给排水考试复习笔记
14章 给水处理概述
给水工程：取水工程、输水工程、进水工程、配水工程原水中杂质类型 1按颗粒尺寸 悬浮物 1um~1mm ——沉淀法 有机物、病毒、原生动物 胶体杂质 10nm~100nm ——混凝沉淀过滤 溶解杂质 0.1nm~1nm ——生成沉淀物 有机物：来源水源污染 无机物（无机低分子和离子）与水相 乘均相体系，外观透明有的产生色、臭、味 2按化学结构：无机杂质、有机杂质（化学杂质）、生物杂质 3按杂质来源：天然的污染物质、污染性的污染物质天然水的水质特点 地下水 1水质、水温较稳定 2水的含盐量通常高于地表水——离子交换、反渗透 3地下水硬度高于地表水 4地下水含锰铁量高——接触氧化 江河水 1水质易受自然条件影响 2悬浮物、杂质含量多 3浊度高于地下水 4含盐量和硬度较低 5易受工业废水、生活污水及其他各种人为污染 湖泊及水库 1浊度较低 2湖水一般含藻类较多 3一经风浪泛起，便水水质恶化 4含盐量往往比河水高 海水：含盐量高，其中氯化物含量最高，约占总含盐量的89%污染物来源 生物降解的有机污染物——好氧有机污染物 难生物降解的有机污染物 无毒害作用的无机污染物 直接毒害作用的无机污染物水质标准 《生活饮用水卫生标准》（1956年（试行））《二次供水设施卫生规范》《地表水环境质量标准》（Ⅰ~ Ⅴ类 水质标准）《地下水质量标准》《室外给水设施规范》 《生活饮用水水质标准》 《生活饮用水卫生标准》项目分类 1感官性状和一般化学指标 氯化物 2毒理学指标 溶解性总固体 3细菌学指标 4放射性指标 工业用水水质标准：《城市用水水质标准》《饮用净水水质标准》 水源污染解决途径：保护好水源、控制污染、强化水处理工艺 水质保证 ：对人体健康无害、水应具有良好性状、对生活使用无不良影响给水处理方法 1混凝——沉淀——过滤——消毒 2胶体杂质 3离子分子状态存在水中的杂质——生成沉淀物去除 4有机物——化学氧化、生物氧化、吸附 5铁锰：自然氧化、接触氧化法 6水中钙、镁：软化 7水的冷却 15章混凝 混凝： 水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程，目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚形成大矾花。凝聚：胶体失去稳定性的过程。絮凝：脱稳胶体相互聚集。 混凝是凝聚和絮凝的总称。胶体稳定性 概念：系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 分类：动力学稳定（颗粒布朗运动对抗重力影响的能力）、聚集稳定（粒子之间不能相互聚集的特征） 胶体特征： 1胶体粒子很小、比表面积大而表面能很大 2胶体稳定而不沉淀 3使水产生浑浊 4胶体表面带电，同性电荷斥力、水化膜 稳定性主要原因：微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电作用、胶体颗粒表面的水化作用 胶体双电层结构：胶核、胶粒（带电）、胶团（中电性）混凝机理 1压缩双电层机理：加入电解质，产生压缩双电层作用，使ζ电位（ζ电位）下降，从而胶体颗粒失去稳 定，产生凝聚现象。 2吸附电中和机理 3吸附架桥机理：高分子物质在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附架桥作用 4沉淀物的网捕和卷扫机理：当铝盐或铁盐混凝剂投加量很大而形成大量氢氧化物时，可以网捕、卷扫水 中胶粒以致产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。混凝剂 基本要求：混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足，价格低廉、新型药剂的卫生许可、借用 同类水厂使用经验 种类 无机混凝剂 铝系 硫酸铝：固、液两种形态，固态硫酸铝有精制粗制两种 聚合铝 聚合氯化铝（PAC,淡黄色或黄色）、聚合硫酸铝(PAS) PAC优点 1形成絮凝速度大，絮凝体大而密实，沉降性能好 2投加量比无机盐类混凝剂低 3对原水水质适应性好 4最佳混凝PH值范围较宽 5由于盐基度比无机盐类高，有配置和投加过程中药业对腐 蚀性小，处理化水PH值和盐碱度变化小 碱化度：羟基OH与铝Al的摩尔数之比通常称为碱化度B。 