给水处理概论 给水水质指标 物理指标 (1)浊度(2)悬浮物(3)臭和味 2.化学指标 (1)杂质或污染物质的单项指标 (2)无机特性的综合指标 (3)有机污染物的综合指标 3.微生物指标 4.放射性指标 二.水质标准 1.生活饮用水水质标准 (1)饮用水水质项目大为增加,从原35项增加到96项 (2)把检测项目分为常规检测项目(34项)和非常规检测项目(62项) (3)提高了对浊度的要求 (4)在饮用水常规检测项目中增加了耗氧量(高锰酸盐指数):耙氧量(以 02计)不超过3mg/L,特殊情况下不超过5mg/L (5)在无机物、有机物单项项目的选择和限制的确定上,既借鉴国外标准(W0、 欢盟、美国),又考虑中国国情 (6)重视消毒剂和消毒副产物的危害,从原有的1项,增加到13项。 (7)对部分原有项目的限制提岀更严格的要求,共4项:浊度、铅、镉、四 氯化碳。 (8)增加了粪性大肠菌群的项目 2.工业用水水质标准 3.其他重要水质标准 (1)地表水环境质量标准(2)其他水质标准
给水处理概论 一.给水水质指标 1.物理指标 （1）浊度 （2）悬浮物 （3）臭和味 2.化学指标 （1）杂质或污染物质的单项指标 （2）无机特性的综合指标 （3）有机污染物的综合指标 3.微生物指标 4.放射性指标 二.水质标准 1.生活饮用水水质标准 （1）饮用水水质项目大为增加，从原 35 项增加到 96 项 （2）把检测项目分为常规检测项目（34 项）和非常规检测项目（62 项） （3）提高了对浊度的要求 （4）在饮用水常规检测项目中增加了耗氧量（高锰酸盐指数）：耗氧量（以 O2计）不超过 3mg/L，特殊情况下不超过 5mg/L。 （5）在无机物、有机物单项项目的选择和限制的确定上，既借鉴国外标准（WHO、 欧盟、美国），又考虑中国国情。 （6）重视消毒剂和消毒副产物的危害，从原有的 1 项，增加到 13 项。 （7）对部分原有项目的限制提出更严格的要求，共 4 项：浊度、铅、镉、四 氯化碳。 （8）增加了粪性大肠菌群的项目。 2.工业用水水质标准 3.其他重要水质标准 （1）地表水环境质量标准 （2）其他水质标准
给水处理的基本方法与基本工艺 1.给水处理的基本方法 (1)去除颗粒物 方法有:混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤(格栅、筛网、微滤机、滤网 滤芯过濾器等)、膜分离(微滤、超滤)、沉砂(粗大颗粒的沉淀)、离心分离 (旋流沉砂)等 (2)去除、调整水中溶解(无机)离子、溶解气体的处理方法 处理方法有:石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、 膜分离(反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法)、水质稳定(水中溶解离 子的平衡,防止结垢和腐蚀等,详见本书第五章)、除氟(高氟水的饮用水除 氟)、氟化(低氟水的饮用水加氟)、吹脱(去除游离二氧化碳、硫化氢等)、 曝气(充氧)、除气(锅炉水除氧等)等 (3)去除有机物的处理方法 方法有:粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、 过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大 孔树脂吸附(用于工业纯水、高纯水制备中有机物的去除)等 (4)消毒方法 方法有:氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热 消毒等 (5)冷却方法 2.给水处理的基本工艺 饮用水处理的工艺分成:(1)饮用水常规处理工艺(2)在饮用水常规处理 工艺的基础上,增加预处理和(或)深度处理的饮用水处理工艺(3)其他 特殊处理工艺 混凝
