给水工程14-15复习资料

第十四章给水处理概论14.1水源水质14.1.1原水中的杂质1、水源水中的杂质来源不外乎两种来源：一是自然过程；二是认为因素。2、水中杂质按尺寸大小可分为悬浮物、胶体、溶解物三类。3、悬浮物尺寸较大，易于在水中上浮或下沉。上浮或下沉主要与杂质自身密度有关。4、水中所存在的胶体主要粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。工业废水排入水体，会引入各式各样胶体或有机高分子物质。5、悬浮物和胶体是使水体产生浑浊现状的根源。6、溶解杂质包括无机物和有机物两类。无机溶解物是指水中所含的无机低分子和离子。它们与水所构成的均匀体系，外观透明，属于真溶液。有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。7、天然水中的溶解气体主要是氧、氮、二氧化碳，有时也含有少量的硫化氢。8、天然水中的氧主要来源于空气中氧的溶解、部分来自藻类和其他水生生物的光合作用。9、地表水中溶解氧的量与水温、水压及水中有机物含量有关。10、地表水中二氧化碳主要来源于有机物的分解。地下水中二氧化碳除来源于有机物的分解外，还有在地层中所进行的化学反应。11、水中氮主要来自空气中氮的溶解，部分有机物的分解及含氮化合物的细菌还原等生化过程的产物。12、水中硫化氢的存在与某些含硫矿物的还原及水中有机物腐烂有关。13、天然水中所含主要阳离子有钙离子、镁离子、钠离子；主要阴离子有碳酸氢根、硫酸根、氯离子。14.1.2各种天然水源的水质特点14、地下水：1）水质清澈，且水源不易受外界污染和气温影响；2）水质、水温较稳定；3）含盐量高于地表水；4）硬度高于地表水；5）地下水中的铁、锰含量较高，但铁比锰少。15、江河水：1）易受自然条件影响。水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水；2）含盐量和硬度较低；3）水质、水温不稳定，水质易受污染。16、湖泊水及水库水：1）主要由河水供给，水质与河水类似；2）水流动性小，贮存时间长，经长期自然沉淀，浊度低；3）一般含有较多藻类；4）水生物残骸沉积于湖底，产生腐殖，使水质恶化，湖水也易受废水污染；5）含盐量比河水高。17、湖泊按含盐量分，可分为咸水湖、微咸水湖、淡水湖。18、海水的主要特点是含盐量高。14.1.3受污染水源中的杂质19、按污染物毒性分为有毒污染物和无毒污染物。20、解决水污染的办法：一是保护水源，控制污染源；二是强化水处理工艺。14.2水质标准1、水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。水质参数指能够反映水的使用性质的量。14.2.1生活饮用水卫生标准2、我国水质标准主要分为以下四类：一类感官性状方面要求；二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质；三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质；四类是有毒物质。3、当两种元素在人体内所引起的共同作用大于同样含量下两者分别所起的作用之和时，称为协同作用。4、当两种元素共同作用使其中一种或两种分别所起的作用受到削弱时，称为拮抗作用。14.3给水处理方法概述1、给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中的杂质，使之符合生活饮用水或工业用水所要求的水质。2、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。3、目前我国主要采用的除臭、除味的方法有活性炭吸附法、氧化法、曝气法、微滤机法、气浮法等4、常用除铁、锰的方法是接触氧化法和自然氧化法。5、除氟的方法基本有两类：一是投加硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；二是利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。6、软化的处理对象主要是水中的钙、镁离子。软化方法主要有：离子交换法和药剂软化法。7、淡化和除盐主要的处理对象是水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。主要方法有：蒸馏法、离子交换法、电渗析法和反渗透法等。8、对于不受污染的天然地表水而言，饮用水的处理对象主要是去除水中的悬浮物、胶体和致病微生物。常规的处理工艺混凝、沉淀、过滤、消毒就十分有效。9、预处理和深度处理的主要对象是水中的有机污染物，主要用于饮用水处理厂。10、预处理的主要方法有：粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸钾氧化法、生物氧化法。11、深度处理的主要方法：粒状活性炭吸附法、臭氧-粒状活性炭联用法或生物活性炭法、化学氧化法、光化学氧化法、膜虑法等。14.4反应器1、物料衡算方程变化量=输入量-输出量+反应量2、对于上述方程的几点说明：1）如果反应区内，组分i的浓度不随时间变化，则浓度变化速率=0，称为稳定状态；2）物质的输入和输出，是由质量传递引起的；3）反应速率一般指化学反应速率，由化学反应动力学决定。3、物质的输入和输出是质量传递的结果。