1、给水处理技术基础知识给水处理技术基础知识4.1给水处置概论一.给水水质目的1.物理目的1浊度 2悬浮物 3臭和味 2.化学目的1杂质或污染物质的单项目的2无机特性的综合目的3无机污染物的综合目的3.微生物目的4.放射性目的二.水质规范1.生活饮用水水质规范1饮用水水质项目大为添加，从原35项添加到96项2把检测项目分为惯例检测项目34项和十分规检测项目62项3提高了对浊度的要求4在饮用水惯例检测项目中添加了耗氧量高锰酸盐指数：耗氧量以O2计不超越3mg/L，特殊状况下不超越5mg/L。5在无机物、无机物单项项目的选择和限制确实定上，既自创国外规范WHO、欧盟、美国，又思索中国国情。6注重消毒剂
2、和消毒副产物的危害，从原有的1项，添加到13项。7对局部原有项目的限制提出更严厉的要求，共4项：浊度、铅、镉、四氯化碳。8添加了粪性大肠菌群的项目。2.工业用水水质规范3.其他重要水质规范1地表水环境质量规范 2其他水质规范三.给水处置的基本方法与基本工艺1.给水处置的基本方法1去除颗粒物方法有：混凝、沉淀、廓清、气浮、过滤、筛滤格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等、膜分别微滤、超滤、沉砂粗大颗粒的沉淀、离心分别旋流沉砂等2去除、调整水中溶解无机离子、溶解气体的处置方法处置方法有：石灰硬化、离子交流、地下水除铁除锰、氧化恢复、化学沉淀、膜分别反浸透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法、水质动摇水中溶
3、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去除无机物的处置方法方法有：粉状炭吸附、原水曝气、生物预处置、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、膜分别、大孔树脂吸附用于工业纯水、高纯水制备中无机物的去除等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.给水处置的基本工艺饮用水处置的工艺分红：1饮用水惯例处置工艺 2在饮用水惯例处置工艺的基础上，添加预处置和或深度处置的饮用水处置工艺 3
4、其他特殊处置工艺混凝一.胶体的基本性质1.胶体的特性水中杂质按其颗粒大小，可以分红为溶解物、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、小分子无机物等粗大黏土颗粒、高分子无机物、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.胶体的动摇与凝聚二.铝盐铁盐混凝剂在水中的反响1.水解反响Al3+H2OAl(OH)2+H+Al(OH)2+H2OAl(OH)2+H+Al(OH)2+ H2OAl(OH)3+H+2.缩聚反响2Al(OH)2+Al2(OH)24+ 2H2O三.水的混凝机理与混凝进程1.混凝机理1紧
5、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.混凝进程在水处置中，混凝的工艺进程实践上分为凝聚与絮凝两个进程，对应的工艺或设备称为混合与反响。1凝聚在水处置工艺中，凝聚主要指参与混凝剂后的化学反响进程胶体的脱稳和初步的絮凝进程。2絮凝絮凝是指粗大矾花逐渐长大的物理进程。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速度梯度计算关于机械搅拌，对单位容积水体的搅拌功率为:
6、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。关于水力搅拌，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重力减速度，9.81m/s2。混凝进程的动力学控制参数如下：关于混合池：G=5001000s-1 T=1030关于絮凝反响池：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，最正确范围6.57.5。2聚