三.给水处理的基本方法与基本工艺 1.给水处理的基本方法 （1）去除颗粒物 方法有：混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤（格栅、筛网、微滤机、滤网 滤芯过滤器等）、膜分离（微滤、超滤）、沉砂（粗大颗粒的沉淀）、离心分离 （旋流沉砂）等 （2）去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体的处理方法 处理方法有：石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、 膜分离（反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法）、水质稳定（水中溶解离 子的平衡，防止结垢和腐蚀等，详见本书第五章）、除氟（高氟水的饮用水除 氟）、氟化（低氟水的饮用水加氟）、吹脱（去除游离二氧化碳、硫化氢等）、 曝气（充氧）、除气（锅炉水除氧等）等 （3）去除有机物的处理方法 方法有：粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、 过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大 孔树脂吸附（用于工业纯水、高纯水制备中有机物的去除）等 （4）消毒方法 方法有：氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热 消毒等 （5）冷却方法 2.给水处理的基本工艺 饮用水处理的工艺分成：（1）饮用水常规处理工艺 （2）在饮用水常规处理 工艺的基础上，增加预处理和（或）深度处理的饮用水处理工艺 （3）其他 特殊处理工艺 混凝
一.胶体的基本性质 1.胶体的特性 水中杂质按其颗粒大小,可以分成为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三大类。 分散颗粒溶解物 胶体颗粒浮物 颗粒尺寸 0.1um(或lum) 100nm 典型物质 无机离子、小分子细小黏士颗粒、高|黏士、粉砂、细菌 有机物等 分子有机物、腐质等 酸、病毒、细菌等 溶液体系 真溶液(透明)|胶体溶液(混浊) 2.胶体的结构 3.胶体的稳定与凝聚 铝盐铁盐混凝剂在水中的反应 1.水解反应 A1+H2O→Al(OH)2+H Al(OH)+H,0-Al(OH),+H A1(OH)2+H0→A1(OH3↓+H 2.缩聚反应 2[A1(OH)]2→[A12(OH)2]+2H20 三.水的混凝机理与混凝过程 1.混凝机理 (1)压缩双电层(2)吸附电中和(3)吸附架桥(4)沉淀物的卷扫或网 捕 2.混凝过程 在水处理中,混凝的工艺过程实际上分为“凝聚”与“絮凝”两个过程,对应 的工艺或设备称为“混合”与“反应”。 (1)凝聚 在水处理工艺中,凝聚主要指加入混凝剂后的化学反应过程(胶体的脱稳)和
一.胶体的基本性质 1.胶体的特性 水中杂质按其颗粒大小，可以分成为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三大类。 分散颗粒 溶解物 胶体颗粒 悬浮物 颗粒尺寸 0.1um(或 1um) 典型物质 无机离子、小分子 有机物等 细小黏土颗粒、高 分子有机物、腐质 酸、病毒、细菌等 黏土、粉砂、细菌 等 溶液体系 真溶液（透明） 胶体溶液（混浊） 2.胶体的结构 3.胶体的稳定与凝聚 二.铝盐铁盐混凝剂在水中的反应 1.水解反应 Al3++H2O→Al(OH)2++H+ Al(OH) 2++H2O→Al(OH)2 + +H+ Al(OH)2 + + H2O→Al(OH)3↓+H+ 2.缩聚反应 2[Al(OH)] 2+→[Al2(OH)2] 4++ 2H2O 三.水的混凝机理与混凝过程 1.混凝机理 （1）压缩双电层 （2）吸附电中和 （3）吸附架桥（4）沉淀物的卷扫或网 捕 2.混凝过程 在水处理中，混凝的工艺过程实际上分为“凝聚”与“絮凝”两个过程，对应 的工艺或设备称为“混合”与“反应”。 （1）凝聚 在水处理工艺中，凝聚主要指加入混凝剂后的化学反应过程（胶体的脱稳）和
