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1、重点：给水工程复习资料给水工程概论【水源水质】：原水杂质： 原水杂质来源： 自然过程：地层矿物质溶解、水中微生物繁殖、水流冲刷、泥沙、腐殖质人为因素:工业废水、农业污水、生活污水 原水杂质分类： 悬浮物1um-m;胶体10n100nm；溶解物01nm-1nm； 悬浮物与胶体杂质： -悬浮物尺寸较大、易于在水中下沉或上浮。 -胶体颗粒尺寸较小、在水中长期静止难以下沉。-水中胶体:粘土、细菌、病毒、腐殖质、蛋白质、有极高分子物质。 -天然水中胶体一般带负电荷。注:使水中产生浑浊现象的根源:悬浮物和胶体。饮用水处理的主要去除对象:悬浮物和胶体。【水质标准】： 水质标准：即用水对象所要求的各项水质参数

2、应达到的指标和限制。生活饮用水水质标准:感性性状和一般化学指标: 注:色度:不超过1度，并不得呈现异色。 浑浊度：不超过3,特殊情况不超过5度。 臭和味：不得有异臭、异味。 注：浊度即1蒸馏水中含有mg白陶土或高岭土。毒理学指标：细菌学指标： 注：细菌总数：100个l； 总大肠菌数:3个； 游离余氯:在与水接触m后应不低于0.3mg/l;放射性指标:【给水处理方法】：澄清和消毒： -生活饮用水地表水常用处理工艺：澄清和消毒。 -澄清工艺包括:混凝、沉淀、过滤。 -处理主要对象：水中悬浮物和胶体杂质。 -消毒：灭活水中致病微生物； 通常在过滤之后。 -主要消毒方法:投加消毒剂杀灭致病微生物。 生

3、活饮用水常规处理工艺: -即:“混凝沉淀-过滤-消毒”。 除臭、除味: -有机物臭味:活性炭吸附氧化法去除。 -溶解性气体:曝气法去除。 除铁、除氯: -常用方法：自然氧化法、接触氧化法。软化： -处理对象:主要是水中钙、镁离子 -软化方法:离子交换法、药剂软化法。淡化、除盐: -除盐:制取纯水及高纯水的处理过程。 -淡化和除盐主要方法：蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法。 水的冷却： -水作为冷却介质:水热容大-吸收和传递热量的良好介质。 -水的冷却一般采用：冷却塔。 生活饮用水预处理和深度处理： -饮用水主要处理对象:水中悬浮物、胶体、致病微生物。 -常规处理工艺:混凝、沉淀、过滤、消

4、毒。 -预处理和深度处理主要对象:水中有机污染物-饮用水处理厂 预处理方法：活性炭法吸附法、臭氧氧化法、生物氧化法、 -深度处理主要：粒状活性炭吸附法、生物活性碳法、 -深度处理法基本作用原理：吸附-氧化-生物降解膜滤即：或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物；或者利用氧化剂的强氧化能力分解有机物；或者利用生物氧化法降解有机物；或者利用膜滤法去除大分子有机物。 【混凝机理】：-混凝:水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集过程。 或：向水中投加药剂(混凝剂)使水中粒径微小的悬浮物和胶体离子凝结成较大的絮凝体（矾花)。 -凝聚:水中胶体脱稳胶体失去稳定性的过程。 -絮凝:脱稳胶体相互聚集。-混凝:凝聚和絮

5、凝。 水中胶体稳定性: -胶体稳定性:指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 胶体稳定性：动力学稳定+聚集稳定。 动力学稳定:指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力.颗粒愈小，动力学稳定性愈高 聚集稳定性：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。粒子表面同性电荷斥力作用-胶体稳定性:关键-聚集稳定性。 混凝机理: 混凝剂对水中胶体粒子混凝作用有三种: 电性中和、吸附架桥、卷扫作用 -混凝作用取决于：混凝剂种类、投加量、胶体粒子性质、水的ph值。 电性中和： -根据dlvo理论：要使胶体粒子通过布朗运动相撞聚集，必须降低或消除排斥能峰。 -吸收势能与胶粒电荷无关，主要取决于构成胶粒的物理性质、尺寸和密

6、度。 -降低排斥能峰的办法即:降低或消除胶粒的电位即在水中投加电解质。 【水中负电荷胶粒投入的电解质-混凝剂为正电荷离子或聚合离子;若正电荷离子是简单离子-na+、ca+、al-作用是压缩胶体双电层；排斥能峰emax0时，胶粒发生聚集作用，k电位:临界电位 ；水中铝岩投量过多,水中负电荷胶体变为正电荷胶体；】 -“吸附-电性中和作用”吸附架桥: -吸附作用:带异性电荷、不带电、同性电荷。【混凝剂和助凝剂】 -饮用水混凝剂基本要求：混凝效果好、对人体无害、使用方便、货源充足。 -水处理使用的无机混凝剂主要是:铁盐、铝盐及混合物。 -常用的无机混凝剂： 硫酸铝、聚合铝、三氯化铁-硫酸亚铁、聚合铁。