如[Al2(OH)n·Cl6-n]m在制备过程中m=5,n=4该聚合铝的 碱化度B=(4×5)／(3×2×5)=66.7% Al2(SO4)3在不同条件下的产物：当PH<3时，Al3+的存在形态[Al(H2O)]3+简单的水合铝离子起压缩双电层作用；当 PH=6.5～7.5 Al（OH）3 多核羟基络合物起吸附电性中和作用；当PH>8.5 [Al(H2O)6]3+ 氢氧化铝起吸附架桥作用 铁系 三氯化铁：具有金属光泽的褐色结晶体，三价铁使用的PH值范围较宽，形成的 絮凝体比铝盐絮凝体密室；处理低温或低浊度水的效果优于硫酸铝。 但三氯化铁腐蚀性强，且固体产品易吸水潮解，不易保管。 硫酸亚铁：FeSO47H2O固体是半透明绿色结晶体，俗称绿矾 聚合铁：聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC） 有机高分子混凝剂 ：天然、人工合成（聚合电解质聚合电解质按基团带电抢矿分：阳离子型、阴离 子型、两性型、非离子型 ） 聚丙烯酰胺（PAM） 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，这种药剂成为～ 常用助凝剂种类：酸碱类、氧化剂类、改善絮体结构异向絮凝：有布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称～，其絮凝速率决定于碰撞速率(絮凝速率=-1/2碰撞速率)同向絮凝：有流体运动所造成的颗粒碰撞聚集成～，其絮凝速率影响因素，相邻两流层流速增量及垂直水流方向的 量流层之间距离 费克定律：单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率Np=8πdDBn2，斯笃克斯-爱因斯坦公式：扩散系数故 （n-颗粒数量浓度，个/cm2；d-颗粒数量浓度；DB-布朗运动扩散系数，cm2/s;K-波兹曼常数=1.38×10-16g·cm2/s2·K；T-谁的绝对温度，K；ν-谁的运动粘度，cm2/s；ρ-水的密度，g/cm3；）；速度梯度(Δu-相邻两流层的流速增量，cm/s；Δz-垂直于水流方向的两流层之间距离，cm)，速度梯度可通过一个瞬间受剪而扭转的单位体积水流所耗功率来计算，即G=p/τ，τ=μG,pV=ρgQh，V=QT，得（p-单位体积流体所好功率，W/m3；τ-剪力,N；μ-水的动力粘度，Pa·s，ν-水的运动粘度，m2/s，g-重力加速度，9.8m/s2；h-混凝设备的水头损失m；T-水流在混凝设备中的停留时间，s） 混凝控制指标 混凝过程：自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，在工艺上称～ 混凝搅拌 目的：使药剂快速均匀的分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱温。 控制要求：在10～30s至多不超过2min，G在700～1000s-1 絮凝阶段 动力：机械或水利搅拌 目的：使脱稳胶体碰撞聚集 要求：有一定强度，但不能过大，平均G=20～70s-1范围内，平均GT=1×104～1×105范围影响混凝效果主要因素 水温 1无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难，生成的絮凝体松 2低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于颗粒 脱稳凝聚 3胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚 4水温低时PH值高 提高水温方法：增加混凝剂投加量、投加高分子助凝剂 PH值 去除浊度，PH=6.5～7.5，氢氧化铝的吸附架桥和羟基配合物的电性中和作用 去除色度，PH=4.5～5.5 铝盐适宜PH=6.5～7.5 三价铁混凝剂适宜PH=6.0～8.4，硫酸亚铁PH在8.5以上（溶解氧、氯化法） 碱度 铝盐水解过程不断产生H+故要投加碱剂，每投加1mmol/L的Al2(SO4)3,需石灰 3mmol/L的CaO，[CaO]=3[a]-[x]+[δ](纯石灰CaO投量mmol/L=混凝剂投量 mmol/L（含纯铝盐量） -原水碱度mmol/L+保证反应顺利进行的剩余碱度mmol /L （2.5～0.5 mmol/L（CaO））)例题P271 三价铁盐需CaO 1.5[a] 水中悬浮物浓度的影响 浊度大小决定混凝剂的投量和矾花核心 提高低浊度原水的混凝效果措施 1在投加铝盐或是铁盐的同时投加 高分子助凝剂 2投加矿物颗粒以增加混凝剂水解 产物的凝结中心 3采用直接过滤法 高浊度水，为减少混凝剂用量，通常投加高分子助凝剂 高浊度水和低浊度水所需的混凝剂量都较大 混凝剂的溶解和溶液配制：大、中型水厂通常建造混凝土溶解池并配以搅拌装置，搅拌为了加速药剂溶解。 