給水處理概論

1、第14章 給水處理概論14.1 水源水質(zhì)給水處理的任務： 用不同的方法與裝置改變原水的主要質(zhì)量指標以滿足用戶的要求，提高水的質(zhì)量，解決原水不能滿足用戶要求的矛盾。1水中雜質(zhì)分類分類 懸浮物 膠體 溶解物14.1.1 源水中的雜質(zhì)雜質(zhì)的來源 自然過程：所接觸的大氣、土壤等自然環(huán)境。 人為因素：工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水及生活污水。2水中雜質(zhì)分類3溶解性和懸浮性的劃分并不很確切， 丹麥用孔徑為1.6微米的過濾器 其它許多國家則使用孔徑1微米的過濾器 還有許多國家使用0.45微米左右的過濾器（IWA（國際水協(xié)會）建議使用0.45微米左右的過濾器）4（1）懸浮物和膠體雜質(zhì) 懸浮物和膠體是使水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象的根源

2、。其中有機物，如腐殖質(zhì)及藻類等，往往會造成水的色、臭、味。（2）溶解雜質(zhì) 溶解雜質(zhì)包括有機物和無機物兩類。 無機溶解物是指水中所含的無機低分子和離子。 有機溶解物主要來源于水源污染，也有天然存在的，如腐殖質(zhì)等。51）溶解氣體 天然水中的溶解氣體主要是氧、氮和二氧化碳，有時也含有少量硫化氫。2）離子 天然水中所含主要陽離子有Ca2+、Mg2+、Na+；主要陰離子有HCO3-、SO42-、Cl-。此外還含有少量K+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等陽離子及HSiO3-、CO32-、NO3-等陰離子。614.1.2 各種天然水源的水質(zhì)特點1. 地下水 水質(zhì)、水溫較穩(wěn)定。 由于地下水流經(jīng)巖層時溶解了各種

3、可溶性礦物質(zhì)，因而水的含鹽量通常高于地表水（海水除外）。 地下水硬度高于地表水。我國地下水總硬度通常在60300mg/L（以CaO計）之間，少數(shù)地區(qū)有時高達300700mg/L。7江河水易受自然條件影響。水中懸浮物和膠態(tài)雜質(zhì)含量較多，濁度高于地下水。江河水的含鹽量和硬度較低。湖泊及水庫水濁度較低。含較多藻類，水質(zhì)易惡化。易受廢水污染。含鹽量比河水高。海水 含鹽量高，所含各種鹽類或離子的重量比例基本一定。814.1.3 受污染水源中的雜質(zhì)6070年代重視重金屬污染80年代重視有機物的污染解決辦法：保護水源，控制污染物強化水處理工藝914.2 水質(zhì)指標 水質(zhì)標準：用水對象（包括飲用和工業(yè)用水等）所

4、要求的各項水質(zhì)參數(shù)應達到的指標和限值。 可分為國際標準、國家標準、地區(qū)標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準等不同等級。1014.2.1 生活飲用水衛(wèi)生標準生活飲用水衛(wèi)生標準( GB 5749-2006) 2007.07.01 實施 ，代替GB 5749-85。水質(zhì)指標由GB 5749-85的35項增加至106項，增加了71項；修訂了8項。 1114.2.1 生活飲用水衛(wèi)生標準屬于感官性狀方面的要求，如水的濁度、色度、臭和味以及肉眼可見物等。 （1）色度 飲用水的顏色是由于帶色有機物、金屬或高色度的工業(yè)廢水造成。水色的存在使飲用者不快甚至感到厭惡。衡量水中的色度用鉑鈷標準比色法，規(guī)定相當于1mg鉑在1L水中

5、所具有的顏色稱為1度?！皣鴺恕币?guī)定色度不超過15度，并不得呈現(xiàn)其他異色。12（2）混濁度 混濁度本身并不直接代表水的性質(zhì)，而是綜合性地反映水的混濁程度，屬于感官性質(zhì)?；鞚岫却笮∨c水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)的含量有關(guān)。混濁度用白陶土標準比濁法測定，相當于1mg白陶土在1L水中所產(chǎn)生的混濁程度作為一個混濁度單位，用度表示。“國標”規(guī)定不超過1度，水源與凈水技術(shù)條件限制時為3。 13 （3）臭和味 “國標”規(guī)定飲用水不得有異臭、異味。測定水中臭氣沒有標準的單位表示，一般常以水樣在40及60時測者的感覺用文字定性描述并以臭氣強度表示。描述臭氣強度分為6級。味在強度上也分為6級。 （4）肉眼可見物 “國標

