地表水工艺处理基本知识1

给水工艺处理基本知识

一、城镇供水系统

1.1.供水系统分类和组成

1.1.1 供水系统分类：

供水系统是由取水、输水、水质处理和配水等设施组成的总体工程。

供水系统的分类：

⑴按水源分类，分为地表水和地下水供水系统；

⑵按供水方式，分为重力供水系统、压力供水系统和混合供水系统；

⑶按使用目的，分为生活用水、生产供水和消防供水系统；

⑷按服务对象，分为城镇供水和工业供水系统。

1.1.2 供水系统组成：

供水系统一般由取水构筑物、原水输水管（渠）、水处理构筑物、调节及增压构筑物、配水管网等部分组成。

1.取水构筑物：取集原水而设置的各种构筑物的总称。

2.原水输水管（渠）：将取水构筑物取集的原水送入净水厂处理的管（渠）

设施。

3.水处理构筑物：对原水进行处理，以达到用户对水质要求的各种构筑物，

通常把这些构筑物布置在水厂。

4.调节及增压构筑物：贮存和调节水量、保证水压的构筑物，如清水池、泵

站等，一般设在厂内，也可在厂内外同时设置。

5.配水管网：用以向用户配水的管道系统。

1.1.3 分质、分压和区供水：

统一供水系统是指城镇供水系统将生活、生产、消防三者合一，统一按生活饮用水卫生标准供水。

除了统一供水系统外，还可分为：分质供水系统、分压供水系统、分区供水系统。

1.分质供水系统

根据不同用户对水质要求不用，采用分质供水的系统。如将水质要求较低的工业用水与城镇供水系统分开单独设置的供水系统；将海水或城市污水处再生后作为厕所冲洗、绿化等杂用水供水系统。

2.分压供水系统

根据管网分压的不同要求，分别供应的系统。如城镇中某些高层建筑区，或地势较高的地区要求较高的供水压力，可采用不同的压力供水系统。

3.分区供水系统

在一个城市中由于地形不同形成分别供水的成为分区供水系统。按布置方式可分成并联供水系统（由同一泵站分别向二区单独供水）；串联供水系统即高区泵站从低区取水，然后向高区供水。

1.1.4 影响供水系统布置的因素

1.城市规划的影响

2.水源的影响

3.地形的影响。

1.2.供水水量、水质、水压要求

1.2.1 供水量一般由以下各项组成：

1.综合生活用水

2.工业企业用水

3.浇洒道路和绿地用水

4.管网漏损水量

5.未预见用水 6 消防用水。

供水系统中水厂设计规模应按上述1-5项的最高日用水量之和确定。在净水厂各个构筑物设计时，还应考虑水厂内部生产工艺过程和其他用途所需要的用水量。

1.2.2 水质要求：

供水水质必须符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。标准规定的水质指标是指居民用户的龙头水要求达到的水质。

1.2.3 水压要求：

供水管网的最小服务水头是指城镇配水管网在用户接管点处可维持的最小水头。

城市配水管网的供水水压宜满足用户接管点处服务水头28m的要求；当按直接供水的建筑层数确定供水管网水压时，其用户接管处的最小服务水头一层为10m，二层为12m，二层以上每增加一层增加4m。

二、取水系统

2.1.供水水源

2.1.1地下水源的特点：

水质澄清、水温稳定、分布面广。但地下水径流量较小，有的矿化度和硬度较高，如铁、锰、氟、氯化物、硫酸盐等。

2.1.2地表水源的特点：

水量充沛、流量较大，由于受地面各种因素影响，水质通常表现出与地下水相反的特点。例如，河水浑浊度较高（特别是在汛期），水温变幅大，有机物和细菌含量高，地表水易受到污染。

2.2.地表水取水构筑物

2.2.1地表水取水构筑物的形式

按水源分，有江河、湖泊、水库、海水取水构筑物；

按取水构筑物的构造形式分，有固定式（岸边式、河床式、斗槽式）和活动式（浮船式、缆车式）两种。

2.2.2地表水取水构筑物位置选择

1.设在水质较好地带

2.靠近主流，有足够的水深，具有稳定河床和河岸

3.尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮影响

4.尽量不妨碍航运和泄洪，并符合河道、湖泊、水库整体规划的要求。

三、水泵与水泵站

3.1.水泵的基础知识

3.1.1泵的分类

泵分为三类：叶片式泵、容积式泵、其他类型泵。

1、叶片式泵

叶片式泵是通过工作叶轮的高速旋转运动，将能量传递给流经其内部的液体，使液体能量增加的泵。

（1）按工作原理分：离心泵、轴流泵、混流泵。它们的叶轮入流方向皆为轴向，所不同的是叶轮出流方向。

（2）按泵轴的工作位置分为卧式泵、立式泵、斜式泵；

（3）按压出室形式可分为蜗壳式和导叶式泵；

（4）按叶轮的吸入方式可分为单吸式泵和双吸式泵；

（5）按泵的叶轮级数目可分为单级泵和多级泵。

2、容积式泵

容积式泵是通过工作室容积周期性变化，将能量传递给流经其内部的液体。按工作室容积变化的方式又可分为往复式泵和回转式泵。属于往复式的有活塞泵；属于回转式泵有齿轮泵、螺杆泵。

3、其他类型泵

其他类型泵工作原理各异，如射流泵、水锤泵、气升泵等。它们基本上都是利用工作液体传递能量来输送液体。

3.1.2．泵站分类：

按其在城镇供水中的作用可分为一级泵站、二级泵站、加压泵站。

一级泵站的功能：将水从水源输送到净水构筑物的泵站，又称进水泵站、浑水泵站。

二级泵站的功能：将净化后的水输送到管网、用户或水塔的泵站，又称送水泵站、清水泵站。

加压泵站的功能：在管网中提高水压的泵站，又称中途泵站。

3.1.3. 离心泵

离心泵的工作过程是离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸水管道，然后驱动电机，使叶轮和水做高速旋转运动，此时，水收到离心力的作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道流入水泵的压水管道，由压水管道输入到管网中去；与此同时，水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空，吸水池中的水在外界大气压的作用下，通过吸水管而源源不断地流入水泵叶轮，水又受到高速转动叶轮作用，被甩出叶轮而输入压水管道。这样就形成了离心泵的连续输水。