搅拌装置：机械搅拌、压缩空气搅拌、水力搅拌（自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶，一般仅 适用于中、小型水厂和易溶混凝剂）等 溶解池体积W1=(0.2～0.3)W2(溶液体积)池顶高度约0.2m左右 Q-处理水量，m3/h a-混凝剂最大投加量，mg/l c-溶液浓度，一般去5%~20%（按商品固体重量 计） n-每日调制次数，一般不超过3次。混凝剂投加 要求：投量准确，易调解 设备：计量设备（转子流量计、电磁流量计、苗嘴、计量泵）、药业提升设备、投药箱、必要的水封箱、 注入设备 投加方法 湿氏投加法 优点：用量准确、适应性强 缺点：设备庞大，占地达，造价高；投药量徒增，不易调节排渣困难 干氏投加法 优点：占地小，易调节排渣 缺点：投量不准确，块状药剂须破碎、需增设破碎机 投加方式 1泵前投加：安全可靠，适用于取水泵房距水厂较近者 2高位溶液池重力投加：安全可靠，但溶液池位置较高，适用于取水泵房距水厂较远者 3水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，易磨损 4泵投加（计量泵、离心泵配上流量计）：适用于混凝剂自动控制系统 混凝剂投加量自动控制：1）数学模型法：易获得最佳投药量，只适用于特定原水条件，不具备普遍性， 涉及水质仪表较多，投资较大 2）现场模拟试验法 3）特定参数发：流动电流检测器（SCD）法、透光率脉动法即属特性参数法混合设备 水泵混合：药剂投加在取水泵吸水管或吸水喇叭口处，适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者 兼具不宜大于150m 管式混合：药剂直接投入水泵压水管中以借助管中流速进行混合，管中流速不宜小于1m/s，投药点后的管 内水头损失不小于0.3～0.4m，种类：管式静态混合器（混合器内安装若看个固定混合单元）、 扩散混合器（在管式孔板混合器前加装一个锥形帽，锥形帽夹角90°、孔板流速1.0～1.5m/s、 混合时间2～3s、混合器管长不小于500mm、水头损失约0.3～0.4m） 机械混合：混合效果好，不受水量变化影响，增加机械设备并相应增加维修工作 在池内按章搅拌装置（浆板式、螺旋桨式、透平式），搅拌功率按产生的速度梯度为700～100s-1 混合时间10～30s，最大不超过2min絮凝设备 水力搅拌式 隔板搅拌絮凝池 适用于：大中型水厂 特点：构造简单，管理方便；但流量变化大的絮凝效果不稳定，絮凝时间较 长，池子容积较大 分为往复式、回转式 往复式 设计参数：往复式总水头损失在0.3～0.5m左右，回转式比往复式小40%， 廊道流速起端0.5～0.6m/s末端0.2～0.3m/s,流速段分4——6 段，转弯处过水断面面积应为廊道的1.2～1.5倍，絮凝时间一 般20～30min，隔板净距一般不大于0.5m，池底应有0.02～0.03 坡度并是直径不小于150mm的排泥管 设计计算 折板絮凝池 同波折板、异波折板（单通道、双通道） 设计参数：折板间距由水流速度决定，分段数不应少于3段： 第一段：0.25～0.35m/s G=8s-1,t≥240s 第二段：0.15～0.25m/s G=50s-1,t≥240s 第三段：0.10～0.15m/s G=25s-1,t≥240s 折板夹角采用90°～120°，宽度0.5m左右，长度0.8～1.5m，相对 折板间距=平行折板间距，絮凝时间在10min至15min间 机械搅拌式 电动机经减速装置驱动搅拌器（浆板式、推进式、涡轮式、锚式），根据搅拌轴的安装位置分 水平轴（用于大型水厂）和垂直轴（中、小型水厂） 设计参数：相对线速度约为旋转速度0.5～0.75倍，絮凝时间一般15～20min，池内一般设3～ 4挡搅拌机，搅拌机叶轮线速度宜自第一挡的0.5m/s起逐渐减少至末挡的0.2m/s， 每台搅拌器上浆板总面积宜为水流截面积的10～20%，不宜超过25%，浆板长度不大 于叶轮直径75%，宽度宜取10～750px 习题：P286-3 16章沉淀和澄清沉淀：水中悬浮颗粒依靠重力作用，从说中分离出来的过程。自由沉淀：颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用（严格而言，自由沉淀 是单个颗粒在无边际的水体中的沉淀）拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或受到容器壁干扰，虽然其粒度和第一中相同，但沉淀速度却较小肯奇沉淀理论：高度为Ht、均匀浓度为Ct的沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀管中所含悬浮物量相等，即Ct=C0H0/Ht。 