给水处理期末复习资料

给水处理课程主要介绍以下内容；

给水水源特点

给水处理常见工艺流程

给水处理的理论及方法

各构筑物和单元处理方法的原理

单元处理方法的基本功能和组合

单元处理方法的城市给水

工业给水

了解给水系统的分类、布置及管网、取水工程的大致情况

掌握给水处理的主要方法及基本理论

掌握混凝、沉淀、澄清、过滤原理及构筑物

掌握氯消毒及设备，熟悉其它消毒方法

熟悉地下水除铁除锰方法

熟悉软水、纯水制备的方法

了解水厂设计的相关内容

给水处理概论

定义：通过过滤、除气、软化或蒸馏等方法除去给水中有害杂质的水质处理过程。

给水系统：保证用水对象获得所需水质、水压和水量的一整套构筑物、设备和管路系统的总和。

给水系统分类：

①水源：地表水、地下水

②动力：自流、加压和混合

③用途：生活、生产、消防

④服务对象：城镇、工业（循环和复用）

⑴给水系统的组成

取水构筑物、加压泵站、输水管渠和管网、调节构筑物、水处理构筑物。

给水系统的布置：统一给水、分质给水、分压给水。

水源的选用要求：

1 水体功能区划所规定的取水地段；

2 可取水量充沛可靠；

3 原水水质符合国家有关现行标准；

4 与农业、水利综合利用；

5 取水、输水、净水设施安全经济和维护方便；

6 具有施工条件。

地表水取水构筑物按水源种类，可分为河流、湖泊、水库及海水取水构筑物。

水资源概念

广义：包括地球上的一切水体及水的其它存在形式，如江河、海洋、湖泊、地下水、土壤水、冰川、大气水等。

狭义：陆地上可以逐年得以恢复、更新的淡水。

工程上：陆地上可以逐年得以恢复、更新的淡水中，在一定的技术经济条件下可以为人们利用的那一部分水。

地层构造是透水层和隔水层彼此相间构成的。

地下水的水质特征：不同于地表水的水质特点：

①含有极小量的溶解氧，而CO2则溶解较多。

②含盐量高、硬度高。

③锰铁含量高。

地下水作水源的优缺点

优点——大部分地下水具有水质清澈、色度低、水温稳定、分布面广、含有多种微量元素，容易卫生保护。适宜作为饮用水和工业冷却水水源。

缺点——一般径流量小，有的矿化度和硬度较高，浅层地下水易受到污染，一旦污染，水质很难复原。地表水作水源的优缺点：

优点——含盐量低、硬度低、径流量大，能满足大量用水要求。

缺点——水质混浊、水温变幅大、有机物和细菌多、易污染；水处理构筑物多、卫生方护复杂、投资运行费用大。

江河水不同于其他天然水体的特点：

①化学成分变化剧烈。河水易受自然条件影响，悬浮物和胶体杂质含量高，

②河水的含盐量和总硬度较低

③河水溶解气体和水温表层与底层的差别很小。

江河水的最大缺点是：易受工业废水、生活污水及其它各种人为污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒或有害物质易进入水体。水温不稳定，夏季常不能满足工业冷却用水的要求。

湖水具有以下特点：

①矿化度较高、浊度较低

②湖水分层现象。

③藻类含量高。

水库特点：

①水库是个半河、半湖的人工水体。如果库水交换频率高、其水质状况接近河水；反之，则接近湖水

②水位不稳定，浑浊度大。

工业水主要被用于各循环水系统的补充用水。

纯水则主要用于锅炉用水，用于生产蒸汽。

不同杂质去除的方法：

①悬浮杂质——沉淀方法去除；

②胶体状态存在水中的杂质——混凝沉淀过滤去除；

③离子、分子状态存在水中的杂质——生成沉淀物将这种杂质去除；

④有机物——用活性炭吸附；

⑤微生物、细菌等——消毒方法。

水处理方法根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。

对未受污染的天然地表水源而言，饮用水主要是去除水中悬浮物、交替和致病微生物。

高浊度水沉降性能与一般浊度水不同，含砂量高，采用自然沉淀。

低温低浊水：选择合适的混凝剂和助凝剂,采用浮沉池.