3.1.4泵的主要零件组成

（1）叶轮：叶轮的作用是将动力机的机械能通过叶轮的高速旋转传递到液体，使被抽液体获得能量；叶轮常由盖板、叶片、轮毂组成。叶轮有封闭式、敞开式、半开式之分，一般都用封闭式。

（2）泵轴：用来旋转泵的叶轮，常材料是碳素钢和不锈钢。叶轮和轴之间用

建来连接，泵中一般采用平键。

（3）泵壳：泵壳通常铸成蜗壳型。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔，以便在泵启动前用来充水和排出泵内空气。泵壳底部设有泄水螺孔，当泵停车检修时用来放空积水。

（4）泵座：泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。在泵座的横向槽底设有泄水螺孔。以便随时排出由填料盒内流出的水滴。

（5）填料函：在泵轴穿出泵壳时，泵轴与泵壳之间存在着间隙，有间隙就会泄露，就必须采用轴封措施。填料盒就是一种起着阻水或阻气作用的轴封手段。

3.2.水泵的运行和维护

3.2.1泵的运行：

1．启动前检查：

（1）盘车检查。用手转动联轴器，感觉是否灵活、是否均匀、有无受阻和异常声响。

（2）轴承和填料函检查。检查轴承中润滑脂或润滑油是否清洁、适量、油位是否符合标准线；填料函水封冷却阀是否打开，填料压盖扣紧程度是否合适。（3）水位与闸门检查。检查吸水井水位是否足够，吸水管侧闸门是否全开、压力管侧闸门是否全闭；

（4）仪表检查。电流表、电压表是否处在合适位置，真空表、压力表是否正常；

（5）外部条件检查。供配电设备、电动机是否完好，真空吸水条件是否成熟，周围环境是否正常。

2．开泵

（1）灌水或抽真空。都应先打开泵顶上抽气阀，当进行一段时间后，如发现水泵上水标管已显示有水或真空表上已达到额定真空度时，则表示水泵和吸水管已充满水，此时可开泵。

（2）向值班调度报告。水泵真空完成后，即向值班调度或能决定开泵的负责人报告，得到明确启动命令后，即可启动。

（3）启动。启动前要注意现场人员不要距电机、水泵太近。启动按钮开关时，要沉着、果断，目光要注意真空表和压力表的读数。

（4）开启出水闸门。水泵启动后压力读数开始上升，当水压已达到零流量的封闭扬程时，即可徐徐启动出水闸门。

（5）检查启动后的情况。再次对电机、电气设备、轴承、填料函、各项仪表做一次全部检查。

（6）填写开泵记录。每次开泵后都要认真在值班日志薄上填写开泵记录。3.运行中的检查

（1）查看仪表。水泵、电机的压力表、真空表、电流表、电压表直接反映了水泵电机是否正常工作，检查时如果超过水泵额定值，则属不正常、要仔细追查原因。

（2）音响和振动。在正常运行时，机组应平稳、声音应正常、连续而不间断。（3）注意温升。泵与电动机轴承温升一般不得超过周围温度35℃，最高不超过75℃。

（4）观察滴水。水泵填料函处一般经验应以每分钟60滴左右速度一滴滴地淌水。

4.停泵

（1）首先徐徐关闭出水阀；

（2）切断电源开关，停止电机运转；

（3）停泵后，关闭真空表、压力表及冷却水管的闸阀，对没有底阀靠真空泵

启动的，则打开真空破坏阀，使泵内水放回吸水井中；半地下室的泵房，还需关好吸水管的阀。

（4）做好泵体清洁卫生，与周围环境的清扫；

（5）填写停泵记录。

3.2.2泵的故障与排除

水泵一般常见的故障原因如下所述：

（1） 充水或启动困难：故障原因一般是底阀和吸水管有漏水；水泵底部

放空螺丝或阀门关闭；水泵或吸水管漏气、真空泵抽不成真空等。

（2） 水泵启动后不出水或水量过小：故障原因一般是泵壳中存有空气；

或电压、频率太低；吸水管有堵塞，有空气带入水泵等。

（3） 振动和噪声：故障原因一般是水泵安装不完善；泵与电机安装不同

心；进入空气或发生气蚀；轴承损坏或磨损。

（4） 水泵开启不动或开动后轴功率过大：故障原因一般是轴承安装不良；

联轴器间隙太小或电压过低等。

（5） 轴承发热：故障原因一般是轴承安装不良；轴承缺油或油太多；油

质不良，不干净等。

（6） 电机过负荷：故障原因一般是转速过高，流量过大，电机或水泵机

械损失过大等。

（7） 填料函发热：故障原因一般是填料压盖太紧；填料函位置安装不对；

水封环位置不对或冷却水不足；填料函与轴不同心等。

四、饮用水常规处理

4.1概论

4.1.1原水中的杂质

原水中都不同程度地含有各种各样的杂质。这些杂质不外乎两种来源：一是自然过程；二是人为因素即工业废水、农业污水及生活污水的污染。这些杂质按尺寸大小可分为悬浮物、胶体和溶解物。

图4-1 水中杂质分类

1. 悬浮物和胶体杂质

悬浮物尺寸较大，易于水中下沉或上浮。下沉的一般是大颗粒泥砂及矿物质

废渣等；上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物。

胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉。水中所存在的胶体通常有黏

杂质 溶解物（低分子、离子）

胶体 悬浮物 颗粒尺寸 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1μm 10μm 100 μm 1mm 分辨工具 电子显微镜可见 超显微镜可见 显微镜可见/肉眼可见 水的外观 透明 浑浊 浑浊

