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5铁锰：

自然氧化、接触氧化法

6水中钙、镁：

软化

7水的冷却

15章混凝

混凝：

水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程，目的：

投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚形成大矾花。

凝聚：

胶体失去稳定性的过程。

絮凝：

脱稳胶体相互聚集。

混凝是凝聚和絮凝的总称。

胶体稳定性概念：

系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

分类：

动力学稳定（颗粒布朗运动对抗重力影响的能力）、聚集稳定（粒子之间不能相互聚集的特征）

胶体特征：

1胶体粒子很小、比表面积大而表面能很大

2胶体稳定而不沉淀

3使水产生浑浊

4胶体表面带电，同性电荷斥力、水化膜

稳定性主要原因：

微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电作用、胶体颗粒表面的水化作用

胶体双电层结构：

胶核、胶粒（带电）、胶团（中电性）

混凝机理1压缩双电层机理：

加入电解质，产生压缩双电层作用，使ζ电位（ζ电位）下降，从而胶体颗粒失去稳

定，产生凝聚现象。

2吸附电中和机理

3吸附架桥机理：

高分子物质在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附架桥作用

4沉淀物的网捕和卷扫机理：

当铝盐或铁盐混凝剂投加量很大而形成大量氢氧化物时，可以网捕、卷扫水

中胶粒以致产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。

混凝剂

基本要求：

混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足，价格低廉、新型药剂的卫生许可、借用

同类水厂使用经验

种类无机混凝剂铝系硫酸铝：

固、液两种形态，固态硫酸铝有精制粗制两种

聚合铝聚合氯化铝（PAC,淡黄色或黄色）、聚合硫酸铝（PAS）

PAC优点1形成絮凝速度大，絮凝体大而密实，沉降性能好

2投加量比无机盐类混凝剂低

3对原水水质适应性好

4最佳混凝PH值范围较宽

5由于盐基度比无机盐类高，有配置和投加过程中药业对腐

蚀性小，处理化水PH值和盐碱度变化小

碱化度：

羟基OH与铝Al的摩尔数之比通常称为碱化度B。

如[Al2（OH）n·

Cl6-n]m在制备过程中m=5,n=4该聚合铝的

碱化度B=（4×

5）／（3×

2×

5）=66.7%

Al2（SO4）3在不同条件下的产物：

当PH<

3时，Al3+的存在形态[Al（H2O）]3+简单的水合铝离子起压缩双电层作用；

当

PH=6.5～7.5Al（OH）3多核羟基络合物起吸附电性中和作用；

当PH>

8.5

[Al（H2O）6]3+氢氧化铝起吸附架桥作用

铁系三氯化铁：

具有金属光泽的褐色结晶体，三价铁使用的PH值范围较宽，形成的

絮凝体比铝盐絮凝体密室；

处理低温或低浊度水的效果优于硫酸铝。

但三氯化铁腐蚀性强，且固体产品易吸水潮解，不易保管。

硫酸亚铁：

FeSO47H2O固体是半透明绿色结晶体，俗称绿矾

聚合铁：

聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）

有机高分子混凝剂：

天然、人工合成（聚合电解质聚合电解质按基团带电抢矿分：

阳离子型、阴离

子型、两性型、非离子型）聚丙烯酰胺（PAM）

助凝剂当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂成为～

常用助凝剂种类：

酸碱类、氧化剂类、改善絮体结构

异向絮凝：

有布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称～，其絮凝速率决定于碰撞速率（絮凝速率=-1/2碰撞速率）

同向絮凝：

有流体运动所造成的颗粒碰撞聚集成～，其絮凝速率影响因素，相邻两流层流速增量及垂直水流方向的

量流层之间距离

费克定律：

单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率Np=8πdDBn2，斯笃克斯-爱因斯坦公式：

扩散系数

故

（n-颗粒数量浓度，个/cm2；

d-颗粒数量浓度；

DB-布朗运动扩散系数，cm2/s;