高含藻水的处理:气浮法、微滤机、生物处理除藻以及预氧化除藻等多种方法.

微污染水处理:强化混凝、沉淀、过滤、优化消毒

第四章沉淀和澄清

自由沉淀:颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用。

拥挤沉淀:颗粒沉淀过程中，彼此相互干扰，虽然粒度与第一种相同，但沉淀速度却较小。

以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻力三种力的作用。

平流沉淀池构造:进水区、沉淀区、出水区、污泥区。

进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水的截面上，并尽量减少扰动。

沉淀区的长度L决定于水平流速 和停留时间T

理想沉淀池应符合以下三个假定：

1.颗粒处于自由沉淀状态。

2.水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等。

3.颗粒沉到池底即认为已被去除。

u0 截留速度

（1）u≥u0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除

（2）当颗粒沉速u1

理想沉淀池的表面负荷就是它的截流沉速，反应了能全部去除的颗粒中的最小颗粒沉速。

在沉淀池中，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。

在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R。

实际生产性沉淀池的沉淀时间和水深均影响沉淀效果。

排泥方式：斗形底排泥、机械排泥、穿孔排泥管、虹吸吸泥机、吸泥泵等。

P303----例题

浅池沉降的原理按照理想沉淀池的理论，在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率增高。

原理：1、改善了水力条件：在同一过水断面上分层或分格，使断面的湿周增大，水力半径（面积／湿周）大大减小，从而降低了雷诺数Re，增大了弗罗德数Fr,水流处于层流状态，颗粒沉降效果会得到改善。

2、沉淀池越短，就能缩短沉淀时间。这就是浅池沉降高效的原理。

根据水流和泥流的相对方向,可将斜板斜管沉淀池分为异向流(逆向流)、同向流和测向流（横向流）。其中异向流应用的最广。

异向流的特点：水流向上、泥流向下，倾角60度。

澄清池特点：絮凝和沉淀两个过程综合于一个构筑物中完成。主要依靠活性泥渣层来达到澄清的目的。泥渣为什么有净水作用

①由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能继续吸附和粘附水中的悬浊物质，所以有净水作用。

②泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表面上进行（接触凝聚）要比在水中进行（自由凝聚）强的多，所以也提高了混凝效果。

③悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千mg/l）,能大大地增加泥渣之间的碰撞机会，促

进絮凝颗粒的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速度.

澄清池的种类：①泥渣循环型澄清池②泥渣悬浮型澄清池

加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬浮泥渣，驱使泥渣回流，所以它具有较好的调节性能（泥渣浓度、搅拌速度、泥渣循环量）。

机械加速澄清池特点：

1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较好；

2、它需要设置变速电动机和减速装置等机电设备，结构较复杂。

水力循环澄清池特点：

①这种澄清池反应时间短，反应进行的不完善，所以需多投一些药剂，才能获得较好的效果；

②池深较大，宜用于小规模水厂中；

③因构造较简单，不须复杂的机电设备，投资较省，故小水量时较合适。

悬浮澄清池特点：

①构造简单；

②对进水量、水质、水温的变化适应性较差，当进水流量、水质变化较大时，悬浮泥渣易遭破坏；

③面积过大时，也容易导致配水和悬浮层浓度分布不均匀；故适用于中小型水厂。

第四章过滤

过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。

位置：沉淀池、澄清池后

作用：进一步降低水的浊度、部分去除有机物、细菌、病毒等

滤料：单层、双层或多层

形式：普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池、水利自动冲洗滤池等。

基本工作过程：过滤和反冲洗交替进行

过滤过程是进水由上到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。

到一定程度时过滤不能进行，需要进行反洗。反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。

过滤机理：

①迁移机理——被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触:拦截,沉淀，惯性，扩散，水动力。

②黏附机理——颗粒与滤料表面接近或接触时，依靠哪些力的作用使得他们黏附与滤料表面上：物理－化学作用力（以范德华引力、静电力、以及某些化学键和一些特殊化学力，粘附在滤料表面或原先粘附的颗粒上。）

粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。

粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱稳程度。

水流剪力增大，杂质深入滤层

改善滤池过滤过程的途径：反粒度过滤，上向流过滤，双向流过滤。

为改变滤层中杂质分布严重不均匀的现象，提高滤层含污能力。出现双层、三层或混合滤料机均质滤料。均质滤料是指沿整个滤层深度方向任意横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。

原水不经沉淀池而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。

直接过滤特点：

1.工艺简单；

2.混凝剂用量少；

3.易于处理低温低浊水。

随着过滤时间的延长，悬浮物杂质增多，产生了等速过滤与变速过滤两种过滤方式。

等速过滤概念：滤池过滤过程中，如果滤速始终不变（滤池流量不变），称为等速过滤。典型：虹吸滤池、无阀滤池

变速过滤概念：过滤过程中，如果过滤水头损失始终不变，由上式可知，滤层孔隙率的逐渐减小，必然使滤速逐渐降低。

滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称为“变速过滤”或“减速过滤”。

变速过滤的实现:移动冲洗罩滤池，或滤池组。

变速过滤的特点：与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下：

1.减速过滤的滤后水质好；

2.在相同过滤周期内，过滤水头损失较小。

3.相反，滤层内截留杂质较多时，虽然滤速降低，但因滤层孔隙率减小，孔隙流速未必减小。

各水压线与静水压力线之间水平距离表示过滤时滤层中的水头损失。

对滤料的要求:

1.具有足够的机械强度，以防冲洗时滤料产生严重磨损和破碎现象；

2.具有足够的化学稳定性，不污染水质；

3.不含有对人体健康和生产有害的物质；

4.具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率。

根据相邻两滤料层之间粒径之比和密度之比的经验数据来确定双层滤料级配。

承托层的作用：

1.防止过滤时滤料从配水系统中流失；

2.在冲洗时起一定的均匀布水作用。

采用小阻力配水系统，承托层可不设，或适当铺设一些粗砂或细砾石。

快滤池冲洗方法有以下几种：v过大或过小，冲洗效果均会降低。

1.高速水流反冲洗；

2.气、水反冲洗；

3.表面助冲加高速水流反冲洗。

滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前之比，称为滤层膨胀度。

气水反冲方法有以下几种：

1.先用气冲，然后再用水冲；

2.先用气水同时反冲，然后再用水冲。

3.先用空气反冲，然后用气水同时反冲，最后再用水冲。

配水系统分为“大阻力”“小阻力”两种，还有中阻力配水系统。

快滤池常用的是：“穿孔大阻力配水系统”

削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响。这就是大阻力配水系统的基本原理。

第8章苦咸水淡化与除盐

根据工业用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种：

①淡化水（一般除盐水）②脱盐水（深度除盐水，相当于普通蒸馏水）③纯水(去离子水) ④超纯水（高纯水）：

海水（苦咸水）淡化与水的除盐方法：

蒸馏法：多级闪蒸海水淡化的主要方法

反渗透法：应用较多

电渗析法：与反渗透法同为膜分离技术

离子交换法：主要用于淡水除盐，与膜法联合用于水的深度除盐处理。

进水水质预处理包括去除:悬浮物，有机物，胶体物质，微生物，细菌以及某些有害物质（Fe、Mn）。预处理方法：机械过滤和微孔过滤；常规净水处理；活性炭吸附。

阳离子交换树脂在水中解离生成阳离子，阴离子树脂在水中解离生成阴离子。

除盐原理：

对于H+树脂，交换后水中阳离子全部为H+，同样对OH-树脂，交换后水中阴离子全部为OH-，因此水中全部阴阳离子变为H+、OH-，结合为水，这样达到除盐的目的。

阴离子树脂分为两部分组成：空间网状结构的母体和活性基团

区别：树脂在水中解离出阴离子，呈碱性，常用的阴离子交换树脂是胺类树脂，其活性基团有四种.

