重點(diǎn)給水工程復(fù)習(xí)

1、給水工程概論【水源水質(zhì)】：原水雜質(zhì)：原水雜質(zhì)來源： 自然過程：地層礦物質(zhì)溶解、水中微生物繁殖、水流沖刷、泥沙、腐殖質(zhì)人為因素：工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水、生活污水原水雜質(zhì)分類： 懸浮物1um-1mm；膠體10nm-100nm； 溶解物0.1 nm-1 nm;1.懸浮物與膠體雜質(zhì)：-懸浮物尺寸較大、易于在水中下沉或上浮。-膠體顆粒尺寸較小、在水中長(zhǎng)期靜止難以下沉。-水中膠體：粘土、細(xì)菌、病毒、腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、有極高分子物質(zhì)。-天然水中膠體一般帶負(fù)電荷。注：使水中產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象的根源：懸浮物和膠體。飲用水處理的主要去除對(duì)象：懸浮物和膠體?！舅|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)】：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：即用水對(duì)象所要求的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)和限

2、制。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：感性性狀和一般化學(xué)指標(biāo)：注：色度：不超過 15度，并不得呈現(xiàn)異色。渾濁度：不超過 3,特殊情況不超過 5度。 臭和味：不得有異臭、異味。注：濁度即1L蒸餾水中含有1mg白陶土或高嶺土。毒理學(xué)指標(biāo)：細(xì)菌學(xué)指標(biāo)：注：細(xì)菌總數(shù)：w 100個(gè)/mL;總大腸菌數(shù)：w 3個(gè)/L;游離余氯：在與水接觸 30min后應(yīng)不低于0.3mg/L;放射性指標(biāo)：【給水處理方法】：澄清和消毒：-生活飲用水地表水常用處理工藝：澄清和消毒。-澄清工藝包括：混凝、沉淀、過濾。-處理主要對(duì)象：水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。-消毒：滅活水中致病微生物；通常在過濾之后。-主要消毒方法：投加消毒劑殺滅致病微生物。-生活

3、飲用水常規(guī)處理工藝:-即：“混凝-沉淀-過濾-消毒”。除臭、除味：-有機(jī)物臭味：活性炭吸附/氧化法去除。-溶解性氣體：曝氣法去除。除鐵、除氯：-常用方法：自然氧化法、接觸氧化法。軟化：-處理對(duì)象：主要是水中鈣、鎂離子-軟化方法：離子交換法、藥劑軟化法。淡化、除鹽：-除鹽：制取純水及高純水的處理過程。-淡化和除鹽主要方法：蒸餾法、離子交換法、電滲析法、反滲透法。水的冷卻：-水作為冷卻介質(zhì)：水熱容大 -吸收和傳遞熱量的良好介質(zhì)。-水的冷卻一般采用：冷卻塔。生活飲用水預(yù)處理和深度處理：-飲用水主要處理對(duì)象：水中懸浮物、膠體、致病微生物。-常規(guī)處理工藝：混凝、沉淀、過濾、消毒。-預(yù)處理和深度處理主要對(duì)

4、象：水中有機(jī)污染物-飲用水處理廠-預(yù)處理方法：活性炭法吸附法、臭氧氧化法、生物氧化法、-深度處理主要：粒狀活性炭吸附法、生物活性碳法、-深度處理法基本作用原理：吸附-氧化-生物降解-膜濾即:或者利用吸附劑的吸附能力去除水中有機(jī)物；或者利用氧化劑的強(qiáng)氧化能力分解有機(jī)物；或者 利用生物氧化法降解有機(jī)物；或者利用膜濾法去除大分子有機(jī)物?！净炷龣C(jī)理】：-混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物聚集過程。（磯花）?；颍合蛩型都铀巹ɑ炷齽┦顾辛轿⑿〉膽腋∥锖湍z體離子凝結(jié)成較大的絮凝體-凝聚：水中膠體脫穩(wěn)-膠體失去穩(wěn)定性的過程。-絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集。-混凝：凝聚和絮凝。水中膠體穩(wěn)定性：-膠體穩(wěn)定性：指

