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1、1水质工程 A 第1篇 总论第1章 水的循环和水质工程学科的任务2第2篇 给水处理第3章 水源水质和水质标准3.1 水源水质水中杂质的分类：悬浮物: 1m-1mm 浊、色、臭、味、菌杂质 胶体 *（稳定性）： 10nm-100nm 生活水处理常见: Ca 2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- SO42- HCO3- 溶解杂质： 自然：F - 锰、铁污染：Pd + Hg+3.2 水质标准1.生活饮用水水质标准1）生活饮用水卫生标准 GB 574985 感官性状和一般化学指标：浊度3 度 毒理学指标：氟化物、氰化物、砷、汞等 细菌学指标：细菌总数 不 100 个/ml 总大肠菌数不 3 个/l游离
2、余氯 接触 30min 不 0.3mg/l管网末梢 不 0.05mg/l 放射性指标：总 放射性 0.1Bq/L; 总 放射性 1 Bq/L2）生活饮用水水质卫生规范 （卫生部 2001 年） 水质常规检验项目 34 项，非常规检验项目 62 项 浊 度 不超过 l 度(NTU) ，特殊：不超过 3 度(NTU) 细菌总数 80(CFU/mL) （CFU 为菌落形成单位）总大肠菌群 每 100mL 水样中不得检出；粪大肠菌群 每 100mL 水样中不得检出（总大肠菌群：适宜温度 25oC，37 oC 仍可生长，44.5 oC 不再生长粪大肠菌群：习惯温度 37o，44.5 oC 仍可生长） 耗
3、氧量(COD Mn 法，以 O2 计) 3 (mgL)，特殊：不超过 5mgL （高锰酸盐指数是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定的条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量，为了与重铬酸钾耗氧量(CODcr ,)相区别，又称其为高锰酸钾耗氧量或锰法 COD(简写 CODMn )。有的书上干脆简称为耗氧量，英文简称 OC ） 3）城市供水水质标准 （建设部 2005 年） 水质常规检验项目 42 项，非常规检验项目 61 项 浊 度 不超过 l NTU ，特殊：不超过 3 NTU 3 细菌总数 80(CFU/mL) （C
4、FU 为菌落形成单位）总大肠菌群 耐热大肠菌群 粪型链球菌群 每 100 mL 水样不得检出（粪大肠菌群 / 粪型链球菌群 4 ： 污染来源于人类粪大肠菌群 / 粪型链球菌群 0.7：污染来源于温血动物） 两虫：贾第鞭毛虫 0.3mg/l42）预处理、深度处理预处理+常规处理 或 常规处理+ 深度处理预处理、深度处理原理：氧化；吸附；生物降解；膜滤二. 工业水处理方法第4章 混凝4.1混凝机理混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。工艺：投药、凝聚、絮凝这一过程涉及三个方面的问题：水中胶体粒子的性质、混凝剂在水中的水解物种以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。一、 水中胶体稳定性胶体的稳定性
5、：胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。沉降稳定性：指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；聚集稳定性：胶体颗粒之间不能相互聚集的特性。静电斥力和水化膜是其发生的主要因素。1. 微粒的布朗运动布朗运动是胶体稳定的一个因素；布朗运动又是胶体不稳定的因素。2. 静电斥力 胶体的带电性双电层特点： 1）反离子浓度不均； 2）反离子吸附强度不同电位：1）总电位 胶核表面带电2） 电位电动电位电渗析、反渗透、离子交换去除阴、阳离子 除盐电渗析、反渗透、离子交换降低阴、阳离子 淡化药剂、离子交换去除 Ca2+ Mg2+ 软化工 艺目 的 方 法5静电斥力：胶粒间的静电斥力 F 的大小与 电位有关， 电位愈大
6、，F 愈大； 电位的大小与扩散层厚度有关，d 愈大, 愈大。结论：1）胶核带电愈多，总电位 愈大。2）电位表示颗粒间静电斥力的大小。d愈大,愈大， F愈大。2.DLVO理论斥力：F 1 / X2 ERK 1 e-K2x引力：E A 1/ X2 布朗：E b=1.5KT 假若: Eb Emax 凝聚实际： Eb Emax 分散3.水化膜憎水胶体 愈大，水化膜作用越大 稳定6亲水胶体水化膜 稳定胶体稳定性讨论结论： 胶体状态取决于静电斥力、布朗运动、范德华引力的相对大小； 静电斥力 稳定； 颗粒凝聚 减小；二、硫酸铝在水中的化学反应AL2(SO4) 18H2O AL(H2O)6 3+ 水合铝离子水
