给水工程(下册)各章节内容(考试复习重点)

十四章给水处理概论1.给水处理的任务：用不同的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（GB5749-2006）（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.给水处理法概述：水处理法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。①悬浮杂质：沉淀法去除②胶体状态存在水中的杂质：混凝沉淀过滤去除③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④有机物：用活性炭吸附⑤微生物、细菌等：消毒法----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、锰的法是：自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。-----处理原理：吸附、氧化、生物降解、膜滤。第15章混凝1、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：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶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：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②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：6，P255.胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥势能与吸引势能，分别由静电斥力与德华引力产生。3.混凝机理:(1)电性中和作用机理:①压缩双电层：----要使胶体脱稳，相互碰撞结合，必须消除或降低排斥能峰，即是消除或降低ζ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→ζ电位减小→胶体脱稳，相互粘结。：②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。----高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；②但投加过多，会出现“胶体保护”现象，（3）网捕或卷扫：金属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。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。2、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，使用便，货源充足，价格低廉。主要分为无机混凝剂和有机混凝剂。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：（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：①酸碱类：调整水的pH，如灰、硫酸等；②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；③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。3、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畴。颗粒相互碰撞的动力来自两个面：①颗粒在水中的布朗运动；②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：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；ν为水的运动粘度；ρ为水的密度。因此：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1m，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。3.同向絮凝（1）层流理论：颗粒的碰撞速率按下式计算：G--速度梯度，s-1；△u--相邻两流层的流速增量，cm/s；△z--垂直于水流向的两流层之间距离，cm。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，隔离体扭转了θ角度，于是角速度△ω为：G:速度梯度；s-1p:单位体积流体所耗功率，W/m3;μ: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：故采用水力絮凝池时:（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；ν--水的运动粘度，m2/s;T--水流在混凝设备中的停留时间，s。（2）同向紊流理论①外部施加的能量形成大涡旋；②大涡旋将能量输送给小涡旋；③小涡旋将能量输送给更小的涡旋；④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞。式中，紊流扩散系数，为相应于λ尺度的脉动速度，为：得：ε:单位时间、单位体积流体的有效能耗；υ：水的运动粘度；λ：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：①原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；②投加的凝聚剂种类与数量；③使用的絮凝设备及其相关水力参数。