给水工程

14章：1、原水中杂质的来源：①自然过程；②人为因素（工业废水、农业污水及生活污水的污染）。

杂质按尺寸大小分：悬浮物、胶体、溶解物。

2、原水中的杂质：①悬浮物和胶体杂质（饮用水处理的主要对象）a、悬浮物尺寸较大，易于下沉或上浮，当水流较慢时可去除；b、胶体颗粒尺寸较小，长期静置也难以下沉，主要去除对象；②溶解杂质（工业用水去除对象）：有机物、无机物。

3、天然水体中原来含有的主要杂质：①溶解气体：氧、氮、二氧化碳、硫化氢（少量）②离子：阳离子（Ca离子、镁离子、钠离子）；阴离子：HCO3、SH4、cl。

4、各种天然水源的水质特点：①地下水：在地层渗透中，悬浮物和胶体已基本或大部去除，水质清澈，水质、水温较稳定，宜作为饮用水和工业冷却水的水源。

②江河水：易受自然条件的影响，水中悬浮物和胶体杂质含量较多；缺点：易受污染，水温不稳定。

③湖泊及水库水：流动性小、浊度较低，藻类较多，含盐量高（有淡水湖、微咸水湖、咸水湖三种）。

④海水：含盐量高，各种成分比例基本上一定，氯化物占89%左右，淡化处理后可饮用。

5、控制水源污染的解决办法：①保护水源，控制污染源；②强化水处理工艺；6、水质标准：用水对象（包括饮用水和工业水等）所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。

7、饮用水水质标准不断地修改和补充的原因：①水源污染日益严重；②水质监测技术；③医学科学的不断发展；8、水质指标分类：①感官性状和一般化学指标；②毒理性指标；③细菌性指标；④放射性指标。

9、其他重要的水质指标：①地表水环境质量指标；②其他指标。

10、给水处理任务：通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质。

11、消毒剂：氯、漂白粉、二氧化氯、次氯酸钠（臭氧消毒）。

12、除臭、除味方法：活性炭吸附或氧化法去除、曝气法去除。

13、除铁、除锰方法：①自然氧化法：通常设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池；②接触氧化法：通常设置曝气装置和接受氧化滤池。

14、软化方法：离子交换法、药剂软化发。

15、缓蚀剂:控制腐蚀的药剂；阻垢剂：控制结垢的药剂。

16、预处理和深度处理的主要对象：水中有机污染物，主要用于饮用水处理厂。

17、（1）物料衡量：变化量=输入量-输出量+反应量；dCi/dt=C0/t-Ce/t+r(Ci);输入量：指物料组分i进入反应器指定部位的量。

输出量：指物料组分i输出反应器指定部位的量。

反应量：指组分i由于化学反应而消失（或产生）的量。

公式说明：①在反应区内，当变化量为0时（组分的浓度不随时间而变化）称稳定状态，稳定状态并非化学平衡状态，稳定状态只是个理想情况。

②物质的输入和输出，是由质量传递引起的。

质量传递包括：分子扩散、紊流扩散、主体流动。

③反应速率一般指化学反应速率，由化学反应动力学决定。

（2）质量传递：传递机理：①主流传递:物质随水流主体而移动，与液体中物质浓度分布无关，与流速有关，传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。

②分子扩散传递：存在浓度梯度时，由于分子无规则运动，高浓度区的i组分总是向低浓度迁移，最终趋于均匀分布状态，使浓度梯度消失。

或属于稳定状态，则扩散不断进行，而浓度梯度保持不变。

③紊流扩散传递：在紊流状态下，液体质点不仅具有随水流前进的运动，还具有上下、左右的脉动，且伴有涡旋，紊流扩散传质速度也有浓度梯度成正比。

18、稳定扩散：在扩散过程的起端不断由外界投入新的扩散物质而在终端不断将扩散物质输出，扩散将不断进行下去，空间各点浓度分布将始终保持不变。

19、理想反应器的模型：完全混合间歇式（CMB型）、完全混合连续式（CSTR型）、推流式反应器（PF型）。

15章：1、混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。

混凝三要素：①水中胶体粒子的性质；②混凝剂在水中的水解物种；③胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。

混凝：①凝聚：水中胶体“脱稳”--胶体失去稳定性的过程；②絮凝：脱稳胶体相互聚集。

2、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：①动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；②聚集稳定性：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。

3、混凝机理：①电性中和（投加异性电荷）；②吸附架桥（高分子物质在这里起了胶粒与胶粒之间结合的桥梁作用）。

当高分子物质投量过多时，将产生“胶体保护”作用；高分子物质投量过少，不足以将胶粒架桥联接起来，投量过多又会产生胶体保护作用。

③网捕或卷扫（当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离）。

4、对于铝盐混凝剂而言，pH<3时，简单水合铝离子[Al(H2O)6]3+可起压缩胶体双电层作用；在pH=4.5～6.0范围内，多核羟基配合物对负电荷胶体起电性中和作用；在pH=7～7.5范围内，电中性氢氧化铝聚合物[Al(OH)3]n可起吸附架桥作用，当铝盐投加量再次增大，超过氢氧化铝溶解度而产生大量氢氧化铝沉淀物时，起网捕和卷扫作用。

5、混凝剂的基本要求：①混凝效果好；②对人体健康无害；③使用方便；④货源充足，价格低廉。

6、常用的无机混凝剂：①铝系（pH=5.5～8）：硫酸铝、明矾、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）；②铁系（pH=5～11腐蚀性强）：三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铁（PFC）。

