重點給水工程復習

1、給水工程概論【水源水質(zhì)】：原水雜質(zhì)：原水雜質(zhì)來源： 自然過程：地層礦物質(zhì)溶解、水中微生物繁殖、水流沖刷、泥沙、腐殖質(zhì)人為因素：工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水、生活污水原水雜質(zhì)分類： 懸浮物1um-1mm；膠體10nm-100nm； 溶解物0.1 nm-1 nm;1.懸浮物與膠體雜質(zhì)：-懸浮物尺寸較大、易于在水中下沉或上浮。-膠體顆粒尺寸較小、在水中長期靜止難以下沉。-水中膠體：粘土、細菌、病毒、腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、有極高分子物質(zhì)。-天然水中膠體一般帶負電荷。注：使水中產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象的根源：懸浮物和膠體。飲用水處理的主要去除對象：懸浮物和膠體?！舅|(zhì)標準】：水質(zhì)標準：即用水對象所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應達到的指標和限

2、制。生活飲用水水質(zhì)標準：感性性狀和一般化學指標：注：色度：不超過 15度，并不得呈現(xiàn)異色。渾濁度：不超過 3,特殊情況不超過 5度。 臭和味：不得有異臭、異味。注：濁度即1L蒸餾水中含有1mg白陶土或高嶺土。毒理學指標：細菌學指標：注：細菌總數(shù)：w 100個/mL;總大腸菌數(shù)：w 3個/L;游離余氯：在與水接觸 30min后應不低于0.3mg/L;放射性指標：【給水處理方法】：澄清和消毒：-生活飲用水地表水常用處理工藝：澄清和消毒。-澄清工藝包括：混凝、沉淀、過濾。-處理主要對象：水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。-消毒：滅活水中致病微生物；通常在過濾之后。-主要消毒方法：投加消毒劑殺滅致病微生物。-生活

3、飲用水常規(guī)處理工藝:-即：“混凝-沉淀-過濾-消毒”。除臭、除味：-有機物臭味：活性炭吸附/氧化法去除。-溶解性氣體：曝氣法去除。除鐵、除氯：-常用方法：自然氧化法、接觸氧化法。軟化：-處理對象：主要是水中鈣、鎂離子-軟化方法：離子交換法、藥劑軟化法。淡化、除鹽：-除鹽：制取純水及高純水的處理過程。-淡化和除鹽主要方法：蒸餾法、離子交換法、電滲析法、反滲透法。水的冷卻：-水作為冷卻介質(zhì)：水熱容大 -吸收和傳遞熱量的良好介質(zhì)。-水的冷卻一般采用：冷卻塔。生活飲用水預處理和深度處理：-飲用水主要處理對象：水中懸浮物、膠體、致病微生物。-常規(guī)處理工藝：混凝、沉淀、過濾、消毒。-預處理和深度處理主要對

4、象：水中有機污染物-飲用水處理廠-預處理方法：活性炭法吸附法、臭氧氧化法、生物氧化法、-深度處理主要：粒狀活性炭吸附法、生物活性碳法、-深度處理法基本作用原理：吸附-氧化-生物降解-膜濾即:或者利用吸附劑的吸附能力去除水中有機物；或者利用氧化劑的強氧化能力分解有機物；或者 利用生物氧化法降解有機物；或者利用膜濾法去除大分子有機物?！净炷龣C理】：-混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物聚集過程。（磯花）。或：向水中投加藥劑（混凝劑）使水中粒徑微小的懸浮物和膠體離子凝結成較大的絮凝體-凝聚：水中膠體脫穩(wěn)-膠體失去穩(wěn)定性的過程。-絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集。-混凝：凝聚和絮凝。水中膠體穩(wěn)定性：-膠體穩(wěn)定性：指

5、膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。-膠體穩(wěn)定性：動力學穩(wěn)定 +聚集穩(wěn)定。 動力學穩(wěn)定：指顆粒布朗運動對抗重力影響的能力.顆粒愈小，動力學穩(wěn)定性愈高聚集穩(wěn)定性：指膠體粒子之間不能相互聚集的特性。粒子表面同性電荷斥力作用-膠體穩(wěn)定性：關鍵-聚集穩(wěn)定性。混凝機理：-混凝劑對水中膠體粒子混凝作用有三種：電性中和、吸附架橋、卷掃作用-混凝作用取決于：混凝劑種類、投加量、膠體粒子性質(zhì)、水的PH值。電性中和：-根據(jù)DLVC理論：要使膠體粒子通過布朗運動相撞聚集，必須降低或消除排斥能峰。-吸收勢能與膠粒電荷無關，主要取決于構成膠粒的物理性質(zhì)、尺寸和密度。-降低排斥能峰的辦法即：降低或消除膠粒的Z電位