2.水温影响水温低时，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：①无机盐水解吸热，低温水混凝剂水解困难；②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；④水温与水的pH值有关。克服水温低效果差的措施：①增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。②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围为6.5-7.5。（2）三价铁盐水解反应同样受PH值的控制。(FeCL36H2O)三价铁盐混凝剂适应的PH值围较宽，最优PH值大约在6.0-8.4之间。（3）使用FeSO4·7H2O时：Fe2++H2O<---->Fe(OH)++H+Fe(OH)++H2O<---->Fe(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）氧化的法：----利用溶解氧氧化：4FeSO4+O2+10H2O<---->4Fe(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，很难在净化构筑物完成。----加Cl2氧化：6FeSO4+3Cl2<---->2Fe(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+<---->CO2+H2O①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。②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。为了保持水的PH值在混凝过程中始终处于最优围须向水中投加碱剂，即对水进行碱化，一般投加CaO。AL2(SO4)3+3H2O+3CaO=2AL(OH)3+3CaSO42FeCL3+3H2O+3CaO=2Fe(OH)3+3CaCL2灰投量按下式估算：[CaO]=3[a]–[x]+[δ]式中[CaO]：纯灰CaO投量，mmol/L；[a]：混凝剂投量，mmol/L；[x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25～0.5mmol/L（CaO）。一般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：①加高分子助凝剂；②加粘土；③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。（2）溶解池设计要求：（见PPT）搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌、水力搅拌等。⑥中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿管淋溶或冲溶。（3）溶解池容积W1：W1=（0.2～0.3）W2式中W2为溶液池容积。（4）溶液池是配制一定浓度溶液的设施。溶液池容积W2：式中：W2——溶液池容积，m3；Q——处理的水量，m3/h；α——混凝剂最大投加量，mg/L；b——溶液浓度，一般取10%～20%；n——每日调制次数，一般不超过3次。溶液池一般设二个，一用一备。2混凝剂投加（1）对投药设备的基本要求：①投量准确、易调节。②设备简单、工作可靠、操作便。（2）混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。①计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。②投加式：（1）泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中（P273）水封箱是为防止空气进入。（2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加：设备简单，使用便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损。（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合。六混合和絮凝设备1.混合设备：我国常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合、机械混合。（见P276）2.絮凝设备：分为两大类：水力搅拌式、机械搅拌式。（1）隔板絮凝池：分往复式和回转式。----隔板絮凝池的设计参数:(见P278)----优点：1.适用于大型水厂，因为Q小b小，不便于施工和维护；2.构造简单、管理便、效果较好，回转式比往复式效果好，水头损失小3040%。----缺点：1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大；2.流量变化大时，效果受影响。（2）折板絮凝池(图见P280.)通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称“异波折板”。----优点：①无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果。②在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反应器。所以折板絮凝池接近推流型。