土、某些细菌、病毒、腐殖质及蛋白质。天然水中胶体一般带负电荷，有时也含有少量带正电荷的金属氢氧化物胶体。

悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。也是饮用水的主要去除对象。2.溶解杂质

溶解杂质包括有机物和无机物两类。无机溶解物是指水中所含的无机低分子和离子。有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的，如腐殖质等。

当前在饮用水处理中，溶解的有机物已成为重点去处对象之一。

4.1.2各种天然水源的水质特点

1.地下水

水在地层渗滤过程中，悬浮物和胶质已基本上或大部分去除，水质清澈，且水源不易受到外界污染和气温影响，因而水质、水温较稳定，一般以作为城镇饮用水的水源。

由于地下水流经岩层时溶解了各种可溶性矿物质，因而水的含盐量通常高于地表水。地下水硬度高于地表水。含铁地下水分布较广，地下水中的锰与铁共存，但含量比较少。

2.江河水

江河水易受自然条件影响，水中悬浮物和娇态杂质含量较多，浊度高于地下水。其最大缺点是：易受工业废水、生活污水及其他各种人为污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒有害物质易进入水体。水温不稳定，夏季不能满足工业冷却用水要求。

3.湖泊及水库水

湖泊及水库水，主要由河水供给，水质与河水类似。但由于湖水流动性小，储存时间长，经过长期自然沉淀，浊度较低。只有在风浪时以及暴雨季节由于湖底沉积物或泥沙泛起，才产生浑浊现象。水的流动性小和透明度高又给水中浮游生物特别是藻类的繁殖创造了良好条件。因而湖水中一般含藻类较多。同时，湖底积存大量腐殖质，一经风浪泛起，湖水也易受废水污染。

4.1.3生活饮用水卫生标准

现行的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）是从2007年7月1日起实施的。全部指标最迟于2012年7月1日实施，为强制性标准。

几种常见的生活饮用水指标及限值如下：

1.微生物指标：

总大肠菌群（MPN/100ml或CFU/100ml）、耐热大肠菌群（MPN/100ml或CFU/100ml）、大肠埃希氏菌（MPN/100ml或CFU/100ml）：不得检出；

菌落总数（CFU/ml）：100；

2.毒理指标：

指标限值指标限值氟化物(mg/l) 1.0 硝酸盐（以N计，mg/l）10

3.感官性状和一般化学指标：

色度（铂钴色度单位）15 铁(mg/l）0.3

浊度（NTU-散射浊度单位） 1 锰(mg/l) 0.1 PH 6.5~8.5 氯化物(mg/l) 250 铝(mg/l) 0.2 溶解性总固体(mg/l) 1000

总硬度(以CaCO3计，mg/l) 450 耗氧量(CODmn，mg/l) 3

4.饮用水消毒剂常规指标及要求：

消毒剂名称与水接触时间出厂水中限值出厂水中余量管网末梢余量氯气及游离氯制剂(游

至少30min 4 ≥0.3 ≥0.05 离氯，mg/l)

一氯胺（总氯，mg/l）至少120min 3 ≥0.5 ≥0.05

二氧化氯(ClO2，mg/l) 至少30min 0.8 ≥0.1 ≥0.02

4.1.4供水处理方法概述

1.常规处理工艺

以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺通常包括混凝、沉淀、过滤。

处理对象是水的悬浮物和胶体杂质。

原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质，用以进一步降低水中的浑浊度。根据原水水质不同，在上述澄清工艺系统中还可以适当增加或减少某些构筑物，但过滤是必不可少的。

消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以杀灭致病微生物。我国普遍采用的消毒剂是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧消毒也是一种消毒方法。

“混凝——沉淀——过滤——消毒”可称之为生活饮用水的常规处理方法。

2.除臭、除味

当原水中臭和味严重而采用澄清和消毒工艺系统不能达到水质要求时方可采用。对于水中有机物所产生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化法去除；对于溶解性气体或挥发性有机物所产生的臭和味，可采用曝气法去除；因藻类繁殖而产生的臭和味，可采用微滤机或气浮法去除，也可在水中投加除藻剂去除；因溶解盐类所产生的臭和味，可采用适当的除盐措施去除。

3.除铁、除锰和除氟

当地下水中的铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、除锰技术。常用的方法：自然氧化法和接触氧化法。前者通常设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池；后者通常设置曝气装置和接触氧化滤池。还可采用药剂氧化、生物氧化法及离子交换法等。通过上述方法（离子交换法除外）可使溶解性二价铁和锰分别转成三价铁和四价锰沉淀物而去除。

4.预处理和深度处理工艺

对污染水源来说，水中溶解性的有毒有害物质，特别是具有致癌、致畸、致突变的有机污染物（简称“三致物质”或“三致”前体物（如腐殖酸）是常规处理方法难以解决的。于是，在常规处理基础上增加预处理和深度处理，前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即：预处理+常规处理+深度处理。

预处理的方法主要有：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物接

触氧化法等。各种预处理法除了去除水中有机污染物外，还具有除味、除臭及除色作用。

深度处理主要有以下几种方法：活性炭吸附法；臭氧—活性炭联用法；膜过滤法等。

4.2混凝

4.2.1混凝机理

混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥、卷扫作用。

1.电性中和作用主要是降低或消除排斥能峰。一般投加高价电解质或聚合离子。

2.吸附架桥作用。理论认为不仅带异性电荷的高分子物质与胶粒具有强烈吸附作用，不带电甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。当高分子链的一段吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮凝体。高分子起到了胶粒与胶粒之间相结合的桥梁作用，故称为吸附架桥作用。

