水质工程学给水复习资料

第一章水质与水处理概论1 .天然水体中的杂质分类根据水中杂质的大小分为溶解物、胶体粒子和悬浮物。从化学结构可分为无机物、有机物和生物。根据杂质的来源分为天然杂质和污染性杂质。2、水体富营养化：指磷酸盐和富含某种形态氮的水，在光和其他环境条件适当的情况下，这些营养物质使水中藻类过度生长，随后藻类死亡及其伴随的异氧微生物代谢活动，很可能导致水体中溶解氧耗尽，水质恶化和生态环境结构破坏现象。3、两个相关水质指标描述水体的自净化过程生化需氧量BOD :该值越高，表明有机物含量越高，水体污染程度严重。水中溶解氧DO :在水生物生态平衡和有机物可生化分解的条件下，DO值越高，表明水中有机污染物越少。水体中BOD值与DO值呈高低对比关系4 .生活饮用水水质检查项目和限制：项目阈值色度15度以下，不能表现出其他颜色浊度1度以下(NTU )，特殊情况下为5度以下(NTU )砷0.05mg/L氟化物1.0mg/L细菌总数100(CFU/mL )大肠杆菌群每100mL样本无法检测游离氯与水接触30分钟后请控制在0.3mg/L以上，管网末端的水请控制在0.5mg/L以下(适用于氯消毒)。第三章凝聚与凝聚胶体的稳定性：从水处理的观点出发，交替粒子在水中长期保持分散状态的特性。动力稳定性带电稳定性溶剂化作用的稳定性。2、胶体稳定存在的原因：胶体的双电层结构：胶体粒子通过吸附带电荷，同种胶体粒子带同种电荷，同种电荷相互排斥。 凝聚胶体时，要克服排斥力，去除胶体粒子上带电的电荷。胶体颗粒不断地进行棕色运动。3、胶体凝聚机制：压缩双电层的作用：水处理去除的胶体主要是带负电的胶体，常用的铝盐、铁盐絮凝剂产生的带正电的高价金属羟基聚合离子具有压缩双电层的作用。 昂贵的电解质压缩双电层的能力优于低电解质离子，因此被选为凝集剂的多为昂贵的电解质。 例如Fe3、AL3。吸附电中和作用：胶体粒子表面吸附异常离子、异常胶体粒子或具有异常电荷的高分子，中和胶体粒子本身所具有的部分电荷，减少胶体粒子之间的静电斥力，使胶体粒子更容易凝聚。吸附交联作用：分散体系中的胶体粒子通过吸附有机物或无机高分子物质而交联，凝聚在大的凝聚体中脱稳定沉淀时，胶体粒子之间不直接接触，高分子物质在两个胶体粒子之间像桥一样连接。网捕集卷扫作用：投入水中的铝盐、铁盐等凝集剂水解后，具有较大量三维立体结构的水合金属氧化物沉淀，这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，像多孔质的网一样，捕集并卷扫水中胶体粒子和悬浮质粒子。四、凝聚机制：各向异性絮凝物：有布朗运动引起的粒子碰撞凝集称为各向异性絮凝物。同向凝聚：水力或机械搅拌引起的流体运动引起的粒子碰撞凝聚称为同向凝聚。5 .影响凝聚效果的因素：客观要素：水温(适宜2030 )、PH值、碱度、水中浊质粒子浓度。主观因素：絮凝剂的种类和投入方式，水力条件。凝聚剂有干投和湿投两种投入方式(硫酸铝以稀溶液投入为好，氯化铁以干投或浓溶液投入为好)。6、絮凝剂的种类和优缺点：无机盐类絮凝剂：硫酸铝：固体硫酸铝溶解投入，一般以10%左右的重量百分比浓度使用。 采用硫酸铝作凝聚剂时，运输方便，操作简单，凝聚效果好，但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的凝聚体松弛，凝聚效果差。 粗硫酸铝由于不溶性杂质含量高，使用时炉渣多，在排除炉渣方面操作麻烦，酸度高，腐蚀性强，溶解和投入设备必须考虑防腐。三氯化铝：易溶，形成的絮凝物密于铝盐絮凝物，沉降速度快，低温处理低浊水效果优于硫酸铝，适用PH范围广，添加量小于硫酸铝。 其缺点是氯化铁固体制品吸水易潮解，难以保存，腐蚀性强，金属、混凝土、塑料等具有腐蚀性，处理后水的色度高于铝盐，最佳投入量范围狭窄，难以控制等。硫酸亚铁：通常是生产化工产品的副产品，价格便宜。 硫酸亚铁投入水中时，凝聚效果不及三价铁离子，水解的二价铁离子残留在水中，使处理后的软管着色，二价铁离子与水的有色物质反应，生成颜色更浓的溶解性物质，处理后的水的色度变大。高分子絮凝剂：聚合氯化铝(PCA ) :有名的碱性氯化铝或羟基绿化铝。 