③与隔板絮凝池相比，水流条件大改善，在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高。所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。----缺点：①因板距小，安装维修较困难；②折板费用较高，一般常用于中小型水厂。③采用波纹板缺点就更突出。3.机械絮凝池(图见P281)搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。水平轴式一般适用于大型水厂，垂直轴式一般适用于中小水厂。----第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。4.穿旋流絮凝池(图见P284)----优点是构造简单，施工便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。----缺点是受流量变化影响较大，故絮凝效果欠佳，池底也容易产生积泥现象。5.网格、栅条絮凝池图见P284网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。特点：网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。其设计参数见P285表15-3。第16章沉淀和澄清一、悬浮颗粒在静水中的沉淀1.水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。按水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类：（1）自然沉淀：颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度。（2）混凝沉淀：在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状和密度，这种过程称为混凝沉淀。（3）化学沉淀：在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为沉淀物，称为化学沉淀。2.给水处理中，常遇到两种沉淀：P288（1）自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。（2）拥挤沉淀：颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）。当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。3.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的直径，同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认为自由沉淀，此时的沉淀速度称为自由沉淀速度。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。重力和浮力：ρp及ρ1：颗粒及水的密度。阻力：CD:阻力系数，与雷诺数有关。得：颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。dvs/dt=0令上式左边为零，加以整理，得均匀下沉速度vs,简称沉速u。上式为沉速基本公式，式中虽不出现Re，但是，式中阻力系数cD却与Re有关。ν—水的运动粘度。阻力系数cD与雷诺数Re的关系通过实验得出，见图：（1）层流区Re≤1：带入斯笃克斯公式得：斯笃克斯公式的适用条件:①10-4＜Re≤1，颗粒d≤0.1mm适用；②浓度＜5000mg/L,与容器壁间距大于50d；③非絮凝颗粒；④对于非球形的颗粒，d要乘球形系数（＜1)（2）过渡区1≤Re≤1000：代入公式，得阿兰公式：<这个公式适用于d≤2mm的砂粒。>（3）紊流区1000≤Re≤2500：<这个公式适用d＞2mm的砂粒。>此时CD接近于常数0.4，代入前式得牛顿公式：------给水沉淀池中的泥沙颗粒的沉淀一般属于层流沉降状况。给水处理主要研究对象是0.1mm以下的颗粒的去除问题。在实际应用上，常常以沉速代表某一特点颗粒而无需求出颗粒的直径。沙粒粒径：d＞0.1mmu＞7.5mm/s去除容易d=0.01mmu=0.075mm/s不易下沉去除d=0.001mm胶体，不能自行下沉必须混凝去除4.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的摩擦阻力有所增加，颗粒处于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀速度称为拥挤沉速。一般讲，当原水含沙量增到一定数量，泥沙即处于拥挤沉淀状态，含沙量再大时，在沉淀过程中会产生浊度相差悬殊的清水区和浑水区，两区交界面清晰可见，称为浑液面，该面缓缓下降，直至泥沙完全沉积为止。具体分析见P290-291.二、平流式沉淀池上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区。经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区。水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥连续或定期排出池外。1.非凝聚性颗粒沉淀过程分析（1）理想沉淀池应符合以下三个假定：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，不再凝聚和破碎，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。