3.网捕或卷扫作用是指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，可以网捕或卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离。所需混凝剂量与原水杂质含量反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。

4.2.2混凝剂和助凝剂

为使胶体失去稳定性和脱稳胶体相互聚集所投加的药剂称为混凝剂。为改善絮凝效果所投加的辅助药剂称助凝剂。

1.混凝剂

（1）硫酸铝

1）分子式为Al

2(SO

4

)

3

·18H

2

O,分为液体和固体。

2）固体硫酸铝外观为灰白色粉末或块状晶体。在空气中长期存放易吸潮结块，由于有少量硫酸亚铁存在使产品表面发黄。易溶于水，水溶液呈酸性反应。

3）混凝作用与投药后水的PH值有关。当PH较低时，形成的络合物以带正电荷居多，可通过吸附和电中和使胶体脱稳；PH较高时，则形成带负电荷较多，主要起架桥联结作用；当药剂投加量充分、PH值适中时，则可通过网捕达到聚凝。

（2）碱式氯化铝

1）分子式Al

n (OH)

m

Cl

3n-m

是一种高分子无机化合物，其分子量较一般的混凝剂

大，但最大不过数千，比有机高分子混凝剂的分子量要小。

2）碱式氯化铝的絮凝体较硫酸铝的致密且大，形成快，易于沉降，混凝效果好。碱式氯化铝在混凝过程中消耗碱度少，适应的PH范围较硫酸铝宽且稳定。与硫

酸铝比较，含Al

2O

3

成分高，具有投药少，节省药耗，降低治水成本等优点。

3）其混凝效果与盐基度关系密切。原水浊度越高，使用盐基度高的碱式氯化铝，其混凝沉淀效果好。当原水浊度在80~10000NTU时，相应的碱式氯化铝最佳盐基度在40%-85%之间。

（3）三氯化铁

1）固体三氯化铁为黑棕色结晶，大部分为薄片状，属于六方晶系，吸湿性强，易溶于水。三氯化铁水溶液稀释时，能水解生成棕色絮状氢氧化铁沉淀，其水解与浓度有关。

2）三氯化铁腐蚀性强，不仅对金属有腐蚀，对混凝土也有较强腐蚀，使用中要有防腐措施。

3）三氯化铁混凝效果受温度影响小，絮粒较密实，适用原水的PH约在6.0-8.4之间。

（4）硫酸亚铁

O 在水中溶解时，将分解成二价铁离1）硫酸亚铁又称绿矾，分子式FeSO4·7H

2

子和硫酸根离子，二价铁离子与水中碱度反应生成氢氧化亚铁，而二价铁化合物是一种可溶性物质，絮凝速度很慢，且受PH值严格限制，因此一般需使其氧化成氢氧化铁。

2）理论上当PH≥7时，二价铁可氧化成三价铁，但实际上却很难被完全氧化。因此只有PH大于8.5，且原水有足够碱度和氧存在时应用硫酸亚铁絮凝才有较好效果。

3）当水中溶解氧不足时，硫酸亚铁水解形成氢氧化铁胶体的过程很缓慢，此时可投加强氧化剂氯，直接将亚铁变为高铁。

（5）聚合硫酸铁

1）其絮粒形成速度快，颗粒密度大，沉降速度快，对于COD、BOD、色度等有一定去除效果，对于处理水的温度和PH值适应范围很广，原料价格低廉，生产成本较低。

2.助凝剂

水厂内常用的助凝剂为聚丙烯酰胺、活化硅胶。

（1）聚丙烯酰胺（PAM）

无色无味无臭，能溶于水，没有腐蚀性。在常温下比较稳定，高温时易降解，并降低絮凝效果。投加量一般以原水混凝试验或水厂的生产运行经验确定。由于产品中含未聚合的丙烯酰胺单体和游离的丙烯晴而有极微弱的毒性。生活饮用水的标准中规定丙烯胺含量应小于0.5μg/L。一般规定，聚丙烯酰胺允许投加量每年使用时间超过1个月的不得超过1mg/l，每年使用不超过1个月的，不得超过2mg/L。

（2）活化硅酸

活化剂的用量即加酸量多少一般不以PH控制，而以加酸后的水玻璃溶液剩余碱度来控制。

4.2.3影响混凝效果主要因素

影响混凝效果的因素很多，但以水力条件、PH值、碱度、水温和混凝剂投加量最为主要。

1.水力条件

（1）对混合的要求

混合要求快速、充分。因为混凝剂水解作用的时间极为短促，缓慢、不恰当的混合将导致投药量增加、反应效果不好。一般混合时间要求为10~30s。

（2）对絮凝的要求

1）控制好流速，絮凝池的流速一般要求由大变小，在较大的流速下，使水中的胶体颗粒发生充分碰撞吸附；在较小的流速下，使胶体颗粒能结成较大的絮粒。

2）充分的絮凝时间和必要的速度梯度。速度梯度就是水在絮凝水中流动时，靠近池壁、池底的流速或靠近中心或水面的流速是不同的，在非常靠近的两层水流之间的流速差就叫速度梯度，用“G”表示。G值大，颗粒相互碰撞的机会就增多，混凝效果可以好些，但G值过大也不好。同时，絮凝时间对混凝效果

也有很大影响，絮凝时间长则颗粒的碰撞机会就多。所以絮凝效果应决定于GT 值。

2.PH值

PH值对混凝的影响很大。混凝剂加入水中后要形成氢氧化物才能起混凝作用。但氢氧化物能否以胶体状态存在水中，则要看水的PH值。例如氢氧化铝只有当PH值在6.5~7.5时，氢氧化铝的溶解度最小，水中就有有利条件形成大量的氢氧化铝胶体，混凝效果就好。