7、助凝剂：①酸碱类：调整水的PH值，如石灰、硫酸等；②加大矾花的粒度和结实性，如活化硅酸、骨胶、高分子絮凝剂；③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物，投加氯气、臭氧。

8、推向水中颗粒相互碰撞的动力来自两方面：①颗粒在水中的布朗运动；②在水力和机械搅拌下所造成的流体运动。

9、混凝动力学：①异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集；②同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集。

（1）异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成正比，而与颗粒尺寸无关。

（2）同向絮凝：速度梯度：（p/u）的开方，同向絮凝原理：①外部施加的能量造成大漩涡的形成；②大漩涡（作用：一是使流体各部分相互掺混，使颗粒均匀扩散于流体中；二是将外界获得的能量输送给小漩涡。

）将能量输送给小漩涡；③小漩涡又将一部分能量输送给更小的漩涡；④只有尺寸与颗粒尺寸相近的漩涡才会引起颗粒间相互碰撞。

10、影响混凝效果的主要因素：①原水性质，包括水温、水化学特性、水中杂质和浓度以及水力条件；②投加的凝聚剂种类和数量；③使用的絮凝设备以及相关水力参数。

（1）、寒冷地区通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散的原因：①无机盐混凝剂水解是吸热反应；②低温水的粘度大，布朗运动强度减弱；③水温低时，胶体颗粒水化学作用增强，妨碍胶体凝聚；④水温与水的PH值有关。

为提高低温水混凝效果，常用的方法是增加混凝剂的投加量和投加高分子助凝剂。

（2）、水的PH值和碱度影响：①采用硫酸铝混凝除色时，PH值应趋于低值；②高分子混凝剂的混凝效果受水的PH影响较小。

（3）、水中悬浮物浓度的影响：水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞速率大大减少，混凝效果差。

为提高浊度原水的混凝效果，采用以下措施：①投加高分子助凝剂；②投加矿物颗粒（如粘土）；③采用直接过滤法。

11、混凝剂的投加方式：固体投加、液体投加。

混凝剂的投加设备：计量设备、药液提升设备、投药量必要的水封箱以及注入设备。

混凝剂常用的投加方式：①泵前投加：安全可靠，适用于取水泵房距水厂较近者；②高位溶液池重力投加：取水泵房距水厂较远者，投加在混凝池入口处，方式安全可靠，但溶液池位置较高；③水射器投加；④泵投加：两种投加方式(采用计量泵；采用离心泵配上流量计)。

12、混合设备的基本要求：药剂与水的混合必须快速均匀。

混合设备的种类：①水泵混合：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的场合，两者间距不宜大于150m；②管式混合：管中流速不宜小于1m/s，投药点后的管内水头损失不小于0.3~0.4m，最大口径已达2000mm，混合器直径在DN200~DN1200范围内；③机械混合池：在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度为700~1000-1，混合时间控制在10~30s以内，最大不超过2min。

优点：混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂；缺点：增加机械设备相应增加维修工作。

13、絮凝设备的基本要求：原水药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。

絮凝设备的形式分类（概括）：水力搅拌式、机械搅拌式。

分类：（1）隔板絮凝池：①往复式：总水头损失一般在0.3~0.5m左右；②回转式：总水头损失比往复式约小于40%左右。

隔板絮凝池通常用于大、中型水厂，构造简单，管理方便，絮凝效果不稳定。

设计参数：①起端一般0.5~0.6m/s，末端一般为0.2~0.3m/s，分段一般宜为4~6段；②转弯处过水面积应为廊道过水断面积的1.2~1.5倍；③絮凝时间一般采用20~30min；④隔板间净距一般宜大于0.5m，池底应有0.02~0.03坡度并设直径不小150mm的排泥管。

（2）折板絮凝池（竖流式）：将隔板絮凝池的平板隔板改成具有一定角度的折板。

同波折板：折板可以波峰对波谷平行安装；异波折板：波峰相对安装。

（3）机械絮凝池（搅拌器：桨板式、叶轮式），根据搅拌轴的安装位置：水平轴:常用于大型水厂；垂直轴：一般用于中、小型水厂。

（4）其他形式絮凝池。

16章：1、沉淀：水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程。

沉淀分类：自由沉淀：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：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，沉淀速度却较小。

2、整个沉淀筒分为四个区：清水区、等浓度区（等速区）、变浓度区（减速区）、压实区。

3、平流式沉淀池：理想沉淀池的3个假设：①颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变；②水流沿着水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变；③颗粒沉在池底即认为已被去除，不再返回水流中。

4、影响平流式沉淀池效果的因素：（1）沉淀池实际水流状态对沉淀效果的影响（主要为短流的影响）。

短流的原因如下：①进水的惯性作用；②出水堰产生的水流抽血；③较冷或较重的进水产生的异重流；④风浪引起的短流；⑤池内存在导流壁和刮泥设施等等。

（2）凝聚作用的影响。

5、平流式沉淀池可分为：进水区、沉淀区、存泥区、出水区。

设计平流池的主要控制指标是表面负荷或停留时间。

6、斜板与斜管沉淀池的特点：①水力半径大大减小，从而使雷偌数Re 大为降低，而弗老德数Fr大为提高，利于沉淀；②斜板沉淀池中得水流基本上属于层流状态，沉淀效率高，产水量大；③把与水平面成一定角度（一般60°左右）的管状组件（断面矩形或六角形等）置于沉淀池中构成；④水流可从下向上或从上向下流动，颗粒则沉于众多斜管底部，而后自动滑下；⑤由于停留时间短，其缓冲能力差；⑥对混凝要求高；⑦维护管理较难，使用一段时间后需要换斜板（管）。