初步的絮凝过程。 (2)絮凝 絮凝是指细小矾花逐渐长大的物理过程。 3.混凝动力学 (1)速度梯度 令 式中G一速度梯度,s du一相邻两水层中水流(颗粒)同向运动的速度差 dy一相邻两水层垂直与水流方向和距离。 推导G的计算公式 Fs du 式中:F一两层水流间的摩擦阻力; A一两层水流间的接触面积 u一水的动力粘度 p=Fdu-I dy 式中p一对单位体积水体的搅拌功率,W/m。 得p=4,Adh.,=()2=G2 Ady V (2)速度梯度计算 对于机械搅拌,对单位容积水体的搅拌功率为: 1000772N10007N P 式中N一电机功率,KW; η1--搅拌设备机械效率,约为0.75 n2--传动系统的效率,0.6~0.9 ng--总效率,0.5~0.7
初步的絮凝过程。 （2）絮凝 絮凝是指细小矾花逐渐长大的物理过程。 3.混凝动力学 （1）速度梯度 令 dy du G = 式中 G—速度梯度，s -1 ; du—相邻两水层中水流（颗粒）同向运动的速度差； dy—相邻两水层垂直与水流方向和距离。 推导 G 的计算公式： A dy du F = 式中：F—两层水流间的摩擦阻力； A—两层水流间的接触面积 μ—水的动力粘度 Ady p Fdu 1 = 式中 p—对单位体积水体的搅拌功率，W/m3。 得 2 2 ( ) 1 G dy du Ady Adu dy du p = = = p G = （2）速度梯度计算 对于机械搅拌，对单位容积水体的搅拌功率为: V V N p 100012 1000 总N = = 式中 N—电机功率，KW; η1――搅拌设备机械效率，约为 0.75； η2――传动系统的效率，0.6～0.9； η 总――总效率，0.5～0.7
对于水力搅拌,水流对液体所作的功即为水流的水头损失。 P pooh pgh 式中Q一流量,m/s 水的密度(约为1000kg/m3) h-流过水池的水头损失,m 水力停留时间, g一重力加速度,9.81m/s。 混凝过程的动力学控制参数如下 对于混合池:G=500~1000s5 T=10~30 对于絮凝反应池:G=20~70sGT=10~10 四.混凝剂与助凝剂 1.混凝剂 (1)硫酸铝 A1203的含量不小于15.6%,液体产品中A1203的含量不小于7.8%,适宜PH 值为5.5~8,最佳范围6.5~7.5。 (2)聚合氯化铝 [Al2(OHCl6],式中m为聚合度,通常m≤10,n=3~5。A1203的含量不小于 32%和29%,液体产品A1203的含量不小于12%和10%,适宜PH值为5~9 (3)三氯化铁PH值的适应范围(5~11) (4)硫酸亚铁 (5)聚合硫酸铁 化学式为[Fe2(OH)(S0)3m2],式中n<2,m=f(m)。PH值范围为5~11,最佳范围 6~9。 (6)其他 复合式药剂,如聚合铝铁,聚合铝硅,混凝复合药剂 2.助凝剂 (1)活化硅酸 (2)聚丙烯酰胺(3)石灰(4)其他
对于水力搅拌，水流对液体所作的功即为水流的水头损失。 T gh V gQh p = = 式中 Q—流量，m 3 /s; 水的密度（约为 1000kg/m3） h—流过水池的水头损失，m; T—水力停留时间，s; g—重力加速度，9.81m/s2。 混凝过程的动力学控制参数如下： 对于混合池：G=500～1000s-1 T=10～30 对于絮凝反应池：G=20～70s-1 GT=104～105 四.混凝剂与助凝剂 1.混凝剂 （1）硫酸铝 Al2O3 的含量不小于 15.6％，液体产品中 Al2O3 的含量不小于 7.8％，适宜 PH 值为 5.5～8，最佳范围 6.5～7.5。 （2）聚合氯化铝 [Al2(OH)nCl6-n]m,式中 m 为聚合度，通常 m≤10，n＝3～5。Al2O3的含量不小于 32％和 29％，液体产品 Al2O3的含量不小于 12％和 10％，适宜 PH 值为 5～9。 （3）三氯化铁 PH 值的适应范围（5～11） （4）硫酸亚铁 （5）聚合硫酸铁 化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,式中 n<2,m=f(n)。PH 值范围为 5～11，最佳范围 6～9。 （6）其他 复合式药剂，如聚合铝铁，聚合铝硅，混凝复合药剂 2.助凝剂 （1）活化硅酸 （2）聚丙烯酰胺 （3）石灰 （4）其他
3.混凝药剂的投加 (1)投加量确定 (2)投配系统 (3)混凝药剂投加的自动控制 1)数学模型法2)现场模拟试验法3)特性参数控制法 五.混合设备 混合时间一般10~30s,速度梯度500~10005 .机械混合 水力停留时间为1~2min,平均速度梯度500s左右。 2.水力混合 (1)管式静态混合器(2)压力水管混合(3)其他有:跌水混合、漩 流混合等。 六絮凝反应池 絮凝反应池的水力停留时间一般为10~30min,GT值在10~10° 机械搅拌 总的水力停留时间一般为15~20min,桨板边缘处的线速度从第一级的0.5m/s 降到最后一级的0.2m/s 2.水力搅拌 (1)隔板反应池 起端流速一般为0.5~0.6m/s,未端流速一般为0.2~0.3m/s,水力停留时间 20~30min,总的水头损失0.3~0.5m。 (2)折板反应池 各段的流速可分别为:第一段:0.25~0.35m 第二段:0.15~0.25m/s; 第三段:0.10~0.15m/s。 水力停留时间较短,一般为6~15min
3.混凝药剂的投加 （1）投加量确定 （2）投配系统 （3）混凝药剂投加的自动控制 1）数学模型法 2）现场模拟试验法 3）特性参数控制法 五.混合设备 混合时间一般 10～30s，速度梯度 500～1000s-1。 1.机械混合 水力停留时间为 1～2min,平均速度梯度 500s-1左右。 2.水力混合 （1）管式静态混合器 （2）压力水管混合 （3）其他 有：跌水混合、漩 流混合等。 六.絮凝反应池 絮凝反应池的水力停留时间一般为 10～30min，GT 值在 104～105 1.机械搅拌 总的水力停留时间一般为 15～20min，桨板边缘处的线速度从第一级的 0.5m/s 降到最后一级的 0.2m/s。 2.水力搅拌 （1）隔板反应池 起端流速一般为 0.5～0.6m/s，末端流速一般为 0.2～0.3m/s,水力停留时间 20～30min，总的水头损失 0.3～0.5m。 （2）折板反应池 各段的流速可分别为：第一段：0.25～0.35m/s; 第二段：0.15～0.25m/s; 第三段：0.10～0.15m/s。 水力停留时间较短，一般为 6～15min
(3)其他形式的反应池 3.不同形式絮凝池的组合使用 (1)往复式隔板与回转式隔板组合 (2)机械反应与隔板反应组合 七影响混凝效果的因素 1.水温2.浊度与悬浮物3.水的PH值 沉淀 颗粒沉淀特性
（3）其他形式的反应池 3.不同形式絮凝池的组合使用 （1）往复式隔板与回转式隔板组合 （2）机械反应与隔板反应组合 七.影响混凝效果的因素 1.水温 2.浊度与悬浮物 3.水的 PH 值 沉淀 一.颗粒沉淀特性
