《给水工程(下册)各章节内容(考试复习重点)电子教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《给水工程(下册)各章节内容(考试复习重点)电子教案（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、给 水 工 程 下 册 各 章 节 内 容 考 试 复 习 重 点 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 十四章 给水处理概论 1 给水处理的任务 用不同的方法与装置改变原水的主要质量指标以满足用户的要求 提高 水 的质量 解决原水不能满足用户要求的矛盾 2 原水中的杂质 1 悬浮物 尺寸较大 易于在水中下沉或上浮 2 胶体杂质 颗粒尺寸很小 在水中长期静置也难下沉 天然水中的胶体一般带负电荷 3 溶解杂质 包括有机物和无机物两类 3 1 水质标准 是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值 2 水质参数 指能反映水的使用性质的量 但不涉及具体数值 4 生活饮用水卫生标准 GB
2、 5749 2006 1 感官性状和一般化学指标 2 毒理学指标 3 微生物指标 4 放射性指标 5 给水处理方法概述 水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定 悬浮杂质 沉淀法去除 胶体状态存在水中的杂质 混凝沉淀过滤去除 离子 分子状态存在水中的杂质 生成沉淀物将这种杂质去除 有机物 用活性炭吸附 微生物 细菌等 消毒方法 以地表水为水源的水厂采用的常规处理工艺 混凝 沉淀 过滤 消毒 6 1 澄清工艺通常包括混凝 沉淀和过滤 处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质 2 消毒是消除水中致病微生物的致病作用 7 除铁 除锰和除氟 第19 章 主要针对地下水而言 常用除铁 锰的方法是 自
3、然氧化法和接触氧化法 当水中含氟量超过1 0mg L 时 需采用除氟措施 a 投入硫酸铝等使氟化物沉淀 b 利用活性氧化铝等进行吸附交换 8 软化 第 21 章 处理对象主要是水中的钙 镁离子 软化方法有 离子交换法和药剂软化法 9 生活饮用水预处理和深度处理 主要处理对象是水中的有机污染物 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 处理原理 吸附 氧化 生物降解 膜滤 第15章混凝 一 混凝机理 1 1 混凝 水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝 是凝聚和絮凝的总称 2 凝聚 胶体失去稳定性的过程 3 絮凝 脱稳胶体相互聚集 混凝过程涉及 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解 胶
4、体与混凝剂的相互作用 4 胶体稳定性 指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性 胶体稳定性分 动力学稳定 和 聚集稳定 两种 动力学稳定 指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力 无规则的布朗运动强 对抗重力影响的能力强 聚集稳定 指胶体粒子之间不能相互聚集的特性 包括 胶体带电相斥 憎水性胶体 水化膜的阻碍 亲水性胶体 注 在动力学稳定性和聚集稳定两者之中 聚集稳定对胶体稳定性的影响起关键作用 2 DLVO理论 PPT6 P255 胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥势能与吸引势能 分别由静电斥力与范德华引力产 生 3 混凝机理 1 电性中和作用机理 压缩双电层 要使胶体脱稳 相互碰撞结合 必须消除或
5、降低排斥能峰 即是消除或降低 电位 有效措施 投加混凝剂 压缩扩散层 微粒间相互聚集 混凝剂是正离子 进入胶体的吸附层和扩散层 压缩其厚度 电位减小 胶体脱 稳 相互粘结 吸附 电性中和 这种现象在水处理中出现的较多 主要是指胶核表面直接吸附带异号电 荷的聚合离子 高分子物质 胶粒等 来降低电位 其特点是 当药剂投加量过多时 电位可反号 2 吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒 以及胶粒与胶粒之间的架桥 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 高分子絮凝剂投加后 通常可能出现以下两个现象 高分子投量过少 不足以形成吸附架桥 但投加过多 会出现 胶体保护 现象 3 网捕或卷扫 金属