7、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值的顺应范围5114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，最正确范围69。6其他复合式药剂，如聚合铝铁，聚合铝硅，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现场模拟实验法 3特性参数控制法五.混合设备混合时间普通1030s，速度梯度5001
8、000s-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.絮凝反响池絮凝反响池的水力停留时间普通为1030min，GT值在1041051.机械搅拌总的水力停留时间普通为1520min，桨板边缘处的线速度从第一级的0.5m/s降到最后一级的0.2m/s。2.水力搅拌1隔板反响池起端流速普通为0.50.6m/s，末端流速普通为0.20.3m/s,水力停留时间2030min，总的水头损失0.30.5m。2折板反响池各段的流速可区分为：第一段：0.250.35m/s; 第二段：0.150.25m
9、/s; 第三段：0.100.15m/s。水力停留时间较短，普通为615min。3其他方式的反响池3.不同方式絮凝池的组合运用1往复式隔板与回转式隔板组合2机械反响与隔板反响组合七.影响混凝效果的要素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自在沉淀 2絮凝沉淀 3拥堵沉淀 4紧缩沉淀2.团圆颗粒沉淀速度1颗粒沉速公式关于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重力减速度二.理想沉淀池特性剖析1.理想沉淀池的构成在理想沉淀池中，对沉淀进程的基本假定是：1沉淀进程属于团圆
10、颗粒的自在沉淀，在沉淀进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活动，进水平均散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在沉淀进程中，各颗粒的水平运动重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外表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沉淀池的外表面积； Q水的流量；q0沉淀池的外表负荷，也称为过流率，即单位时间内单位池外表面积所处置的水量。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
11、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关于采用混凝沉淀工艺的饮用水处置，沉淀池特定颗粒沉速设计值普通为u0=0.30.6mm/s。依据原水状况，又可采用以下设计数据：1关于原水浊度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，以保证断面水流平均。2平流式沉淀池的水力停留时间普通为1.03.0h；3池中水平流速普通为1025mm/s；4沉淀池的有效水深普