5、膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。-膠體穩(wěn)定性：動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定 +聚集穩(wěn)定。 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定：指顆粒布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力影響的能力.顆粒愈小，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性愈高聚集穩(wěn)定性：指膠體粒子之間不能相互聚集的特性。粒子表面同性電荷斥力作用-膠體穩(wěn)定性：關(guān)鍵-聚集穩(wěn)定性?；炷龣C(jī)理：-混凝劑對(duì)水中膠體粒子混凝作用有三種：電性中和、吸附架橋、卷掃作用-混凝作用取決于：混凝劑種類、投加量、膠體粒子性質(zhì)、水的PH值。電性中和：-根據(jù)DLVC理論：要使膠體粒子通過布朗運(yùn)動(dòng)相撞聚集，必須降低或消除排斥能峰。-吸收勢(shì)能與膠粒電荷無關(guān)，主要取決于構(gòu)成膠粒的物理性質(zhì)、尺寸和密度。-降低排斥能峰的辦法即：降低或消除膠粒的Z電位

6、即在水中投加電解質(zhì)。【水中負(fù)電荷膠粒-投入的電解質(zhì)-混凝劑為正電荷離子或聚合離子； 若正電荷離子是簡(jiǎn)單離子-Na +、 Ca+、Al + -作用是壓縮膠體雙電層；排斥能峰 Emax=O時(shí)，膠粒發(fā)生聚集作用，Z k電位：臨界電位: 水中鋁巖投量過多，水中負(fù)電荷膠體變?yōu)檎姾赡z體；】-“吸附-電性中和作用”吸附架橋：-吸附作用：帶異性電荷、不帶電、同性電荷?！净炷齽┖椭齽?飲用水混凝劑基本要求：混凝效果好、對(duì)人體無害、使用方便、貨源充足。-水處理使用的無機(jī)混凝劑主要是：鐵鹽、鋁鹽及混合物。-常用的無機(jī)混凝劑：硫酸鋁、聚合鋁、三氯化鐵 -硫酸亞鐵、聚合鐵。硫酸鋁:-采用固態(tài)硫酸鋁：運(yùn)輸方便-缺點(diǎn)

7、：水溫低，硫酸鋁水解困難，形成的絮凝體松散，效果不好。聚合鋁:-包括：聚合氯化鋁（PAC和聚合硫酸鋁（PAS）。-聚合氯化鋁能形成聚合陽離子，起電性中和、吸附架橋作用。-優(yōu)點(diǎn)：投加量少于硫酸鋁；對(duì)水的PH值變化適應(yīng)性強(qiáng)；聚合氯化鋁投入水中其產(chǎn)物的成分確定；-堿化度：主要決定羥基 0H和鋁AL的摩爾數(shù)之比。剛0H即: B=3fjAr x 100 %-一般鋁鹽（硫酸鋁、氯化鋁）投入水中進(jìn)行水解聚合反應(yīng)，其產(chǎn)物受水PH值及鋁鹽濃度影響。三氯化鐵:-三氯化鐵：FeCbHO-水合鐵離子水解、聚合反應(yīng)。-優(yōu)點(diǎn)：三價(jià)鐵適用的 ph值范圍較寬；形成的絮凝體比鋁鹽絮凝體密實(shí)；處理低溫水或低濁水效果優(yōu) 于硫酸鋁；

8、-缺點(diǎn)：三氯化鐵腐蝕性較強(qiáng)，且固體產(chǎn)品易吸水潮解，不宜保管。探-聚合效果：聚合氯化鋁 三氯化鐵 硫酸鋁【助凝劑】-通常是高分子物質(zhì)：作用是為了改善絮凝體結(jié)構(gòu)，促使絮粒密實(shí)-作用機(jī)理：高分子物質(zhì)吸附架橋?！净炷齽?dòng)力學(xué)】：-要是雜質(zhì)顆?；螂s質(zhì)與混凝劑之間發(fā)生絮凝，其必要條件是：使顆粒之間相互碰撞。-推動(dòng)水中顆粒相互碰撞的動(dòng)力來自： 顆粒在水中的布朗運(yùn)動(dòng)-異向絮凝：由布朗運(yùn)動(dòng)造成的顆粒碰撞絮凝聚集水力或機(jī)械攪拌造成的流體運(yùn)動(dòng)-同向絮凝：由流體運(yùn)動(dòng)造成的顆粒碰撞聚集異向絮凝：-顆粒絮凝速率取決于碰撞速率，即顆粒碰撞速率：2Np=8n dDb n-Np :異向絮凝碰撞速率，即：1/cm3.S ;-d :

