重点：给水工程复习资料.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流重点：给水工程复习资料.精品文档.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-1mm；胶体10nm-100nm；溶解物0.1nm-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

2、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15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1L蒸馏水中含有1mg白陶土或高岭土。毒理学指标：细菌学指标： 注：细菌总数：100个/mL； 总大肠菌数：3个/L; 游离余氯：在与水接触30min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

3、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

4、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

5、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

6、：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Emax=0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

7、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。 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（PAC）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OH和铝AL的摩尔数之比。 即：B=100 -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：-

8、三氯化铁：FeCl3H2O -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

9、：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： Np=8dDbn2-Np：异向絮凝碰撞速率，即：1/cm3.S；-d：颗粒直径；-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.S; -p:单位流体所消耗的功率-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

10、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：10-30s 最多2min；搅拌强度：速度梯度G=700-1000s1；混合絮凝-异向絮凝； 絮凝阶段：主要依靠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=20-70s1；TN-整个絮凝时间内单位体积流体颗粒碰撞次数；平均GT=1104-1105；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

11、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。 -常用的助凝剂：活化硅酸。 水的ph值和碱度影响： 去除浊度：最佳ph值=6.5-7.5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：ph值=4.5-5.5； -混凝剂为三价铁：适用的ph值范围较宽去除浊度：ph=6.0-8.4；去除色度：ph=3.5-5.0； -混凝剂为硫酸亚铁：通常用氯化法; -聚合氯化铝：对水的ph值变化范围适应性较强；石灰投量估算： 即：每投

12、加1mmol/L Al2(SO4)3需石灰3mmol/L CaO. 即：CaO=3a -x+ CaO-纯石灰CaO投量：mmol/L； a-混凝剂投量：mmol/L； x-原水碱度：mmol/L CaO； -保证反应顺利进行的剩余碱度：取0.25-0.5mmol/L（CaO）；典型例题：某地表水源总碱度为0.2mmol/L。市售精制硫酸铝（含Al2O3约16）投量28mmol/L。试估算石灰（纯度为50）投量为多少mg/L。解：投药量折合Al2O3为：28mmol/L16=4.48mg/LAl2O3分子量为102，故投药量相当于：4.48/102=0.044mmol/L.剩余碱度取0.37mm

13、ol/L，则：CaO=30.044-0.2+0.37=0.3mmol/L。CaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.356/0.5=33mg/L3、 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2min；-主要混合设备：水泵混合、管式混合、机械混

14、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150m。 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/s；投药点管内水头损失不小于0.3-0.4m。 3)机械混合池： -混合时间：10-30s，最大不超过2min； -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

15、体破碎，管道流速及水流转弯处流速应沿程减小；G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：0.5-0.6m/s 末端：0.2-0.3m/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：1.2-1.5 絮凝时间一般采用20-30min； 隔板间净距一般大于0.5m，以便于施工和减肥；为便于排泥，池底坡度：0.02-0.03，并设150mm排泥关； 2）折板絮凝池： -折板絮凝池组合顺序：即异波同波平板； -折

16、板絮凝池主要设计参数; 第一段：0.25-0.35； 第二段：0.15-0.25； 第三段：0.1-0.15； -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。 FeCl3溶解时要放出大量热，当溶液浓度为20时，溶液温度可达到70左右。 -溶解池：一般建于地面以下便于操作，池顶一般高出地面约0.2m左右。 即：溶解池容积W1计算： W1 = （0.2-0.3）W2 -W2 ：溶液池容积。 -溶液池容积： W2 =

17、 = W2-溶液池容积；m3； Q-处理水量：m3/h; a-混凝剂最大投加量：mg/L; 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。一、 沉淀和澄清1.1悬浮颗粒在静水中沉淀-沉淀：水

18、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：=d1/2-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；1.2平流式沉淀池非凝聚性颗粒沉淀

19、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，m/s; Q-流量，m3/s; H0-水平截面高度； B-水平截面宽度；-截留沉速0：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。0-颗粒截留沉降速度； 即：截留沉速0= 式中：LB-即沉淀池水面表面积A； -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

20、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0。-某特定颗粒去除率公式：E= 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i大小与絮凝效果有关；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

21、面积大，去除率可以高。即“浅池理论”3） “具有沉速i颗粒（i 0）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：t0 =V/Q-“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：FR=2/Rg 式中：FR-弗劳德数； R-水力半径； -水平流速； G-重力加速度；即：FR越大，表明惯性力作用越大，重力作用

22、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：FR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Re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10-25mm/s 2)凝聚作用影响：-实际沉淀池沉淀时间、水深：影响沉淀效果； 3）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

23、直接流入沉淀池。-为防止絮凝体破碎，孔口流速不宜大于：0.15-0.2m/s; 2)沉淀区：要降低沉淀池水流Re数和提高水流FR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T; 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0.6-0.7m/s;-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500m3/(md); 4)存

24、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：表面负荷或停留时间。-沉淀池停留时间或表面负荷：应根据原水水质、沉淀水水质要求、水温设计；即：停留时间一般采用1-3h；低温低浊水停留时间超过2h; 1)按照表面负荷Q/A关系计算出沉淀池表面积A：-沉淀池长度：L=3.6T；式中：-水平流速，mm/s; T-停留时间，h ；-沉淀池宽度：B = 2)按照停留时间T计算沉淀池有效容积： 即：V =QT 式中：V-沉淀池有效容积，m3; Q-产水量，m3/h ; T-停留时间，h ；-根据选定的池深

25、H（一般为3.0-3.5m）计算宽度B为： 即：B =1.3斜板与斜管沉淀池斜板与斜管沉淀池特点：-提高颗粒去除率：沉淀池有效容积一定时，增加沉淀面积。-斜板沉淀池：改善沉淀池水力条件角度-斜板沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数Re降低，而劳德数Fr大为提高。-一般斜板沉淀池水流属于层流状态，其Fr数一般为10-3-10-4；斜管沉淀池之Re小于200，Fr数更大；-即：斜板沉淀池满足了水流稳定性和层流要求；斜管沉淀池设计计算：-1）设计注意：斜管沉淀池底部配水区高度不宜小于1.5m，以便于均与配水；为了使水流均匀进入斜管配水区，絮凝池出口一般考虑整流措施；整流配水孔流速，一般要求不大于絮凝池出口流速，通常为0.15m/s以下；斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但不利于排泥；斜管沉淀池表面负荷q：q =Q/A-规定斜管沉淀池表面负荷为2.5-3.0(mm/s)-采用较小表面负荷：可提高沉淀池出水水质；2） 斜板、斜管沉淀池提高沉效原理： 增加沉淀面积，缩短沉降距离，提高沉效；水力条件改善，有利于提高沉效；接触凝聚作用有助于沉效提高；1.4澄清池澄清池特点：-澄清池：综合絮凝、沉淀作用-主要依靠活性泥渣达到澄清目的接触絮凝；-澄清池：充分利用活性泥渣絮凝作用；注意仅供参考，复习以课本和ppt为主