交界面下沉速度理想沉淀池 假定条件：1颗粒处于自由沉淀状态（颗粒间互不干扰，颗粒大小形状和密度不年，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 3颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中 水平流速ν=Q/（hoB） ν-水平流速，m/s； Q-流量，m3/s；ho-水流截面A-B的高度，m；；B-水流截面A-B的宽度，m 水力停留时间t=L/ν=ho/uo颗粒的截留沉降速度uo=Q/LB=Q/A L-沉淀区的车长度，m；ho-沉淀区的水深，m；t-谁在沉淀区的停留时间，s； Q/A成为“表面负荷”或“溢流率”（即单位时间单位面积沉淀水量），如上式说明，表面负荷在数 值上等于截流沉速 特定颗粒（ui<u0）去除率公式E=ui/u0=ui/(Q/A)故悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负 荷有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关） 上式说明：1当去除率一定时，颗粒沉速ui越大则表面负荷也越高，亦即产水量越大；或者当产水量和表 面积不变是ui越大，则去除率E越高。颗粒沉速的大小与混凝效果有关，故生产上一般均重视混凝工艺 2颗粒沉速一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉淀容积一定时，池身浅些则表面 积大些，去除率可以搞些，此即“浅池理论” 总去除率公式P294，对于絮凝沉淀去除率P297絮凝性颗粒的沉淀 絮凝颗粒沉淀实验 1沉淀筒构造，高2～3m，5～6个取样口 2 ti时间，不同高度悬浮物浓度Ci 3计算各浑度处的颗粒物去除率 4绘制去除百分数等值线 5凝聚性颗粒的去除百分数计算 时间t0（选在曲线与横坐标相交处）,u0=h/t0 u>u0全部去除，u<u0时，u/ui的去除 去除百分数等值线：以沉淀筒取样口高度h为纵坐标，以沉降时间t为横坐标，将各个深度的颗粒 去除百分数的数据点绘在坐标纸上，把去除百分比p相同的各点连成光滑曲线， 这样的曲线称～。 它代表着，对应所指明去除百分数时，去除水样中不复存在的颗粒的最远沉降途径。深度与 时间的比值则为指明去除百分数时的颗粒的最想平均沉速。平流沉淀池沉淀效果影响因素 实际水流状况对沉淀效果的影响：短流（实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池， 表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t0，而另一部分水流则大于t0的现象） 短流原因：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 水流紊动性指标：雷诺数Re=vR/ν(v-水平流速,m/s；R-水力半径，m；ν-水的 动力粘度，m2/s),Re=4000～15000，降低雷诺数利与颗粒沉降； 水流稳定性指标：弗劳德数Fr=v2/Rg(g-重力加速度，9.81m/s2)Fr≤10-5，弗劳 得数增大，使沉淀池中的流态保持稳定。 凝聚作用的影响：速度梯度、沉淀时间、沉淀池的水深。平流沉淀池 构造 进水区：水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布于沉淀池整个断面，孔口流速 >0.15～0.2mm/s 沉淀区：堰哦降低沉淀池中水流的Re数和提高水流的Fr数要减小水力半径，高度=3～4m，长宽比L/B ≥4m，长深比L/H≥10m。每格宽度=3～8m≤15m 出水区：采用堰口（溢流堰）布置，或掩没试出水孔口，孔口流速=0.6～0.7m，孔径20～30mm，孔 口在水下12～375px，溢流率<500m3/(m·d) 存泥区和排泥措施:斗形底排泥、穿孔管排泥、机械排泥 设计计算 参数：超高0.3～0.5m，有效水深3～3.5m，同流时间T=1.5～3h， 经验计算法：1）根据经验选平流沉淀池的沉淀时间t，得体积V=Qt。 2）选池身H，用公式A=V/H得池面积 3)选池水平流速v，用L=vt可得池长 4）用公式B=A/L得B 实验计算法：1）取u0，用u0=Q/A得沉淀池面积A 2）由t和v，得L=vt，B=A/L，H=Qt/A P303-例斜板、斜管沉淀池 优点：增加沉淀面积，使颗粒去除率提高，降低雷诺数，提高弗劳德数 缺点：停留时间t短，缓冲能力差混凝要求高管理差 分类：异向流、同向流、横向流，实际中用异向流 理论依据：斜管斜板沉淀池满足了水流的稳定性和层流的要求。