6、氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫 所需混凝剂量与原水杂质含量成 反比 即当原水胶体含量少时 所需混凝剂多 反之亦然 4 硫酸铝的混凝机理 不同 pH 条件下 铝盐可能产生的混凝机理不同 何种作用机理为主 决定于铝盐的投 加量 pH 温度等 实际上 几种可能同时存在 pH 3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用 pH 4 5 多核羟基络合物起吸附电性中和 pH 6 5 7 5 氢氧化铝起吸附架桥 二 混凝剂和助凝剂 1 混凝剂 主要分为 无机混凝剂 和有机混凝剂 应用于饮用水处理的混凝剂应符合的基本要求有 混凝效果好 对人体健康无害 使用 方便 货源充足 价格低廉 主要分为无机混凝剂和有机混
7、凝剂 表 15 1 无机盐混凝剂高分子混凝剂 铝 盐 Al2 SO4 3 18H2O 明 矾 NaAlO3 聚合氯化铝PAC 聚合硫酸铝 PAS 铁 盐 FeCl3 6H2O 绿 矾FeSO4 7H2O 聚合硫酸铁 PFS 聚合氯化铁 PFC 无机 碱式氯化铝等 有机 聚丙烯酰胺等 2 助凝剂 当单独使用混凝剂不能取得预期效果时 需投加某种辅助药剂以提高混凝效果 这 种药剂称为助凝剂 助凝剂通常是高分子物质 机理 高分子物质的吸附架桥 作用 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 1 调节和改善混凝条件 加速混凝过程 2 加大絮凝体的密度和重量 使它迅速下沉 3 在絮凝体之间起吸附架桥
8、和沉淀网捕作用 助凝剂可以参加混凝 也可不参加混凝 广义上可分为以下几类 酸碱类 调整水的pH 如石灰 硫酸等 加大矾花的粒度和结实性 如活化硅酸 SiO2 nH2O 骨胶 高分子絮凝剂 氧化剂类 破坏干扰混凝的物质 如有机物 如投加Cl2 O3等 三 混凝动力学 1 基本概念 混凝动力学 研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴 颗粒相互碰撞的动力来自两个方面 颗粒在水中的布朗运动 在水力或机械搅拌所造成的流体运动 异向絮凝 由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集 同向絮凝 由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集 2 异向絮凝 颗粒的碰撞速率可按费克 Fick 定律计算 2 8ndDN Bp d
9、 KT DB 3 式中 DB 布朗运动扩散系数 K为波兹曼常数 1 38 10 16 T为温度 为水的运动粘度 为水的密度 因此 2 3 8 KTnNp 故 Np只与颗粒数量和水温有关 而与颗粒粒径无关 但当颗粒的粒径大于1m 布 朗 运动消失 从上式可以看出 T 会引起Np 所以在水处理不好时 可在原水中加入少量粘 土 加大 n 使碰撞加剧 从而使Np加大 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 3 同向絮凝 1 层流理论 颗粒的碰撞速率按下式计算 GdnN 32 3 4 0 z u G G 速度梯度 s 1 u 相邻两流层的流速增量 cm s z 垂直于水流方向的两流层之间距离 c
10、m 在公式中 n 和 d 均属原水杂质特性 而G是控制混凝效果的水力条件 故在絮凝 设 备中 往往以速度梯度G作为控制参数之一 在被搅动的水流中 考虑一个瞬间受剪而扭转的隔离体 x y z 设在时间 t 内 隔离体扭转了 角度 于是角速度 为 G 速度梯度 s 1 p 单位体积流体所耗功率 W m3 水的动力粘度 Pa s 当采用机械搅拌时 p 由机械搅拌器提供 当采用水力絮凝池时 p 应为水流本身所 消耗的能量 由下式决定 gQhpVQTV 故采用水力絮凝池时 T gh G 甘布公式 式中 g 重力加速度 9 8m s2 h 混凝设备中的水头损失 m 水的运动粘度 m2 s T 水流在混凝设
11、备中的停留时间 s 2 同向紊流理论 外部施加的能量形成大涡旋 大涡旋将能量输送给小涡旋 小涡旋将能量输送 G z u zt l t 1 p G 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 给 更小的涡旋 只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞 2 8ndDN Bp 式中 紊流扩散系数uD u为相应于 尺度的脉动速度 为 得 v u 15 1 单位时间 单位体积流体的有效能耗 水的运动粘度 涡旋尺度 4 混凝控制指标 自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止 工艺上总称混凝过程 相应设备 有混合设备和絮凝设备 混合 凝聚 过程 在混合阶段 对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速