12、通采用3.03.5m;(5)沉淀池的每格宽度或导流墙间距普通为38m，最大不超越15m。权衡平流式水力形状的参数：弗劳德数Fr普通在110-4110-5,，雷诺数Re普通在400015000。2.斜板管沉淀池(1)斜板管沉淀池的优点：停留时间短、沉淀效率高、占地省等。缺陷是：1运转中斜板管中易发生积泥和藻类繁殖效果，需活期放空对斜板停止冲洗，积泥过多还易发作斜板压塌事故；2斜板管资料的费用高3因水流在斜板之间停留时间极短几分钟，斜板沉淀池的缓冲才干及动摇性较差2斜板沉淀池产水量的计算：斜板沉淀池的外表负荷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；
13、斜板倾角。在设计斜板沉淀池时应思索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，可以失掉导向流斜板沉淀池产水量的计算式：A原斜板沉淀池的池外表面积，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，普通可采用q斜9.011.0m3/(m2h).(3) 异向流斜(管)板沉淀池在给水处置中，异向流斜板沉淀池宜用于进水浊度临时低于1000NTU的原水，斜板管沉淀区的液面负荷，应按相似条件下的阅历确定，普通可采用9.011.0 m3/(m2h)。斜
14、板局部常用的数据是：斜板长度l=1m,倾角为60度，板间距或管径3050mm。沉淀池斜板管下面的配水区高度不宜小于1.5m，斜板管下面的清水区维护高度普通不宜小于1.0m。4同向流斜板沉淀池同向流的斜板数据普通采用：板间距35mm，斜板的上部为沉淀区斜板，斜板长度l=2.02.5m,倾斜角为40度；斜板的下部为排泥区斜板，斜板长度不小于0.5m，倾斜角为60度。同向流斜板沉淀池沉淀区的液面负荷普通为3040 m3/(m2h)。5侧向流斜板沉淀池给水处置中侧向流斜板沉淀池的数据是：斜板的结构尺寸普通为倾斜角5060，板间距5080mm，斜板内的水平流速普通采用v=1020mm/s；侧向流斜板体的
15、容积负荷约为810 m3/(m2h).3.竖流式沉淀池4.福流式沉淀池五.廓清1.廓清池任务原理在廓清池中经过机械或水力作用悬浮坚持着少量的矾花颗粒，其浓度普通在每升几克，进水中经混凝剂脱稳的粗大颗粒与池中坚持的少量矾花颗粒发作接触凝聚反响，被直接黏附在矾花上，然后再在廓清池的分别区与清水分别。2.机械搅拌廓清池水在机械搅拌廓清池中的总停留时间可采用1.21.5h。第一反响室和第二反响室的水力停留时间普通控制在2030min，其中第二反响室按计算流量的停留时间是3060s。u0=0.81.1mm/s。3.脉冲廓清池脉冲廓清池的脉冲周期普通为3040s，其中充水与放水的时间比为3：14：1。清水
16、区的上升流速普通可以采用0.71.0mm/s，悬浮层高度和清水区高度各为1.52.0m。六.气浮1.气浮原理原理是在水中参与少量的庞大气泡，并使其黏附在颗粒上，共同快速上浮，从而大大加快了颗粒的分别速度。2.气浮池外表负荷普通采用5.49 m3/(m2h) (u0=1.52.5mm/s),回流比为510。3.浮沉池浮沉池斜板区液面负荷普通采用10 m3/(m2h)左右。过滤一.过滤原理1.过滤技术分类1表层过滤表层过滤的颗粒去除机理是机械筛除。2深层过滤深层过滤颗粒去除的主要机理是接触凝聚，即颗粒的去除是经过水中悬浮颗粒与滤料颗粒停止了接触凝聚，水中颗粒附着在滤料颗粒上而被去除。石英砂滤料的规
17、格是：d=0.51.2mm,滤层厚度700mm。2.深层过滤的机理(1)迁移在滤料层孔隙中随水活动的小颗粒在以下作用下可以与滤料颗粒的外表停止接触，这些作用有：阻拦、重力沉降、惯性、分散、水动力作用等。2附着颗粒之间存在的附着力的作用下，水中颗粒被附着截留上去。二.滤池的运转1.滤池的运转周期1过滤形状正向过滤，反向过滤，双向过滤，辐流过滤。滤池的设计最大水头损失滤池的最高水位与滤后水出水堰之间的高差普通为22.5m，滤池的过滤周期普通在1224h。2反冲洗形状1独自用水反冲洗2水反冲洗加外表辅佐冲洗3气水结合反冲洗滤料层的收缩率普通需到达4050，普通需求冲洗57min，加上冲洗前后的操作进