9、顆粒直徑；-Db :布朗運(yùn)動(dòng)系數(shù)；-n:顆粒數(shù)量濃度；同向絮凝：-速度梯度：相鄰兩層水流的速度差與兩層間的距離之比。 機(jī)械攪拌：即: G=-卩：水動(dòng)力粘度-pa.S;-p：?jiǎn)挝涣黧w所消耗的功率-w/m3;-G:速度梯度； 水力絮凝：PV=pgGh;V=QT;G=-V :水流體積；-g:重力加速度；-h:水頭損失；- V：水的運(yùn)動(dòng)粘度；-T:水流在混凝設(shè)備停留時(shí)間；混凝控制指標(biāo)：-混凝過程：混合+絮凝；混合階段:劇烈攪拌水流-使藥劑快速均勻分散于水中利于混凝劑快速水解、聚合、顆粒脫穩(wěn); 混合要快速劇烈：10-30S最多2min ； 攪拌強(qiáng)度：速度梯度 G=700-1000s1 ； 混合絮凝-異向

10、絮凝;絮凝階段:主要依靠機(jī)械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚； 絮凝-同向絮凝； 同向絮凝效果：與 G值、絮凝時(shí)間T有關(guān)； 速度梯度：G=20-70S1 ； TN-整個(gè)絮凝時(shí)間內(nèi)單位體積流體顆粒碰撞次數(shù)；平均GT=1X 104-1 X 105;影響混凝效果主要因素：1.水溫影響： 無機(jī)鹽混凝劑水解是吸熱反應(yīng)，低溫水混凝劑水解困難，尤其是硫酸鋁； 低溫水粘度大，水中雜質(zhì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，碰撞機(jī)會(huì)減少，不利于顆粒脫穩(wěn)凝聚；水粘度大，水流剪力增大，影響絮凝體成長(zhǎng)； 水溫低，導(dǎo)致膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙膠體凝聚； 水溫與水PH有關(guān)。水溫低時(shí)，其 PH提高，則混凝最佳 PH值也提高；注：提高低溫水混凝效

11、果的方法：增加混凝劑投加量+投加高分子助凝劑。-常用的助凝劑：活化硅酸。2水的ph值和堿度影響： 去除濁度：最佳ph值=6.5-7.5絮凝作用主要是氫氧化鋁聚合物-吸附架橋；羥基配合物-電性中和； 去除色度：ph值=4.5-5.5 ；-混凝劑為三價(jià)鐵：適用的 ph值范圍較寬去除濁度：ph=6.0-8.4 ;去除色度：ph=3.5-5.0；-混凝劑為硫酸亞鐵：通常用氯化法；-聚合氯化鋁：對(duì)水的 ph值變化范圍適應(yīng)性較強(qiáng)；石灰投量估算：即：每投加 1mmol/L Al 2（SO4）3 需石灰 3mmol/L CaO.即：CaO=3a -x+ S CaO-純石灰 CaO投量：mmol/L ；a-混凝

12、劑投量： mmol/L;x-原水堿度：mmol/L CaO ；S -保證反應(yīng)順利進(jìn)行的剩余堿度：取0.25-0.5mmol/L （ CaO ；典型例題: 某地表水源總堿度為 0.2mmol/L。市售精制硫酸鋁（含 Al 2O3約16%）投量28mmol/L。試估算石灰（純 度為50%）投量為多少 mg/L。解：投藥量折合 AI2Q為：28mmoI/L X 16% =4.48mg/LAI2Q分子量為102,故投藥量相當(dāng)于：4.48/102=0.044mmoI/L.剩余堿度取0.37mmol/L，則：CaO=3 X 0.044-0.2+0.37=0.3mmol/L。CaO分子量為56，則市售石灰投