（斜板沉淀池水力半径大大减小） 设计参数 配水区高度≥1.5m，采用缝隙栅条配水或缝隙前窄后宽或穿孔花墙，整流配水孔的流速 ≤0.15m/s，斜管倾斜角度θ=60°（斜管倾角越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高，但 对排泥不利）斜板长度L=过渡段（进口一段距离内，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓度亦 较大，此段为过渡段）+分离段（过渡段以上部分便明显看出泥水分离，此段为分离段） L=1000mm，分离段长度=200mm内切圆直径d=25～35mm，材料后约0.4～0.5mm，成块状版 六角形，污泥斗高度h5=1.5m，清水层高度h2=1.2m,自身高度h3=0.886m，表面负荷9～ 22m3/（m2·h）(2.5～3mm/s)，水力停留时间T=2～5min P306-例澄清池 原理：将絮凝和沉淀两个过程于一个构造中完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥 渣层接触时便被泥渣层阻留下来，使水得到澄清。 分类 泥渣悬浮型 悬浮澄清池 特点：其处理效果受水质、水量等变化影响大，上升流速小，用于小型水厂 原理：加药后的原水有下而上通过悬浮状态的泥渣层时，使水中脱稳杂质与高 浓度的泥渣颗粒碰撞凝聚并被泥渣层拦截下来，由于悬浮层拦截了进水 的杂质，悬浮泥渣颗粒变大，沉速提高。处于上升水流中的悬浮层亦似 泥渣颗粒拥挤沉淀 脉冲澄清池 优点：1有利于颗粒与悬浮层接触；2悬浮层污泥趋于均匀；3可以防止颗粒在 池里沉积； 缺点：1处理效果受水量、水质、水温影响较大；2构造复杂 原理：有脉冲发生器，当水流上升速度较小时，泥渣悬浮层收缩、浓度增大而 使颗粒排列紧密；当上升流速大时。泥渣悬浮层膨胀，悬浮层不断发生 周期性的浓缩和膨胀有利于微絮凝颗粒与活性污泥接触絮凝，并使悬浮 浓度分布在全池内趋于均匀且防止颗粒在池底沉积。 泥渣循环澄清池 原理：为了充分发挥泥渣接触絮凝作用，可使泥渣在池内循环流动，回流量约为设计流 量的3～5倍。循环可借助机械抽升或水力抽升 机械搅拌澄清池 优点：投药量少，效率高、运行稳定，适用于大、中水厂 缺点：维修维护工作量大，启动时有时需人工加土、加药量 水力循环澄清池 优点：结构简单，无需机械设备，因絮凝室容积小故絮凝时间短 缺点：效果比机械加速澄清池差，好药量较大，对原水水量、水质和 水温变化适应性差 适用于中、小型水厂习题P314-2 17章 过滤概述 滤池工作过程分为过滤、冲洗。工作过程描述，详见P315或实验讲义 过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期(一般为12～24h)；过滤开始到过滤结束成为过滤周期。 滤池负荷：滤速（以m/h计）相当于滤池负荷，以单位时间，单位过滤面积上的过滤水量计，m3/(m2·h)过滤机理 两阶段理论 颗粒迁移 物理-力学作用，有，拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用 拦截作用：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生～ 沉淀作用：颗粒沉速较大时会在重力的作用下脱离流线产生～ 惯性作用：颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触产生～ 扩散作用：颗粒较小、布朗运动较剧烈时会扩散至滤粒表面产生～ 水动力作用：在滤粒表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会 产生转动而脱离流线与颗粒表面接触 颗粒粘附 物理化学作用，颗粒迁移到滤料表面，在范德华引力和静电相互作用，及某些化学键 和某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面或粘附在滤粒表面上原先粘附的 颗粒上 滤层内杂质的分布规律 粘附力与剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度 滤层含污能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含 污量称～ 单位g/cm3或kg/m3 双层滤料：上层密度较小、粒径较大的轻质滤料（无烟煤），下层为密度较大的重质 滤料（石英砂），每层滤料粒径有上而下递增，但就整体而言，上层平均 粒径总是大于下层平均粒径。 