7、 硫酸铝:-采用固态硫酸铝：运输方便 -缺点：水温低,硫酸铝水解困难,形成的絮凝体松散,效果不好。 聚合铝：-包括:聚合氯化铝（ac）和聚合硫酸铝(pas)。 -聚合氯化铝能形成聚合阳离子,起电性中和、吸附架桥作用。 -优点：投加量少于硫酸铝;对水的ph值变化适应性强;聚合氯化铝投入水中其产物的成分确定； -碱化度：主要决定羟基o和铝al的摩尔数之比。 即：b=1 一般铝盐(硫酸铝、氯化铝）投入水中进行水解聚合反应，其产物受水ph值及铝盐浓度影响。三氯化铁:-三氯化铁:fel3o -水合铁离子水解、聚合反应。-优点：三价铁适用的ph值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实;处理低温水或低浊水效

8、果优于硫酸铝；-缺点：三氯化铁腐蚀性较强,且固体产品易吸水潮解，不宜保管。 -聚合效果:聚合氯化铝三氯化铁硫酸铝【助凝剂】 -通常是高分子物质：作用是为了改善絮凝体结构,促使絮粒密实-作用机理:高分子物质吸附架桥。【混凝动力学】：-要是杂质颗粒或杂质与混凝剂之间发生絮凝，其必要条件是：使颗粒之间相互碰撞。 -推动水中颗粒相互碰撞的动力来自： 颗粒在水中的布朗运动-异向絮凝：由布朗 运动造成的颗粒碰撞絮凝聚集 水力或机械搅拌造成的流体运动-同向絮凝:由流体运动造成的颗粒碰撞聚集 异向絮凝： 颗粒絮凝速率取决于碰撞速率,即颗粒碰撞速率: np8dn2np:异向絮凝碰撞速率，即：1cm3.;-d：颗

9、粒直径；-db:布朗运动系数；-n:颗粒数量浓度; 同向絮凝： -速度梯度：相邻两层水流的速度差与两层间的距离之比。机械搅拌: 即：g= :水动力粘度-pa;p：单位流体所消耗的功率-w/m3; -g:速度梯度； 水力絮凝： vph; =; g= -：水流体积; -g：重力加速度； -h：水头损失; -:水的运动粘度; -t:水流在混凝设备停留时间； 混凝控制指标: -混凝过程:混合+絮凝; 混合阶段：剧烈搅拌水流-使药剂快速均匀分散于水中利于混凝剂快速水解、聚合、颗粒脱稳; 混合要快速剧烈：1-30s 最多2mi；搅拌强度:速度梯度=700-10s1;混合絮凝-异向絮凝； 絮凝阶段:主要依靠

10、机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚;絮凝-同向絮凝；同向絮凝效果:与g值、絮凝时间t有关;速度梯度:g=2070s1；t-整个絮凝时间内单位体积流体颗粒碰撞次数；平均gt=104-115；影响混凝效果主要因素: 水温影响: 无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难,尤其是硫酸铝； 低温水粘度大,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；水粘度大，水流剪力增大,影响絮凝体成长; 水温低，导致胶体颗粒水化作用增强,妨碍胶体凝聚； 水温与水ph有关。水温低时，其ph提高,则混凝最佳ph值也提高; 注：提高低温水混凝效果的方法： 增加混凝剂投加量+投加高分子助凝剂。 -常用的

11、助凝剂：活化硅酸。 水的ph值和碱度影响: 去除浊度:最佳p值=.5-7.5絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物-吸附架桥；羟基配合物-电性中和； 去除色度：值=45-5.5; -混凝剂为三价铁:适用的h值范围较宽去除浊度：=6-8.4;去除色度:=3.-5.0； -混凝剂为硫酸亚铁:通常用氯化法; -聚合氯化铝:对水的p值变化范围适应性较强；石灰投量估算： 即：每投加1mol/a2(so4)3需石灰3mmoll cao. 即：a=3 -x+ ca-纯石灰ca投量:mo/l； -混凝剂投量:mmol; x-原水碱度：mmol/lo; -保证反应顺利进行的剩余碱度：取0.2-.5mol/（cao);典型