6、即在水中投加電解質(zhì)?！舅胸撾姾赡z粒-投入的電解質(zhì)-混凝劑為正電荷離子或聚合離子； 若正電荷離子是簡單離子-Na +、 Ca+、Al + -作用是壓縮膠體雙電層；排斥能峰 Emax=O時，膠粒發(fā)生聚集作用，Z k電位：臨界電位: 水中鋁巖投量過多，水中負電荷膠體變?yōu)檎姾赡z體；】-“吸附-電性中和作用”吸附架橋：-吸附作用：帶異性電荷、不帶電、同性電荷。【混凝劑和助凝劑】-飲用水混凝劑基本要求：混凝效果好、對人體無害、使用方便、貨源充足。-水處理使用的無機混凝劑主要是：鐵鹽、鋁鹽及混合物。-常用的無機混凝劑：硫酸鋁、聚合鋁、三氯化鐵 -硫酸亞鐵、聚合鐵。硫酸鋁:-采用固態(tài)硫酸鋁：運輸方便-缺點

7、：水溫低，硫酸鋁水解困難，形成的絮凝體松散，效果不好。聚合鋁:-包括：聚合氯化鋁（PAC和聚合硫酸鋁（PAS）。-聚合氯化鋁能形成聚合陽離子，起電性中和、吸附架橋作用。-優(yōu)點：投加量少于硫酸鋁；對水的PH值變化適應性強；聚合氯化鋁投入水中其產(chǎn)物的成分確定；-堿化度：主要決定羥基 0H和鋁AL的摩爾數(shù)之比。剛0H即: B=3fjAr x 100 %-一般鋁鹽（硫酸鋁、氯化鋁）投入水中進行水解聚合反應，其產(chǎn)物受水PH值及鋁鹽濃度影響。三氯化鐵:-三氯化鐵：FeCbHO-水合鐵離子水解、聚合反應。-優(yōu)點：三價鐵適用的 ph值范圍較寬；形成的絮凝體比鋁鹽絮凝體密實；處理低溫水或低濁水效果優(yōu) 于硫酸鋁；

8、-缺點：三氯化鐵腐蝕性較強，且固體產(chǎn)品易吸水潮解，不宜保管。探-聚合效果：聚合氯化鋁 三氯化鐵 硫酸鋁【助凝劑】-通常是高分子物質(zhì)：作用是為了改善絮凝體結構，促使絮粒密實-作用機理：高分子物質(zhì)吸附架橋?！净炷齽恿W】：-要是雜質(zhì)顆粒或雜質(zhì)與混凝劑之間發(fā)生絮凝，其必要條件是：使顆粒之間相互碰撞。-推動水中顆粒相互碰撞的動力來自： 顆粒在水中的布朗運動-異向絮凝：由布朗運動造成的顆粒碰撞絮凝聚集水力或機械攪拌造成的流體運動-同向絮凝：由流體運動造成的顆粒碰撞聚集異向絮凝：-顆粒絮凝速率取決于碰撞速率，即顆粒碰撞速率：2Np=8n dDb n-Np :異向絮凝碰撞速率，即：1/cm3.S ;-d :

9、顆粒直徑；-Db :布朗運動系數(shù)；-n:顆粒數(shù)量濃度；同向絮凝：-速度梯度：相鄰兩層水流的速度差與兩層間的距離之比。 機械攪拌：即: G=-卩：水動力粘度-pa.S;-p：單位流體所消耗的功率-w/m3;-G:速度梯度； 水力絮凝：PV=pgGh;V=QT;G=-V :水流體積；-g:重力加速度；-h:水頭損失；- V：水的運動粘度；-T:水流在混凝設備停留時間；混凝控制指標：-混凝過程：混合+絮凝；混合階段:劇烈攪拌水流-使藥劑快速均勻分散于水中利于混凝劑快速水解、聚合、顆粒脫穩(wěn); 混合要快速劇烈：10-30S最多2min ； 攪拌強度：速度梯度 G=700-1000s1 ； 混合絮凝-異向