6、”規(guī)定水中不得含有肉眼可見物。14對人體健康有益但不希望過量的化學物質(zhì)，如水中鈉、鉀、鈣、鐵、鋅、鎂、氯等。 （1）總硬度 含有鈣與鎂離子的水叫做具有“硬度”的水。水中鈣離子與鎂離子含量的綜合叫做水的總硬度。水的硬度有分為暫時硬度和永久硬度兩種，總硬度是這兩種硬度之和。 “國標”規(guī)定：生活飲用水的總硬度不能大于450mg/L（以碳酸鈣計）。 （2）鐵 鐵在天然水中普遍存在，是人體不可缺少的營養(yǎng)素。水中含鐵量在0.30.5mg/L時無任何異味，達1mg/L時便有明顯的金屬味，在0.5mg/L時色度可大于30度?！皣鴺恕币?guī)定：生活飲用水中含鐵不應超過0.3mg/L。 15 （3）錳 錳也是人體需要

7、的微量元素之一。水中含錳量如超過0.15mg/L時，水就會產(chǎn)生金屬澀味。毒性較小，“國標”規(guī)定不應超過0.1mg/L，是從感官和危害角度提出的。 （4）鋅 當水中含鋅量達10 mg/L時，水是渾濁的，在5 mg/L時水中有金屬澀味。“國標”規(guī)定不應超過1.0 mg/L也是根據(jù)感官性狀要求制定的。16對人體健康無益但一般情況下毒性也很低的物質(zhì)，如揮發(fā)酚類、陰離子合成洗滌劑等。 （1）揮發(fā)酚類 酚分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚，水中含酚主要來自工業(yè)廢水污染，特別時煉焦和石油的工業(yè)廢水，其中以苯酚為主要成分?！皣鴺恕币?guī)定：根據(jù)感官要求，定為飲用水中揮發(fā)酚類含量不應超過0.002 mg/L。 （2）陰離子合成洗

8、滌劑 其化學性質(zhì)穩(wěn)定，較難分解和消除，毒性極低?！皣鴺恕币?guī)定為不應超過0.3 mg/L。17有毒物質(zhì)，如砷、汞、鍋、鉻、氰化物、氯仿、苯并(a)篦等。 （1）砷 水中的砷化物有毒，“國標”規(guī)定不應超過0.01 mg/L使安全的。 （2）汞 汞，是劇毒物質(zhì)。汞化合物分為有機汞與無機汞，無機汞中的氯化汞和硝酸汞的毒性較高，汞在人體內(nèi)蓄積性高，殘毒性久，濃縮性大?！皣鴺恕币?guī)定不得超過0.001 mg/L。18 （3）鎘 鎘是有毒元素，食用鎘污染的食物可能會蓄積于體內(nèi)造成慢性中毒。“國標”規(guī)定飲用水中鎘含量不超過0.005 mg/L。 （4）鉻 鉻的化合物有二價、三價和六價，其中六價鉻毒性最大，可引起

9、皮膚、粘膜、肝、胃、腎、口腔、血液部分的疾患，并有導致肺癌的可能?！皣鴺恕币?guī)定為不得超過0.05mg/L。 （5）氰化物 水中氰化物有劇毒，氰化物使水呈杏仁氣味，其嗅覺閾濃度為0.1 mg/L?！皣鴺恕辈捎靡欢ò踩禂?shù)，規(guī)定飲用水中氰化物不得超過0.05 mg/L（以游離氰根計）。19 （6）氯仿 當水源被污染，原水中含有機物或腐殖質(zhì)時，加氯消毒就可能生成許多有機氯化合物，其中以氯仿為最常見。世界衛(wèi)生組織飲用水水質(zhì)準則中推薦氯仿在飲用水中得建議值為30g/L，考慮到我國國情，“國標”建議飲用水中氯仿含量標準為60g/L。 （7）苯并（）芘 凡是含碳物質(zhì)在燃燒（特別試400900）時都能產(chǎn)生苯并

10、芘等多環(huán)芳烴?！皣鴺恕蓖扑]飲用水中苯并（）芘含量得試行標準為0.01g/L。20指 標 限 值1、微生物指標總大腸菌群不得檢出耐熱大腸菌群不得檢出大腸埃希氏菌不得檢出菌落總數(shù)（CFU/mL）10021 飲用水中消毒劑常規(guī)指標及要求2214.2.2 工業(yè)用水水質(zhì)標準工業(yè)水質(zhì)由生產(chǎn)工藝而定，水質(zhì)標準的要求由有關(guān)工業(yè)部門制定。2314.3 給水處理方法概述 給水處理的任務是通過必要的處理方法去除水中雜質(zhì)，使之符合生活飲用或工業(yè)使用所要求的水質(zhì)、水處理方法應根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求確定。在給水處理中，有的處理方法除了具有某一特定的處理效果外，往往也直接或間接地兼收其它處理效果。為了達到某一處