沉淀分类 (1)自由沉淀(2)絮凝沉淀(3)拥挤沉淀(4)压缩沉淀 2.离散颗粒沉淀速度 (1)颗粒沉速公式 对于Re<1的层流区,有 stokes公式:=12.-Pgd2 对于1≤Re≤100的过渡区,有Aln公式:u= g 对于R100的秦流区,有 Newton公式:u=,32-2g 式中Re一雷诺数Re u一颗粒沉速,d一颗粒直径;μ--水的 动力粘度; ρ--水的密度;ps--颗粒的密度g--重力加速度 二.理想沉淀池特性分析 1.理想沉淀池的构成 在理想沉淀池中,对沉淀过程的基本假设是 (1)沉淀过程属于离散颗粒的自由沉淀,在沉淀过程中各颗粒的沉速不变: (2)理想沉淀池中的水从左向右水平流动,进水均匀分布在整个过水断面上 (AC断面)在池中各点水流速度均为v (3)在沉淀过程中,各颗粒的水平运动分量等于水流的水平流速ⅴ (4)颗粒沉到池底(CD线)就算已被去除。 2.理想沉淀池对颗粒的去除率 理想沉淀池对水中悬浮颗粒的总的去除率为:E=(1-x)+udtr 3.理想沉淀池中特定颗粒沉速与表面负荷的关系 在理想沉淀池中:L=V6H=l010o L H
1.沉淀分类 （1）自由沉淀 （2）絮凝沉淀 （3）拥挤沉淀 （4）压缩沉淀 2.离散颗粒沉淀速度 （1）颗粒沉速公式 对于 Re1000 的紊流区，有 Newton 公式： u gd s − = 3.3 式中 Re—雷诺数 ud Re = ， u—颗粒沉速， d—颗粒直径； µ――水的 动力粘度； ρ――水的密度； ρs――颗粒的密度 g――重力加速度 二.理想沉淀池特性分析 1.理想沉淀池的构成 在理想沉淀池中，对沉淀过程的基本假设是： （1）沉淀过程属于离散颗粒的自由沉淀，在沉淀过程中各颗粒的沉速不变； （2）理想沉淀池中的水从左向右水平流动，进水均匀分布在整个过水断面上 （AC 断面）在池中各点水流速度均为 v; （3）在沉淀过程中，各颗粒的水平运动分量等于水流的水平流速 v； （4）颗粒沉到池底（CD 线）就算已被去除。 2.理想沉淀池对颗粒的去除率 理想沉淀池对水中悬浮颗粒的总的去除率为： = − + 0 0 0 0 1 (1 ) x udx u E x 3.理想沉淀池中特定颗粒沉速与表面负荷的关系 在理想沉淀池中： 0 L = vt 0 0 H = u t 0 0 u H v L t = =
≤HvhB_Q L LB A 式中to-沉淀池的水力停留时间 B池宽; A一沉淀池的表面面积 Q一水的流量 q-沉淀池的表面负荷,也称为过流率,即单位时间内单位池表面面积所处理 的水量。 三.沉淀池的基本结构与基本设计参数 1.基本结构 ,水区沉淀区 (1)进水区与进水穿孔花墙 (2)沉淀区 (3)出水区与出水堰 (4)缓冲层、污泥区与排泥裝置 沉淀池排泥系统 1)多斗池底重力排泥2)穿孔管重力排泥3)机械排泥 2.沉淀池基本设计参数 对于采用混凝沉淀工艺的饮用水处理,沉淀池特定颗粒沉速设计值一般为 u0=0.3~0.6mm/s。根据原水情况,又可采用以下设计数据 (1)对于原水浊度250NTU,u0=0.5~0.6mm/s(相当于;q0=1.80~2.16 m3/(m2h) 四.沉淀池
0 q0 A Q LB vHB L vH u = = = = 式中 t0—沉淀池的水力停留时间； B—池宽； A—沉淀池的表面面积； Q—水的流量； q0—沉淀池的表面负荷，也称为过流率，即单位时间内单位池表面面积所处理 的水量。 三.沉淀池的基本结构与基本设计参数 1.基本结构 沉淀区 污泥斗 进水 进水区 进水花墙 水面 缓冲层与污泥层 出水区 出水 （1）进水区与进水穿孔花墙 （2）沉淀区 （3）出水区与出水堰 （4）缓冲层、污泥区与排泥装置 沉淀池排泥系统： 1）多斗池底重力排泥 2）穿孔管重力排泥 3）机械排泥 2.沉淀池基本设计参数 对于采用混凝沉淀工艺的饮用水处理，沉淀池特定颗粒沉速设计值一般为 u0=0.3～0.6mm/s。根据原水情况，又可采用以下设计数据： （ 1 ） 对 于 原 水 浊 度 250NTU,u0=0.5 ～ 0.6mm/s( 相 当 于 ； q0=1.80 ～ 2.16 m3/(m2h)) 四.沉淀池