13、量為：0.3 X 56/0.5=33mg/L3、水中懸浮物濃度影響：-為提高低濁度原水混凝效果，采取措施： 投加鋁鹽或鐵鹽時(shí)，投加高分子助凝劑。 投加礦物顆粒以增加混凝劑水解產(chǎn)物的凝結(jié)中心，提高顆粒碰撞速率，增加絮凝體密度。 采用直接過濾法。 聚合氯化鋁作為處理高濃度濁度水效果好。-投加高分子助凝劑；吸附架橋+電性中和；混合設(shè)備：-混合設(shè)備基本要求： 藥劑與水混合必須快速劇烈、混合均勻； 保證充分混合條件，水頭損失不易太大； 混合時(shí)間不超過 2mi n;-主要混合設(shè)備：水泵混合、管式混合、機(jī)械混合；1 ）水泵混合：-藥劑投加在取水泵房吸水管、吸水喇叭口處-利用水泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)以達(dá)到快速混合目的

14、；-當(dāng)取水泵房距水廠處理構(gòu)筑物較遠(yuǎn)時(shí)，不宜采用水泵混合；-水泵混合：通常用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)筑物，兩者間距不宜大于150m。2 ）管式混合：即:將藥劑直接投入水泵壓水管以借助管中流速進(jìn)行混合。-管中流速不宜小于1 m/s ;投藥點(diǎn)管內(nèi)水頭損失不小于0.3-0.4m。3）機(jī)械混合池：-混合時(shí)間：10-30S，最大不超過2min ；-優(yōu)點(diǎn)：混合效果好，不受水量變化影響；-應(yīng)避免水流同步旋轉(zhuǎn)而降低混合效果；絮凝設(shè)備：-絮凝設(shè)備：水力攪拌式、機(jī)械攪拌式；1) 隔板絮凝池：-為避免絮凝體破碎，管道流速及水流轉(zhuǎn)彎處流速應(yīng)沿程減??；G值也沿程減??；-優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，管理方便；缺點(diǎn)：流量變化大者，絮凝效

15、果不穩(wěn)定，絮凝時(shí)間較長(zhǎng)；-隔板絮凝池主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 廊道流速：起端：0.5-0.6m/s 末端：0.2-0.3m/s ；即:流速沿程減??；為達(dá)到流速遞減目的：隔板間距逐段放寬，池底相平； 隔板間距相等，池底逐漸降低； 為減小水流轉(zhuǎn)彎處水頭損失，轉(zhuǎn)彎處過水?dāng)嗝妫?.2-1.5 絮凝時(shí)間一般采用 20-30min ; 隔板間凈距一般大于0.5m，以便于施工和減肥；為便于排泥，池底坡度：0.02-0.03，并設(shè)150mm排泥關(guān)；2 )折板絮凝池：-折板絮凝池組合順序：即異波t同波t平板；-折板絮凝池主要設(shè)計(jì)參數(shù)； 第一段：0.25-0.35 ； 第二段：0.15-0.25 ； 第三段：0.1-0.1

16、5 ；-折板絮凝池優(yōu)點(diǎn)：水流在同波、異波之間曲折流動(dòng)，形成小漩渦，提高顆粒碰撞絮凝效果；水流條件得到改善；混凝劑溶解和溶液配制：-混凝劑投加分為：固體投加+液體投加。-溶解池、攪拌裝置、配件，均應(yīng)有防腐措施：采用FeCl3要注意。FeCI 3溶解時(shí)要放出大量熱，當(dāng)溶液濃度為20%時(shí)，溶液溫度可達(dá)到70 C左右。-溶解池：一般建于地面以下便于操作，池頂一般高出地面約0.2m左右。即:溶解池容積 W計(jì)算：W 1 = (0.2-0.3 ) W-W2 :溶液池容積。-溶液池容積：24 x 100aQ aQW 2 =-1000 x 1000cn417cn3W 2-溶液池容積；m;Q- 處理水量：m/h;