3.碱度

碱度是指水中能与强酸相作用的物质含量，在水中主要指重碳酸根、碳酸根、氢氧根等。

混凝剂加入水中后由于水解作用，氢离子的数量就会增加。如果这时水中有一定的碱度去中和，PH只就不会降低。所以在水中缺碱度时必须向水投加石灰等碱性物质，以提高水中PH值。

4.水温

水温低，化学反应慢，影响混凝剂的水解，水中杂质和氢氧化物胶体之间彼此碰撞机会也减少；水温低，水的粘度大，颗粒下降阻力增加，絮体不宜下沉。提高低温水的混凝效果常用方法是适当增加混凝剂投加量或增加投加助凝剂。

5.其他方面

混凝剂品种、投药量、配制浓度、投药方式也影响混凝效果。

4.2.4混凝剂的配制和投加

1.混凝剂溶解池和溶液池

混凝剂有固体和液体之分。固体混凝剂也要将固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中。

溶解设备一般建造溶解池并配以搅拌装置。常用的搅拌装置有机械搅拌、压缩空气搅拌、水力搅拌。

溶液池是配置一定浓度溶液的设施。通常用耐腐泵或自流将溶解池内的浓药液送入溶液池，同时用自来水稀释到所需浓度以备投加。

溶解池容积一般为溶液池的20%~30%。

2.混凝剂投加

混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。根据不同投药方式或投药量控制系统，所用设备也有不同。

（1）计量设备

药液投入原水中必须有计量设备，并能随时调节。计量设备多种多样，如：转子流量计、电磁流量计、苗嘴、计量泵等。

（2）投加方式

投加方式：水泵前投加，虹吸投加，水射器投加，加药泵投加

3．投加量自动控制

最佳投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量

一般采用混凝搅拌试验，确定最佳混凝剂投加量，然后进行人工调节。

自动控制方法有以下几种：

数学模型法：需要大量的生产数据、涉及仪表多

现场模拟试验法：根据试验结果反馈到投药，仍有一定滞后。

流动电流检测器（SCD）：流动电流是指胶体扩散层中反离子在外来作用下随流体流动而产生的电流。

絮凝监测器：利用光电原理检测水中絮凝颗粒变化

4.2.5、混合及混合设备

水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。

管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间2－3秒

机械混合：搅拌

4.2.6、絮凝设备

?隔板絮凝池：

由往复式和回转式两种

水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。

往复式总水头损失一般在0.3－0.5m，回转式的水头损失比往复式的小40％左右。

特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂

?折板絮凝池：

通常采用竖流式，分同波折板和异波折板。

折板可以组合应用。例如，前部异波、中部同

波、后面平板，这样组合有利于絮凝体逐步成

长而不易破碎。

同波折板：折板波峰对波谷平行安装。

异波折板：波峰相对安装。

?网格（栅条）絮凝池：

其平面布置由多格竖井串联而成。进水流顺序从一格流向下一格，上下交错流动，一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。

?机械絮凝池：

浆板式和叶轮式

水平轴式和垂直轴式

调节容易，效果好，大、中、小水厂均可

但维修是问题。

4.3沉淀和澄清

4.3.1沉淀池和澄清池形式

1.沉淀池形式

按沉淀池的水流方向可分为竖流式、平流式、辐流式。

竖流式不常用；辐流式沉淀池多采用圆形，池底做成倾斜，水流从中心流向周边，流速逐渐减小。辐流式沉淀池主要被用于高浊度水的预沉。

2.澄清池形式

澄清池是利用池中积聚的泥渣与原水中杂质颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的净水构筑物，可较充分发挥混凝剂的作用，提高澄清效率。

澄清池按泥渣的情况，一般分为泥渣循环（回流）和泥渣悬浮（泥渣过滤）等形式。泥渣循环（回流）型常有的形式为机械搅拌澄清池、水力循环澄清池；泥渣悬浮型常有形式为脉冲澄清池、悬浮澄清池。

4.3.2平流式沉淀池

构造：进水区、沉淀区、存泥区、出水区

（1）进水区

进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动，为防止絮凝体破碎，穿孔墙孔口流速不宜大于0.15-0.2m/s。

（2）沉淀区

沉淀区的高度一般约3~4m；长度L决定于水平流速V和停留时间T，即L=VT；沉淀区的宽度取决于流量Q、池深H和水平流速V，即B=Q/HV

（3）出水区

沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出，目前一般采用指形堰出水。

（4）存泥区和排泥措施

排泥方式有斗形底排泥、穿孔管排泥、机械排泥。

4.3.3斜板与斜管沉淀池

斜管沉淀池是把与水平面成一定角度（60°）的众多斜板放置于沉淀池中构成。水从下向上流动（也有从上向下、水平向流动），颗粒沉于斜板底部。清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥在池底用穿孔排污管收集，排入下水道。

4.3.4机械搅拌澄清池和水力循环澄清池

1.机械搅拌澄清池：主要由第一絮凝室和第二絮凝室及分离室组成。上部是圆筒形，下部是截头圆锥形。加过药剂的原水在第一絮凝室和第二絮凝室内与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室

中进行分离。

2.水力循环澄清池：主要由进水管、喷嘴、喉管、喇叭口、第一絮凝室、第二絮凝室、泥渣浓缩室、分离室组成。原水与回流泥渣在喉管中剧烈混合后，送入第一絮凝室和第二絮凝室。流出的泥水混合液在分离室中进行泥水分离。清水向上，泥渣一部分进入泥渣浓缩室，一部分吸入喉管重新循环。

4.3.5高密度澄清池

主要由絮凝区、推流区、沉淀区、浓缩区、泥渣回流系统、剩余泥渣排放系统组成。

加注混凝剂的原水经快速混合后进入絮凝池，并与沉淀池浓缩区的部分沉淀泥渣混合。在絮凝区中加絮凝剂完成絮凝反应。絮凝采用螺旋搅拌器。水以推流方式进入沉淀区。在沉淀区中泥渣下沉，澄清水进一步经斜管分离后由集水槽收集出水。沉降的泥渣在沉淀池下部浓缩，浓缩泥渣的上层用螺杆泵回流与原水混合，底部多余的泥渣由螺杆泵排出。