（2）分析：原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为：考察流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度（沉淀池能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速）。u≥u0的颗粒可以全部去除，u<u0的颗粒只能部分去除。又可得：即：Q/A一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷在数值上等于截留速度u0，但含义不同。设原水中沉速为ui（ui<u0）的颗粒的浓度为C，沿着进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC，沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗粒的数量为hiBvC（见图)，则沉速为ui的颗粒的去除率为：哈真公式。式中：E—沉淀效率。（3）理想沉淀池理论：即哈真公式。悬浮颗粒在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾，阐明了决定沉淀效率的主要因素,反应了下列两个问题：①当E一定时ui越大，q也越高，亦即产水量越大，或当Q、A不变时ui越大、E越高。ui的大小与混凝效果有关。因此，生产上一定要重视絮凝工艺。②ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时，池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池理论”。斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。（4）理想沉淀池的总去除率：式中：p0—所有沉速小于理想沉淀池截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；u0—理想沉淀池的截留沉速；ui—小于截留沉速的颗粒沉速；pi—所有沉速小于ui的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；dpi—具有沉速为ui的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率。（4）非凝聚性颗粒的沉淀实验分析。(P295.)2.凝聚性颗粒的沉淀实验分析。(P296)3.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素（1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。主要为短流的影响，产生的原因有：①进水的惯性作用；②出水堰产生的水流抽吸；③较冷或较重的进水产生的异重流；④风浪引起的短流；⑤池存在的导流壁和刮泥设施等。----水流状况的判别指标-----紊动性和稳定性①紊动性----雷诺数Re判别。该值表示水流的惯性力与粘滞力两者的对比。v--水的流速；R--水力半径；υ--水的运动拈滞系数。一般认为，在明渠流中，Re＞500时，水流是紊流状态，平流沉淀池中水流的Re一般为4000～15000，属紊流状态。在沉淀池中，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。②稳定性----弗劳德数Fr。该值表示水流的惯性力与重力两者的对比。Fr高，惯性力作用相对增加，重力相对减少。水流对温差、密度异重流及风浪等影响的抵抗的能力强，使沉淀池中的水流流态保持稳定，一般认为平流沉淀池中Fr＞10-5。-----在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R，平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的。（2）絮凝过程的影响(P300)实际生产性沉淀池的沉淀时间和水深均影响沉淀效果。实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。4.平流沉淀池的构造平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分。（1）进水区进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水的截面上，并尽量减少扰动。一般在絮凝池和沉淀池之间设置穿花墙分布进池浑水。配水眼直径取100mm左右，在沉淀区均匀分布，以求将浑水在宽度和深度两个向上都能均匀分配。眼的总面积由眼中的水流速度决定，眼速度v大，配水均匀性好，但大颗粒絮凝体经过眼会被打碎，相反地，v选小，配水均匀性差，但絮凝体被破坏就轻些，所以v≯0.15~0.2M/S。（2）沉淀区采用导流墙对平流沉淀池进行纵向分格可以减小水力半径R达到改善水流条件的目的。沉淀池的高度与其前后有关净水构筑物的高程布置有关，一般约3~4米，沉淀区的长度L决定于水平流速和停留时间T，即：L=vT，其中：v=0.01~0.025m/s，停留时间T=1~3h（一般水为1~2h，高温高色度水位2~3h）。沉淀池的宽度决定于流量Q、池深H和水平流速即：B=Q/Hv，沉淀区的L、B、H之间互相关联，为获得良好的效果，沉淀池应具有合理的构造形式，一般认为狭长型较好。一般认为：长宽比不小于4；长深比宜大于10，宽深比不大于3-4,每格宽度宜在3-8m。（3）出水区（见PPT54）①溢流堰出水；②溢流堰出水；③不淹没口出水；④淹没口出水（4）存泥区和排泥措施（见PPT59）沉淀池排泥式有：泥斗排泥、穿排泥管、机械排泥等。