1.平流式沉淀池 对平流式沉淀池的有关要求 (1)沉淀池的长度与宽度之比不得小于4,长度与深度之比不得小于10,以 保证断面水流均匀。 (2)平流式沉淀池的水力停留时间一般为1.0~3.0h (3)池中水平流速一般为10~25mm/s (4)沉淀池的有效水深一般采用3.0~3.5m; (5)沉淀池的每格宽度(或导流墙间距)一般为3~8m,最大不超过15m。 衡量平流式水力状态的参数:弗劳德数Fr一般在1×10~1×103,雷诺数 Re一般在4000~15000。 2.斜板(管)沉淀池 (1)斜板(管)沉淀池的优点:停留时间短、沉淀效率高、占地省等。 缺点是: 1)运行中斜板(管)中易产生积泥和藻类滋生问题,需定期放空对斜板进行 冲洗,积泥过多还易发生斜板压塌事故; 2)斜板(管)材料的费用高 3)因水流在斜板之间停留时间极短(几分钟),斜板沉淀池的缓冲能力及稳定 性较差 (2)斜板沉淀池产水量的计算 斜板沉淀池的表面负荷u4=2=_9 Ag nBl cose 式中A斜--各斜板总的水平投影面积之和 n-斜板数;B一斜板宽度(池宽);1一斜板长度;θ--斜板倾 角 在设计斜板沉淀池时应考虑乘以斜板效率系数η,ηs通常取0.6~0.8。 斜板沉淀池的产水量计算公式为: @=nguonBl cos0=n2 uo ag 斜板沉淀池的产水流量为与水流垂直的过水断面面积乘以流速 Q=mB2smnO=Bsn即r=g BL sin e 把ⅴ代入前式并整理,可以得到导向流斜板沉淀池产水量的计算式: Q=7au( nBlcos 6+LB)=7au0(A斜+A原 A原-一斜板沉淀池的池表面面积,等于池的长度*宽度。 同向流斜板沉淀池的计算公式为:Q=7au( nBlcos e-LB)=7su0(A斜-A原) 异向流斜板沉淀池,在采用常用斜板结构数据的条件下,一般可采用q斜=
1.平流式沉淀池 对平流式沉淀池的有关要求： （1）沉淀池的长度与宽度之比不得小于 4，长度与深度之比不得小于 10，以 保证断面水流均匀。 （2）平流式沉淀池的水力停留时间一般为 1.0～3.0h； （3）池中水平流速一般为 10～25mm/s； （4）沉淀池的有效水深一般采用 3.0～3.5m; (5)沉淀池的每格宽度（或导流墙间距）一般为 3～8m，最大不超过 15m。 衡量平流式水力状态的参数：弗劳德数 Fr 一般在 1×10-4～1×10-5 ,，雷诺数 Re 一般在 4000～15000。 2.斜板（管）沉淀池 (1)斜板（管）沉淀池的优点：停留时间短、沉淀效率高、占地省等。 缺点是： 1）运行中斜板（管）中易产生积泥和藻类滋生问题，需定期放空对斜板进行 冲洗，积泥过多还易发生斜板压塌事故； 2）斜板（管）材料的费用高 3）因水流在斜板之间停留时间极短（几分钟），斜板沉淀池的缓冲能力及稳定 性较差 （2）斜板沉淀池产水量的计算： 斜板沉淀池的表面负荷 u0= cos 0 nBl Q A Q q ＝ 斜 = 式中 A 斜――各斜板总的水平投影面积之和； n—斜板数； B—斜板宽度（池宽）； l—斜板长度； θ――斜板倾 角。 在设计斜板沉淀池时应考虑乘以斜板效率系数 η 斜，η 斜通常取 0.6～0.8。 斜板沉淀池的产水量计算公式为： Q = 斜u0 nBl cos = 斜u0 A斜 斜 板 沉 淀 池 的 产 水 流 量 为 与 水 流 垂 直 的 过 水 断 面 面 积 乘 以 流 速 ： sin vBLsin n L Q = nvB = 即 BL sin Q v = 把 v 代入前式并整理，可以得到导向流斜板沉淀池产水量的计算式： Q = 斜u0 (nBlcos + LB) = 斜u0 (A斜 + A原） A 原――斜板沉淀池的池表面面积，等于池的长度*宽度。 同向流斜板沉淀池的计算公式为： Q = 斜u0 (nBlcos − LB) = 斜u0 (A斜 − A原） 异向流斜板沉淀池，在采用常用斜板结构数据的条件下，一般可采用 q 斜＝