4.4过滤

4.4.1概念

过滤：水流通过粒状材料或多孔介质以去除水中杂物的过程称过滤。

滤料：用以进行过滤的粒状材料，一般有石英砂、无烟煤、重质矿石。

4.4.2滤池的分类：

1.按滤速不同分类：快滤池、慢滤池；

2.按滤料和滤料组合分类：单层滤料滤池、双层滤料滤池、三层滤料滤池；

3.按过滤流向分类：上向流滤池、下向流滤池；

4.按控制方式分类：普通快滤池（单阀、双阀、四阀、鸭舌阀）、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池、V型滤池、翻板滤池；

5.按冲洗方式分：单纯水冲洗（含小阻力、中阻力、大阻力）、气水反冲洗、水冲洗与表面冲洗滤池。

4.4.3滤池运行中的主要指标：

1.滤速：每平米滤池面积在1h内滤过的水量，m/h表示。

2.水头损失：滤层上面水位与过滤后水位之间的高差，m表示。

3.冲洗强度：滤池反冲洗时，单位滤池面积上冲洗水或气得流量，q表示。

4.膨胀率：冲洗前滤料厚度与冲洗时滤料膨胀后的厚度之比，%表示。

5.杂质穿透深度：过滤时，若从滤料中某一深度取的水样恰好达到了过滤后的水质要求，该深度就是杂质穿透深度，m表示。

6.滤料含污能力：滤池内单位面积滤料在一个周期内所截留的杂质重量，以kg/m3表示。

7.工作周期：滤池两次冲洗间隔实际运行时间，h表示。

4.5消毒

消毒的对象：消除水中致病微生物，包括病菌、病毒及原生动物胞囊。

消毒方法：氯、二氧化氯、臭氧、紫外线。

4.5.1液氯消毒：

1．氯气物理性能：黄绿色气体、有刺激性气味、有毒。易气化、易溶于水。

2．液氯消毒原理：氯溶于水生成次氯酸和氯化氢；次氯酸部分离解成次氯酸

根和氢离子。 其消毒作用的是次氯酸。它可以深入细菌内部氧化破坏细菌的酶系统使细菌死亡。次氯酸根带负电荷，难以接近带负电荷的细菌表面，杀菌能力比次氯酸差得多。

3．加氯量：水中加氯量分为需氯量和余氯量。

需氯量：是指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗部

分。

余氯量：是指为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持

少量剩余氯。

我国规定出厂水游离性余氯在接触30min 后不应低于0.3mg/l ，在管网末梢

不应低于0.05mg/l 。

（1） 一般加氯量：设计加氯量应根据试验或相似条件下水厂的运行经验，按最大用量确定，并使余氯量符合要求。一般水源的滤前加氯为1.0~2.0mg/l ；滤后或地下水加氯为0.5~1.0mg/l ；氯与水接触时间不小于30min 。

（2） 折点加氯：

折点加氯工艺多用于污染比较严重的水源，对去除水的嗅、味、色度效

果很好。

当水中氨氮等含量较高时，可采用折点加氯。即控制加氯量超过水中剩余

氯曲线从下降又上升的转折点的加氯方法。

○

1

H

○

2 B

0 M 加氯量(mg/l) 0 A 加氯量(mg/l)

图1 加氯量与剩余氯量的关系 图2 折点加氯

当水的污染程度较严重时，而且水中的有机物及还原性物质的成分主要是

氨和氮的化合物，情况就比较复杂了。如图2所示，当需氯量OA 满足以后，随着加氯量的增加，剩余氯也增加，当剩余氯增至峰点H 时，A-H 段主要是NH 2Cl(一氯胺)和一定量的NHCl 2(二氯胺)，此时氯与氨的重量比理论值为4:2:1.A-H 段称之为氯胺消毒。

继续加氯，水中的氯胺（NH 2Cl 、NHCl 2）逐渐被氧化成不起消毒作用的氮

气和其他化合物，剩余氯逐渐下降，最后降至B 点，水中的剩余氯全部被消耗，最低点B 称之折点。

再继续加氯，水中的余氯从折点B 又重新上升，此时新增加的余氯几乎都

是游离余氯（HOCl ），这是消毒能力最强的成分。这就是折点加氯的全过程。

4．加氯机：保证液氯消毒时的安全和计量正确。目前常用的加氯机有转自加余氯mg/l 余氯mg/l

氯机、自动真空加氯机、自动真空加氯系统。

5．液氯蒸发器：提高氯瓶出氯量，并保证加氯系统均衡均衡投加的辅助装置。

6．漏氯吸收装置：以对氯吸收较快且经济的氢氧化钠溶液作为与氯化合的药剂。生成较稳定的次氯酸钠、氯化钠和水。

4.5.2二氧化氯消毒

1）二氧化氯性质：常温常压下深绿色气体，刺激性气味、有毒、易爆炸、易溶于水，水溶液为黄绿色，随浓度的增加转成橙红色。

2）消毒原理：二氧化氯既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，对细菌的膜壁有较强的吸附和穿透能力，破坏细菌内含硫基的酶，从而迅速灭活细菌。

3）二氧化氯的优点：杀菌能力比氯强，相同条件下投加量比氯少，余量在管网中保持较长时间，不水解，收PH值影响较小。

4）制取和投加：

1.制取：可用氯酸钠和硫酸制取，也可用氯酸钠和盐酸制取。这两种方法制取的二氧化氯纯度可达75%，成本低，但投资大，耗电，产品有效转化率通常只有50%。除此之外还可才用亚氯酸钠和盐酸（硫酸）制取，制取的二氧化氯纯度大于95%，不存在自由氯，不会产生三氯甲烷，理论上亚氯酸钠转化率80%，设备一次投资少，运行安全可靠，但原料价格较贵。