K-波兹曼常数=1.38×

10-16g·

cm2/s2·

K；

T-谁的绝对温度，K；

ν-谁的运动粘度，cm2/s；

ρ-水的密度，g/cm3；

）；

速度梯度

（Δu-相邻两流层的流速增量，cm/s；

Δz-垂直于水流方向的两流层之间距离，cm），速度梯度可通过一个瞬间受剪而扭转的单位体积水流所耗功率来计算，即G=p/τ，τ=μG,pV=ρgQh，V=QT，得

（p-单位体积流体所好功率，W/m3；

τ-剪力,N；

μ-水的动力粘度，Pa·

s，ν-水的运动粘度，m2/s，g-重力加速度，9.8m/s2；

h-混凝设备的水头损失m；

T-水流在混凝设备中的停留时间，s）

混凝控制指标混凝过程：

自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，在工艺上称～

混凝搅拌目的：

使药剂快速均匀的分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱温。

控制要求：

在10～30s至多不超过2min，G在700～1000s-1

絮凝阶段动力：

机械或水利搅拌

目的：

使脱稳胶体碰撞聚集

要求：

有一定强度，但不能过大，平均G=20～70s-1范围内，平均GT=1×

104～1×

105范围

影响混凝效果主要因素水温1无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难，生成的絮凝体松

2低温水的粘度大，使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

3胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚

4水温低时PH值高

提高水温方法：

增加混凝剂投加量、投加高分子助凝剂

PH值去除浊度，PH=6.5～7.5，氢氧化铝的吸附架桥和羟基配合物的电性中和作用

去除色度，PH=4.5～5.5

铝盐适宜PH=6.5～7.5

三价铁混凝剂适宜PH=6.0～8.4，硫酸亚铁PH在8.5以上（溶解氧、氯化法）

碱度铝盐水解过程不断产生H+故要投加碱剂，每投加1mmol/L的Al2（SO4）3,需石灰

3mmol/L的CaO，[CaO]=3[a]-[x]+[δ]（纯石灰CaO投量mmol/L=混凝剂投量

mmol/L（含纯铝盐量）-原水碱度mmol/L+保证反应顺利进行的剩余碱度mmol/L

（2.5～0.5mmol/L（CaO）））例题P271三价铁盐需CaO1.5[a]

水中悬浮物浓度的影响浊度大小决定混凝剂的投量和矾花核心

提高低浊度原水的混凝效果措施1在投加铝盐或是铁盐的同时投加

高分子助凝剂

2投加矿物颗粒以增加混凝剂水解

产物的凝结中心

3采用直接过滤法

高浊度水，为减少混凝剂用量，通常投加高分子助凝剂

高浊度水和低浊度水所需的混凝剂量都较大

混凝剂的溶解和溶液配制：

大、中型水厂通常建造混凝土溶解池并配以搅拌装置，搅拌为了加速药剂溶解。

搅拌装置：

机械搅拌、压缩空气搅拌、水力搅拌（自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶，一般仅

适用于中、小型水厂和易溶混凝剂）等

溶解池体积W1=（0.2～0.3）W2（溶液体积）池顶高度约0.2m左右

Q-处理水量，m3/ha-混凝剂最大投加量，mg/lc-溶液浓度，一般去5%~20%（按商品固体重量

计）n-每日调制次数，一般不超过3次。

混凝剂投加要求：

投量准确，易调解

设备：

计量设备（转子流量计、电磁流量计、苗嘴、计量泵）、药业提升设备、投药箱、必要的水封箱、

注入设备

投加方法湿氏投加法优点：

用量准确、适应性强

缺点：

设备庞大，占地达，造价高；

投药量徒增，不易调节排渣困难

干氏投加法优点：

占地小，易调节排渣

投量不准确，块状药剂须破碎、需增设破碎机

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：

安全可靠，但溶液池位置较高，适用于取水泵房距水厂较远者

3水射器投加：

设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，易磨损

4泵投加（计量泵、离心泵配上流量计）：

适用于混凝剂自动控制系统

混凝剂投加量自动控制：

1）数学模型法：

易获得最佳投药量，只适用于特定原水条件，不具备普遍性，

涉及水质仪表较多，投资较大

2）现场模拟试验法

3）特定参数发：

流动电流检测器（SCD）法、透光率脉动法即属特性参数法

混合设备水泵混合：

药剂投加在取水泵吸水管或吸水喇叭口处，适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者

兼具不宜大于150m

管式混合：

药剂直接投入水泵压水管中以借助管中流速进行混合，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，种类：