10、絮凝;絮凝階段:主要依靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚； 絮凝-同向絮凝； 同向絮凝效果：與 G值、絮凝時間T有關； 速度梯度：G=20-70S1 ； TN-整個絮凝時間內(nèi)單位體積流體顆粒碰撞次數(shù)；平均GT=1X 104-1 X 105;影響混凝效果主要因素：1.水溫影響： 無機鹽混凝劑水解是吸熱反應，低溫水混凝劑水解困難，尤其是硫酸鋁； 低溫水粘度大，水中雜質(zhì)顆粒布朗運動強度減弱，碰撞機會減少，不利于顆粒脫穩(wěn)凝聚；水粘度大，水流剪力增大，影響絮凝體成長； 水溫低，導致膠體顆粒水化作用增強，妨礙膠體凝聚； 水溫與水PH有關。水溫低時，其 PH提高，則混凝最佳 PH值也提高；注：提高低溫水混凝效

11、果的方法：增加混凝劑投加量+投加高分子助凝劑。-常用的助凝劑：活化硅酸。2水的ph值和堿度影響： 去除濁度：最佳ph值=6.5-7.5絮凝作用主要是氫氧化鋁聚合物-吸附架橋；羥基配合物-電性中和； 去除色度：ph值=4.5-5.5 ；-混凝劑為三價鐵：適用的 ph值范圍較寬去除濁度：ph=6.0-8.4 ;去除色度：ph=3.5-5.0；-混凝劑為硫酸亞鐵：通常用氯化法；-聚合氯化鋁：對水的 ph值變化范圍適應性較強；石灰投量估算：即：每投加 1mmol/L Al 2（SO4）3 需石灰 3mmol/L CaO.即：CaO=3a -x+ S CaO-純石灰 CaO投量：mmol/L ；a-混凝

12、劑投量： mmol/L;x-原水堿度：mmol/L CaO ；S -保證反應順利進行的剩余堿度：取0.25-0.5mmol/L （ CaO ；典型例題: 某地表水源總堿度為 0.2mmol/L。市售精制硫酸鋁（含 Al 2O3約16%）投量28mmol/L。試估算石灰（純 度為50%）投量為多少 mg/L。解：投藥量折合 AI2Q為：28mmoI/L X 16% =4.48mg/LAI2Q分子量為102,故投藥量相當于：4.48/102=0.044mmoI/L.剩余堿度取0.37mmol/L，則：CaO=3 X 0.044-0.2+0.37=0.3mmol/L。CaO分子量為56，則市售石灰投

13、量為：0.3 X 56/0.5=33mg/L3、水中懸浮物濃度影響：-為提高低濁度原水混凝效果，采取措施： 投加鋁鹽或鐵鹽時，投加高分子助凝劑。 投加礦物顆粒以增加混凝劑水解產(chǎn)物的凝結中心，提高顆粒碰撞速率，增加絮凝體密度。 采用直接過濾法。 聚合氯化鋁作為處理高濃度濁度水效果好。-投加高分子助凝劑；吸附架橋+電性中和；混合設備：-混合設備基本要求： 藥劑與水混合必須快速劇烈、混合均勻； 保證充分混合條件，水頭損失不易太大； 混合時間不超過 2mi n;-主要混合設備：水泵混合、管式混合、機械混合；1 ）水泵混合：-藥劑投加在取水泵房吸水管、吸水喇叭口處-利用水泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)以達到快速混合目的

14、；-當取水泵房距水廠處理構筑物較遠時，不宜采用水泵混合；-水泵混合：通常用于取水泵房靠近水廠處理構筑物，兩者間距不宜大于150m。2 ）管式混合：即:將藥劑直接投入水泵壓水管以借助管中流速進行混合。-管中流速不宜小于1 m/s ;投藥點管內(nèi)水頭損失不小于0.3-0.4m。3）機械混合池：-混合時間：10-30S，最大不超過2min ；-優(yōu)點：混合效果好，不受水量變化影響；-應避免水流同步旋轉(zhuǎn)而降低混合效果；絮凝設備：-絮凝設備：水力攪拌式、機械攪拌式；1) 隔板絮凝池：-為避免絮凝體破碎，管道流速及水流轉(zhuǎn)彎處流速應沿程減?。籊值也沿程減??；-優(yōu)點：構造簡單，管理方便；缺點：流量變化大者，絮凝效