17、a-混凝劑最大投加量：mg/L;C-溶液濃度：一般取 5%-20 %；N-每日調(diào)制次數(shù)，一般不超過 3次；混凝劑投加：-混凝劑投加設(shè)備：計(jì)量設(shè)備、藥液提升設(shè)備、投藥箱、水封箱、注入設(shè)備。-投加方式：常用投加方式：泵前投加-藥液投加在水泵吸水管或吸水喇叭口處。-適用于取水泵房距水廠較近者。-水封箱：防止空氣進(jìn)入而設(shè)。 高位溶液池重力投加：安全可靠，但溶液池位置較高。設(shè)備：溶解池、溶液池、提升泵、水封箱、浮球閥、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、壓水管 水射器投加： 泵投加：-干投法優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備占地少、易調(diào)節(jié)排渣容易。一、沉淀和澄清1.1懸浮顆粒在靜水中沉淀-沉淀：水中懸浮物顆粒依靠重力作用從水中分離出來的過程。-沉

18、淀分類：自由沉淀；擁擠沉淀；絮凝沉淀；懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀：-懸浮顆粒在靜水中沉淀速度取決于：顆粒在水中重力Fi、顆粒下沉阻力 F2；-沉速基本公式：卩=【3 g錯(cuò)誤! d 2-沉淀池分類：豎流式、平流式、輻流式；初沉池、二沉池；-選擇依據(jù)：水量規(guī)模、進(jìn)水水質(zhì)條件、出水水質(zhì)、地形條件、占地面積、造價(jià)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；懸浮顆粒在靜水中擁擠沉淀：即：當(dāng)大量顆粒在水中下沉?xí)r，被排擠水體有一定流速，使顆粒受到的水阻力增加，顆粒相互干擾的過 程。-擁擠過程：明顯的渾水、清水分界面：混液面氣浮：濁度低、色度大、藻類多、溶解氧耗氧量高的原水；探1.2平流式沉淀池非凝聚性顆粒沉淀過程：理想沉淀池： 顆粒處于自

19、由沉淀狀態(tài)：即沉淀過程中，顆粒大小、密度不變。即：顆粒沉速始終不變； 水流沿著水平方向進(jìn)行。過水?dāng)嗝妫毫魉俨蛔?、流?dòng)過程中流速不變； 顆粒沉到池底即認(rèn)為被去除，不再返回水流中；Q-沉淀池原水其水平流速：u =-hoB式中：u -水平流速，m/s;Q- 流量，m/s;H0-水平截面高度；B-水平截面寬度；-截留沉速卩0：反映沉淀池所能全部去除顆粒中的最小顆粒沉速。即：凡是沉速等于或大于沉速卩 的顆粒全部被沉淀。卩0-顆粒截留沉降速度；即卩：截留沉速口 0=LB式中：LB-即沉淀池水面表面積 A; ,4 -單位沉淀池表面積產(chǎn)水量；LBQ-即：卩o=a :表面負(fù)荷/溢流率；表明：表面負(fù)荷在數(shù)值上等于

20、截留沉速。但含義不同。-截留沉速：表示沉淀池自池頂開始下沉所能全部去除顆粒中的最小顆粒沉速；-表面負(fù)荷：?jiǎn)挝怀恋沓乇砻娣e產(chǎn)水量；-為求沉淀池總的沉淀效率，先求某一特定顆粒即具有沉速卩i的顆粒去除百分率 E。0。i注：特定顆粒沉速卩i截留沉速卩-某特定顆粒去除率公式：E=-3 0即：e=Q/a注：懸浮顆粒在理想沉淀池中去除率唯一因素：沉淀池表面負(fù)荷；而與其他因素：水深、池長(zhǎng)、水平流 速、沉淀時(shí)間均無關(guān)；探1 ）當(dāng)去除率一定時(shí)：顆粒沉速-i越大則表面負(fù)荷越高，亦即產(chǎn)水量越大；或當(dāng)產(chǎn)水量和表面積不變 時(shí)，-i越大，則去除率 E越高。顆粒沉速-i大小與絮凝效果有關(guān)；2）顆粒沉速-i一定時(shí)：增加沉淀池表