三层滤料：上层大粒径、小密度的轻质滤料（无烟煤），中层为中等粒径、中等密度 的滤料（石英砂），下层为小粒径、大密度的重质滤料（石榴石）。各层 滤料平均粒径有上而下递减 均质滤料：沿整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致直接过滤 原水不经沉淀而直接进入滤池过滤成为～ 方式 1、接触过滤：原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备 2、微絮凝过滤：滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮 粒后即可进入滤池过滤 要求 1原水浊度和色度较低且水质变化较小，一般要求常年原水浊度低于50度 2滤速应根据原水水质决定，原水浊度在50度以下，滤速一般在5m/h左右 3原水进入滤池前，不应形成大的絮凝体以避免很快堵塞滤层表面空隙 4通常采用双层、三层或均质滤料，采用聚合物为混凝剂或助凝剂过滤水力学 清洁滤层水头损失（起始水头损失）：过滤开始时，滤层是干净的，水流通过干净滤层的水头损失称～ 经卡曼-康彩尼公式（p320）可知随过滤时间的延长，滤速与水头损失成反相关 等速过滤：当了滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称～。如，虹吸滤池和无阀滤层 水头损失随时间而逐渐增加，滤池水位上升至最高允许水位时，过滤停止以待冲洗 变速过滤（减速过滤）滤速水过滤时间而逐渐减小的过滤，且过滤过程中水头损失基本保持不变，称～。 如，移动罩滤池 特点：1减速过滤后的水质较好，2在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。 3滤速较其他滤池要高，但孔隙并非按滤速增高倍数而增加。相反，滤层 内截留杂质量较多时，虽然滤速降低，但因滤层孔隙率减小，孔隙流 速并未过多减小 负水头现象 在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致沙面以下某一深度处的水头损失超过该处水 深时，便出现～ 危害：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层中孔隙流速增加，严重时会影响滤 后水质；而是气囊会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏 滤层结构滤料 要求：1足够的机械强度，以防冲洗时磨损和破碎；2具有足够的化学稳定性；3具有一定的颗粒机配合适当 的孔隙率；4滤料应尽量就地取材、货源充足、价廉 滤料粒径级配：指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比。表示方法：1）有效粒径和不均匀系数法2）最大粒径、 最小粒径和不均匀系数法 滤料筛选方法P325 单层滤料:dmax=1.2mm，dmin=0.5mm k80<2 双层滤料：（无烟煤）dmax=1.8mm，dmin=0.8mm,k80<2；(煤矿)dmax=1.2mm,dmin=0.5mm,k80<2 三层滤料：（无烟煤）dmax=1.6mm，dmin=0.8mm,k80<1.7；(石英砂)dmax=0.8mm,dmin=0.5mm,k80<1.5(重质 铁矿）dmax=0.5mm,dmin=0.25mm,k80<1.7 滤料比表面积：粒状滤料的比表面积颗粒表示单位重量或体积的滤料所具有的表面积cm2/g,或cm2/cm3 滤料粒径：把滤料包围在一个假象的球体直径 滤料孔隙率:整个滤料层中孔隙总体积与整个滤料堆积体积之比.石英砂滤料孔隙率在0.42作用 滤料形状：球度系数φ= 承托层 作用：防止滤料从配水系统中流失，有利于均布冲洗水，支撑滤料作用 为了防止反冲洗时承托层移动，美国对单层和双层滤料滤池采用“粗-细-粗”的粒石分层方式 采用小阻力配水系统，承托层可以不设，或铺设一些粗砂或细砾石 滤池冲洗 方法：水冲、气冲、水气结合、横向助冲 快滤池冲洗方法：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 反冲洗强度：以cm/s计，换算成单位面积滤层所通过的冲洗流量称“冲洗强度”，以L/（s·m2） 计 滤层膨胀度：反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，称～ 气、水反冲洗 特点：1保持原来滤层结构，从而提高滤层含污能力 