絮凝物形成速度快，絮凝物大致致密，沉降性能好，添加量低于无机盐类凝聚剂，处理效果稳定，最佳凝聚PH范围宽，最佳投入量范围宽，即使在一定范围内过量添加，水的PH值也不会大幅度降低，不会发生凝聚效果突然变差的现象， 聚合氯化铝碱度高于无机盐类，在制备和添加过程中对药液设备的腐蚀程度小，处理后水的PH值和碱度变化也小。聚合硫酸铁(PFS ) :絮凝剂用量少，絮凝速度快，沉降速度快，有效PH范围广，与氯化铁相比腐蚀性大幅降低，具有处理后水的色度和铁离子含量低的优点。合成有机高分子凝聚剂：聚丙烯酰胺PAM、聚环氧乙烷PEO。7、凝聚过程：凝聚剂的制备、计量、投入、快速混合、凝聚反应。8、混合设施和方法：水泵混合：混合效果好，无需另行建设混合设施，节省动力，可采用各种类型的水厂。 使用的凝集剂具有强腐蚀性时，长期运转对泵叶轮有腐蚀作用的可能性取水泵室远离净水场时，原水在长距离运输中，可能会很快在管上形成絮凝物，因此破碎后难以再凝集。 通常，在泵室和净水场的距离为150m以下的情况下混合泵。水力混合：结构简单，但不能适应水质、水量等条件的变化，占地面积大，目前采用较少。管式混合：结构简单，无活动部件，安装简单，混合快速均匀。 其缺点是水头损失稍大，流量过小会降低混合效果。机械混合：混合效果好，不受水量变化的影响，适用于各种规模的水厂的优点是增加机械设备，相应地增加修理工作量。九、絮凝设施：隔板絮凝池：通常用于中大型水厂，结构简单，管理方便，缺点是流量变化大，絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池容积大。机械絮凝池：具有根据水质、水量的变化，随时间改变转速，保证絮凝效果的优点是机械设备增加，机械的维护作业量增加。折板絮凝池：水流在波纹板和波纹板之间蜿蜒、波纹板和波纹板之间收缩、流动、连续，形成许多小涡流，提高泥石碰撞絮凝效果的优点是安装修理困难、费用高。栏条絮凝池：效果好，水头损失小，絮凝时间短，但末端池底淤积现象，网上藻类繁殖，堵塞网。第四章沉淀1、沉淀分类：自由沉淀：适用于低浓度离散粒子，粒子在沉降过程中形状、尺寸、质量不变，粒子之间无干扰，因此在沉降过程中粒子的沉降速度不变。凝聚沉淀：粒子在沉淀过程中发生凝聚作用，粒子凝聚成长，沉降速度逐渐增大。混杂沉淀(块沉淀):由于粒子浓度过高，粒子在沉淀过程中相互干扰，不同粒子以相同速度形成层下降，形成明显的固液界面。压缩沉淀：粒子浓度极高时，粒子在相互支持的条件下受到重力的作用，被进一步挤出。 压缩沉淀主要用于污泥浓缩池的设计。2、理想沉淀池：一般平流沉淀池前部为入水区，后部为出水区，下部为沉泥区，中部为沉淀区，中部沉淀区满足以下规定时称为理想沉淀区浸水均匀分布于沉淀区起始端，以相同速度水平流向末端入水中的粒子杂质均匀分布在沉淀区的始端，在沉淀区等速自由沉淀认为沉淀区底部可沉降的颗粒杂质已经被除去，不再浮游在水中。3、表面负荷：单位沉淀面积水流量(q=Q/BL )理想沉淀区中，表面负荷等于陷阱沉淀速度(也称特定粒子沉淀速度) . 沉淀效率等于沉降速率与陷阱沉降速率之比。4、斜管沉淀池：在城市自来水的凝聚沉淀池中，斜板、斜管的倾斜角多采用60度。 斜管沉淀池对原水浑浊度的适应性比平流沉淀池差的斜管沉淀池是浅池理论的实际具体应用，斜管沉淀池按斜管(板)的水流方向分为异向流、同向流和侧向流3种。 斜管沉淀池具有停止时间短、沉淀效率高、节省空间、适用范围广等优点，但存在斜管费用高、需要定期更新等问题。5 .明确的游泳池：粒子在某一时刻的浓度值与水中絮凝物的体积浓度有关，在给出Gt值的条件下，随着水中絮凝物的体积浓度的增大而减少。 如果在池内形成絮凝物的体积浓度足够高的区域，使投用后的原水侵入该区域，能够与具有高体积浓度的粗粒絮凝物接触，则能够大幅度提高原水的细粒悬浮物的絮凝速度。 澄清池是根据这个原理设计的。第五章过滤1、过滤速度：单位时间、单位过滤面积的过滤水量。低速过滤池中水的过滤速度一般为0.10.3m/h高速滤池的忧虑速度可达510m/h。2速滤池：主要过滤凝聚后的水。高速滤池的工作过程：主要包括过滤和反冲洗。供水系统：作用： 1反洗时，使反洗水均匀分布2过滤时收集过滤水。承接层：作用：支撑过滤器，均匀配置防止过滤层从供水系统流失的反洗水。