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1、 给水处理4.1给水处理概论一.给水水质指标1.物理指标（1）浊度 （2）悬浮物 （3）臭和味 2.化学指标（1）杂质或污染物质的单项指标（2）无机特性的综合指标（3）有机污染物的综合指标3.微生物指标4.放射性指标二.水质标准1.生活饮用水水质标准（1）饮用水水质项目大为增加，从原35项增加到96项（2）把检测项目分为常规检测项目（34项）和非常规检测项目（62项）（3）提高了对浊度的要求（4）在饮用水常规检测项目中增加了耗氧量（高锰酸盐指数）：耗氧量（以O2计）不超过3mg/L，特殊情况下不超过5mg/L。（5）在无机物、有机物单项项目的选择和限制的确定上，既借鉴国外标准（WHO、欧盟、美
2、国），又考虑中国国情。（6）重视消毒剂和消毒副产物的危害，从原有的1项，增加到13项。（7）对部分原有项目的限制提出更严格的要求，共4项：浊度、铅、镉、四氯化碳。（8）增加了粪性大肠菌群的项目。2.工业用水水质标准3.其他重要水质标准（1）地表水环境质量标准 （2）其他水质标准三.给水处理的基本方法与基本工艺1.给水处理的基本方法（1）去除颗粒物方法有：混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤（格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等）、膜分离（微滤、超滤）、沉砂（粗大颗粒的沉淀）、离心分离（旋流沉砂）等（2）去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体的处理方法处理方法有：石灰软化、离子交换、地下水除铁除
3、锰、氧化还原、化学沉淀、膜分离（反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法）、水质稳定（水中溶解离子的平衡，防止结垢和腐蚀等，详见本书第五章）、除氟（高氟水的饮用水除氟）、氟化（低氟水的饮用水加氟）、吹脱（去除游离二氧化碳、硫化氢等）、曝气（充氧）、除气（锅炉水除氧等）等（3）去除有机物的处理方法方法有：粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大孔树脂吸附（用于工业纯水、高纯水制备中有机物的去除）等（4）消毒方法方法有：氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热消毒等（5）冷却方法2.给水处理的
4、基本工艺饮用水处理的工艺分成：（1）饮用水常规处理工艺 （2）在饮用水常规处理工艺的基础上，增加预处理和（或）深度处理的饮用水处理工艺 （3）其他特殊处理工艺混凝一.胶体的基本性质1.胶体的特性水中杂质按其颗粒大小，可以分成为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三大类。分散颗粒溶解物胶体颗粒悬浮物颗粒尺寸0.1um(或1um)典型物质无机离子、小分子有机物等细小黏土颗粒、高分子有机物、腐质酸、病毒、细菌等黏土、粉砂、细菌等溶液体系真溶液（透明）胶体溶液（混浊）2.胶体的结构3.胶体的稳定与凝聚二.铝盐铁盐混凝剂在水中的反应1.水解反应Al3+H2OAl(OH)2+H+Al(OH)2+H2OAl(OH)2+
5、H+Al(OH)2+ H2OAl(OH)3+H+2.缩聚反应2Al(OH)2+Al2(OH)24+ 2H2O三.水的混凝机理与混凝过程1.混凝机理（1）压缩双电层 （2）吸附电中和 （3）吸附架桥（4）沉淀物的卷扫或网捕2.混凝过程在水处理中，混凝的工艺过程实际上分为“凝聚”与“絮凝”两个过程，对应的工艺或设备称为“混合”与“反应”。（1）凝聚在水处理工艺中，凝聚主要指加入混凝剂后的化学反应过程（胶体的脱稳）和初步的絮凝过程。（2）絮凝絮凝是指细小矾花逐渐长大的物理过程。3.混凝动力学（1）速度梯度令式中G速度梯度，s-1; du相邻两水层中水流（颗粒）同向运动的速度差； dy相邻两水层垂直与
6、水流方向和距离。推导G的计算公式：式中：F两层水流间的摩擦阻力； A两层水流间的接触面积 水的动力粘度式中p对单位体积水体的搅拌功率，W/m3。得（2）速度梯度计算对于机械搅拌，对单位容积水体的搅拌功率为:式中N电机功率，KW; 1搅拌设备机械效率，约为0.75； 2传动系统的效率，0.60.9； 总总效率，0.50.7。对于水力搅拌，水流对液体所作的功即为水流的水头损失。式中Q流量，m3/s; 水的密度（约为1000kg/m3） h流过水池的水头损失，m; T水力停留时间，s; g重力加速度，9.81m/s2。混凝过程的动力学控制参数如下：对于混合池：G=5001000s-1 T=1030对
