重点给水工程复习资料.docx
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重点给水工程复习资料
给水工程概论
【水源水质】：
㈠原水杂质：
⑴原水杂质来源：
①自然过程：
[地层矿物质溶解、水中微生物繁殖、水流冲刷、泥沙、腐殖质]
人为因素：
[工业废水、农业污水、生活污水]
⑵原水杂质分类：
①悬浮物[1um--1mm]；胶体[10nm--100nm]；溶解物[0.1nm--1nm]；
⒈悬浮物与胶体杂质：
--悬浮物尺寸较大、易于在水中下沉或上浮。
--胶体颗粒尺寸较小、在水中长期静止难以下沉。
--水中胶体：
粘土、细菌、病毒、腐殖质、蛋白质、有极高分子物质。
--天然水中胶体一般带负电荷。
注：
①使水中产生浑浊现象的根源：
悬浮物和胶体。
饮用水处理的主要去除对象：
悬浮物和胶体。
【水质标准】：
水质标准：
即用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限制。
※生活饮用水水质标准：
⑴感性性状和一般化学指标：
注：
①色度：
不超过15度，并不得呈现异色。
浑浊度：
不超过3，特殊情况不超过5度。
臭和味：
不得有异臭、异味。
注：
浊度即1L蒸馏水中含有1mg白陶土或高岭土。
⑵毒理学指标：
※⑶细菌学指标：
注：
①细菌总数：
≤100个/mL；
总大肠菌数：
≤3个/L;
游离余氯：
在与水接触30min后应不低于0.3mg/L;
⑷放射性指标：
※【给水处理方法】：
⑴澄清和消毒：
--生活饮用水[地表水]常用处理工艺：
澄清和消毒。
--澄清工艺包括：
混凝、沉淀、过滤。
--处理主要对象：
水中悬浮物和胶体杂质。
--消毒：
灭活水中致病微生物；
通常在过滤之后。
--主要消毒方法：
投加消毒剂杀灭致病微生物。
--生活饮用水常规处理工艺：
--即：
“混凝-沉淀-过滤-消毒”。
⑵除臭、除味：
--有机物臭味：
活性炭吸附/氧化法去除。
--溶解性气体：
曝气法去除。
⑶除铁、除氯：
--常用方法：
自然氧化法、接触氧化法。
⑷软化：
--处理对象：
主要是水中钙、镁离子
--软化方法：
离子交换法、药剂软化法。
⑸淡化、除盐：
--除盐：
制取纯水及高纯水的处理过程。
--淡化和除盐主要方法：
蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法。
⑹水的冷却：
--水作为冷却介质：
水热容大--吸收和传递热量的良好介质。
--水的冷却一般采用：
冷却塔。
⑺生活饮用水预处理和深度处理：
--饮用水主要处理对象：
水中悬浮物、胶体、致病微生物。
--常规处理工艺：
混凝、沉淀、过滤、消毒。
--预处理和深度处理主要对象：
水中有机污染物--饮用水处理厂
--预处理方法：
活性炭法吸附法、臭氧氧化法、生物氧化法、
--深度处理主要：
粒状活性炭吸附法、生物活性碳法、
--深度处理法基本作用原理：
[吸附-氧化-生物降解-膜滤]
即：
或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物；或者利用氧化剂的强氧化能力分解有机物；或者利用生物氧化法降解有机物；或者利用膜滤法去除大分子有机物。
【混凝机理】：
--混凝：
水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集过程。
或：
向水中投加药剂（混凝剂）使水中粒径微小的悬浮物和胶体离子凝结成较大的絮凝体（矾花）。
--凝聚：
水中胶体脱稳--胶体失去稳定性的过程。
--絮凝：
脱稳胶体相互聚集。
--混凝：
凝聚和絮凝。
※㈠水中胶体稳定性：
--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：
动力学稳定+聚集稳定。
①动力学稳定：
指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力.[颗粒愈小，动力学稳定性愈高]
聚集稳定性：
指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。
[粒子表面同性电荷斥力作用]
--胶体稳定性：
关键--聚集稳定性。
㈠混凝机理：
--混凝剂对水中胶体粒子混凝作用有三种：
电性中和、吸附架桥、卷扫作用
--混凝作用取决于：
混凝剂种类、投加量、胶体粒子性质、水的PH值。
⑴电性中和：
--根据DLVO理论：
要使胶体粒子通过布朗运动相撞聚集，必须降低或消除排斥能峰。
--吸收势能与胶粒电荷无关，主要取决于构成胶粒的物理性质、尺寸和密度。
--降低排斥能峰的办法即：
降低或消除胶粒的ζ电位[即在水中投加电解质]。
【水中负电荷胶粒-投入的电解质--混凝剂为正电荷离子或聚合离子；若正电荷离子是简单离子-Na＋、Ca＋、Al＋--作用是压缩胶体双电层；排斥能峰Emax=0时，胶粒发生聚集作用，ζk电位：