2.投加：

二氧化氯用于预处理时，为达到除藻、去铁、去锰效果，一般应在混凝剂加注前5min左右投加。

二氧化氯用于除臭或出厂饮用水消毒时，投加点设在滤后。与水接触时间应不小于30min。

在管道中投加，采用水射器，水射器设置尽量靠近加注点。在水池中投加，采用扩散器或扩散管。投加浓度必须控制在防爆浓度一下，水溶液浓度可采用6~8mg/l。

4.5.3其他消毒法

其他消毒法有氯胺消毒、漂白粉消毒、次氯酸钠消毒、紫外线消毒。

4.6清水池

4.6.1清水池功能

一般情况下，水厂的取水构筑物和净水厂规模是按最高日平均时设计的，而配水设施则需满足供水区的逐时用水量变化，为此需设置水量调节构筑物，以平衡两者的负荷变化，清水池就是起该作用的水量调节构筑物之一。同时，还起消毒接触池的作用，在容积计算上，应满足消毒接触时间的要求。

4.6.2清水池的组成

主要有进水管、出水管、溢流管、排水管、透气孔、检修孔、导流墙和池顶覆土等部分组成。布置应保证池水能经常流通，避免死水区。

五、饮用水生物预处理

5.1生物预处理基本概念

常规处理的水质不能符合生活饮用水水质要求时，需进行预处理或深度处理。

预处理：是指在常规净水工艺之前增设的处理工艺，预处理方法有预沉淀、化学氧化、活性炭粉末吸附。

生物预处理：是借助微生物群体的新陈代谢活动，对水中氨氮等含量较高的有机污染物进行氧化分解，同时也对水中COD、色度、臭味、藻类、铁、锰等部分去除。

5.1.1基本原理

基本原理是进行人工充氧，强化好氧微生物繁殖孳生条件，形成生物膜。当原水进入生物处理构筑物时，在足够的充氧条件下，与附着生长在填料表面的生物膜不断接触，通过微生物自身生命代谢活动——氧化、还原、合成、分解等过程，以及微生物的生物絮凝、吸附、氧化、硝化、生物降解等作用，使水中许多有机污染物逐渐转化和去除。

5.1.2影响生物预处理的因素：

1.温度（低温时微生物活性受抑制）；

2.停留时间；

3.PH值和余氯（最佳PH6~8之间）；

4.溶解氧

5.2弹性填料生物预处理

弹性填料生物预处理是以弹性立体填料作为生物载体处理微污染原水的一种方法。

5.3悬浮填料生物预处理

悬浮填料生物预处理的悬浮填料由聚丙烯为原料，填料可随水流在曝气区和非曝气区翻腾，不需安装填料支架。

5.4颗粒填料生物预处理

与砂滤池相似，也称淹没式生物滤池。与砂滤池主要差异是滤料改为适合生物生长的颗粒填料以及增加了充氧用的布气系统。

生物滤池的运行可采用上向流也可以采用下向流方式，或两者交替运行，以提高滤池的处理能力和对污染物的去除效率。颗粒填料应用最多的是页岩陶粒。

布置：颗粒填料生物接触氧化滤池由配水系统、配气（布气）系统、生物填料、承托层、冲洗排水槽以及进、出水管道及阀门组成。

六、饮用水深度处理

6.1臭氧——活性碳处理

臭氧活性碳处理，也称生活活性炭法（BAC），它是利用臭氧氧化、颗粒活性炭吸附和生物降解所组成的净水工艺。

6.1.1臭氧——生物活性碳工艺在供水处理中的应用

1.臭氧单独使用：

主要有两种方法：

一是消毒，将臭氧作为生活饮用水或游泳池的消毒原料。

二是在混凝沉淀池前投加臭氧，作为常规处理的预处理，作用是氧化铁、锰，去除色度和臭味，改善絮凝和过渡效果，取代前加氯，减少氯消毒副产物，以及促进有机物的氧化降解。

2.臭氧——生物活性碳的工艺流程：

工艺流程也分为两种：

一是过滤后投加，然后经活性炭吸附再经消毒后出厂；

二是在沉淀后投加，然后经活性炭吸附，再经过滤、消毒后出厂。

6.2臭氧系统

组成：1.气源系统；2.臭氧发生系统；3.臭氧与水接触反应系统；4.尾气处理系统。

6.3活性炭吸附处理系统

6.3.1活性炭吸附机理

（1）吸附作用：活性炭的吸附作用是指水中污染物质在活性炭表面富集或浓缩的过程。

（2）吸附特性：活性炭能去除水中部分有机微污染物（常见的有：腐殖酸、异臭、色度、农药、烃类有机物、有机氯化物、洗涤剂、致突变物质及氯化致突变前驱物）；活性炭也能去除水中部分无机污染物（如某些金属离子及其他化合物、剩余的氯和氯胺、将氰化物氧化为无毒的氰酸盐、某些放射性元素）。