18、程，整个反冲洗进程用时普通约为10min。反冲洗用水采用过滤后的清水，由反冲洗水塔或反冲洗水泵提供，所用水量普通占过滤水量的5左右。滤间正在反冲洗和检修而中止进水时期，由于下游来水水量不变，因此正在运转的各滤间的进水流量将略有添加，水量为正常运转时的n/(n-1)倍，池中滤速也相应添加。此时的滤速为强迫滤速。2.滤池过滤的运转方式变水头恒速过滤； 恒水头恒速过滤； 减速过滤1变水头恒速过滤变水头恒速过滤是滤池运转的一种主要方式，其滤池结构特点是进水口的水位高于滤池中的最高水位，普通采用进流堰进水，每格滤间的进水流量基本相等。2恒水头恒速过滤与变水头恒速过滤不同相比，恒水头恒速过滤的进水口是在滤
19、池水面以下，以淹没式进流。3减速过滤减速过滤的滤速在过滤周期中是逐渐降低的。三.滤料1.滤料的材质与规格1滤料材质1适当的尺寸、外形、级配或平均度； 2有一定的机械强度，运用中的磨损率低；3有良好的化学动摇性，不得溶出对人体安康有害的物质；4价钱廉价。2滤料规格1)最小粒径dmin与最大粒径dmax假定d=0.51.2mm,即dmin=0.5mm,dmax=1.2mm。2滤料的有效粒径d10滤料中小于该粒径的颗粒的重量占滤料总重量的10。3滤料的不平均系数K80式中 d10滤料中小于该粒径的颗粒的重量占滤料总重量的10。 d80滤料中小于该粒径的颗粒的重量占滤料的总重量的80。K80代表了滤料
20、的不平均水平。越大，表示粗细颗粒散布越大，关于过滤和反冲洗越不利。K80越接近与1，滤料的大小越平均，过滤和反冲洗的效果越好。4其他粒径表示法，如当量粒径、中位粒径、平均粒径等2.水处置常用滤料1石英砂滤料1粒径dmin=0.5mm,dmax=1.2mm,K802.0;2滤料层厚度h=700mm;3)正常滤速v=810m/h,强迫滤速v强1014m/h;4)反冲洗强度q=1215L/(sm2),反冲洗收缩率约45，冲洗时间75min.2无烟煤石英砂双层滤料1下层为无烟煤滤料，粒径dmin=0.8mm,dmax=1.8mm,K802.0,厚度h=300400mm;2下部为石英砂滤料，粒径dmin
21、=0.5mm,dmax=1.2mm,K802.0,厚度h=400mm3)正常滤速v=1014m/h,强迫滤速v强=1418m/h;4)反冲洗强度q=1316L/(sm2),反冲洗收缩率约50，冲洗时间86min。3均质滤料均质滤料的含义是指使滤料层中上下颗粒散布平均的滤料。基本运转参数：1有效粒径d10=0.951.35mm,K60950mm,普通在10001500mm;3)设计滤速v=815m/h;4)反冲洗步骤为：先气擦洗12min，再气水共同冲洗43min，最后水冲洗43min;5气冲洗的空气冲洗强度1317L/(sm2);水冲洗强度在气水共同冲洗时为34.5 L/(sm2)，最后水冲洗
22、时强度为46 L/(sm2)；外表横向扫洗强度为1.42.3 L/(sm2)。4其他滤料1三层滤料 2纤维球滤料 3聚苯乙烯泡沫滤料 4锰砂滤料四.滤池的基本结构滤池由滤料层、承托层、配水系统、冲洗排水槽、集水渠等局部组成。1.滤料层2.配水系统和承托层1大阻力配水系统穿孔管上总的开孔率孔口面积与滤池面积之比很低，为0.200.28，在反冲洗时孔口流速v=56m/s,发生较大的水头损失，约为34m左右，孔口水头损失远高于配水系统中各孔口处沿程损失的差异，由此相抵消弭了滤池中各孔口位置不同对配水平均性的影响，完成了配水平均。大阻力配水系统单池的面积最大可到100m2左右。孔口直径为912mm,布
23、置在与中垂线45度角的下侧，交织陈列。各层的粒径时1632mm、816mm、48/24,各层厚度100mm。大阻力配水系统滤池的反冲洗水由反冲洗水塔或反冲洗水泵提供，总的反冲洗水头68m。优点时：其配水平均性好，单池面积大可到100m2左右，基建造价低，任务牢靠。缺乏之处：需单设反冲水塔或水泵，反冲洗所需水头大、能耗高。2小阻力配水系统开孔率普通在1.01.5，反冲洗水头只需1m左右。优点：不需设置反冲洗水塔或水泵，反冲洗水头小，动力费省，易于完成滤池自动化运转。缺乏：单池面积小最大约50m2左右，且基建费较高。中阻力配水系统，开孔率在0.60.8，配水系统多用双层滤砖。3.反冲洗排水系统1冲