12、例题：某地表水源总碱度为0.2mmol/l。市售精制硫酸铝(含al23约16%)投量8mmol/l。试估算石灰（纯度为0）投量为多少g/。解:投药量折合al2o3为:28mo/l8mg/la3分子量为102，故投药量相当于:4.48102=0.04mmol/.剩余碱度取.37ol/l，则:a30044-02+0.7=03mm/。cao分子量为6，则市售石灰投量为:0.356.5=33g/3、 水中悬浮物浓度影响： -为提高低浊度原水混凝效果，采取措施： 投加铝盐或铁盐时,投加高分子助凝剂。 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,增加絮凝体密度。 采用直接过滤法。 聚合氯

13、化铝作为处理高浓度浊度水效果好。投加高分子助凝剂；吸附架桥电性中和；混合设备:-混合设备基本要求： 药剂与水混合必须快速剧烈、混合均匀; 保证充分混合条件，水头损失不易太大; 混合时间不超过2in;-主要混合设备:水泵混合、管式混合、机械混合; 1)水泵混合: -药剂投加在取水泵房吸水管、吸水喇叭口处-利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合目的; -当取水泵房距水厂处理构筑物较远时,不宜采用水泵混合; -水泵混合:通常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物,两者间距不宜大于150。 2)管式混合: 即:将药剂直接投入水泵压水管以借助管中流速进行混合。 -管中流速不宜小于1 m/；投药点管内水头损失不小于0

14、.3-0.4m。 3)机械混合池: -混合时间：10-0s,最大不超过min； -优点：混合效果好,不受水量变化影响；应避免水流同步旋转而降低混合效果;絮凝设备：-絮凝设备：水力搅拌式、机械搅拌式；1） 隔板絮凝池：-为避免絮凝体破碎,管道流速及水流转弯处流速应沿程减小；值也沿程减小;-优点:构造简单，管理方便;缺点:流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间较长；-隔板絮凝池主要设计参数: 廊道流速:起端:0.-0./s末端:0.-0.m/s;即：流速沿程减小; 为达到流速递减目的:隔板间距逐段放宽,池底相平； 隔板间距相等，池底逐渐降低； 为减小水流转弯处水头损失，转弯处过水断面：21. 絮凝

15、时间一般采用2-30min； 隔板间净距一般大于.5，以便于施工和减肥；为便于排泥，池底坡度:0.20.03,并设150mm排泥关; )折板絮凝池：-折板絮凝池组合顺序：即异波同波平板；-折板絮凝池主要设计参数; 第一段：0.5-0.3; 第二段：0.1-.25; 第三段：0.-.15; -折板絮凝池优点:水流在同波、异波之间曲折流动，形成小漩涡，提高颗粒碰撞絮凝效果；水流条件得到改善;混凝剂溶解和溶液配制：-混凝剂投加分为：固体投加+ 液体投加。 -溶解池、搅拌装置、配件，均应有防腐措施：采用fecl3要注意。 ec3溶解时要放出大量热，当溶液浓度为0%时，溶液温度可达到70左右。 -溶解池

16、：一般建于地面以下便于操作，池顶一般高出地面约02m左右。 即:溶解池容积1计算： 1 (0.3)2 w2 :溶液池容积。 -溶液池容积： w2 = = 2-溶液池容积;m3; q-处理水量：m3h; a-混凝剂最大投加量：mg/; c-溶液浓度:一般取5-20； n-每日调制次数，一般不超过3次；混凝剂投加：-混凝剂投加设备:计量设备、药液提升设备、投药箱、水封箱、注入设备。-投加方式：常用投加方式:泵前投加-药液投加在水泵吸水管或吸水喇叭口处。-适用于取水泵房距水厂较近者。-水封箱:防止空气进入而设。高位溶液池重力投加：安全可靠,但溶液池位置较高。 设备：溶解池、溶液池、提升泵、水封箱、浮

17、球阀、流量计、调节阀、压水管水射器投加:泵投加：-干投法优点:设备占地少、易调节排渣容易。1、 沉淀和澄清1.悬浮颗粒在静水中沉淀沉淀：水中悬浮物颗粒依靠重力作用从水中分离出来的过程。-沉淀分类：自由沉淀；拥挤沉淀;絮凝沉淀；悬浮颗粒在静水中的自由沉淀：-悬浮颗粒在静水中沉淀速度取决于:颗粒在水中重力f1、颗粒下沉阻力f2；-沉速基本公式:1/2-沉淀池分类:竖流式、平流式、辐流式; 初沉池、二沉池；-选择依据:水量规模、进水水质条件、出水水质、地形条件、占地面积、造价、运行经验；悬浮颗粒在静水中拥挤沉淀:即：当大量颗粒在水中下沉时,被排挤水体有一定流速,使颗粒受到的水阻力增加，颗粒相互干扰的

