给水处理培训教材

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1、给水处理主要内容第一章 给水处理概论第二章 混 凝第三章 沉淀和澄清第四章 过 滤第五章 水的其它处理法第六章 消毒第七章 饮用水处理厂设计第八章 软化第九章 水的除盐与咸水淡化第十章 水的冷却第十一章 循环冷却水水质处理第一章 给水处理概论第一节 水源水质与健康水中杂质分类杂质溶解物 （低分子、离子）胶体悬浮物颗粒 尺寸0.1nm 1nm 10nm 100nm 1 10 100 1mm分辨 工具电子 显微镜超 显微镜显微镜肉眼水的 外观透明浑浊浑浊自然过程：水在自然循环过程中的溶解作用水中杂质来源人为因素：污染污水 废气 固体垃圾水中物质与人体健康人体需要的主要元素（11种）：人体需要微量元

2、素：碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、 钾、氯、镁铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、硒、钼、氟、硅、锡、矾、镍、溴、铝、硼等17种水源污染一、污染物质有机物重金属生物污染 二、污染来源工业农业生活其它2006年与1998年河流污染对比2006年1998年第二节 标准与规范1.生活饮用水卫生标准GB5749-2006共106项指标2.二次供水设施卫生规范GB17051-1997 3.生活饮用水水源水质标准CJ 3020-93 6.室外给水设计规范GB50013-20064.地表水环境质量标准GB3838-20027.工业用水水质标准8.其它标准5.地下水质量标准GB/T 14848-93 除浊度和悬浮物

3、: 澄清过滤 第三节 处理方法软化除盐: 离子交换、反渗透 除铁锰: 接触氧化 除有机物: 化学氧化、生物氧化、吸附 降水温：冷却 循环冷却水稳定处理：阻垢、防腐、杀菌 饮用水常规处理工艺第二章 混 凝第一节 混凝机理一、水中胶体稳定性二、 硫酸铝在水中的化学反应三、 混凝机理一、水中胶体稳定性（一） 胶体的基本性质-胶体的特性（1）颗粒尺寸很小，比表面积大（2）稳定而不沉淀（3）使水产生混浊（4）胶体表面带电，有电泳现象（二） 胶体结构吸附层扩散层具有双电层结构（三）胶体的稳定性（1）布朗运动（2）静电斥力（3）水化膜作用1.动力学稳定2.聚集稳定胶体间的静电斥力 与聚集稳定排斥能峰吸引 排

4、斥 吸引二、 硫酸铝在水中的化学反应1.水解反应：释放H+，增加OH-。 水的pH值有降低趋势2. 缩聚反应：形成多核聚合物三、 混凝机理1.压缩双电层机理2.吸附电中和机理3.吸附架桥机理4.沉淀物的网捕和卷扫机理第二节 混凝剂和助凝剂第二节 混凝剂和助凝剂一、混凝剂有机混凝剂 无机混凝剂 复合混凝剂 1.无机混凝剂硫酸铝明矾聚合氯化铝(PAC)三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）2、有机型混凝剂聚丙烯酰胺 （1）合 成 高分子混凝剂分子量在150-800万（2) 天 然 高 分 子混凝剂淀粉类 半乳甘露聚糖类 纤维素衍生物类 微生物多糖类 动物骨胶类等（改性壳聚糖（VC

5、G）（3）微 生 物高分子混凝剂3、复合型絮凝剂 （1） 无 机 一无机复合型（2） 无 机 一有机复合型聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PA FS)、 聚合硅酸氯化铝铁(PSAF)、聚合硅酸硫酸铝(PASS)、 聚硫氯化铝(PACS)、聚磷酸氯化铝(PPAC)、 聚硅氯化铝(PASC)、 聚硅硫酸铁(PSFS)、聚合氯化硫酸铁(PFCS)、 聚合磷硫酸铁(PFPS)、聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)、 聚合硫基硅酸铝铁( PAFSSC)、 硅钙复合型聚合氯化铝铁(SCPAFC)、 钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂(SCPAC）二、助凝剂助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学 药剂可称为助