弱碱树脂只能去除强酸离子，一般弱酸不太能被弱碱性树脂吸附，但也有能与、H2CO3交换的树脂，硅酸（二氧化硅）不会被交换。

解释一：弱酸树脂在水溶液中不易解离，[OH-]小，对于强酸：水中[H+]高，易发生H++OH-=H2O，推动了ROH的解离所以SO42-可以被吸附到树脂上，对于弱酸：水中[H+]低，不易发生H++OH-=H2O。解释二：虽然亲和力OH->SO42-，但水中，[OH-]低，而[SO42-]高，所以易吸附。

弱碱树脂不能与水中弱酸发生反应，对中性盐类也没有分解能力。

优点：

弱碱树脂交换容量高于强碱树脂；

弱碱树脂抗污染能力好于强碱树脂；

弱碱树脂再生剂用量少于强碱树脂。

复床除盐指阳、阴离子交换器串联使用，达到水的除盐的目的。

阴离子再生树脂以氢氧化钠为主。

混合床除盐：

基本原理：阴阳离子交换树脂装填在同一个交换器内，再生时使之分层再生，使用时先将其均匀混合，这种阴、阳树脂混合在一起的离子交换器称为混合床。

特点（与复床比较）：阴阳离子交换反应同时进行，出水水质好而稳定，交换终点明显，设备也比较少。

a.出水水质纯度高。

b.工作条件变化时对出水水质影响较小，且工作周期较长。

c.间断运行对出水水质的影响小。

d.交换终点明显。

混床的主要缺点是：

1、再生时阳、阴树脂很难彻底分层，特别是当有部分阳树脂混杂在阴树脂层内时，这部分阳树脂在碱液再生阴树脂时转为钠型，造成运行后的Na＋泄漏，即所谓的交叉污染；

2、混床对有机物污染很敏感，污染后很快出现出水质量降低、正洗时间延长和工作容量减少。树脂的污染的主要标志是，树脂工作交换容量下降，颜色变深、出水水质恶化。

离子交换树脂的应用：

（一）水处理

（二）铀的提取和贵金属及稀土元素的分离回收：

（三）医药、食品等有机化合物分离与提纯

（四）用作催化剂

§8—3 膜分离法

在废水处理中常用的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、等四种膜分离技术。

膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。

膜分离技术的特点：

（a）膜分离过程不发生相变

（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；

（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点；

（d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。

电渗析法:离子交换膜及其作用机理：

1，离子交换膜：离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为阳膜与阴膜.

按其膜体结构，可区分为异相膜、均相膜

异相膜机械强度好、价格低，但膜电阻大、耐热差、透水性大。

均相膜则相反。

离子交换膜为什么具有选择透过性呢？离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜，其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的作用。

离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用。

膜电阻——膜电阻与电渗析所需要的电压有密切的关系。电阻越小，所需电压越低。

电渗析法：外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使水中阴阳离子做定向迁移，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。

在电渗析器膜界面现象中，极化现象主要发生在阳膜的淡室一侧，沉淀主要发生在阴膜的浓室一侧。电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。

反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。

特点

常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；

杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；

较高的水回用率；

分离装置简单，容易操作和维修。

反渗透的原理：开始时两边液面相同;由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压；在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。

一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透膜。

反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂与溶质分开。

反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半透膜。

目前研究得比较多和应用比较广的是主要有醋酸纤维素膜CA和芳香族聚酰胺膜两大类。

膜的结构醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子化合物。

膜必须保存在水中。

可以对反渗透水进行进一步纯化以达到要求：

1: 双级反渗透

2: 反渗透与EDI结合

3: 反渗透与离子交换结合

反渗透膜的透过机理：因膜的类型不同而有所不同。

在反渗透过程中，由于水不断地透过膜，引起膜表面溶液浓度的升高，从膜表面到溶液之间形成了浓度差，引起膜表面的盐类向外扩散，这种现象叫浓差极化。

危害:

1、局部区域渗透压力增加，需要提高进水压力来抵消；

2、膜表面出现某些有害物质浓缩，加快膜变质。

措施：使进水流动保持湍流状态，即提高进水流速，防止膜表面浓度增加。

反渗透膜的保护和清洗：

保护：

1、严格的预处理：混凝、澄清、普通过滤、活性炭过滤、精密过滤等

2、进水ph=5.5-6.5,防膜水解或结垢

清洗：

1、长期使用，膜表面仍会结垢，透水量下降。

2、定期清洗，用稀HCl（ph=2-3)冲洗，或用各种络合剂如柠檬酸、过硼酸钠等防硫酸钙结垢。

反渗透膜组件有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式等四种。

影响反渗透膜性能的因素：1. 进水压力对反渗透膜的影响

操作压力要根据膜性能、原水浓度、水回收率等条件来考虑。

2. 进水温度对反渗透膜的影响

水温的增加，水通量会线性的增加。其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。

但温度太高，膜易水解，一般膜的工作温度为20-30℃.

3. 进水pH值对反渗透膜的影响

进水pH值对产水量几乎没有影响；而对脱盐率有较大影响。pH低时脱盐率也较低。

超滤（UF）：用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质则允许透过膜。

超过滤与反渗透的异同：超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。两种方法的共同点在于：

两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。

两者区别在于：

（1）膜不同：超过滤所用的膜(超滤膜)较疏松，透水量大，除盐率低。滤过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等。反渗透所用的膜(反渗透膜)致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，

（2）机理不同：超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。

（3）工作压力不同：超过滤的工作压力低(0.07－0.7MPa)。反渗透所需的工作压力高(大于2.8MPa)。

超滤装置与反渗透装置类似。

对比：反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度差为推动力。超滤的原理：通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。

用于去除废水中大分子物质和微粒（分子量>500）。

超滤截留大分子物质的机理是：

膜表面的孔径机械筛分作用；

膜孔阻塞、阻滞作用；

膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。

第三章混凝

对象：水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。

混凝是水中的胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。包括凝聚和絮凝两个步骤。

凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，

絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。

胶体的特性包括光学性质、力学性质、表面性能、动电现象四个方面。

胶体的稳定性分为“动力学稳定”和”聚集稳定”两种。

动力学稳定是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。

聚集稳定是指胶体粒子之间不能相互聚集的倾向。

胶体的稳定的原因：

憎水胶体颗粒的胶体表面间隔着两个滑动面内的离子层厚度，使颗粒处于相斥的状态，这就是憎水胶阵保持稳定的根源。

亲水胶体颗粒则是因力所吸附的大量水分子构成的水壳，使它们不能靠近而保持稳定。

胶体能保持稳定主要有两个原因：

首先，由于同类的胶体微粒电性相同，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；

其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍各胶粒的聚合。

胶体的凝聚机理：

胶体因ξ电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象称为絮凝。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。

水的混凝现象比较复杂。使胶体脱稳的机理可归结为以下四种。

(1)压缩双电层

(2)吸附电中和作用

(3)吸附架桥作用

(4)网捕作用

硫酸铝在水中的化学反应：AL2(SO4)318H2O是水厂中常用的混凝剂之一。经过水解、聚合或配合反应可形成多种物质。

水解产物的结构形态主要决定于羟铝比（OH）/（Al）——每摩尔铝所结合的羟基摩尔数

铝离子通过水解产生的物质分成4类：

①未水解的水合铝离子；

②单核羟基配合物；

③多核羟基配合物或聚合物；

④氢氧化铝。

各种水解产物的相对含量与水的PH值和铝盐投加量有关

硫酸铝的混凝机理

不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际上，几种可能同时存在。

当PH ＜3 时，水解受到抑制水中存在的主要是[AL(H2O)6]3+,

压缩双电层作用；

当PH =4~5 时，水中将出现[AL(OH)(H2O)5]2+单羟基水合铝离子、[AL(OH)2(H2O)5]+双羟基水合铝离子，及少量[AL(OH)3(H2O)3]