15、果不穩(wěn)定，絮凝時間較長；-隔板絮凝池主要設計參數(shù)： 廊道流速：起端：0.5-0.6m/s 末端：0.2-0.3m/s ；即:流速沿程減?。粸檫_到流速遞減目的：隔板間距逐段放寬，池底相平； 隔板間距相等，池底逐漸降低； 為減小水流轉(zhuǎn)彎處水頭損失，轉(zhuǎn)彎處過水斷面：1.2-1.5 絮凝時間一般采用 20-30min ; 隔板間凈距一般大于0.5m，以便于施工和減肥；為便于排泥，池底坡度：0.02-0.03，并設150mm排泥關；2 )折板絮凝池：-折板絮凝池組合順序：即異波t同波t平板；-折板絮凝池主要設計參數(shù)； 第一段：0.25-0.35 ； 第二段：0.15-0.25 ； 第三段：0.1-0.1

16、5 ；-折板絮凝池優(yōu)點：水流在同波、異波之間曲折流動，形成小漩渦，提高顆粒碰撞絮凝效果；水流條件得到改善；混凝劑溶解和溶液配制：-混凝劑投加分為：固體投加+液體投加。-溶解池、攪拌裝置、配件，均應有防腐措施：采用FeCl3要注意。FeCI 3溶解時要放出大量熱，當溶液濃度為20%時，溶液溫度可達到70 C左右。-溶解池：一般建于地面以下便于操作，池頂一般高出地面約0.2m左右。即:溶解池容積 W計算：W 1 = (0.2-0.3 ) W-W2 :溶液池容積。-溶液池容積：24 x 100aQ aQW 2 =-1000 x 1000cn417cn3W 2-溶液池容積；m;Q- 處理水量：m/h;

17、a-混凝劑最大投加量：mg/L;C-溶液濃度：一般取 5%-20 %；N-每日調(diào)制次數(shù)，一般不超過 3次；混凝劑投加：-混凝劑投加設備：計量設備、藥液提升設備、投藥箱、水封箱、注入設備。-投加方式：常用投加方式：泵前投加-藥液投加在水泵吸水管或吸水喇叭口處。-適用于取水泵房距水廠較近者。-水封箱：防止空氣進入而設。 高位溶液池重力投加：安全可靠，但溶液池位置較高。設備：溶解池、溶液池、提升泵、水封箱、浮球閥、流量計、調(diào)節(jié)閥、壓水管 水射器投加： 泵投加：-干投法優(yōu)點：設備占地少、易調(diào)節(jié)排渣容易。一、沉淀和澄清1.1懸浮顆粒在靜水中沉淀-沉淀：水中懸浮物顆粒依靠重力作用從水中分離出來的過程。-沉

18、淀分類：自由沉淀；擁擠沉淀；絮凝沉淀；懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀：-懸浮顆粒在靜水中沉淀速度取決于：顆粒在水中重力Fi、顆粒下沉阻力 F2；-沉速基本公式：卩=【3 g錯誤! d 2-沉淀池分類：豎流式、平流式、輻流式；初沉池、二沉池；-選擇依據(jù)：水量規(guī)模、進水水質(zhì)條件、出水水質(zhì)、地形條件、占地面積、造價、運行經(jīng)驗；懸浮顆粒在靜水中擁擠沉淀：即：當大量顆粒在水中下沉時，被排擠水體有一定流速，使顆粒受到的水阻力增加，顆粒相互干擾的過 程。-擁擠過程：明顯的渾水、清水分界面：混液面氣?。簼岫鹊?、色度大、藻類多、溶解氧耗氧量高的原水；探1.2平流式沉淀池非凝聚性顆粒沉淀過程：理想沉淀池： 顆粒處于自

19、由沉淀狀態(tài)：即沉淀過程中，顆粒大小、密度不變。即：顆粒沉速始終不變； 水流沿著水平方向進行。過水斷面：流速不變、流動過程中流速不變； 顆粒沉到池底即認為被去除，不再返回水流中；Q-沉淀池原水其水平流速：u =-hoB式中：u -水平流速，m/s;Q- 流量，m/s;H0-水平截面高度；B-水平截面寬度；-截留沉速卩0：反映沉淀池所能全部去除顆粒中的最小顆粒沉速。即：凡是沉速等于或大于沉速卩 的顆粒全部被沉淀。卩0-顆粒截留沉降速度；即卩：截留沉速口 0=LB式中：LB-即沉淀池水面表面積 A; ,4 -單位沉淀池表面積產(chǎn)水量；LBQ-即：卩o=a :表面負荷/溢流率；表明：表面負荷在數(shù)值上等于

