给水处理

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第4章 给水处理
4.1 给水处理概论
给水处理方法和工艺流程--原水水质 --水质标准
一、给水水质指标 水质、水质指标、水质标准定义见书。
指标分类: 物理指标:水温、色度、浊度、悬浮物、臭和
味等 注意:a)浊度含义及测定意义(是出厂
水4项常规检测项目之一,其余3项为:色度、 余氯、微生物)
b)浊度和悬浮物的关系
c)色度:黄色基调的水
化学指标:单项指标
无机物特性综合指标
有机物特性综合指标,饮用水中采
用 a)耗氧量(CODMn或OC),也称高锰酸
钾指数 b)总有机碳TOC
微生物指标:细菌总数、总大肠菌群、粪大肠 菌群
放射性指标
二、水质标准
1、生活饮用水水质标准 (1)制定依据 终身饮用安全 从4个方面确保安全 符合国情 (2)《生活饮用水卫生标准》
国标,1986年实施,共35项 (3)《生活饮用水水质卫生规范》
卫生部标准,2001年实施,共96项(常 规检测34项,非常规检测62项)
(2)与(3)的主要区别:
(3)常规增加3项: CODMn 、铝、粪型大肠
菌群
(2)减少4项:银、DDT、六六六、苯并芘 浊度由3NTU降为1NTU,铅、镉、四氯化碳
更加严格,消毒副产物由1项增加到13项。
水源水质应达到《地面水环境质量标准》中的 二类,达不到时应加强处理
(4)《城市供水水质标准》
建设部标准(CJ/T 206—2005),2005 年6月1日起实施。
检测项目为93项,包括一些分量检测,总项 目达101项,其中常规检测项目42项,非常 规检测项目59项。
微生物学指标 6项,与(2)相比,增加了粪 型链球菌群、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐 孢子虫等4项。原虫类病毒体的检测给各地供 水企业一年的准备期。
感官性状和一般化学指标增加了氨氮等。 饮用水消毒增加:氯消毒时与水接触
120 min后出水总氯≥0.5 mg/L;二 氧化氯和臭氧消毒副产物如亚氯酸盐、 溴酸盐和甲醛等的限值。 有机物指标27项
2、3(其他水质标准)--P86
三、给水处理的基本方法与基本工艺
1、基本方法 P86 2、给水处理基本工艺
给水处理--饮用水处理 --工业用水处理
(1)饮用水常规处理工艺 地表水源工艺——去除悬浮物和胶体、杀菌 地下水源工艺——杀菌 (2)微污染水源的饮用水处理工艺
增加预处理和深度处理、强化常规处理
例题1:
某工厂自用水系统,水源为江河水,浊度50~ 150NTU,处理后的水用于锅炉补给水及循环 冷却水的补充水,要求浊度≤5NTU,原水中 的钙、镁离子去除90%,其他无特殊要求, 其处理工艺 是必须的,也是经济合理的。
A 混凝沉淀+过滤+消毒 B 混凝沉淀+过滤+消毒+软化 C 混凝沉淀+过滤+软化(部分水) (正确) D 混凝沉淀+软化+消毒
例题2
按《生活饮用水卫生规范》要求,下列指标中 哪一项是正确的?