6、凝剂。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。第三节 混凝动力学1.异向絮凝2.同向絮凝3.混凝控制指标3.混凝控制指标（1）混合脱稳颗粒碰撞的动力：布朗运动作用和目的：药剂快速、均匀地与水混合要求：快速剧烈控制指标：时间10-30s，2min。G值700-1000/s。（2）絮凝絮体碰撞的动力：机械搅拌或水力搅拌作用和目的：使脱稳胶体碰撞聚集要求：有一定强度，但不能过大。控制指标：G值20

7、-70/s。平均GT值104-105 。时间10-30min。第四节 影响混凝效果主要因素1.水温的影响2.水的pH值和碱度的影响3.水中悬浮物浓度与性质的影响3.水中悬浮物浓度与性质的影响混合时胶体颗粒的碰撞速率絮凝时絮体颗粒的碰撞速率层流条件导出的公式紊流条件导出的公式第五节 混凝剂的配制和投加PAM低位投加系统第六节 混合和絮凝设施栅条网格絮凝池静态混合器隔板絮凝池混混 凝凝第三章 沉淀和澄清第一节 悬浮颗粒在静水中的沉淀第二节 平流沉淀池第三节 斜板斜管沉淀池第四节 澄清池沉淀类型一、在静水中的沉淀1.自由沉淀2.拥挤沉淀3.压缩沉淀4.絮凝沉淀 二、在沉淀池中的沉淀1.非凝聚性颗粒的

8、沉淀2.凝聚性颗粒的沉淀（絮凝沉淀）第一节 悬浮颗粒在静水中沉淀1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩 擦阻力三种力的作用。颗粒下沉的速度可得自牛顿第二定律：（一）颗粒在水中的重力为：F1=1/6 d3（ p- l） gu颗粒下沉速度； m颗粒质量；t时间。p 颗粒的密度； d颗粒直径；（二）颗粒受到的阻力为：1水的密度。与颗粒在运动方向上的投影 面积A及动压1/2lu2有关。CD阻力系数 A颗粒在运动方向垂直 面上的投影面积沉速基本公式颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速 度下沉，随着u增加

9、，阻力也相应增加，很 快颗粒即等速下沉。du/dt=0不同水流流态下的沉速公式（1）层流下的Stokes公式（Re1）（2）紊流下的沉速公式（ 1000Re25000 ）（3）过渡区的Allen公式2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀第二节 平流沉淀池第二节 平流沉淀池符合以下三个假定一、理想沉淀池1.颗粒处于自由沉淀状态。即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不在凝聚和 破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速 始终不变。 2.水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流 速相等。在流动过程中，v始终不变。 3.颗粒沉到池底即认为已被去除。一、理想沉淀池出水区进水区沉淀区存泥区Amvu0u0v出水理

10、想沉淀池(1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只 与沉淀池的表面负荷有关，与其他因素无关。(2)混凝效果与沉淀效果的关系：混凝效果好，则ui 大，沉淀效果好。(3)浅池理论：当颗粒沉速一定，有效溶容积一定 时，池身浅些，则明表面积大，去除率高。具有沉速ui（ ui 10-5改善水流状况： 降低Re，提高Fr减小水力半径RRR（2）凝聚作用的影响池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。实际沉淀池偏离理想沉淀池。四、平流沉淀池的构造出水区进水区沉淀区存泥区出水出 水 集 水 堰桁车式吸泥机五、平流沉淀池设计计算控制指标：停留时间 T表面负荷 Q/A第三节 斜板斜管沉淀池异向流斜管

11、沉淀池其它沉淀池竖流式沉淀池 辐流式沉淀池 在给水处理中的应用： 预沉第四节 澄清池机械搅拌澄清池构造钟罩脉冲澄清池 钟罩脉冲澄清池第四章 过 滤第一节 概述第二节 过滤理论第三节 滤料和承托层第四节 滤池冲洗第五节 滤池第一节 概述普通快滤池透视图第二节 过滤理论一、过滤机理1.迁移机理拦截沉淀惯性扩散水动力2.黏附机理水流剪力增大，杂质深入滤层滤层截污量示意截污量（g/cm3 ）滤 层 深 度 cm石 英 砂无 烟 煤石 英 砂单层 滤料双层 滤料反粒度过滤： ： ： ： ： ： 。：。 ：。 。：。 。 。：。： ： ： 。：。 ：常规过滤反粒度 过滤反粒度过滤方式：1. 双层滤料2.