21、面積可以提高去除率。當(dāng)沉淀池容積一定時(shí)， 池身淺則表面積大,去除率可以高。即“淺池理論”3）“具有沉速-i顆粒（-i - o）去除率” 影響平流式沉淀池沉淀效果因素：-實(shí)際平流式沉淀池偏離理想沉淀池條件的主要因素:1 ）沉淀池實(shí)際水流狀況：-理想沉淀池水流穩(wěn)定、流速均勻，其理論停留時(shí)間:即：to=V/Q-“短流”原因： 進(jìn)水慣性作用； 出水堰產(chǎn)生的水流抽吸； 較冷、較重的進(jìn)水產(chǎn)生異重流； 風(fēng)浪引起短流； 池內(nèi)刮泥設(shè)施；-沉淀池：通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。-異重流：即進(jìn)入較靜而具有密度差異水體的一股水流；-水流穩(wěn)定性：Fr= U 2/Rg式中：Fr-弗勞德數(shù)；R-水力半徑；Y -水平流速

22、；G-重力加速度；即：Fr越大，表明慣性力作用越大，重力作用相對(duì)減小，水流對(duì)溫差、密度差異重流等影響的抵抗能力強(qiáng)，使沉淀池流態(tài)保持穩(wěn)定。一般平流式沉淀池：Fr數(shù)宜大于10-5 ；-平流式沉淀池中，降低 Re和提高Fr數(shù)有效措施：減小水力半徑；即：池中縱向分格、斜板、斜管沉淀池。-沉淀池增大水平流速：一方面提高了 Re數(shù)：不利于沉淀；另一方面提高了 Fr數(shù)：增加水流穩(wěn)定性,提高沉淀效果；-沉淀池水平流速：宜為 10-25mm/s2）凝聚作用影響：-實(shí)際沉淀池沉淀時(shí)間、水深：影響沉淀效果；3 ）水流紊動(dòng)性、穩(wěn)定性：平流式沉淀池構(gòu)造：-平流式沉淀池：進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、存泥區(qū)、出水區(qū)。1 ）進(jìn)水區(qū)作用：

23、使水流均勻分布在整個(gè)進(jìn)水截面上，并盡量減小擾動(dòng)。-使水流從絮凝池直接流入沉淀池。-為防止絮凝體破碎，孔口流速不宜大于：0.15-0.2m/s;探2）沉淀區(qū)：要降低沉淀池水流Re數(shù)和提高水流Fr數(shù)，必須設(shè)法減小水力半徑。-采用導(dǎo)流墻將平流式沉淀池進(jìn)行縱向分割可減小水流半徑，改善水流條件。-沉淀區(qū)高度：與凈水構(gòu)筑物高程有關(guān)，一般為 3-4m；沉淀區(qū)長(zhǎng)度：決定于水平流速U和停留時(shí)間T;即：L=T u；沉淀區(qū)寬度：決定于流量Q池深H水平流速u：即：B-H u3）出水區(qū)：均勻收集沉淀池上層清水，避免帶出絮凝體;其孔口流速一般為 0.6-0.7m/s;-為緩和出水區(qū)附近流線過于集中，應(yīng)盡量增加出水堰長(zhǎng)度，以降低流量負(fù)荷; 其堰口溢流率一般小于 500朋/口 d）;4）存泥區(qū)：平流式沉淀池基本采用機(jī)械排泥措施；-機(jī)械排泥措施：充分發(fā)揮沉淀池容積利用效率，且排泥可靠；平流式沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算：-設(shè)計(jì)平流式沉淀池主要控制指標(biāo)：表面負(fù)荷或停留時(shí)間。-沉淀池停留時(shí)間或表面負(fù)荷：應(yīng)