7、解反应： 羟基铝离子AL(H2O)6 3+ + H2O AL(OH)( H2O)5 2+ + H3O +AL(OH) (H2O)5 2+ + H2O AL(OH)2(H2O)4 + + H3O +AL(OH)2 (H2O)4 + + H2O AL(OH)3(H2O)3 + H3O +聚合反应： 羟基架桥 OH 2AL(OH)( H2O)5 2+ ( H2O)4AL AL( H 2O)4 4+ 2H2O OH OH OH nAL(OH)( H2O)5 2+ AL( H 2O)4AL 2n+ nH2O OH OH 水解 AL(OH)3 (H2O)3 n 7pH与铝离子水解产物含量关系：铝水解产物A
8、LX(OH) y(3x-y)+相对含量pH8.5 AL (OH)4-三、混凝机理1、电性中和 压缩双电层投电解质 C0 增大 C 扩 增大 C 吸 增大 减小 脱稳等电状态：=0临界电位： k= Emax =0叔采-哈代法则：反离子价数越高，混凝剂投量越小M+: M2+: M3+=1: (1/2)6: (1/3)6压缩双电层作用机理解释港湾沉积现象。压缩双电层作用机理不能解释下列混凝现象： 混凝剂投量多，发生胶体变号、再稳； 投非反离子，也有好的混凝效果； 实际 0 比 = 0 混凝效果更好。8（2）吸附-电性中和吸附胶粒 异号物质 减小 胶粒脱稳异号物质：离子、带正电小胶粒、高分子带正电部位
9、吸附作用：静电引力、范德华引力、氢键、共价键吸附-电性中和与压缩双电层对比例：钠离子、十二烷基铵离子做脱稳实验高价电解质的吸附脱稳作用吸附强度：羟基铝离子分子量越大, 吸附能力越强.Al13O4(OH)247+ Al3(OH)45+ Al2(OH)24+特点：1）分子量大的羟基铝优先吸附；2）分子量大的羟基铝置换分子量小者。2. 吸附架桥高分子特点： 链状，线性结构； 具有吸附性 (共价键、氢键、范德华力） 。与电性中和不同点： 胶粒不必脱稳； 高分子链长 颗粒之间距离。注意: 投量，胶体保护 高分子混凝剂分类： 阳离子型，R-A+ （带正电基团）;阴离子型, R-A- （带负电基团）;非离子
10、型（不带可离解的基团） ；两性型（带正、负电基团） 。3. 沉淀物的卷扫（网捕作用）胶体变号，再稳胶体不变号投药过量静电、范德华引力、氢键、共价键静电平衡作用机理脱稳能力强 脱稳能力弱投量适中C12H25NH3+Na+9当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。硫酸铝混凝特点：pH3 AL3+ 压缩双电层投药 4pH5 AL 2(OH)24+ 吸附-电性中和 微絮粒 絮凝体AL3(OH)45+6.5pH7.5 AL
11、 (OH)3n 吸附架桥，效果好控制pH：6.5-7.5，假如pH 6.5-7.5，加碱校核:原水pH，碱度投药 再稳投药 网捕4.2 混凝动力学混凝速度：混凝过程中，单位体积水体中颗粒数的减少速率。碰撞动力 布朗运动异向絮凝； 流体运动同向絮凝一、 异向絮凝碰撞： dKTDB3凝聚： 23421KTnNpdtn例 1 . 已知：水源 A ，n A=1018 个/L，t A=25oC；水源 B ，n B=1010 个/L，t B=25oC求：两种原水异向絮凝凝聚速率之比。解： 162082)(34)/( BBnKTvdt例 2 . 已知：水源 A，t A =25oC；水源 B，t B =5oC
12、,且两种原水的颗粒数量浓度相同， 求：两种原水异向絮凝凝聚速率之比。28dB10解：= t A=25oC， A=8.9 .10-4 P .S ，T A=273+25 =298K vtB=5oC， B=1.52 .10-3 Pa .S ，T B=273+5 =278K 83.109.278534)/( 4A2 BBAATnKvdtn二、同向絮凝1. 层流下的同向絮凝碰撞： 凝聚： ZudnGN323204 Gdnt322. 紊流下的同向絮凝碰撞： 机械搅拌； 水力搅拌uPdn323204 uPGTgh凝聚： Gt各向同性紊流理论：大涡旋 能量传输， 颗粒均布紊流小涡旋颗粒碰撞 无方向性 布朗运动D=D 紊 + D 布D 紊 15Dud紊流： 230815Nnd层流 ： 2304Pu三 异向絮凝与同向絮凝的作用例：混合阶段，d=0.1m,G=1000 S -1,t=25oC，问: 异向絮凝/同向絮凝占主导地位?絮凝阶段，d=10m,G=10 S -1,t=25oC, 问: 异向絮凝/同向絮凝占主导地位?解：=8.9 .10-4 P .S ，T=273+25 =298K ，K=1.38 .10-23混合阶段： （异）1082938.12)0()/( 643KTGdtnO混混混11絮凝阶段： （同）1082938.12)(0)/( 3643KTGdtnPO