2利用上升空气气泡的振动可有效的将附着于滤料表面污物擦洗下来是指悬浮于水中 3池子结构及冲洗操作较复杂 方式：1先用空气反冲，然后再用水反冲 2先用气-水同时反冲，然后再用水反冲 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） 冲洗水的供给方式 冲洗水泵 特点：投资省，操作麻烦，冲洗的短时间耗电量大， 冲洗水塔或冲洗水箱 特点：造价高，操作简单，允许在长时间内向水塔或水箱输水， 专用水泵小耗电较均匀 冲洗排水槽设计要求 槽内水面以上一般有17.5px的保护高 冲洗排水槽内的废水，应自由跌落进入废水渠，以免引起壅水现象 每单位槽长的溢入流量应相等 冲洗排水槽在水面上的总面积一般不大于滤池的25%，防止上升水流均匀性受到影响 槽与槽中心间距一般为1.5～2m，否则影响排水均匀性配水系统 大阻力配水系统 优点：配水均匀性良好；缺点：结构复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大，管道易 结垢 支管下方开两拍小孔，与中心线成45°角交错排列，冲洗时，水流自干管起端进入后，流 入各支管，由支管孔口流出，再经承托层和滤料层流如排水槽。(如快滤池) 增大孔口阻力以削弱承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响，亦孔口水头 损失越大，最远连点流量越相近，配水越均匀； 设计要求：干管起端流速1.0～1.5m/s，支管起端流速1.5～2m/s，孔口流速5～6m/s 开孔比：孔口总面积逾滤池面积之比 %；α=0.2～0.25% 支管中心间距0.2～0.3m，支管长于直径之比不大于60 孔口直径取9～12mm，设于支管两侧与垂直成45°角向下交错排列；干管直径 大于300mm时，干管顶部开孔布水，并在孔口上方设置挡板 小阻力配水系统：孔口水头损失小，均匀性差，滤池面积大时不宜采用 α=1.0～1.5% 中阻力配水系统：α=0.6～0.8% 滤头 短柄滤头：用于单独水冲滤池 长柄滤头：用于气水反冲洗滤池滤池种类：慢滤池、普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池、压力滤池 18章 消毒 消毒目的：消除细菌性病原微生物、病毒性病原微生物氯消毒 原理 1水中没有氨氮时：Cl2+H2O==HOCl+HCl HOCl==H++OCl- 氯消毒作用机理只要通过次氯酸HCOl起作 用。HCOl为最小中性小分子，只有它能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁透到细菌内部， 当HCOl分子到达细胞内部时，能起氧化作用破坏细胞内的系统而使细菌死亡。OCl-虽亦具有杀菌能力， 但带负电难于接近带负电的细菌表面。 2一般污染水体中含有一定的氨氮，则放入氯后水中次氯酸，一氯胺NH2Cl,二氯胺NHCl2,三氯胺NCl3. 不同PH对氯、氨浓度影响：当PH大于9时，一氯胺占优势；当PH为7.0时，一氯胺和二氯胺同时存 在，近似等量，当PH小于6.5时，主要是二氯胺；三氯胺只在PH低于4.5时存在 水中有氯胺时，仍然可理解为次氯酸起消毒作用。NH2Cl的消毒效果胜过NHCl2，但前者具有臭味，当PH 低时所占比例达，消毒效果好，三氯胺消毒作用极差，且具有恶臭味氯化消毒副产物：三卤甲烷（PHMS）CHBr2Cl、CHCl3、CHBrCl2、CHBr3，卤乙酸(HAAS)一氯乙酸、……五氯乙酸需氯量：用于灭火水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分。 余氯：为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。我国饮用水标准规定，出厂水游离性 余氯在接触30min后不应低于0.3mg/l，在管网末梢不应低于0.05mg/l ，余氯包括自由余氯和化和性余氯需氯量与余氯关系 1水中无微生物、有机物和还原性物质等，需氯量为零，加氯量等于等于剩余氯量，余氯曲线与坐 标成45° 2水中一般已受到有机物和细菌污染，则余氯曲线与横坐标交角小于45°，因为水中有机物与氯作 用的速度有快慢；另一方面，水中余氯有一部分会自行分解 3水中的有机物主要是氨和氮化合物，随着加氯量的增加余氯增加，但超过峰点后加氯量增加余氯 反而下降，加氯量继续增加余氯又上升（回升的点称为折点，即加氯量超过折点需要量时，称为 折点氯化）加氯点 预氯化（滤前氯化）：受污染的预氯化应取清，预氯化适用于有沉淀池的快滤系统 优点：促进凝聚，延长消毒剂水力停留时间，氧化水中杂质，能防止水厂内各类构筑物中滋生 青苔和延长氯胺消毒的接触时间 缺点：投药量大，常倾向于非消毒氧化目的，如去除铁锰和强化混凝等 氯后投加：加氯量少，氯后消毒为饮用水处理的最后一步 加混凝剂时同时加氯，可氧化水中的有机物，提高混凝效果 多点投加 安全加氯 氯气泄漏：氯瓶中有氯气泄漏时，室内往往上面是空气，下面是氯气。 