20、截留沉速。但含義不同。-截留沉速：表示沉淀池自池頂開始下沉所能全部去除顆粒中的最小顆粒沉速；-表面負荷：單位沉淀池表面積產(chǎn)水量；-為求沉淀池總的沉淀效率，先求某一特定顆粒即具有沉速卩i的顆粒去除百分率 E。0。i注：特定顆粒沉速卩i截留沉速卩-某特定顆粒去除率公式：E=-3 0即：e=Q/a注：懸浮顆粒在理想沉淀池中去除率唯一因素：沉淀池表面負荷；而與其他因素：水深、池長、水平流 速、沉淀時間均無關；探1 ）當去除率一定時：顆粒沉速-i越大則表面負荷越高，亦即產(chǎn)水量越大；或當產(chǎn)水量和表面積不變 時，-i越大，則去除率 E越高。顆粒沉速-i大小與絮凝效果有關；2）顆粒沉速-i一定時：增加沉淀池表

21、面積可以提高去除率。當沉淀池容積一定時， 池身淺則表面積大,去除率可以高。即“淺池理論”3）“具有沉速-i顆粒（-i - o）去除率” 影響平流式沉淀池沉淀效果因素：-實際平流式沉淀池偏離理想沉淀池條件的主要因素:1 ）沉淀池實際水流狀況：-理想沉淀池水流穩(wěn)定、流速均勻，其理論停留時間:即：to=V/Q-“短流”原因： 進水慣性作用； 出水堰產(chǎn)生的水流抽吸； 較冷、較重的進水產(chǎn)生異重流； 風浪引起短流； 池內(nèi)刮泥設施；-沉淀池：通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。-異重流：即進入較靜而具有密度差異水體的一股水流；-水流穩(wěn)定性：Fr= U 2/Rg式中：Fr-弗勞德數(shù)；R-水力半徑；Y -水平流速

22、；G-重力加速度；即：Fr越大，表明慣性力作用越大，重力作用相對減小，水流對溫差、密度差異重流等影響的抵抗能力強，使沉淀池流態(tài)保持穩(wěn)定。一般平流式沉淀池：Fr數(shù)宜大于10-5 ；-平流式沉淀池中，降低 Re和提高Fr數(shù)有效措施：減小水力半徑；即：池中縱向分格、斜板、斜管沉淀池。-沉淀池增大水平流速：一方面提高了 Re數(shù)：不利于沉淀；另一方面提高了 Fr數(shù)：增加水流穩(wěn)定性,提高沉淀效果；-沉淀池水平流速：宜為 10-25mm/s2）凝聚作用影響：-實際沉淀池沉淀時間、水深：影響沉淀效果；3 ）水流紊動性、穩(wěn)定性：平流式沉淀池構造：-平流式沉淀池：進水區(qū)、沉淀區(qū)、存泥區(qū)、出水區(qū)。1 ）進水區(qū)作用：

23、使水流均勻分布在整個進水截面上，并盡量減小擾動。-使水流從絮凝池直接流入沉淀池。-為防止絮凝體破碎，孔口流速不宜大于：0.15-0.2m/s;探2）沉淀區(qū)：要降低沉淀池水流Re數(shù)和提高水流Fr數(shù)，必須設法減小水力半徑。-采用導流墻將平流式沉淀池進行縱向分割可減小水流半徑，改善水流條件。-沉淀區(qū)高度：與凈水構筑物高程有關，一般為 3-4m；沉淀區(qū)長度：決定于水平流速U和停留時間T;即：L=T u；沉淀區(qū)寬度：決定于流量Q池深H水平流速u：即：B-H u3）出水區(qū)：均勻收集沉淀池上層清水，避免帶出絮凝體;其孔口流速一般為 0.6-0.7m/s;-為緩和出水區(qū)附近流線過于集中，應盡量增加出水堰長度，以降低流量負荷; 其堰口溢流率一般小于 500朋/口 d）;4）存泥區(qū)：平流式沉淀池基本采用機械排泥措施；-機械排泥措施：充分發(fā)揮沉淀池容積利用效率，且排泥可靠；平流式沉淀池設計計算：-設計平流式沉淀池主要控制指標：表面負荷或停留時間。-沉淀池停留時間或表面負荷：應