24、洗排水槽设计要求：1池面的反冲废水应自在跌落入冲洗排水槽，槽中水面以上要有一定维护高；2单位排水槽长度的效劳面积应相等，槽面水平误差在2mm以内，槽间距不得过大普通为1.52.0m；3排水槽的底应略高于滤料层收缩后的高度；4冲洗排水槽的出水应自在跌落入集水渠。2集水渠4.辅佐系统1反冲洗水塔与水泵采用大阻力配水系统的滤池所需的反冲洗水头H0约为78m，包括1从水塔或水泵至滤池的管道中的水头损失设计计算时可先按1m思索；2滤池配水系统的水头损失主要为孔口损失，大约为34m；3承托层的水头损失约0.15m;4使滤料层收缩的水头损失约0.7m;5备用水头1.52.0m等。反冲洗水泵在滤池冲洗时直接从
25、清水池中抽水停止反冲洗。反冲洗水泵的扬程H为：式中 H0反冲洗水头； He滤池冲洗排水槽槽顶与清水池最低水位之间的高程差。该系统的投资省，但操作较费事，且水泵较大，反冲洗时期用电量清楚增大。反冲洗水塔的容量按一个滤间冲洗用水量的1.5倍设置，反冲洗水塔的池底与滤池冲洗排水槽槽顶的高程差按反冲洗水头H0设置。2管廊3滤池控制系统对滤池的过滤与反冲洗工控停止自动控制的基本方式有：1水力控制； 2时间顺序控制； 3以上两者的结合4外表冲洗装置滤池的外表冲洗装置是在砂面以上5070mm处设置穿孔管。五.滤池1.普通快滤池滤池单池面积小于100m2，普通在2050m2，滤池池深普通为3.23.6m。过滤
26、方式为几个滤间为一组的恒水头恒速过滤需控流阀或减速过滤。2.双阀滤池3.虹吸滤池6-8个滤间组成一个系统，过滤运转方式为变水头恒速过滤，冲洗前的最大水头损失普通采用1.5m。4.重力式无阀滤池变水头恒速过滤，最大过滤水头普通采用1.5m。5.移动罩滤池设计过滤水头可采用1.21.5m。6.均质滤料滤池7.压力滤罐滤料厚度普通为1.01.2m，最终允许水头损失普通可达56m。消毒一.消毒概论1.消毒目的饮用水消毒的目的是杀灭水中对人体安康有害的绝大局部病原微生物，包括病菌、病毒、原生植物的胞囊等，以防止经过饮用水传达疾病。细菌总数100CUF/mL,总大肠菌群和粪便大肠菌群每100ml水样中不得
27、捡出此外还有剩余消毒剂浓度的目的。2.消毒方法1氯消毒关于遭到无机污染包括自然的腐殖质类污染、生活污染、工业污染等的水体，加氯消毒可以发生对人体有害的卤代消毒副产物，如三卤甲烷THMs、卤乙酸HAAs等物质。2二氧化氯消毒3臭氧消毒4紫外线消毒3.消毒剂的投加点1清水池前投加的消毒主工序；2调整出厂水剩余消毒剂浓度的补充投加在二泵站处；3控制输水管渠和水厂构筑物内菌藻生长的水厂取水口或净水厂入口的预投加；4配水管网中的补充投加等。二.氯消毒1.氯消毒的原理氯灭活微生物的机制包括：氯能氧化损坏细胞膜，使其浸透性添加，招致细胞内物质如蛋白质、RNA、DNA的漏出，影响钾的吸收和保管；氯进入细胞质后
28、，能破坏搅扰多种酶系统，并可损坏基因组，使细胞丧失生理才干。饮用水消毒通常以大肠杆菌作为肠道微生物的指示菌，权衡消毒处置的效果。关于不含氨的水，向水中参与氯后立刻发生以下反响：Cl2+H2OHOCl+H+Cl-所生成的次氯酸HOCL是弱酸，在水中局部电离成次氯酸根和氢离子。HOClOCl-+H+水中HOCl和OCl-的比例与水的PH值和温度有关。HOCl和OCl-都被计入，称为是游离性氯或自在性氯。自然水体中普通含有大批的氨氮。加氯发生的HOCL会与氨氮反响，生成氯胺：NH3+HOClNH2Cl+H2O NH2Cl+HOClNHCl2+H2O NHCl2+HOClNCl3+H2O氯胺的存在方式同氯与氨的比例和水的PH值有关。在Cl2:NH3的重量比5：1、PH