18、过程。-拥挤过程：明显的浑水、清水分界面:混液面气浮:浊度低、色度大、藻类多、溶解氧耗氧量高的原水；.平流式沉淀池非凝聚性颗粒沉淀过程:理想沉淀池： 颗粒处于自由沉淀状态：即沉淀过程中，颗粒大小、密度不变。即：颗粒沉速始终不变; 水流沿着水平方向进行。过水断面：流速不变、流动过程中流速不变;颗粒沉到池底即认为被去除，不再返回水流中；-沉淀池原水其水平流速：= 式中:-水平流速，ms; q-流量,3/; h0-水平截面高度; -水平截面宽度；-截留沉速：反映沉淀池所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速。即:凡是沉速等于或大于沉速0的颗粒全部被沉淀。-颗粒截留沉降速度； 即:截留沉速0 式中：lb-即沉

19、淀池水面表面积; -单位沉淀池表面积产水量;-即：0:表面负荷/溢流率;表明:表面负荷在数值上等于截留沉速。但含义不同。-截留沉速：表示沉淀池自池顶开始下沉所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速；-表面负荷：单位沉淀池表面积产水量;为求沉淀池总的沉淀效率,先求某一特定颗粒即具有沉速i的颗粒去除百分率e。注:特定颗粒沉速i截留沉速。-某特定颗粒去除率公式：= 即：e=注：悬浮颗粒在理想沉淀池中去除率唯一因素：沉淀池表面负荷；而与其他因素：水深、池长、水平流速、沉淀时间均无关；1)当去除率一定时：颗粒沉速i越大则表面负荷越高，亦即产水量越大;或当产水量和表面积不变时，i越大,则去除率e越高。颗粒沉速大小

20、与絮凝效果有关；2） 颗粒沉速i一定时:增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉淀池容积一定时,池身浅则表面积大,去除率可以高。即“浅池理论”3） “具有沉速i颗粒(i0)去除率”影响平流式沉淀池沉淀效果因素:-实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要因素： 1)沉淀池实际水流状况：-理想沉淀池水流稳定、流速均匀,其理论停留时间： 即： =v/-“短流原因: 进水惯性作用； 出水堰产生的水流抽吸；较冷、较重的进水产生异重流; 风浪引起短流; 池内刮泥设施；-沉淀池:通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。-异重流:即进入较静而具有密度差异水体的一股水流;-水流稳定性：f=2/rg 式中：f-弗劳德数；

21、r-水力半径； -水平流速； 重力加速度;即:fr越大,表明惯性力作用越大,重力作用相对减小，水流对温差、密度差异重流等影响的抵抗能力强,使沉淀池流态保持稳定。一般平流式沉淀池:f数宜大于10-5;-平流式沉淀池中，降低re和提高fr数有效措施：减小水力半径； 即：池中纵向分格、斜板、斜管沉淀池。-沉淀池增大水平流速：一方面提高了r数：不利于沉淀；另一方面提高了fr数: 增加水流稳定性，提高沉淀效果；-沉淀池水平流速：宜为0-2mm/s2)凝聚作用影响：-实际沉淀池沉淀时间、水深：影响沉淀效果；)水流紊动性、稳定性:平流式沉淀池构造:-平流式沉淀池:进水区、沉淀区、存泥区、出水区。 1）进水区

22、作用:使水流均匀分布在整个进水截面上,并尽量减小扰动。-使水流从絮凝池直接流入沉淀池。-为防止絮凝体破碎，孔口流速不宜大于：0.1-.2m/s; )沉淀区：要降低沉淀池水流re数和提高水流f数,必须设法减小水力半径。-采用导流墙将平流式沉淀池进行纵向分割可减小水流半径,改善水流条件。-沉淀区高度：与净水构筑物高程有关，一般为3-4m; 沉淀区长度：决定于水平流速和停留时间； 即：l =t; 沉淀区宽度：决定于流量q、池深h、水平流速： 即：b=3)出水区：均匀收集沉淀池上层清水,避免带出絮凝体；其孔口流速一般为0.-.7m/；-为缓和出水区附近流线过于集中，应尽量增加出水堰长度,以降低流量负荷;其堰口溢流率一般小于500m/（m); 4)存泥区:平流式沉淀池基本采用机械排泥措施；-机械排泥措施:充分发挥沉淀池容积利用效率，且排泥可靠；平流式沉淀池设计计算：-设计平流式沉淀池主要控制指标:表面负荷