12、均匀 分散以利于混凝剂快速水解 聚合 及颗粒脱稳 平均G 700 1000s 1 时间通常在 10 30s 一般 2min 此阶段 杂质颗粒微小 同时存在颗粒间异向絮凝 絮凝过程 在絮凝阶段 主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚 故以同向絮凝为 主 同向絮凝效果不仅与G有关 还与时间有关 在絮凝阶段 通常以G值和 GT值作为 控 制指标 平均 G 20 70s 1 时间为 15 20min GT 1 104 105 随着絮凝的进行 G值应逐渐减小 四 影响混凝效果的主要因素 1 影响混凝效果的因素比较复杂 主要包括 原水性质 包括水温 水化学特性 杂质性质和浓度等 投加的凝聚剂种类与数量 使用
13、的絮凝设备及其相关水力参数 2 水温影响 23 15 8 0 ndN 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 水温低时 通常絮凝体形成缓慢 絮凝颗粒细小 松散 凝聚效果较差 其原因有 无机盐水解吸热 低温水混凝剂水解困难 温度降低 粘度升高 布朗运动减弱 水温低时 胶体颗粒水化作用增强 妨碍凝聚 水温与水的 pH值有关 克服水温低效果差的措施 增加混凝剂的投量 以改善颗粒之间的碰撞条件 投加助凝剂 如活化硅酸 或粘土以增加绒体重量和强度 提高沉速 3 水的 pH和碱度影响 1 水的 PH 对混凝效果影响很大 对一般的浑浊水 投硫酸铝的最佳PH 范围为 6 5 7 5 2 三价铁盐水解反
14、应同样受PH值的控制 FeCL36H2O 三价铁盐混凝剂适应的PH值范围较宽 最优 PH值大约在 6 0 8 4之间 3 使用 FeSO4 7H2O 时 Fe 2 H2O Fe OH H Fe OH H 2OFe OH 2 H Fe OH 2溶解度较大 且 Fe2 只能形成较简单的络合物 混凝效果较差 因此要把 Fe2 氧化成 Fe3 就和 FeCl3一样了 4 氧化的方法 利用溶解氧氧化 4FeSO4 O 2 10H2O4Fe OH 3 4H2SO4 要求 PH 8 5 这样氧化时间才能短 因此投 FeSO4 同时投加 CaO提高原水的 PH PH 8 5时氧化过程缓慢 很难在净化构筑物内完
15、成 加 Cl2氧化 6FeSO 4 3Cl22Fe SO4 3 2FeCl3 5 从铝盐和铁盐水解反应式可以看出 水解过程中不断产生的H 必然导致水的 PH 值 的下降 天然水中含有一定的碱度 HCO3 H CO 2 H2O 当投药量较少 原水的碱度又较大时 由于水中的碳酸化合物的缓冲作用 水的 PH 值 略有降低 对混凝效果不会有大的影响 当投药量较大 原水的碱度小时 水中的碱度以不足已中和水解产生的酸时 水的 PH将大幅度下降 以至降至最优混凝条件以下 这时便不能获得良好的混凝效果 为了 精品文档 收集于网络 如有侵权请联系管理员删除 保 持水的 PH 值在混凝过程中始终处于最优范围内须向
16、水中投加碱剂 即对水进行碱化 一 般投加 CaO AL2 SO4 3 3H2O 3CaO 2AL OH 3 3CaSO4 2FeCL3 3H2O 3CaO 2Fe OH 3 3CaCL2 石灰投量按下式估算 CaO 3 a x 式中 CaO 纯石灰 CaO投量 mmol L a 混凝剂投量 mmol L x 原水碱度 按 mmol L CaO计 保证反应顺利进行的剩余碱度 一般取0 25 0 5mmol L CaO 一般石灰投量通过试验决定 4 水中悬浮物浓度的影响 见 P271 杂质浓度低 颗粒间碰撞机率下降 混凝效果差 可采取的对策有 加高分子助凝剂 加粘土 投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高 为减少混凝剂的用量 通常投加高分子助凝剂 如黄河高浊 度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂 五 混凝剂的配制与投加 1 混凝剂的溶解和溶液配制 1 混凝剂投加分 固体 和液体投加 两种方式 我国常用的是液体投加 即将固体溶解后配 成一定浓度的溶液投入水中 当直接使用液态混凝剂时 不用溶解池 溶解设备决定于水厂规模和混凝剂品种 溶解池 搅拌设备及管配件等 均应有防腐措施或采用防腐材