12、三层滤料3. 均质滤料（4）直接过滤接触过滤微絮凝过滤二、过滤水力学(一) 清洁滤层水头损失水头损头损 失H与滤滤速v、孔隙率m0的关系m0是变化的。H变化，v不变-等速过滤v变化， H不变-变速过滤H、v都变化-变速过滤(二)等速过滤中的水头损失变化滤池过滤过程中，如果滤速始终不变， 称为等速过滤。1.等速过滤概念HMAXH0h等速过滤滤池进水进水量与池内 状况无关等速过滤过程中水头损失Ht=H0+h+Ht等速过滤水头损失与滤速TT 水 头 损 失H0v v HtH0hHmax1.变速过滤概念过滤过程中，如果过滤水头损失 始终不变，由上式可知，滤层孔隙率 的逐渐减小，必然使滤速逐渐降低， 这

13、种过滤方式称为等水头变速过滤。（三）变速过滤中的滤速变化2.变速过滤滤池当快滤池 进水渠相互连通、 且每座滤池进水阀均处于滤池最低水位以下时（保证每池进水量由池内滤层 孔隙率调节）可实现变速过滤。第三节 滤料和承托层一、给水处理滤料基本要求1.安全。足够的化学稳定性。2.足够的机械强度。3.一定的颗粒级配和适当的孔隙率。 二、滤料（填料）种类及特点 1.石英砂滤料天然河砂、海砂、天然石英矿石破碎砂。密度约2.60- 2.66 。主要成分二氧化硅。2.无烟煤滤料突出优点是在于化学性能稳定好。在一般的酸性、中性 、碱性水中都不溶解。具有足够的机械强度 。密度约1.4-1.6。在三层过滤池中通常与无

14、烟煤、石 英砂滤料配合。密度约4.7-5.0。 3、磁铁矿滤料或重质矿石4、石榴石滤料石榴石又有“玉砂”或“天然金刚砂”之称， 是一种岛状结构的铝（钙）硅酸盐，由于它 具有硬度大（7.54-7.9摩尔）、熔点高（ 1313-1318）、 比重大（ 3.5-4.3 g/cm3）、 耐酸度强、 化学稳定性 好等特点。第四节 滤池冲洗滤池冲洗方式表9.5.16 冲洗方式和程序滤滤 料 组组 成冲洗方式、程序单层细单层细 砂级级配滤滤料(1) 水冲 (2) 气冲水冲单层单层 粗砂均匀级级配滤滤料气冲气水同时时冲水冲双层层煤、砂级级配滤滤料(1) 水冲 (2) 气冲水冲 三层层煤、砂、重质矿质矿 石 级

15、级配滤滤料水冲一、高速水流冲洗水冲洗强度 q冲洗时间 t滤层膨胀度 e水冲洗强度及冲洗时间水冲洗强度及冲洗时间(水温20时)滤滤 料 组组 成冲洗强度 L/(m2s)膨胀胀率(%)冲洗时间时间 (min) 单层细单层细 砂级级配 滤滤料12154575双层层煤、砂级级 配滤滤料13165086三层层煤、砂、 重质矿质矿 石级级配 滤滤料16175575水冲洗强度与膨胀度的关系h=s- （1-m0）L0膨胀后：对水流悬浮状态的滤料的阻力，等于滤料在水中的重力。膨胀前：欧根公式水头损失与冲洗流速的关系水头损失反冲洗流速欧根公式滤层膨胀后，再增大冲洗强度，膨胀度增加，而水头损失不再增加二、气水反冲洗气水冲洗强度及冲洗时间滤滤料种类类先气冲洗气水同时时冲洗后水冲洗表面扫扫洗强度 L/(m 2s)时时 间间 (min )气强 度 L/(m 2s)水强 度 L/(m 2s)时时 间间 (mi n)强度 L/(m2 s)时时 间间 (min )强度 L/(m2 s)时时 间间 (mi n) 单层细单层细 砂级级配