A 浊度不大于1NTU,特殊情况不大于5NTU, CODMn不大于3mg/L; (正确)
B 浊度不大于1NTU,特殊情况不大于3NTU, CODMn无要求;
C 浊度不大于1NTU,特殊情况不大于5NTU, CODMn不大于2mg/L;
4.2 混凝
作用--投加混凝剂,破坏胶体的稳定性,使之 脱稳,相互聚合,形成大的易于沉淀的絮体(矾 花)。同时,对溶解性无机物、有机物、色、嗅 也有一定的去除作用。 一、胶体的基本性质 1、胶体的特性
水中杂质的分类 P91 表1-4-4 胶体特性: (1)颗粒尺寸很小,在水中处于稳定状态 (2)使水产生混浊(光学性质)
(3)颗粒表面带电(电学性质)
粘土、细菌带负电,AL(OH)3胶体、Fe(OH)3胶体带 正电。
稳定原因--动力学稳定性(布朗运动)
--聚集稳定性(带电)
2、胶体的结构
胶核,电位形成离子,束缚反离子,自由反离子
吸附层
扩散层
-------------------------------------
胶粒(带电)
----------------------
胶团(电中性)
滑动面--胶体移动时,胶粒和扩散层脱离。 滑动面在吸附层边界或扩大一些。
电位--胶核表面电位,即总电位
电位--胶体滑动面上的电位,即动电位,
胶体带电由此电位引起。 双电层--电位形成离子和反离子构成的双电层 3、胶体的稳定与凝聚 稳定的原因:静电斥力(或水化膜),布朗运动 凝聚的原因:范德华引力,布朗运动
胶体最终是否处于稳定状态取决于各种力产 生的能量对比。吸引势能与排斥势能的对比见图 1-4-5:有排斥势能峰,且布朗运动的动能无 法克服,故胶体处于稳定状态。
破坏胶体稳定性的方法:投加电解质,更多 的反离子进入吸附层,降低动电位,使胶体脱稳 凝聚。此种使胶体脱稳凝聚的机理为压缩双电层
离子价数越高,压缩双电层能力越强。 胶体因动电位降低而失去稳定性的过程称为 胶体脱稳。
二、铝盐、铁盐在水中的反应
水解反应:生成单核羟基配合物,最终生成 AL(OH)3沉淀物,带正电。
缩聚反应:生成多核羟基配合物,带正电。 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
由于静电引力(范德华引力、氢键、共价 键)的作用,胶核表面直接吸附异号聚合离子或 异号胶粒等,从而使动电位降低、胶体互相凝聚 的现象称为吸附电中和。 (3)吸附架桥 正负胶体间的吸附架桥、异号电荷高分子混凝
剂对胶粒的吸附
具有链状结构的高分子混凝剂通过氢键、共价 键的作用对胶粒的吸附
(4)沉淀物的卷扫或网捕 水中颗粒直接吸附在已形成的大絮体上,
随之下沉。 2、混凝过程 混凝--凝聚(混合),投加混凝剂后胶体脱稳
发生初步凝聚的过程。 --絮凝(反应),脱稳胶体相互聚集长大
的过程 凝聚的要求:快速搅拌,瞬间完成,一般小于2
分钟。粒径小于5μm。
絮凝的要求:搅拌强度从强到弱,一般需10~ 30分钟。粒径可达0.6~1mm。
3、混凝动力学 胶体要发生絮凝,一定要有碰撞,碰撞的动力:
布朗运动,由此造成的颗粒碰撞聚集为异向絮 凝,也即凝聚
流体运动,由此造成的颗粒碰撞聚集为同向絮 凝,也即絮凝
衡量絮凝效果的参数为G和GT值
(1)速度梯度G
G du dy
G p

G——速度梯度,s-1; p——对单位水体的搅拌功率,W/m3;
——水的动力粘度,Pa•s 。
(2)速度梯度计算 机械搅拌:
G p P 100012 N
V
V
水力搅拌:
G
gh T
注意:各参数的单位要与书上一致
(3)G、GT值范围
混合池:
G=500~1000s -1
T=10~30s,(<2min)
絮凝反应池: G=20~70s-1
GT=10 4~10 5 (10~30min)
例题:P98
四、混凝剂与助凝剂
1、混凝剂 了解常用混凝剂的适宜PH范围及优缺点,P99 2、助凝剂 (1)活化硅酸
作为矾花骨架与核心,用于低温低浊水,现 场制备 (2)聚丙烯酰胺
高分子助凝剂,非离子型(带阴离子)。在 高浊水预沉淀时,可单独投加,作为混凝剂。
(3)石灰 调整PH值 3、混凝剂的投加 (1)投加量——通过实验确定 (2)投加系统 湿法投加: 固体-溶解池-溶液池-计量设备-投加 固体储存量15~30天(规范7.3.12)
溶解池容积W1=(0.2~0.3)W2 溶液池容积W2 =aQ/417cn W1 , W2—m3; a—混凝剂最大投加量,mg/L;
Q—处理水量, m3 /h;
c—配制的溶液浓度,一般取5%~20%(按固体 重量计),带入公式时为5~20;
n—每日调制次数,一般不超过3次。