吸附电性中和；

当PH = 6.5-7.5时，水中主要是中性的[AL(OH)3(H2O)3]沉淀物,

吸附架桥

当PH >8.5时，由于轻氧化铝是典型的两性化合物，它又重新溶解并继续水解，水解产物是可溶性的负离子。

AL(OH)3(H2O)3+ H2O [AL(OH)4(H2O)2]-+H3O+

在它们之间再进一步结合，还可以生成如[AL3(OH)4(H2O)10]5+以及更多的聚合物，缩聚反应结果，使聚合物水解反应仍继续进行。[AL3(OH)4(H2O)10]5++H2O [AL3(OH)5(H2O)9]4++H3O+

[AL6(OH)14]4+、[AL6(OH)15]3+、[AL8(OH)20]4+、[AL7(OH)17]4+、[AL13(OH)34]5+、等等。PH偏低时，水中电荷高、聚合度低的络合物占主导地位，它能对水中胶体杂质发挥压缩扩散层及电中

和作用，使杂质发生凝聚，既起脱稳凝聚作用，吸附架桥居次。

在PH值高时，低电荷、高聚合度的高聚物占主要地位，它能在胶体杂质微粒之间粘结架桥，使之发生凝聚，既起架桥凝聚作用，电中和脱稳居次。

在PH值=7-8时，聚合度极大的中性[AL(OH)3(H2O)3] 将占绝对多数，它能生成微小的凝聚，吸附和粘结水中的胶体杂质，卷带它们一起从水中分离出去，既起吸附卷扫作用，高聚物具有十分优异的絮凝作用。

饮用水处理的混凝剂应符合以下要求：

混凝效果好；

对人体无害；

使用方面；

货源充足；

价格低廉。

无机混凝剂

1.铝盐

①硫酸铝——AL2(SO4)3 ?18H2O

②明矾——AL2(SO4)3 ?K2SO4 ?24H2O

③聚合氯化铝

2.铁盐

①三氯化铁——FeCL3 ?6H2O

②硫酸铁——FeSO4 ?7H2O绿矾，半透明绿色晶体，易溶于水

二价铁盐

氧化的方法：

利用溶解氧氧化

加CL2氧化

③聚合铁

聚合硫酸铁

与普通铁铝盐相比，它具有投加剂量少，絮体生成快,对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等一系列优点，

高分子混凝剂分为天然和人工两种。

混凝主要是胶体表面有强烈的吸附作用和胶粒之间形成桥联。

高分子混凝剂的作用机理主要是两个方面：

①由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合。

②线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。

助凝剂广义上，凡能提高或改善凝聚和絮凝作用效果的化学药剂。

常用的助凝剂按投加目的划分：

①絮体结构改良剂

②pH调整剂

③氧化剂

推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：

一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称“异向絮凝”。

另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝”。

同向紊流理论：①外部施加的能量形成大涡旋；②大涡旋将能量输送给小涡旋；③小涡旋将能量输送给更小的涡旋；④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；

在混合阶段，特点：剧烈搅拌，瞬间完成

在絮凝阶段，特点：需要一定时间，搅拌从强到弱

影响混凝效果的因素主要有：浊度、水温、水化学特性、水中杂质性质和浓度、水力条件等。

○硫酸铝

去浊，PH范围为6.5—7.5。

除色，PH范围为4.5—5.5。

○三价铁盐

去浊最优PH值大约在6.0-8.4之间。

除色，PH范围为3.5-5.0。

高分子混凝剂受影响小

混凝剂：搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌、水力搅拌等

计量设备：流量计（转子、电磁）、苗嘴、计量泵

投加方式：

（1）泵前投加

（2）高位溶液池重力投加

（3）水射器投加

（4）计量泵投加

最佳投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量

混合方式：水泵混合、管式混合、机械混合。

絮凝池形式概括分两大类：

水力搅拌式（隔板絮凝池、折板絮凝池）、

机械搅拌式（机械絮凝池）

隔板絮凝池：主要靠水流拐弯处的速度变化产生速度梯度

折板絮凝池：折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”