7、于絮凝反应池：G=2070s-1 GT=104105四.混凝剂与助凝剂1.混凝剂（1）硫酸铝Al2O3的含量不小于15.6，液体产品中Al2O3的含量不小于7.8，适宜PH值为5.58，最佳范围6.57.5。（2）聚合氯化铝Al2(OH)nCl6-nm,式中m 为聚合度，通常m10，n35。Al2O3的含量不小于32和29，液体产品Al2O3的含量不小于12和10，适宜PH值为59。（3）三氯化铁 PH值的适应范围（511）（4）硫酸亚铁（5）聚合硫酸铁化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m,式中n2,m=f(n)。PH值范围为511，最佳范围69。（6）其他复合式药剂，如聚合铝铁，聚
8、合铝硅，混凝复合药剂2.助凝剂（1）活化硅酸（2）聚丙烯酰胺 （3）石灰 （4）其他3.混凝药剂的投加（1）投加量确定（2）投配系统 （3）混凝药剂投加的自动控制1）数学模型法 2）现场模拟试验法 3）特性参数控制法五.混合设备混合时间一般1030s，速度梯度5001000s-1。1.机械混合水力停留时间为12min,平均速度梯度500s-1左右。2.水力混合（1）管式静态混合器 （2）压力水管混合 （3）其他 有：跌水混合、漩流混合等。六.絮凝反应池絮凝反应池的水力停留时间一般为1030min，GT值在1041051.机械搅拌总的水力停留时间一般为1520min，桨板边缘处的线速度从第一级的
9、0.5m/s降到最后一级的0.2m/s。2.水力搅拌（1）隔板反应池起端流速一般为0.50.6m/s，末端流速一般为0.20.3m/s,水力停留时间2030min，总的水头损失0.30.5m。（2）折板反应池各段的流速可分别为：第一段：0.250.35m/s; 第二段：0.150.25m/s; 第三段：0.100.15m/s。水力停留时间较短，一般为615min。（3）其他形式的反应池3.不同形式絮凝池的组合使用（1）往复式隔板与回转式隔板组合（2）机械反应与隔板反应组合七.影响混凝效果的因素1.水温 2.浊度与悬浮物 3.水的PH值沉淀一.颗粒沉淀特性1.沉淀分类（1）自由沉淀 （2）絮凝沉
10、淀 （3）拥挤沉淀 （4）压缩沉淀2.离散颗粒沉淀速度（1）颗粒沉速公式对于Re1000的紊流区，有Newton公式：式中 Re雷诺数， u颗粒沉速， d颗粒直径； 水的动力粘度； 水的密度； s颗粒的密度 g重力加速度二.理想沉淀池特性分析1.理想沉淀池的构成在理想沉淀池中，对沉淀过程的基本假设是：（1）沉淀过程属于离散颗粒的自由沉淀，在沉淀过程中各颗粒的沉速不变；（2）理想沉淀池中的水从左向右水平流动，进水均匀分布在整个过水断面上（AC断面）在池中各点水流速度均为v;（3）在沉淀过程中，各颗粒的水平运动分量等于水流的水平流速v；（4）颗粒沉到池底（CD线）就算已被去除。2.理想沉淀池对颗粒
11、的去除率理想沉淀池对水中悬浮颗粒的总的去除率为：3.理想沉淀池中特定颗粒沉速与表面负荷的关系在理想沉淀池中： 式中 t0沉淀池的水力停留时间； B池宽； A沉淀池的表面面积； Q水的流量；q0沉淀池的表面负荷，也称为过流率，即单位时间内单位池表面面积所处理的水量。三.沉淀池的基本结构与基本设计参数1.基本结构（1）进水区与进水穿孔花墙（2）沉淀区（3）出水区与出水堰（4）缓冲层、污泥区与排泥装置沉淀池排泥系统：1）多斗池底重力排泥 2）穿孔管重力排泥 3）机械排泥2.沉淀池基本设计参数对于采用混凝沉淀工艺的饮用水处理，沉淀池特定颗粒沉速设计值一般为u0=0.30.6mm/s。根据原水情况，又可
12、采用以下设计数据：（1）对于原水浊度250NTU,u0=0.50.6mm/s(相当于；q0=1.802.16 m3/(m2h)四.沉淀池1.平流式沉淀池对平流式沉淀池的有关要求：（1）沉淀池的长度与宽度之比不得小于4，长度与深度之比不得小于10，以保证断面水流均匀。（2）平流式沉淀池的水力停留时间一般为1.03.0h；（3）池中水平流速一般为1025mm/s；（4）沉淀池的有效水深一般采用3.03.5m;(5)沉淀池的每格宽度（或导流墙间距）一般为38m，最大不超过15m。衡量平流式水力状态的参数：弗劳德数Fr一般在110-4110-5,，雷诺数Re一般在400015000。2.斜板（管）沉淀
13、池(1)斜板（管）沉淀池的优点：停留时间短、沉淀效率高、占地省等。缺点是：1）运行中斜板（管）中易产生积泥和藻类滋生问题，需定期放空对斜板进行冲洗，积泥过多还易发生斜板压塌事故；2）斜板（管）材料的费用高3）因水流在斜板之间停留时间极短（几分钟），斜板沉淀池的缓冲能力及稳定性较差（2）斜板沉淀池产水量的计算：斜板沉淀池的表面负荷u0=式中 A斜各斜板总的水平投影面积之和； n斜板数； B斜板宽度（池宽）； l斜板长度； 斜板倾角。在设计斜板沉淀池时应考虑乘以斜板效率系数斜，斜通常取0.60.8。斜板沉淀池的产水量计算公式为：斜板沉淀池的产水流量为与水流垂直的过水断面面积乘以流速： 即把v代入前式并整理，可以得到导向流斜板沉淀池产水量的计算式：A原斜板沉淀池的池表面面积，等于池的长度*宽度。同向流斜板沉淀池的计算公式为：异向流斜板沉淀池，在采用常用斜板结构数据的条件下，一般可采用q斜9.011.0m3/(m2h).(3) 异向流斜(管)板沉淀池在给水处理中，异向流斜板沉淀池宜用于进水浊度长期低于1000NTU的原水，斜板（管）沉淀区的液