平流式沉淀池穿排泥管设计要求流式.（见PPT60）5.平流沉淀池的设计计算：（见PPT61-67或P302）三、斜板与斜管沉淀池1.斜板与斜管沉淀池的特点（1）按照理想沉淀池的理论，(哈真公式)可知沉淀效率为：在保证同样的产水量，同样的效率的条件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大缩小沉淀池的容积，使建筑费用大降低。从改善沉淀池水力条件的角度来分析，斜板、斜管沉淀池，R大减小了，Re大降低了；Fr大增大，水流稳定；处于层流状态，从而提高了沉淀效率。（分析见PPT74-76）（2）分类：斜板（管）沉淀池是把与水平面成一定的角度（一般60°左右）的板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。斜板斜管沉淀池按水流向分为：异向流、同向流、横向流三种，目前在实际工程中应用的是异向流斜板（管）沉淀池。（P305图）（3）优点：①沉淀面积增大；②沉淀效率高，产水量大；③水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：①由于停留时间短，其缓冲能力差；②对混凝要求高；③维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）（4）斜板、斜管沉淀池水力特征参数的依据是：①水流在斜板（斜管）中的流态为层流；②斜板（斜管）纵向流速，随着板间（管）断面上不同位置而变化。③颗粒为分散性非絮凝颗粒，颗粒沉降速度不变。2.斜板斜管沉淀池设计计算（1）上向流斜板、斜管沉淀池进水向选择：（2）整流配水装置为了能使水流均匀地进入斜管下的配水区，絮凝池一般应考率整流措施。①采用缝隙栅条配水，缝隙前狭后宽；②采用穿墙，配水v≯0.15m/s，（应不大于絮凝池出口流速）；（3）倾斜角：θ越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高；θ越大，排泥容易。根据生产经验，为使排泥通畅。52°＜θ＜60°，一般常取60°。（4）斜管长度L：斜管长度大则沉淀效果好。试验证明在斜管进口一段距离，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓缩也较大，此段称为过渡段或紊流段。该段以上便看出泥水分离，此段称为分离段。过渡段的长度随管中上升流速而异，该段泥水虽然混杂，但由于浓度较大，反而有利于接触絮凝，从而有利于分离段的泥水分离。斜板的实际长度L=过渡段长度L0+分离段长度Lt过渡段长度一般估计约200mm.斜板过长会增加造价，而沉淀效率的提高有限，在分离段上部出现一段较长的清水段，并未利用。目前长度多采用800~1000mm。（5）斜板的板距，斜管的管径d及端面形状斜板的板距50~150mm,常取100mm；斜管管径d=25~40mm,（多边形切圆直角），端面形状，多采用正六角形。（6）材料的选择：轻质、坚牢、无毒、价廉，目前使用较多的纸质蜂窝、薄雕塑料板（无毒聚乙烯），木质、棉水泥板等，（7）斜板（管）沉淀池的表面负荷率斜板（管）沉淀池的表面负荷率q就是单位面积的产水量，以m3/h.m2或mm/s。一般上向流斜板（管）沉淀池和平流斜板沉淀池的表面负荷率为10~20m3/h.m2（3~6mm/s）；下向流斜板（管）沉淀池表面负荷率为30~50m3/h.m2（8~14mm/s）。斜板（管）沉淀池的表面负荷率为：上向流和下向流斜板板间（管）流速为：(8)斜板下部为布水区1~1.5m，斜板的上部为清水区1m左右；总水深4米左右，总停留时间为20分钟左右。(9)沉淀池面积A:选定表面负荷（2.5~3.0mm/s），计算得到面积A。沉淀池总高度:H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1为超高0.3m，h2为清水层高度1.2m;h3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5m;h5为污泥斗高度0.8m。四．澄清池澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。1.澄清池特点当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。泥渣层的形成：通常在澄清池开始运转时，在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层。当原水浊度低时，为加速泥渣层的形成，也可人工投加粘土。泥渣的净水作用机理：①由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能继续吸附和粘附水中的悬浊物质；②泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表面上进行（接触凝聚）要比在水中进行（自由凝聚）强的多；③悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千mg/l）,能大增加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速度。澄清池的特点：①将絮凝和沉淀两个过程在一个构筑物靠活性泥渣完成；②泥渣层的开始形成，可适当多投混凝剂，降低负荷；③充分利用了泥渣的絮凝作用。2.澄清池的分类：①泥渣悬浮型澄清池②泥渣循环型澄清池（1）泥渣悬浮型澄清池（详见PPT97-103）①悬浮澄清池加过药剂的原水经过气水分离器后，从穿配水管进入澄清池室，由下向上穿过悬浮泥渣层中进行絮凝和沉淀。