(规范7.3.4、7.3.5)
五、混合设备
混合要求、G、T值范围 混合方式 机械混合:水泵叶轮混合(取水泵距反应池
100m以内)、机械混合池 水力混合:管式静态混合器、压力水管混合
(投药点及流速要求 P102)等
六、絮凝反应池
絮凝要求;G、GT值范围;反应池出口做法 絮凝池分类:机械搅拌、水力搅拌 1、机械搅拌絮凝池:水平轴式、垂直轴式
分3~4档,串连流过 各自的适用范围及设计参数 P103 例题 P103
2、水力搅拌 (1)隔板反应池:往复式、回转式
净间距大于0.5m,一般分为4~6级 设计参数、优缺点及适用范围 P104
(2)折板反应池:单通道、多通道 同波折板、异波折板
折板反应池优于隔板反应池,水力停 留时间较短 设计参数、优缺点及适用范围 P105 3、不同形式反应池的组合
七、影响混凝效果的因素
1、水温
原因:水温影响混凝剂的水解
提高低温水混凝效果的方法 P107 2、浊度与悬浮物
原因:浊度大小决定了混凝剂的投量和矾花的核
心 高浊水、低浊水所需混凝剂量都较大 提高高浊水、低浊水混凝效果的方法
P107~108
3、水的PH值
原因:每种混凝剂都有其最佳的PH值范围
铝盐、铁盐水解时产生H+离子,消耗水的碱
度,碱度不足时投加石灰,石灰投量公式:
AL2(SO4)3: 【CaO】=3【a】-【x】+【δ】 FeCL 3 : 【CaO】=1.5【a】-【x】+【δ】 式中 【CaO】-纯石灰CaO投量,mmol/L;
【a】-混凝剂投量,mmol/L; 【x】-原水碱度, mmol/L,按CaO计;
【δ】-剩余碱度,一般取0.25~0.5mmol/L, 按CaO计。
例题:原水总碱度为0.1mmol/L(以CaO计),投加精 制硫酸铝(含Al2O3约16%)26 mg/L 。若剩余碱度 取0.2mmol/L,试计算水厂石灰(市售品纯度为 50%)投量需多少mg/L?
(已知原子量Al=27,O=16,Ca=40)
解:投药量折合Al2O3为26×16%=4.16 mg/L Al2O3分子量为102,故投药量相当于4.16/102=
0.041mmol/L
则【CaO】=3【a】-【x】+【δ】 =3×0.041-0.1+0.2=0.223 mmol/L
=0.223×56 mg/L=12.49 mg/L
水厂需投加市售石灰12.49/0.5=24.98 mg/L
4.3 沉淀
一、颗粒沉淀特性 1、沉淀分类
4种沉淀的特点 P108~109 自由沉淀,不加混凝剂 絮凝沉淀,投加混凝剂 不论是否加混凝剂,只要颗粒浓度高到一定 程度,就会形成拥挤沉淀或压缩沉淀
2、离散颗粒的沉淀速度(自由沉淀) 三个区的沉淀速度公式 P109 例题 P110 3、水样的颗粒沉速分布曲线(离散颗粒) (1)沉淀柱试验
沉淀柱特点:
沉淀柱水深H不一定等于实际沉淀池水深 初始时水样各点浓度相同,为C0 试验中水面高度不变
(2)颗粒沉速分布曲线
ti时测Ci,计算ui=H/ ti ,x i = Ci /C0 ( x i为沉速小于ui的各种颗粒在原水总颗
粒重量中所占的比重)
二、理想沉淀池特性分析
1、理想沉淀池的构成
理想沉淀池的基本假设(条件) P111
2、理想沉淀池对颗粒的去除率
特定颗粒沉速(截流沉速)u0:沉淀池所能全
部去除的颗粒中最小颗粒的沉速
u≥u0的颗粒被全部去除,其去除率为1-x0
u<u0的颗粒能够部分去除
沉速为ui( <u0 )的颗粒占自身颗粒的去除 率为Ei =ui / u0 ;占全部颗粒的去除率为
ui / u0 ×△ xi
u<u0的颗粒在沉淀池中的去除率 式1-4-17
理想沉淀池对颗粒的总去除率
式1-4-18
3、理想沉淀池中u0与表面负荷q0的关系
L=vt0 H=u0t0 u0=Q/A=q0
理想沉淀池的基本特性:特定颗粒沉速
在数值上等于沉淀池的表面负荷(但两 者在物理意义上完全不同) 4、絮凝沉淀池对颗粒的去除率
从理论上,絮凝沉淀的沉淀效果优于自由沉淀, 故对于某特定的表面负荷,u0絮<u0自
絮凝沉淀颗粒去除率通过试验计算 P113
三、沉淀池的基本结构与基本设计参数
1、基本结构:进水区、沉淀区、出水区、污泥 区
2、沉淀池基本设计参数 (1)基本设计参数 u0( q0 )、H、T、v, q0是最基本参数 (2)参数取值 若u0由试验得到,则u0设 =η u0试
η=0.6~0.8 查设计手册得到的u0值可直接应用,已考虑安
全系数 P117
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