11、理目的，往往幾種方法結(jié)合使用。2414.3.1 澄清和消毒澄清工藝 通常包括混凝、沉淀和過濾。處理對象主要是水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。原水加藥后，經(jīng)混凝使水中懸浮物和膠體形成大顆粒絮凝體，而后通過沉淀池進行重力分離。過濾是利用粒狀濾料截留水中雜質(zhì)的構(gòu)筑物，用以進一步降低水的渾濁度。消毒 是滅活水中致病微生物，通常在過濾以后進行。主要消毒方法是在水中投加消毒劑以殺滅致病微生物。2514.3.2 除臭、除味原因：當原水中中臭和味嚴重而采用澄清和消毒工藝系統(tǒng)不能達到水質(zhì)要求時。方法取決于水中臭和味的來源。14.3.3 除鐵、除錳和除氟除鐵、除錳的方法：自然氧化法和接觸氧化法。還可采用藥劑氧化、生物氧化法

12、和離子交換法。除氟的方法投入硫酸鋁、氯化鋁或堿式氯化鋁等使氟化物產(chǎn)生沉淀；利用活性氧化鋁或磷酸三鈣等進行吸附交換。2614.3.4 軟化處理對象：主要是水中鈣、鎂離子。軟化方法：離子交換法和藥劑軟化法。14.3.5 淡化和除鹽淡化：將高含鹽量的水處理到符合生活飲用或某些工業(yè)用水要求時的處理過程。除鹽：制取純水及高純水的處理過程。淡化和除鹽主要方法有：蒸餾法、離子交換法、電滲析法及反滲透法等。14.3.6 水的冷卻 采用冷卻塔，噴水冷卻池或水面冷卻池的。14.3.7 水的腐蝕和結(jié)垢控制 加入緩蝕劑和阻垢劑。2714.3.8 生活飲用水預處理和深度處理處理對象：水中有機污染物。預處理方法：粉末活性

13、炭吸附法；臭氧或高錳酸鉀氧化法，生物氧化法等。深度處理方法：粒狀活性炭吸附法；臭氧粒狀活性炭聯(lián)用法或生物活性炭法；化學氧化法；光化學氧化法及超聲波紫外線聯(lián)用法等物理化學氧化法；膜濾法等等。28 給水處理方法應根據(jù)水源水質(zhì)和用戶對水質(zhì)的要求確定懸浮雜質(zhì)沉淀方法去除；膠體狀態(tài)存在水中的雜質(zhì)混凝、沉淀、過濾去除；離子、分子狀態(tài)存在水中的雜質(zhì)生成沉淀物將這種雜質(zhì)去除；有機物用活性炭吸附；微生物、細菌等消毒方法。 以上各種方法可以單獨使用，也可幾種方法結(jié)合使用，以形成不同的處理系統(tǒng)，就是所謂的水處理流程。29給水處理的基本流程以地面水為水源地面水水源混凝沉淀過濾消毒飲用水30以地下水為水源地下水水源消毒

14、飲用水或根據(jù)水的特殊性質(zhì)進行：除鐵、除錳、除硬、除鹽等等31發(fā)展方向 水源水的有機污染特別是80年代以后，對有機物的污染特別關(guān)注。已發(fā)現(xiàn)在給水水源中有機物種類在2000種以上；飲用水中有700多種。美國確立了117種優(yōu)先控制有機物。我國也確定了12類，58種。 病原微生物：新的病原微生物：如賈第蟲（Giardia Lamblia）、隱孢子蟲等。 管網(wǎng)水二次污染：細菌繁殖水質(zhì)變差、管道堵塞3214.4 反應器14.4.1 物料衡算和質(zhì)量傳遞（1）物料衡算方程 設在反應器內(nèi)某一指定部位，任選某一物料組分i，根據(jù)質(zhì)量守恒定律： 變化量輸入量輸出量反應量 當變化量為零時，稱為穩(wěn)態(tài)，即： 輸入量輸出量反

15、應量0（2）質(zhì)量傳遞 傳遞機理可分：主流傳遞；分子擴散傳遞；紊流擴散傳遞。1）主流傳遞：物質(zhì)隨水流主體而移動。它與液體中物質(zhì)濃度分布無關(guān)，而與流速有關(guān)。傳遞速度與流速相等，方向與水流方向一致。332）分子擴散傳遞：由于濃度梯度而存在的傳遞。式中: J物質(zhì)擴散通量 DB分子擴散系數(shù) Ci組分I的濃度 x濃度梯度方向的坐標3）紊流擴散傳遞：紊流擴散通量可寫成類似于分子擴散通量式。3414.4.2 理想反應器模型 包括完全混合間歇式反應器（CMB型）、完全混合連續(xù)式反應器（CSTR型）、推流式反應器（PF型）35（1）完全混合間歇式反應器（ CMB型）；物料衡算式為：t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，積分上式得： 設為一級反應，r（Ci）=kCi，則36設為二級反應，r（Ci）=-kCi2，則（2）完全混合連續(xù)式反應器（ CSTR型）；物料衡算式為： 按穩(wěn)態(tài)考慮，