传递机理可分：主流传递（物质随水流主体而移动）、分子传递（由于浓度梯度引起的传递）、紊流扩散传递（物质随紊流而移动）。4、主流传递与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。5、在紊流状态下，液体质点不仅具有随水流前进的运动，还具有上下左右的脉动，且伴有涡旋。紊流扩散传质速度也与浓度梯度成正比。6、完全混合间歇式反应器（CMB）：反应物投入反应器后，通过搅拌使使容器内物质均匀混合，同时进行反应，直至反应产物达到预期要求时停止操作，排除反应物。在整个过程中，既无新的反应物自外界投入，也无反应产物排除容器外。7、完全混合连续式反应器（CSTR）：当反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的物料达到完全均匀混合。新的反应物连续输入，反应产物也连续输出。8、推流型反应器（PF）：反应器内的物料以相同流速平行流动，而无扩散作用。物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。这是红流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。第十五章混凝15.1混凝的机理1、混凝：通过投加化学药剂使水中胶体颗粒和细小的悬浮颗粒相互聚集的过程。简而言之就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。1、胶体的稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特征。2、胶体的稳定性分为动力学稳定（指胶体颗粒布朗运动对抗重力影响的能力）和聚集稳定（指胶体粒子之间不能相互聚集的特征）。3、对憎水性胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位，动电位愈高，同性电荷排斥力就愈大；对亲水性胶体而言，聚集稳定性主要是由于水化膜的阻碍。4、硫酸铝是使用历史最久，应用最为广泛的一种无极混凝剂。目前最常用的混凝剂即为铝盐和铁盐。5、硫酸铝作为混凝剂的原理：硫酸铝溶于水后，立即解离出铝三价离子。在一定条件下，铝三价离子经过水解、聚合和配合反应可形成多种形态的配合物或聚合物以及氢氧化铝。各种物质的组成成分的含量的多少以至存在与否，决定于铝离子水解的条件，包括水温、pH、铝盐投加量等。6、混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用（即胶体脱稳的原理）主要有三种：吸附架桥、电性中和和卷扫作用。7、电性中和作用：指胶体粒子表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，降低了动电位，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒相互接近而互相吸附。吸附架桥：向水中投加高分子化学药剂，高分子的一端吸附另一胶体粒子聚集成为更大的聚集体而脱稳聚沉，此时胶体粒子之间并不直接脱稳，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。网捕或卷扫：当铝盐或铁盐投加量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离的作用。8、压缩双电层作用不能解释混凝剂投加过量胶体重新稳定的现象；吸附架桥作用对胶体的长度有一定的要求，起架桥作用的高分子都是线性分子，且需要一定长度，当胶体长度不够时不能起到吸附架桥的作用，只能被单个分子吸附；15.2混凝剂和助凝剂1、饮用水处理的混凝剂应满足的要求：混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足、价格低廉。2、聚合氯化铝（PAC）的特点：1）形成絮凝体的速度快，絮体大而密实，沉降性能好；2）投药量小；3）对原水的适应性较好，混凝效果好且稳定；4）适用的pH范围宽；5）腐蚀性小。3、混凝剂的种类很多主要分为无机混凝剂（硫酸铝、聚合铝、三氯化铁、硫酸亚铁和聚合铁等）和有机混凝剂（聚丙烯酰胺PAM、聚氧化乙烯PEO、淀粉、动物胶等）两种。4、硫酸铝（固态）的优点：运输方便、使用方便、混凝效果好、对处理过后的水质无不良影响。缺点：质量不稳定，含杂质较多，处理低温低浊水时水解较困难，形成的絮凝体比较松散，效果不及铁盐混凝剂。5、三氯化铁的混凝机理与硫酸铝相似，但混凝特性与硫酸铝略有区别：1）三价铁适用的pH范围较广；2）形成的絮凝体比铝盐的絮凝体密实；3）处理低温或低浊水效果优于硫酸铝；4）三价铁腐蚀性较强，且固体产品易水潮解，不易保管；5）除色效果不好。15.2.2助凝剂6、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，这种药剂就称为助凝剂。7、常用的助凝剂有骨胶、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅胶、海藻酸钠等。8、助凝剂通常是高分子物质，其作用是：为了改善絮体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。