临界电位；水中铝岩投量过多，水中负电荷胶体变为正电荷胶体；】
--“吸附-电性中和作用”
⑵吸附架桥:
--吸附作用:
带异性电荷、不带电、同性电荷。
【混凝剂和助凝剂】
--饮用水混凝剂基本要求：
混凝效果好、对人体无害、使用方便、货源充足。
--水处理使用的无机混凝剂主要是：
铁盐、铝盐及混合物。
--常用的无机混凝剂：
硫酸铝、聚合铝、三氯化铁-硫酸亚铁、聚合铁。
[硫酸铝]：
--采用固态硫酸铝：
运输方便
--缺点：
水温低，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体松散，效果不好。
[聚合铝]：
--包括：
聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）。
--聚合氯化铝能形成聚合阳离子，起电性中和、吸附架桥作用。
--优点：
投加量少于硫酸铝；对水的PH值变化适应性强；聚合氯化铝投入水中其产物的成分确定；
--碱化度：
主要决定羟基OH和铝AL的摩尔数之比。
即：
B=
×100％
--一般铝盐（硫酸铝、氯化铝）投入水中进行水解聚合反应，其产物受水PH值及铝盐浓度影响。
[三氯化铁]：
--三氯化铁：
FeCl3H2O
--水合铁离子水解、聚合反应。
--优点：
三价铁适用的ph值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；处理低温水或低浊水效果优于硫酸铝；
--缺点：
三氯化铁腐蚀性较强，且固体产品易吸水潮解，不宜保管。
※--聚合效果：
聚合氯化铝>三氯化铁>硫酸铝
【助凝剂】
--通常是高分子物质：
作用是为了改善絮凝体结构，促使絮粒密实
--作用机理：
高分子物质吸附架桥。
【混凝动力学】：
--要是杂质颗粒或杂质与混凝剂之间发生絮凝，其必要条件是：
使颗粒之间相互碰撞。
--推动水中颗粒相互碰撞的动力来自：
①颗粒在水中的布朗运动--[异向絮凝：
由布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝聚集]
水力或机械搅拌造成的流体运动--[同向絮凝：
由流体运动造成的颗粒碰撞聚集]
⑴异向絮凝：
--颗粒絮凝速率取决于碰撞速率，即颗粒碰撞速率：
Np=8πdDb·n2
--Np：
异向絮凝碰撞速率，即：
1/cm3.S；
--d：
颗粒直径；
--Db：
布朗运动系数；
--n:
颗粒数量浓度；
⑵同向絮凝：
--速度梯度：
相邻两层水流的速度差与两层间的距离之比。
①机械搅拌：
即：
G=
--μ：
水动力粘度-pa.S;
--p:
单位流体所消耗的功率-w/m3;
--G:
速度梯度；
②水力絮凝：
PV=pgGh;
V=QT;
G=
--V：
水流体积；
--g：
重力加速度；
--h：
水头损失；
--ν：
水的运动粘度；
--T:
水流在混凝设备停留时间；
※⑶混凝控制指标：
--混凝过程：
混合+絮凝；
[混合阶段]：
剧烈搅拌水流--使药剂快速均匀分散于水中利于混凝剂快速水解、聚合、颗粒脱稳；
①混合要快速剧烈：
10-30s最多2min；
②搅拌强度：
速度梯度G=700-1000s~1；
③混合絮凝--异向絮凝；
[絮凝阶段]：
主要依靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚；
①絮凝--同向絮凝；
②同向絮凝效果：
与G值、絮凝时间T有关；
③速度梯度：
G=20-70s~1；
④TN--整个絮凝时间内单位体积流体颗粒碰撞次数；平均GT=1×10~4-1×10~5；
※⑷影响混凝效果主要因素：
⒈水温影响：
①无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难，尤其是硫酸铝；
②低温水粘度大，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；水粘度大，水流剪力增大，影响絮凝体成长；
③水温低，导致胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚；
④水温与水PH有关。
水温低时，其PH提高，则混凝最佳PH值也提高；
※注：
提高低温水混凝效果的方法：
增加混凝剂投加量+投加高分子助凝剂。
--常用的助凝剂：
活化硅酸。
⒉水的ph值和碱度影响：
①去除浊度：
最佳ph值=6.5-7.5[絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物-吸附架桥;羟基配合物-电性中和]；
②去除色度：
ph值=4.5-5.5；
--混凝剂为三价铁：
适用的ph值范围较宽[去除浊度：
ph=6.0-8.4；去除色度：
ph=3.5-5.0]；
--混凝剂为硫酸亚铁：
通常用氯化法;
--聚合氯化铝：
对水的ph值变化范围适应性较强；
※石灰投量估算：
即：
每投加1mmol/LAl2（SO4）3需石灰3mmol/LCaO.