特点：a构造简单；b对进水量、水质、水温的变化适应性较差，当进水流量、水质变化较大时，悬浮泥渣易遭破坏；c面积过大时，也容易导致配水和悬浮层浓度分布不均匀；故适用于中小型水厂。②脉冲澄清池澄清池的上升流速发生期性的变化，这种变化是由脉冲发生器引起的。靠脉冲式进水，悬浮层发生期性的收缩和膨胀。原水由进水管进入进水室，由真空泵造成的真空而使进水室的水位上升，此为冲水过程。当水面达到进水室最高水位时，进气阀开启，进水室通大气，这时进水室水位迅速下降，向澄清池放水，此为放水过程。特点：(1)有利于颗粒和悬浮层接触；(2)悬浮层污泥趋于均匀。(3)还可以防止颗粒在池底沉积(4)处理效果受水量、水质、水温影响较大；(5)构造复杂。（2）泥渣循环型澄清池(详见PPT104-111)①机械搅拌澄清池主要由第一、第二反应室和分离室组成，加过药剂的原水在第一、第二反应室与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室中进行分离。泥渣的循环回流用机械抽升，故称机械搅拌澄清池。②水力循环澄清池特点：优点：不需机械搅拌，结构简单缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，不能适应水温、水质、水量的变化，只能用于小水厂。第17章过滤1．过滤概述1.过滤就是以具有隙的粒状滤料层（如英砂）截留水中杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。进出水要求：进水浊度一般在10度以下，滤后水的浊度不超过3mg/l。(新标准不超过1mg/l)。当原水浊度较低（一般在100度以下），且水质较好时，也可采用原水直接过滤。作用：不仅进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。过滤对生活饮用水的水厂来说，必须有过滤，这是不可缺少的。种类：慢滤池：慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地去除水的色度、嗅和味。普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池（水冲洗）、V型滤池（气水冲洗）。----各种形式的滤池，过滤基本原理一样，基本工作过程也相同，即过滤和冲洗交错进行。2.快滤池：由过滤与反冲洗两部分组成。从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作期。从过滤开始到过滤结束称为过滤期。滤池的工作期为12~24h。滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过滤水量，单位为m3/（m2·h）或m/h。普通快滤池v=8-10m/h；期T=12-24h。双层滤料v=10-14m/h；多层滤料v=18-24m/h。二．过滤理论1.过滤机理：过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。水中的悬浮颗粒能够粘附与颗粒表面上，涉及两个问题：第一、被水流夹带的颗粒如与滤料颗粒表面接近或接触，（迁移机理）第二、它们接近时依靠哪些力的作用，使它们粘附于滤料表面上。（粘附机理）（1）颗粒迁移：在过滤过程中，滤层隙中的水流一般属层流状态。被水流夹带的颗粒将随水流流线运动，它之所以会脱离流线而与滤料表面接近，完全是一种物理的力学作用。一般认为由以下几种作用引起：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力作用等。（2）颗粒粘附：粘附作用是一种物理化学作用。粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。过滤效果主要取决于颗粒表面的性质而无须增大颗粒尺寸。（3）滤层杂质分布规律（详见PPT29-35或P317）滤层含污能力：是指工作期结束时，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量，以kg/m3或g/cm3计，显然含污能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。双层滤料层：上层采用密度较小，粒径较大的轻质滤料（如无烟煤），下层采用密度较大、粒径较小的重质滤料（如英砂）。三层滤料层：上层为大粒径，小密度的轻质滤料（如无烟煤），中层为中等粒径、中等密度的滤料（如英砂），下层为小粒径、大密度的重质滤料（如榴）。见P318图。（4）直接过滤：原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤充分体现了滤层中特别是滤料中接触凝聚或絮凝的作用。直接过滤有两种式：①原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”；②原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤”。----直接过滤要求：①采用双层或三层滤料滤池；②采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。①原水浊度和色度较低且水质变化小，常年原水浊度低于50度；②直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，滤速一般在5m/h左右。----直接过滤特点：1.工艺简单；2.混凝剂用量少；3.易于处理低温低浊水。2.过滤水力学:阐述过滤时水流通过滤层的水头损失变化及滤速的变化。