波峰相对安装称“异波折板”。

特点：提高了颗粒碰撞絮凝效果，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时间10－15分。

机械絮凝池

利用电动机经减速装置驱动搅拌器对水进行搅拌，故水流的能量消耗来源于搅拌机的功率输入。

适用——水量变化较大，大中小水量均可

第五章消毒

水的消毒方法有：

氯及氯化物消毒，臭氧消毒，紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。

氯消毒作用机理:

氯对消毒有效的三种形态：Cl2、HOCl、OCl-统称为有效氯，在上述方程中平衡存在。

HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。OCl-虽具有杀菌能力，但是带有负电，难于接近带负电的细菌表面。实践也表明pH越低，消毒作用越强。

很多地面水源中，由于有机物污染而含有一定的氨氮成分。它们在平衡状态下的含量比例决定于氯、氨的相对浓度、pH和温度。

消毒原理

氯氨的消毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。

因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。

氯的存在形式:

自由性或游离性氯

化合性氯或结合性氯

加氯量＝需氯量＋余氯

消毒副产物主要来源于氯对水中有机物的氯化作用。

二氧化氯(Chlorine Dioxide)是世界卫生组织确认的AI级高效、广谱、安全的杀菌剂

ClO2的优点：

1。既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂。

ClO2的缺点：

ClO2本身和副产物ClO2-，对人体血红细胞有损害。

氯氨消毒：灭活机理与氯相似，杀菌能力弱于氯。

优点：

水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产生，能保持水中余氯较久。

缺点：

(1）但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。

（2）单独使用的情况较少。适用于供水管网较长的情况。

次氯酸钠消毒：次氯酸钠是用发生器的钛阳极电解时强氧化剂和消毒剂，消毒效果不如氯。

漂白粉消毒

臭氧消毒：臭氧不能贮存，需现场边发生边使用。

臭氧消毒机理

臭氧即是消毒剂，又是氧化能力很强的氧化剂。

①臭氧氧化能力

被作为氧化剂以氧化去除水中有机污染物。臭氧的氧化作用分直接作用和间接作用。

直接作用——直接与水中物质反应

选择性、速度慢

间接作用——臭氧在水中分解产生非选择性二级强氧化剂OH·，可以使许多有机物彻底降解矿化，且反应速度快。

臭氧消毒原理：

臭氧由3个氧原子组成，臭氧极不稳定，分解时产生原生态氧。

[O] 具有极强的氧化能力，是氟以外的最活泼的氧化剂，对具有顽强抵抗力的微生物如病毒、芽孢等都有强大的杀伤力。[O]除具有强的杀伤力，还具有很强的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡。

作为消毒剂，由于臭氧在水中不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，往往需投加少量氯、二氧化氯或氯胺以维持水中剩余消毒剂。

