB反应器常用于实验室实验或少量的水处理。例题：某水样采用CMB反应器进行氯消毒实验，假定投氯量一定，经试验知:细菌被灭活速率为一级反应，且k=0.9
34、2min1,求细菌被灭活99%时，所需时间为多少？【解】设原有细菌密度为口，1时后尚存活的细菌密度为G;被杀死的细菌密度。一根据题意，在t时刻，(。一。)/a=一99%,Ci0.OlCOf细菌被灭活速率等于活细菌减少速率，于是r(Q)=-A=-0.92。，代人一级反应公式得：-Lln=-J-x(-4.6)5min0.92C00.92说明：常数k与水温；水的PH值及细菌种类等有关，应通过试验确定。投氯量亦应由试验决定。2、完全混合连续式反应器(CSTR型)：(ContinUoUSstirredtankreactor)或称“返混反应器(backmixreactor)(1)工作过程：反应物(原料)连
35、续流入，反应器中完全混合反应；生成物连续流出。(2)特点：工作连续；物料在反应器中停留时间长短不同。理论上停留时间t=08(2)CSTBV(3)平均停留时间：反应器内物料完全均匀混合且与输出产物相同的假定,在等温操作下，物质平衡方程式为：V-=C0-.+Vr(Cf.)式中：反应器内液体体积;。一流入或输出反应器的流量；但组分下的流入浓度；一反应器内组分i的浓度。按稳定状态考虑，即在进入反应器的i物质浓度CO不变的条件下反应器内的，浓度G不随时间而变化，即dG例=0,(注：对空间域而言，有化学反应。)即：QCO-QCi+Vr(Ci)=O已知：反应速率N67),按式即可求出反应时间b且可根据设计流量0求出反应器容积V=Qt.一级反应：将NG)二一4G代人上式可得，QCO-QCi-VkCi=O将片。t代入上式并经整理得平均停留时间t：f=-1反应器体积即可按右01求出。切方为去除率。【例题】采用CSTR反应器作为氯化消毒池，细菌被灭活速率为一级反应,且k=0.92min-l,求细菌被灭活99%时，所需时间为多少？【解】Ci=O.OlCOi仁0.92