（1）清洁滤层的水头损失(见P320)（2）等速过滤中水头损失的变化当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。过滤时滤池总水头损失为：H0—清洁滤层水头损失cm;h—配水系统、承托层及管（渠）水头损失之和cm;Ht—在时间为t时的水头损失增值cm;式中的H0和h在整个过滤过程中不变。Ht随t增加而增大。Ht与t的关系，实际上反应了滤层截留杂质量与过滤时间的关系，亦既滤层隙率的变化与时间关系。（3）变速过滤中的滤速变化滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”或“减速过滤”。在过滤过程中，如果过滤水头损失始终保持不变，由前17-2公式可知，滤层隙率逐渐减小,必然使滤速逐渐减小，这种情况称为“等水头变速过滤”。变速过滤的特点：与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下：①减速过滤的滤后水质好；②在相同过滤期，过滤水头损失较小。③相反，滤层截留杂质较多时，虽然滤速降低，但因滤层隙率减小，隙流速未必减小。（4）负水头现象当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。负水头对过滤的影响及破坏作用:负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用：一是减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤速增加，重时会破坏滤后水质；二是气囊会穿透滤层上升，有可能将部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构，反洗时，气囊更易将滤料带出滤池。避免滤池中出现负水头的两个法：一是增加砂层上的水深；二是滤池出口位置等于或高于滤层表面。（虹吸滤池和无阀滤池所以不会出现负水头现象就是这个原因）----一旦出现负水头现象，首先必须停池。三．滤料与承托层1.滤料：要求：1.具有足够的机械强度，以防冲洗时滤料产生重磨损和破碎现象；2.具有足够的化学稳定性，不污染水质；3.不含有对人体健康和生产有害的物质；4.具有一定的颗粒级配和适当的隙率。滤料性能参数比表面积：粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。（1）滤料粒径级配滤料粒径是指把滤料包围在的一个假想的球体直径，滤料级配是指滤料粒径大小不同的颗粒所占比例，通常用一套不同径的筛子进行筛分，以选取滤料。粒径级配表示法：①有效粒径与不均匀系数：以有效粒径d10和不均匀系数K80作为滤料级配指标。d10：表示通过滤料重量10%的筛直径，它反映滤料中细颗粒的尺寸；d80：指通过滤料重量80%的筛直径，它反映粗颗粒的尺寸。K80越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这对过滤和冲洗都很不利。一般要求d10=0.5-0.7mmK≤2②最大粒径、最小粒径与不均匀系数法：（P325及表17-3）（2）滤料筛选法：（P325-326）（3）滤料隙率的测定：滤料层的隙率指整个滤层中隙总体积与整个滤层的堆积体积之比。测定法：取一定量的滤料，在105oC下烘干称重，并用比重瓶测出其密度。然后放入过滤筒中，用清水过滤一段时间后，量出滤层体积，则隙率为：式中，G——烘干后的滤料,g；ρ——滤料的密度，g/cm3；V——滤料层的堆积体积，cm3。滤料层隙率与滤料粒形状、均匀程度以及压实程度有关：均匀粒径、不规则形状，m大；均匀粒径、m大；不均匀粒径、m小；m大含污能力高，对过滤有利。一般英砂滤料m=0.42，无烟煤。m=0.5。（5）双层及多层滤料的级配（见P327）2.承托层（P328）承托层的作用：①防止滤料层从配水系统流失；②均匀布置反冲洗水。四．滤池冲洗冲洗的目的是清除滤层中截留的污物，使滤料层在短时间恢复工作能力。冲洗通常采用水流自下而上的反冲洗，快滤池冲洗法有以下几种：①高速水流反冲洗；②气、水反冲洗；③表面助冲加高速水流反冲洗。1.高速水流反冲洗（简称高速反冲洗）冲洗v小,滤层隙中水流剪力小；冲洗v大,滤层膨胀度过大，滤层隙中水流剪力也会降低，且由于率料颗粒过于离散，碰撞摩擦几率也减小。所以，v过大或过小，冲洗效果均会降低。（1）冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间①冲洗强度q：单位面积滤层上所通过的冲洗流量称为冲洗强度（q）。是以cm/s计的反冲洗流速，换算成单位面积滤层所通过的冲洗流量，以L/s·m2计。1cm/s=10L/s·m2②滤层膨胀度：强大的水流自下而上反冲时，滤料层便逐渐膨胀起来，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前之比，称为滤层膨胀度。用公式表达：L0—滤层膨胀前厚度，cm;L—滤层膨胀后的厚度，cm。由于滤层膨胀前、后单位面积上滤料体积不变，于是：上式变为：m0—滤层膨胀前隙率；m—滤层膨胀后隙率。e过小,下层滤料浮不起来；e过大，因滤料颗粒较小，它们之间碰撞摩擦几率减小，还会使上层滤料流失，承托层发生移动。一般单层滤料（砂料）e采用45%左右，煤—砂双层滤料取50%左右可取得良好效果。③冲洗时间：当q与e符合要求若冲洗时间不足，也不可能充分清洗掉滤料表面污泥，同时，冲洗废水也不能将污泥排尽，会导致污泥重返滤层。这样长期下去滤层表面将形成泥膜。因此必须保证冲洗时间，生产中一般在实际操作时，主要看冲洗废水的允浊度来决定。（冲洗排除水〈50度，认为冲洗干净）（2）冲洗强度与膨胀度的关系（见P330-332）（3）冲洗强度的确定和非均匀滤料膨胀度的计算（见P332）2.