臭氧消毒的优点：

不会产生三卤甲烷等副产物，杀菌和氧化能力均比氯强

臭氧消毒的主要缺点：

1.基本建设的投资大、电耗量大、推广受限制。

2.O3不能在配水管网中保持杀菌能力，因O3在水中不稳定，容易消失。

3.不能储存，需边生产边使用。

4.当水量和水质发生变化时，调节投加量比较困难。

5、臭氧对有机物的氧化，难于达到形成CO2和H2O的完全无机化阶段，只能进行部分氧化，形成中间产物。

紫外线消毒：原理——水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒的目的。

因为紫外光需照透水层才能起消毒作用，故污水中的悬浮物、浊度，有机物和氨氮都会干扰紫外光的传播，因此处理水水质，光传播系数越高，紫外线消毒的效果也越好。

紫外线消毒与液氯消毒比较，具有如下优点：

(1)消毒速度快，效率高。

(2)不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的嗅和味；

(3)操作简单，便于管理，易于实现自动化。

紫外线消毒的缺点是：不能解决消毒后在管网中再污染问题，电耗较大，水中悬浮杂质妨碍光线透射等。

第六章水的其它处理方法

地下水除铁的方法：去除Fe2+主要方法有：

1.氧化法

(1)空气氧化法

自然氧化法

接触氧化法

a.天然锰砂；

b.其它滤料；

c.地层过滤。

2)药剂氧化法

Cl2氧化法

KMnO4氧化法

2.沉淀法（石灰处理法）

3.离子交换法

4.掩蔽法

自然氧化法的原理（曝气氧化法）

1.氧化

以空气中的氧气作为氧化剂，地下水经过充分的曝气充氧后，将Fe2+氧化为Fe3+，并以氢氧化物沉淀的形式析出，再通过沉淀、过滤得以去除。流程：曝气-沉淀-过滤

2.亚铁氧化过程

曝气的目的：

1.散除CO2 ，提高PH ，增大氧化速度；

2.增加 O2 ；

自然氧化法缺点：

1.v低，需采用较厚的滤层；

2.絮凝体附着力很差，工作周期末水质差；

3.工艺流程复杂，占地大费用高；

4.它的适用范围小，受很多因素影响，

曝气装置

根据原水水质和曝气要求选定。跌水、喷淋、射流曝气、板条式或焦炭曝气塔等。

铁的氧化还原电位比锰低，Fe2+对高价锰便成为还原剂，因此，Fe2+能大大阻碍Mn2+的氧化。所以，只有在水中基本不存Fe2+在的情况下，Mn2+才能被氧化。

除氟的方法

1、通常采用的是吸附过滤法

采用的除氟剂有：活性氧化铝、载镧或载铁螯合树脂、骨炭（磷酸三钙和炭)等。

2、化学沉淀法，投入石灰、Ca 2+ + 2F-—CaF2

3.混凝沉淀法，投入硫酸铝、氯化铝或者碱式氯化铝使氟化物产生沉淀

4、电渗析、反渗透以及离子交换法也可用于水的除氟、在除盐的同时氟得以去除。

活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。

活性碳的功能：

饮用水中，主要表现为：

（1）臭和味的去除

（2）总有机碳去除

（3）消毒副产物前驱物去除

（4）挥发性有机物去除三氯乙烯和四氯乙烯

（5）人工合成有机物去除

工业给水处理部分

天然水中主要为Ca2+,Mg2+，所以通常以水中钙镁离子总含量成为水的总硬度。

水的药剂软化法

A、原理：溶度积原理

B、药剂：石灰、石灰-苏打、石膏

石灰—苏打法：适用条件：非碳酸盐硬度高的水，硬度大于碱度的水。

离子交换树脂

离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。

性质：疏松的具有多孔结构的固体球形颗粒，不溶于水，也不溶于电解质溶液。

天然的交换剂沸石

其缺点：交换容量小，而且用量多，不能吸取尺寸较大的离子。

后来发现了人工合成交换剂（离子交换树脂和磺化煤）

离子交换剂功能：它能在液相中与带相同电荷的离子进行交换反应，此交换反应是可逆的，即：可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生）。

强酸性阳离子交换树脂——目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。

离子交换树脂的性能：

外观：颜色：多种不一，外观是透明半透明。颜色有黄、白、褐色。主要取决于原料种类和数量。

形状：球形――优点：产品效率高，表面积大，水力条件好，损失小，耐磨。

粒径：选择粒径d主要对生产工艺有影响。

D小，当然表面大，交换速度快，交换容易利用较充分，但阻力小，浪费水头，易流失。工程上选d>0.2mm 交联度的改变将引起树脂的交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等性能的改变。

强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本与PH值无关。

弱酸树脂在水PH值低时不电离或只部分电离，因而只能在碱性溶液中，才含有较高的交换能力。

弱碱性树脂相反，在PH值高时不电离或只部分电离。只是在酸性溶液中才含有较高的交换能力。

树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。树脂的耐用性更主要地决定于交联结构的均匀程度及其强度

离子交换如同化学反应一样，服从当量定律，且是可逆反应，离子交换技术就是基于等当量交换与可逆反应来进行交换与再生的；离子交换中的等当量性、可逆性、选择性是我们进行水质软化的基本设计依据。