热源引起事故：避免靠近热源（液氯、氯瓶） 液氯吸收：氢氧化钠吸收，和FeCl2吸收 氯消毒的影响因素 加氯量：对消耗率的种类和数量 浑浊度：清净水中加氯比浑浊水中消毒效果好 水温、PH：影响次氯酸和次氯酸根，水温高PH低，HClO多，消毒效果好 与水接触时间：大于30min，氯胺大于2h 氨氮浓度：比HClO消毒慢的多加氯设备 加氯机（转子加氯机、自动加氯机）、氯瓶（竖式氯瓶、卧式氯瓶）和校核氯瓶重量的磅秤，还有自动检测 和自动控制装置 氯库（储备氯瓶的仓库）可以与加氯间合建也可分建，加氯间和氯库在建筑上的通风、照明、防火、保温等 应特别注意，还应设安全报警、事故处理设施二氧化氯消毒（ClO2）常温常压下是一种黄绿色气体，即不稳定，气态和液体均易爆炸，必须以水溶液形式现场制取 用于小型水厂、工业用水 制备方法 1用亚氯酸钠（NaClO2）氯（Cl2）制取 2用酸与亚氯酸钠反应制取 注意：1硫酸不能与固态NaClO2接触，否则会发生爆炸 2两种反应物（NaClO2与HCl或H2SO4）的浓度控制，浓度过高，化和时 也会发生爆炸 优点 1消毒能力比氯强，ClO2对细胞的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，有效的 2不会与水中有机物作用生成三卤甲烷 3二氧化氯余量能在管网中保持时间长 4二氧化氯不仅是消毒剂又是氧化剂，能有效的去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等 问题：ClO2本身的副产物 ClO2- 对人体血红细胞有损害，有报导认为还对人的神经系统及生殖 系统有损害 ClO2投加量一般在1.0～2.0mg/L氯胺消毒：作用缓慢，杀菌效果比自由氯弱，一般先加氨，待其与水充分混合后再加氯，氯氨比=3：1～6：1漂白粉消毒：有氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaCl2，有效氯约30%，漂白精分子式为Ca（OCl）2，有效 氯约60% 。两者均易受光、热和潮气作用而分解使有效氯降低，故必须放在阴凉干燥和通风良好的地方。 漂泊粉需配成溶液加注，溶解时先调成糊状物 常用消毒方法对比 1液氯，优点 1具有余氯持续消毒作用 2价值成本低 3操作简单，投量准确 4不需要庞大的设备 缺点：原水有机物高时会产生有机氯化物 2紫外线，优点 1杀毒效果高，需要接触时间短 2不改变水的物理化学性质，不会生成有机氯化物 3具有成套设备，操作方便 缺点：1没有持续消毒作用，易受重复污染；2电耗高，灯管寿命有待提高 适用于工矿企业、集中用户用户；不适用管路过长的用水 3臭氧，优点 1有强氧化能力，为最活泼的氧化剂之一，对微生物、病毒、芽孢具有杀伤力，消毒 效果好，接触时间短； 2能除臭、褪色、去除铁、锰等物质 3能除酚、无氯酸味 4不会生成有机氯化物 缺点 1基建投资大，经常电耗高 2在水中不稳定，易挥发，无持续消毒作用 3设备复杂，管理麻烦 4制水成本高 适用于有机污染严重、供电方便处，可结合氧化用作预处理或与活性炭联用 4二氧化氯，优点 1不会生成有机氯 2较自由氯的杀菌效果好 3具有强烈的氧化作用 4投加量少，接触时间短 缺点：成本高，现制现用，设备复杂；控制氯酸盐和亚氯酸盐生成 19章 水的其他处理方法含铁地下水水质特征：1分布普遍；2含铁量大于含锰量；3水中的铁以氧化态存在；4溶解氧为0；5有机铁很少见去除铁方法 除铁对象是溶解态的铁 1除Fe2+或水合离子形式存在的二价铁，水的总碱度高时，Fe2+主要以重碳酸盐的形式存在 去除方法1氧化法 空气氧化法（自然氧化法、接触氧化法） 药剂氧化法（Cl2氧化法，KMnO4氧化法） 2沉淀法（石灰处理法）3离子交换法；4掩蔽法 2 Fe2+或Fe3+形成的络合物 地下铁的去除过程是氧化还原反应过程利用空气中氧使Fe2+时，曝气作用①是散除少量水中CO2以提高PH值，②增加[O2] 曝气方式：射流曝气（构造简单，适用于小型设备）、缺水曝气水中铁危害：浑浊，铁腥味，锈斑；锰危害：着色能力比铁高，产生异味，对工业带来很多问题我国饮用水质标准，铁浓度不得超过0.3mg/L锰浓度不超过0.1mg/L地下水除锰，去除对象：Mn2+和Mn4+增加PH除铁锰较易在地下水含Fe2+又含锰时，先除铁再除锰