气、水反冲洗（1）优点：1.提高冲洗效果，节省冲洗水量。2.冲洗时滤层可不膨胀或轻微膨胀，冲洗后滤层不产生或不明显产生上细下粗现象。可保持原来滤层结构从而提高滤层含污能力。缺点：（与高速反冲洗相比）1.增加气冲设备，（鼓风机或空气压缩机和储气罐）2.池子结构和冲洗操作也较复杂。（2）气、水反冲效果：利用上升空气气泡的振动，可有效地将附着于滤料表面污物擦洗下来，使之悬浮于水中，然后再用水反冲把污物排除池外。因为气泡能有效地使滤料表面污物破碎、脱落，故可大减小水冲强度，即可采用所谓的“低速反冲”。水冲强度大小，视操作式不同而异。气水反冲法有以下几种：①先用气冲，然后再用水冲；②先用气水同时反冲，然后再用水冲。③先用空气反冲，然后用气水同时反冲，最后再用水反冲（或漂洗）。3.配水系统常见的配水系统有大阻力配水系统、小阻力配水系统、中阻力配水系统等三种。其作用：①反冲洗时，均匀分布反冲洗水；②过滤时，均匀集水。反冲洗时配水不均匀的危害：①滤池中砂层厚度分布不同；②过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；③可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。（1）大阻力配水系统快滤池常用的是：“穿大阻力配水系统”。（见P335图）①沿途泄流穿管的压力变化②大阻力配水系统原理③穿管大阻力配水系统的设计（详见PPT79-90或P334-340）特点：①配水均匀性好；②结构复杂；③但管道容易结垢；④口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。（2）小阻力配水系统无阀滤池、移动冲洗罩滤池、虹吸滤池等的冲洗水头非常有限，不宜采用大阻力配水系统。各种阻力配水系统的划分：由于口阻力与口总面积或开比成反比，故开比愈大，阻力愈小。由此得出一般规定：a=0.20%~0.25%为大阻力配水系统；a=0.60%~0.80%为中阻力配水系统；a=1.0%~1.5%为小阻力配水系统。这样的规定并不什么格，实际上有的配水系统的开比会在上述数值围以外。特点：①反冲洗水头小；②配水均匀性较大阻力配水系统为差，当配水系统室压力稍有不均匀，滤层阻力稍不均匀，滤板上口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞，配水均匀程度都会敏感地反映出来；③滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。小阻力配水系统的构造形式：铺设穿滤板或滤砖，开比一般为1.0~1.5%（见P341）。4.冲洗废水的排除（1）由冲洗排水槽、排水渠排出。（2）冲洗排水槽的设计要求：P343.5.冲洗水的供给：滤池冲洗的供给式有两种：（1）冲洗水塔或高位水箱特点：造价高、操作简单、允长时间向水塔或水箱输水，专用水泵小，电耗均匀。如条件可尽量采用。（2）水泵冲洗特点：投资省、操作麻烦、在冲洗时间电耗大，陡然聚增。五．普通快滤池1.基本参数：P345-3482.管廊布置管廊：是指集中布置滤池的管渠、配件及阀门的场所。要求如下：（1）力求紧凑，简捷；（2）留有设备与管配件安装、维修时必须的空间；（3）具有良好的防水、排水、通风、照明设备；（4）便于与滤池操作室联系；（5）管廊中的管道一般用金属材料，也可用钢筋混凝土渠道；（6）管廊门及通道应允最大配件通过，并考虑检修便。六．无阀滤池1.无阀滤池有重力式和压力式两种。2.重力式无阀滤池的构造和工作原理。P348七．其他形式滤池（见P351）第18章消毒注：本章是分析性容，自己看书理解（主要是弄清楚原理）！在此不做多的归纳！消毒法：有氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、高锰酸钾消毒及某些重金属离子等。一．氯消毒1氯消毒原理：主要通过次氯酸HOCl作用。（见P360-366）第19章水的其他处理法注：本章主要了解地下水除铁除锰法：详见P369或PPT！----地下水除铁的法去除Fe2+主要法有：1.氧化法：(1)空气氧化法：①自然氧化法②接触氧化法(2)药剂氧化法：①CL2氧化法②KMnO4氧化法2.沉淀法（灰处理法）3.离子交换法4.掩蔽法：当Fe2+很低时，在工业用水中加入某种有机或无机的络合物，使形成Fe3+，不发生沉淀。以上法空气氧化法最经济，在实际中应用最普遍。�EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT����EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT����EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT���专业资料_1234567899.unknown_1234567904.unknown_1234567906.unknown_1234567908.unknown_1234567909.unknown_1234567907.unknown_1234567905.unknown_1234567901.unknown_1234567902.unknown_1234567903.unknown_1234567900.unknown_1234567893.unknown_1234567897.unknown_1234567898.unknown_1234567895.unknown_1234567896.unknown_1234567894.unknown_1234567891.unknown_1234567892.unknown_1234567890.unknown