即：
[CaO]=3[a]-[x]+[δ]
[CaO]--纯石灰CaO投量：
mmol/L；
[a]--混凝剂投量：
mmol/L；
[x]--原水碱度：
mmol/LCaO；
[δ]--保证反应顺利进行的剩余碱度：
取0.25-0.5mmol/L（CaO）；
典型例题：
某地表水源总碱度为0.2mmol/L。
市售精制硫酸铝（含Al2O3约16％）投量28mmol/L。
试估算石灰（纯度为50％）投量为多少mg/L。
解：
投药量折合Al2O3为：
28mmol/L×16％=4.48mg/L
Al2O3分子量为102，故投药量相当于：
4.48/102=0.044mmol/L.
剩余碱度取0.37mmol/L，则：
[CaO]=3×0.044-0.2+0.37=0.3mmol/L。
CaO分子量为56，则市售石灰投量为：
0.3×56/0.5=33mg/L
3、水中悬浮物浓度影响：
--为提高低浊度原水混凝效果，采取措施：
①投加铝盐或铁盐时，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，提高颗粒碰撞速率，增加絮凝体密度。
③采用直接过滤法。
④聚合氯化铝作为处理高浓度浊度水效果好。
--投加高分子助凝剂；吸附架桥+电性中和；
⑴混合设备：
--混合设备基本要求：
①药剂与水混合必须快速剧烈、混合均匀；
③保证充分混合条件，水头损失不易太大；
②混合时间不超过2min；
--主要混合设备：
水泵混合、管式混合、机械混合；
1）水泵混合：
--药剂投加在取水泵房吸水管、吸水喇叭口处--利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合目的；
--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，两者间距不宜大于150m。
2）管式混合：
即：
将药剂直接投入水泵压水管以借助管中流速进行混合。
--管中流速不宜小于1m/s；投药点管内水头损失不小于0.3-0.4m。
3）机械混合池：
--混合时间：
10-30s，最大不超过2min；
--优点：
混合效果好，不受水量变化影响；
--应避免水流同步旋转而降低混合效果；
⑵絮凝设备：
--絮凝设备：
水力搅拌式、机械搅拌式；
1）隔板絮凝池：
--为避免絮凝体破碎，管道流速及水流转弯处流速应沿程减小；G值也沿程减小；
--优点：
构造简单，管理方便；缺点：
流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间较长；
--※隔板絮凝池主要设计参数：
①廊道流速：
起端：
0.5-0.6m/s末端：
0.2-0.3m/s；
即：
流速沿程减小；
为达到流速递减目的：
①隔板间距逐段放宽，池底相平；
②隔板间距相等，池底逐渐降低；
②为减小水流转弯处水头损失，转弯处过水断面：
1.2-1.5
③絮凝时间一般采用20-30min；
④隔板间净距一般大于0.5m，以便于施工和减肥；
为便于排泥，池底坡度：
0.02-0.03，并设150mm排泥关；
2）折板絮凝池：
--折板絮凝池组合顺序：
即异波→同波→平板；
--折板絮凝池主要设计参数;
①第一段：
0.25-0.35；
②第二段：
0.15-0.25；
③第三段：
0.1-0.15；
--折板絮凝池优点：
水流在同波、异波之间曲折流动，形成小漩涡，提高颗粒碰撞絮凝效果；水流条件得到改善；
⑴混凝剂溶解和溶液配制：