管式静态混合器（混合器内安装若看个固定混合单元）、

扩散混合器（在管式孔板混合器前加装一个锥形帽，锥形帽夹角90°

、孔板流速1.0～1.5m/s、

混合时间2～3s、混合器管长不小于500mm、水头损失约0.3～0.4m）

机械混合：

混合效果好，不受水量变化影响，增加机械设备并相应增加维修工作

在池内按章搅拌装置（浆板式、螺旋桨式、透平式），搅拌功率按产生的速度梯度为700～100s-1

混合时间10～30s，最大不超过2min

絮凝设备水力搅拌式隔板搅拌絮凝池适用于：

大中型水厂

特点：

构造简单，管理方便；

但流量变化大的絮凝效果不稳定，絮凝时间较

长，池子容积较大

分为往复式、回转式往复式

设计参数：

往复式总水头损失在0.3～0.5m左右，回转式比往复式小40%，

廊道流速起端0.5～0.6m/s末端0.2～0.3m/s,流速段分4——6

段，转弯处过水断面面积应为廊道的1.2～1.5倍，絮凝时间一

般20～30min，隔板净距一般不大于0.5m，池底应有0.02～0.03

坡度并是直径不小于150mm的排泥管设计计算

折板絮凝池同波折板、异波折板（单通道、双通道）

折板间距由水流速度决定，分段数不应少于3段：

第一段：

0.25～0.35m/sG=8s-1,t≥240s

第二段：

0.15～0.25m/sG=50s-1,t≥240s

第三段：

0.10～0.15m/sG=25s-1,t≥240s

折板夹角采用90°

～120°

，宽度0.5m左右，长度0.8～1.5m，相对

折板间距=平行折板间距，絮凝时间在10min至15min间

机械搅拌式电动机经减速装置驱动搅拌器（浆板式、推进式、涡轮式、锚式），根据搅拌轴的安装位置分

水平轴（用于大型水厂）和垂直轴（中、小型水厂）

相对线速度约为旋转速度0.5～0.75倍，絮凝时间一般15～20min，池内一般设3～

4挡搅拌机，搅拌机叶轮线速度宜自第一挡的0.5m/s起逐渐减少至末挡的0.2m/s，

每台搅拌器上浆板总面积宜为水流截面积的10～20%，不宜超过25%，浆板长度不大

于叶轮直径75%，宽度宜取10～30cm

习题：

P286-3

16章沉淀和澄清

沉淀：

水中悬浮颗粒依靠重力作用，从说中分离出来的过程。

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（严格而言，自由沉淀

是单个颗粒在无边际的水体中的沉淀）

拥挤沉淀：

颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或受到容器壁干扰，虽然其粒度和第一中相同，但沉淀速度却较小

肯奇沉淀理论：

高度为Ht、均匀浓度为Ct的沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀管中所含悬浮物量相等，即Ct=C0H0/Ht。

交界面下沉速度

理想沉淀池假定条件：

1颗粒处于自由沉淀状态（颗粒间互不干扰，颗粒大小形状和密度不年，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

3颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中

水平流速ν=Q/（hoB）

ν-水平流速，m/s；

Q-流量，m3/s；

ho-水流截面A-B的高度，m；

；

B-水流截面A-B的宽度，m

水力停留时间t=L/ν=ho/uo颗粒的截留沉降速度uo=Q/LB=Q/A

L-沉淀区的车长度，m；

ho-沉淀区的水深，m；

t-谁在沉淀区的停留时间，s；

Q/A成为“表面负荷”或“溢流率”（即单位时间单位面积沉淀水量），如上式说明，表面负荷在数

值上等于截流沉速

特定颗粒（ui<

u0）去除率公式E=ui/u0=ui/（Q/A）故悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负

荷有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关）

上式说明：

1当去除率一定时，颗粒沉速ui越大则表面负荷也越高，亦即产水量越大；

或者当产水量和表

面积不变是ui越大，则去除率E越高。

颗粒沉速的大小与混凝效果有关，故生产上一般均重视混凝工艺

2颗粒沉速一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。

当沉淀容积一定时，池身浅些则表面

积大些，去除率可以搞些，此即“浅池理论”总去除率公式P294，对于絮凝沉淀去除率P297

絮凝性颗粒的沉淀絮凝颗粒沉淀实验1沉淀筒构造，高2～3m，5～6个取样口

2ti时间，不同高度悬浮物浓度Ci

3计算各浑度处的颗粒物去除率

4绘制去除百分数等值线

5凝聚性颗粒的去除百分数计算时间t0（选在曲线与横坐标相交处）,u0=h/t0

u>

u0全部去除，u<

u0时，u/ui的去除

去除百分数等值线：

以沉淀筒取样口高度h为纵坐标，以沉降时间t为横坐标，将各个深度的颗粒

去除百分数的数据点绘在坐标纸上，把去除百分比p相同的各点连成光滑曲线，

这样的曲线称～。

它代表着，对应所指明去除百分数时，去除水样中不复存在的颗粒的最远沉降途径。

深度与

时间的比值则为指明去除百分数时的颗粒的最想平均沉速。

平流沉淀池沉淀效果影响因素实际水流状况对沉淀效果的影响：

短流（实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，

表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t0，而另一部分水流则大于t0的现象）

短流原因：

1）进水的惯性作用；

2）出水堰产生的水流抽吸；

3）较冷或较重的

进水产生的异重流；

4）风浪引起的短流

水流紊动性指标：

雷诺数Re=vR/ν（v-水平流速,m/s；

R-水力半径，m；

ν-水的

动力粘度，m2/s）,Re=4000～15000，降低雷诺数利与颗粒沉降；

水流稳定性指标：

弗劳德数Fr=v2/Rg（g-重力加速度，9.81m/s2）Fr≤10-5，弗劳

得数增大，使沉淀池中的流态保持稳定。

凝聚作用的影响：

速度梯度、沉淀时间、沉淀池的水深。

平流沉淀池构造进水区：

水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布于沉淀池整个断面，孔口流速

>

0.15～0.2mm/s

沉淀区：

堰哦降低沉淀池中水流的Re数和提高水流的Fr数要减小水力半径，高度=3～4m，长宽比L/B

≥4m，长深比L/H≥10m。

每格宽度=3～8m≤15m

出水区：

采用堰口（溢流堰）布置，或掩没试出水孔口，孔口流速=0.6～0.7m，孔径20～30mm，孔

口在水下12～15cm，溢流率<

500m3/（m·

d）

存泥区和排泥措施:

斗形底排泥、穿孔管排泥、机械排泥

设计计算参数：

超高0.3～0.5m，有效水深3～3.5m，同流时间T=1.5～3h，

经验计算法：

1）根据经验选平流沉淀池的沉淀时间t，得体积V=Qt。

2）选池身H，用公式A=V/H得池面积

3）选池水平流速v，用L=vt可得池长

4）用公式B=A/L得B

实验计算法：

1）取u0，用u0=Q/A得沉淀池面积A

2）由t和v，得L=vt，B=A/L，H=Qt/AP303-例

斜板、斜管沉淀池优点：

增加沉淀面积，使颗粒去除率提高，降低雷诺数，提高弗劳德数

停留时间t短，缓冲能力差混凝要求高管理差

异向流、同向流、横向流，实际中用异向流

理论依据：

斜管斜板沉淀池满足了水流的稳定性和层流的要求。

（斜板沉淀池水力半径大大减小）

设计参数配水区高度≥1.5m，采用缝隙栅条配水或缝隙前窄后宽或穿孔花墙，整流配水孔的流速

≤0.15m/s，斜管倾斜角度θ=60°

（斜管倾角越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高，但

对排泥不利）斜板长度L=过渡段（进口一段距离内，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓度亦

较大，此段为过渡段）+分离段（过渡段以上部分便明显看出泥水分离，此段为分离段）

L=1000mm，分离段长度=200mm内切圆直径d=25～35mm，材料后约0.4～0.5mm，成块状版

六角形，污泥斗高度h5=1.5m，清水层高度h2=1.2m,自身高度h3=0.886m，表面负荷9～

22m3/（m2·

h）（2.5～3mm/s），水力停留时间T=2～5minP306-例

澄清池原理：

将絮凝和沉淀两个过程于一个构造中完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。

当脱稳杂质随水流与泥

渣层接触时便被泥渣层阻留下来，使水得到澄清。

分类泥渣悬浮型悬浮澄清池特点：

其处理效果受水质、水量等变化影响大，上升流速小，用于小型水厂

原理：

加药后的原水有下而上通过悬浮状态的泥渣层时，使水中脱稳杂质与高

浓度的泥渣颗粒碰撞凝聚并被泥渣层拦截下来，由于悬浮层拦截了进水

的杂质，悬浮泥渣颗粒变大，沉速提高。

处于上升水流中的悬浮层亦似

泥渣颗粒拥挤沉淀

脉冲澄清池优点：

1有利于颗粒与悬浮层接触；

2悬浮层污泥趋于均匀；

3可以防止颗粒在

池里沉积；

1处理效果受水量、水质、水温影响较大；

2构造复杂

有脉冲发生器，当水流上升速度较小时，泥渣悬浮层收缩、浓度增大而

使颗粒排列紧密；

当上升流速大时。

泥渣悬浮层膨胀，悬浮层不断发生

周期性的浓缩和膨胀有利于微絮凝颗粒与活性污泥接触絮凝，并使悬浮

浓度分布在全池内趋于均匀且防止颗粒在池底沉积。

泥渣循环澄清池原理：

为了充分发挥泥渣接触絮凝作用，可使泥渣在池内循环流动，回流量约为设计流

量的3～5倍。

循环可借助机械抽升或水力抽升

机械搅拌澄清池优点：

投药量少，效率高、运行稳定，适用于大、中水厂

维修维护工作量大，启动时有时需人工加土、加药量

水力循环澄清池优点：

结构简单，无需机械设备，因絮凝室容积小故絮凝时间短

效果比机械加速澄清池差，好药量较大，对原水水量、水质和

水温变化适应性差适用于中、小型水厂

习题P314-2

17章过滤

概述滤池工作过程分为过滤、冲洗。

工作过程描述，详见P315或实验讲义

过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期（一般为12～24h）；

过滤开始到过滤结束成为过滤周期。

滤池负荷：

滤速（以m/h计）相当于滤池负荷，以单位时间，单位过滤面积上的过滤水量计，m3/（m2·

h）

过滤机理两阶段理论颗粒迁移物理-力学作用，有，拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用

拦截作用：

颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生～

沉淀作用：

颗粒沉速较大时会在重力的作用下脱离流线产生～

惯性作用：

颗粒具有较大惯性时也可以脱离流线与滤料表面接触产生～

扩散作用：

颗粒较小、布朗运动较剧烈时会扩散至滤粒表面产生～

水动力作用：

在滤粒表面附近存在速度梯度，非球体颗粒由于在速度梯度作用下，会

产生转动而脱离流线与颗粒表面接触

颗粒粘附物理化学作用，颗粒迁移到滤料表面，在范德华引力和静电相互作用，及某些化学键

和某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面或粘附在滤粒表面上原先粘附的

颗粒上

滤层内杂质的分布规律粘附力与剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度

滤层含污能力：

在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含

污量称～单位g/cm3或kg/m3

双层滤料：

上层密度较小、粒径较大的轻质滤料（无烟煤），下层为密度较大的重质

滤料（石英砂），每层滤料粒径有上而下递增，但就整体而言，上层平均

粒径总是大于下层平均粒径。

三层滤料：

上层大粒径、小密度的轻质滤料（无烟煤），中层为中等粒径、中等密度

的滤料（石英砂），下层为小粒径、大密度的重质滤料（石榴石）。

各层

滤料平均粒径有上而下递减

均质滤料：

沿整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致

直接过滤原水不经沉淀而直接进入滤池过滤成为～

方式1、接触过滤：

原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备

2、微絮凝过滤：

滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮

粒后即可进入滤池过滤

要求1原水浊度和色度较低且水质变化较小，一般要求常年原水浊度低于50度

2滤速应根据原水水质决定，原水浊度在50度以下，滤速一般在5m/h左右

3原水进入滤池前，不应形成大的絮凝体以避免很快堵塞滤层表面空隙

4通常采用双层、三层或均质滤料，采用聚合物为混凝剂或助凝剂

过滤水力学清洁滤层水头损失（起始水头损失）：

过滤开始时，滤层是干净的，水流通过干净滤层的水头损失称～

经卡曼-康彩尼公式（p320）可知随过滤时间的延长，滤速与水头损失成反相关

等速过滤：

当了滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称～。

如，虹吸滤池和