6.3.2活性炭的性能指标

活性炭的吸附能力主要由孔隙结构和表面化学性质决定。

6.3.3活性炭处理工艺流程：

(1)预氧化+常规处理+臭氧化生物活性碳：

O 3臭氧预氧化

(2)生物预处理+常规处理+臭氧化生物活性碳：

(3)絮凝沉淀+臭氧化+砂滤+生物活性碳：

原水

澄清 砂滤 臭氧氧化 生物活性碳滤池

消毒

出水 原水

生物预处理 混凝沉淀 砂滤 O 3臭氧化 生物活性碳滤池 消毒 出水 原水 絮凝沉淀 O3臭氧化 砂滤 生物活性碳滤池 消毒 出水

(4)地下水曝气+常规处理+臭氧氧化生物活性碳：

6.4膜分离技术 膜分离技术：可分为反渗透（RO ）、纳滤（NF ）、超滤（UF ）、微滤（MF ）。

作为生活饮用水处理，除采用海水作原水外，通常采用微滤（MF ）、超滤（UF ）或纳滤（NF ）。

原因是RO 不仅操作压力高，能耗大，而且在去除水中2，也能把有益于人体的元素去除。

MF 或UF 可截留水中悬浮物、胶体、细菌、病毒等，操作压力较低，但对溶解性小分子物质不能去除，对水中有机物去除率很低。

因此，当水中含有溶解性有机物时，或者采用NF ，或在应用UF 的同时，辅以臭氧和粉末活性炭。

NF 的膜选择性介于RO 和UF 之间，使它不仅可以对水质软化和适度脱盐，还可有效去除原水中传染病毒、低分子有机物（杀虫剂）、高价重金属等，并可在较低压力下运行。因此，纳滤膜已成为生产生活饮用水的首选膜。

6.4.1膜处理的优缺点：

优点：1.水质优良；2.用药少；3.占地面积少；4.由于压力做驱动力，便于实现自动化，管理人员少，运行管理简单；5.反洗水可重复利用。

缺点：一次性投资大；膜污染。

膜污染是指当被处理水通过膜时，水中的一些物质吸附或沉降在膜表面及膜孔中，导致过滤时膜阻力增加，严重时可使膜完全堵塞。

有效控制、减缓膜污染的措施主要有：1.压缩空气及化学剂反洗；2.投加臭氧与活性炭；3.预絮凝；4.其他：如前置一个预过滤器；采用间歇曝气；强化前处理工艺等。

6.5水厂应急处理技术

城镇供水安全，包括水源地的安全、水厂和泵站的安全、输配水管网和二次供水的安全等。

安全的标志是水量保证和水质安全。

供水水质安全性一是要保证供水水质不给人体带来短期或长期的健康危害；二是指供水系统在遭受突发性事故威胁时具有良好的预防、保护、应急和恢复功能。 水厂应急处理技术是指在水源发生突发性水质污染事故时应采取的技术对策。对于常规处理工艺来说，一般都应有投加粉末活性炭或投加高锰酸钾的应急储原水（含铁锰地下水）

曝气 混凝沉淀 O3臭氧化 生物活性碳滤池

消毒 出水

备。

6.5.1投加粉末活性炭

作用：对去除水中臭味和色度有明显效果；有助于对藻类的去除；可使高锰）明显降低；还可以对水中的酚类及芳香族化合物、农药、消酸钾盐含量（COD

Mn

毒副产物及前提物都有很好的去除效果。

粉末活性炭种选择：有煤质活性炭和木质活性炭之分。一般认为煤质活性炭更易沉降而且价格便宜。

投加量：需经过试验确定，在确定处理目标后，可通过吸附曲线确定最佳投加量。

投加点：（3种）1.水源吸水井投加；2.混合前投加；3.絮凝初期投加。

6.5.2投加高锰酸盐

作用：高锰酸盐是一种强氧化剂。对锰的去除、对色度、臭味的去除、对有机污染物的去除、对藻类的去除都有较好的去除效果。

投加点：通常在混合工序先投加高锰酸盐，再投加混凝剂；长距离输水时，也可在取水水源处投加。

投加量：应根据主要去除对象经过试验对比确定。

投加方法：投加系统由药剂配置和投加两部分组成。通常将固体高锰酸钾加水稀释成浓度为2%~5%的溶液，然后投加。

6.5.3其他应急处理技术

其他技术有：颗粒活性炭砂滤池改造法、化学沉淀法、对还原性污染物的化学氧化法等。

七、除铁除锰除氟

7.1除铁除锰方法：

1.除铁方法：主要有曝气氧化法、氯氧化法、接触过滤氧化法等。

2.除锰方法：主要有高锰酸钾氧化法、氯接触过滤法、生物固锰除锰法等。7.1.1影响除铁除锰的主要因素：

1.铁和锰在处理过程中相互干扰；

2.水中溶解硅酸的影响（硅酸盐在曝气氧化除铁系统中能与氢氧化铁表面进行化学结合）；

3.碱度、PH值的影响（水的PH值越高，越有利于反应向铁锰氧化方向进行）；

4.有机物的影响（吸附的难以被氧化的有机质铁锰络合物降低滤料的催化作

用和氧化再生能力）。

7.1.2工艺流程：

1.除铁工艺流程： Cl

2

(1)空气自然氧化法：原水曝气沉淀池滤池除铁水 PAC

Cl

2 Cl

2

(2)氯氧化法：原水絮凝池沉淀池滤池除铁水

(Fe＞2mg/l)

Cl

2

(3)接触氧化法：原水曝气装置接触过滤池除铁水

空气自然氧化不需投加药剂，滤池负荷低，运行稳定，原水含铁量高时仍可采用，但不适合用于溶解性硅酸含量较高及高色度地下水。

氯氧化适应能力强，几乎实用一切地下水。

接触氧化不需投药、流程短，出水水质良好稳定，但不适用于含还原物质多、氧化速度快以及高色度原水。

2.除锰工艺流程：

KMnO4

(1)高锰酸钾氧化法：絮凝沉淀过滤除锰水

Cl

2

(2)氯接触过滤法：过滤除锰水

空气

(3)生物固锰除锰法：曝气生物过滤除锰水

3.除铁、除锰工艺流程：

硫酸铝

Cl

2

(1)含铁含锰原水：絮凝池沉淀池除铁滤池

除锰除铁水除锰滤池

空气 Cl

2

(2)含铁含锰原水：除铁滤池除锰滤池除铁除锰水

空气 KMnO4

(3)含铁含锰水：除铁滤池除锰滤池除铁除锰水