15.3混凝动力学1、由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称为“异向絮凝”；由流体运动所造成的的颗粒聚集称为“同向絮凝”。2、颗粒的絮凝速率取决于碰撞速率。3、Np=8KTn/(3)由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成反比，而与颗粒尺寸无关。4、同向絮凝理论：1）外部施加的能量造成大涡旋的形成；2）大涡旋将能量传递给小涡旋；3）小涡旋又将能量传递给更小的涡旋；4）只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒间的相互碰撞。5、同向絮凝公式No=15.3.3混凝控制指标6、自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，在工艺上总称混凝过程。7、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地分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。8、在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞聚集，故以同向絮凝为主。15.4影响混凝效果主要因素1、影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：1）原水性质，主要包括水温、水化学性质、杂质性质和浓度等；2）投加混凝剂的种类和数量；3）使用的絮凝设备及其相关水力参数。2、水温过低对絮凝的影响形成絮体缓慢，絮凝颗粒细小、松散。其主要原因有以下几点：1）无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难；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，不利于胶粒脱稳凝聚。同时，水的粘度大时，水流剪力增大，影响絮凝体的成长；3）水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚。而且水化膜内的水由于粘度和重度增大，影响了颗粒之间粘附强度；4）水温与水的pH值有关。3、为提高低温水混凝效果，常用方法是增加混凝剂投加量和投加高分子助凝剂。常用的助凝剂是活化硅胶，对胶体起吸附架桥作用。4、絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物的吸附架桥和羟基配合物的电性中和作用。5、提高低浓度原水混凝效果的措施：1）在投加铝盐或铁盐的同时，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，提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度；3）采用直接过滤法。即原水投加混凝剂后经过混合直接进入滤池过滤。15.5混凝剂的配制与投加1、混凝剂投加分固体和液体投加两种方式。2、硫酸铝以稀溶液投加较好，而三氯化铁以固体投加较好。3、搅拌式为了加速药剂溶解。搅拌装置有机械搅拌（使用最多）、压缩空气搅拌及水力搅拌。4、机械搅拌是以电动机驱动桨板或涡轮搅动溶液；压缩空气搅拌是向溶解池内通入空气进行搅拌，优点是没有与溶液直接接触的机械设备使用维修方便，但与机械搅拌相比，动力消耗较大，溶解速度稍慢。5、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。6、常用的投加方式：泵前投加、高位溶液池重力投加、水射器投加、泵投加等。7、混凝剂最佳投加量是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。15.6混合和絮凝设备1、 我国常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合、机械混合2、 水泵混合是我国常用的混合方式。药剂投加在取水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮的高速旋转以达到快速混合的目的。起优点是：混合效果好，不需要另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均实用；缺点是：三氯化铁作为混凝剂时，若投药量过大，药剂对水泵叶轮可能有轻微的腐蚀作用。3、 管式混合，最简单的管式混合即将药剂直接投入水泵压水管中以借助管中流速进行混合。其优点是：管道混合简单易行，无需另建混合设备；缺点是：混合效果不稳定，管中流速低时，混合不充分。目前广泛使用的是管式静态混合器。4、 机械混合是在机械混合池中安装搅拌装置，以电动机驱动搅拌器使水和药剂混合。搅拌器可以是桨板式、螺旋浆式或透平式。其优点是：混合效果好，不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂；缺点是：增加机械设备并相应增加维修工作。15.6.2絮凝设备5、 絮凝设备的基本要求是，原水与药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。絮凝池的形式较多，主要有水力搅拌式和机械搅拌式。6、 我国现阶段的絮凝池主要有：隔板絮凝池、折板絮凝池、机械絮凝池、穿孔