滤波层：由滤波器组成。清洗排水槽：用于均匀排除反洗水。过滤过程：过滤时，未从供水管向槽内过滤层导入过滤前的水，水由上至下由过滤层过滤，过滤后的水在下部供水系统收集后，通过排水管向外流出。 过滤层堵塞，停止供水和排水，从逆洗管向槽内送入逆洗水，在配水系统中均匀分配后，从下向上清洗过滤层，清洗后的排水溢出到上部排水槽中，通过排水管排出到槽外。 反洗结束后，停止反洗水的供给，关闭排水阀，返回水和水，重新开始过滤工序。为了控制过滤和逆洗的进行，在供水管、排水管、逆洗管、排水管上设置了阀门。 另外，下部的排水管上连接着短管。3、过滤器：过滤器应满足的要求：具有足够高的机械强度具有良好的化学稳定性具有用户所要求的粒子尺寸和粒度组成。过滤材料的规格：包括过滤材料粒子的大小和过滤材料的倾斜分布两个。过滤材料有效材料直径d10 :比过滤材料中的粒径小的粒子的质量占过滤材料总质量的10%。滤波器的不均匀系数K80:d80与d10之比。 K80=d80/d10型k8表示材料的不均匀度。 K80越大，粗粒子的分布越大，显示出不利于过滤和逆洗。 K80越接近1，过滤材料的大小越均匀，过滤材料和反洗的效果越好。 为了使过滤材料均匀，型号K80优选为2以下。表示过滤器规格的参数：最小粒径和最大粒径。常用的过滤器是石英砂和无烟煤。比表面积：单位重量或单位体积滤材所具有的变面积。 单位cm2/g或cm2/cm3。4 .高速滤池运行：滤池的过滤作用水头：指过滤前的水的最高水位和过滤后的水的水位(总是清水池水位)的差。 在普通高速滤池中，过滤作用水头为2.53m。负水头现象：过滤进行到一定时间后，从过滤材料表面到某一深度的过滤层水头损失超过该深度的水深，在该深度出现负水头。负水头的危害：增加过滤层的局部阻力，增加水头损失的气泡通过过滤层，上升到过滤表面，带去煤粒这种轻质过滤器。避免率池出现负水头的方法：一是增加砂面水深，二是使过滤池的出口位置与过滤层表面相同或更高。滤层的污染含有能力：每单位体积的滤层中的平均污染含量。 单位g.cm3或kg/m35、供水系统：大阻力供水系统、中阻力系统、小阻力系统。反冲洗时配水不均的危害：过滤池中砂层厚度分布不同的过滤时，会发生短流现象，水水质下降的局部接收层移动，可能会导致砂漏。大阻力供水系统：基本原理：由于接收层和滤波层的电阻系数之和S2不能改变，所以只有通过减小节流孔的总面积来增大节流孔电阻系数S1，才能增大S1 S2。 如果增大节流孔阻力系数S1，则减弱接收层、过滤层阻力系数以及配水系压力水头的不均匀对节流孔的流出量造成的影响。特征： a .供水均匀性好b .结构复杂c .但管道易结垢d .节流孔水头损失大，要求反洗水压力高。一般高速滤池一般采用大阻力供水系统(穿孔管供水系统)小电阻供水系统：特征： a .反冲洗水头小b .供水均匀性差c .滤池面积大时，不易采用小阻力供水系统。虹吸滤池、无阀滤池和移动清洗罩滤池始终采用小阻力供水系统(电网、节流孔、穿孔水路、过滤头)6、滤池清洗：清洗的目的是去除滤层中的污垢，恢复滤池的过滤能力。 一般方法包括：高速水流反冲气水联用反冲洗：该方法在提高冲洗效果的同时，还可节约冲洗水量。滤层的气水回流形式：先呼吸再流水先小心流水先呼吸再流水。表面通过高速水流反冲洗。7、滤波方式：定速过滤：在定速过滤状态下，过滤层逐渐堵塞，水头损失随时间增加，过滤池的水位逐渐上升，水位上升到最高水位时，过滤停止等待清洗。 无阀滤池和虹吸滤池是典型的恒速滤池。降速过滤：移动清洗盖过滤池是典型的降速过滤池。8 .直接过滤器：定义：原水不沉淀而进入过滤池的过滤。方式： a .原水中加入药物后，只要混合就进入过滤池进行过滤称为“接触过滤”的b .原水中加入药物后，混合和通过微絮凝池进入过滤池进行过滤，称为“微絮凝过滤”。特征： a .采用双重或三重过滤池的b .聚合物作为主要凝集剂或凝集助剂。要求： a .原水浊度和彩度低，水质变化小，常年原水浊度低于50度的b .过滤速度由原水水质决定，浊度高时采用低过滤速度。9 .滤层的含污能力：每单位体积的过滤层中的平均污染量称为“过滤层污染能力”，单位g/cm3或kg/m3。10、普通的高速过滤池有