--混凝剂投加分为：
固体投加+液体投加。
--溶解池、搅拌装置、配件，均应有防腐措施：
采用FeCl3要注意。
FeCl3溶解时要放出大量热，当溶液浓度为20％时，溶液温度可达到70℃左右。
--溶解池：
一般建于地面以下便于操作，池顶一般高出地面约0.2m左右。
即：
溶解池容积W1计算：
W1=（0.2-0.3）W2
--W2：
溶液池容积。
--溶液池容积：
W2=
=
W2--溶液池容积；m3；
Q--处理水量：
m3/h;
a--混凝剂最大投加量：
mg/L;
C--溶液浓度：
一般取5％-20％；
N--每日调制次数，一般不超过3次；
⑵混凝剂投加：
--混凝剂投加设备：
计量设备、药液提升设备、投药箱、水封箱、注入设备。
--投加方式：
常用投加方式：
①泵前投加--药液投加在水泵吸水管或吸水喇叭口处。
--适用于取水泵房距水厂较近者。
--水封箱：
防止空气进入而设。
②高位溶液池重力投加：
安全可靠，但溶液池位置较高。
[设备：
溶解池、溶液池、提升泵、水封箱、浮球阀、流量计、调节阀、压水管]
③水射器投加：
④泵投加：
--干投法优点：
设备占地少、易调节排渣容易。
一、沉淀和澄清
1.1悬浮颗粒在静水中沉淀
--沉淀：
水中悬浮物颗粒依靠重力作用从水中分离出来的过程。
--沉淀分类：
①自由沉淀；②拥挤沉淀；③絮凝沉淀；
⑴悬浮颗粒在静水中的自由沉淀：
--悬浮颗粒在静水中沉淀速度取决于：
颗粒在水中重力F1、颗粒下沉阻力F2；
--沉速基本公式：
μ=[
d]1/2
--沉淀池分类：
竖流式、平流式、辐流式；
初沉池、二沉池;
--选择依据：
水量规模、进水水质条件、出水水质、地形条件、占地面积、造价、运行经验；
⑵悬浮颗粒在静水中拥挤沉淀：
即：
当大量颗粒在水中下沉时，被排挤水体有一定流速，使颗粒受到的水阻力增加，颗粒相互干扰的过程。
--拥挤过程：
明显的浑水、清水分界面：
混液面
※气浮：
浊度低、色度大、藻类多、溶解氧耗氧量高的原水；
※1.2平流式沉淀池
⑴非凝聚性颗粒沉淀过程：
※理想沉淀池：
①颗粒处于自由沉淀状态：
即沉淀过程中，颗粒大小、密度不变。
即：
颗粒沉速始终不变；
②水流沿着水平方向进行。
过水断面：
流速不变、流动过程中流速不变；
③颗粒沉到池底即认为被去除，不再返回水流中；
--沉淀池原水其水平流速：
υ=
式中：
υ--水平流速，m/s;
Q--流量，m3/s;
H0--水平截面高度；
B--水平截面宽度；
--※截留沉速μ0：
反映沉淀池所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速。
即：
凡是沉速等于或大于沉速μ0的颗粒全部被沉淀。
μ0--颗粒截留沉降速度；
即：
截留沉速μ0=
式中：
LB--即沉淀池水面表面积A；
--单位沉淀池表面积产水量；
--即：
μ0=
:
表面负荷/溢流率；
表明：
表面负荷在数值上等于截留沉速。
但含义不同。
--※截留沉速：
表示沉淀池自池顶开始下沉所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速；
--※表面负荷：
单位沉淀池表面积产水量；
--为求沉淀池总的沉淀效率，先求某一特定颗粒即具有沉速μi的颗粒去除百分率E。
注：
特定颗粒沉速μi<截留沉速μ0。
--※某特定颗粒去除率公式：
E=
※即：
E=
注：
悬浮颗粒在理想沉淀池中去除率唯一因素：
沉淀池表面负荷；而与其他因素：
水深、池长、水平流速、沉淀时间均无关；
※1）当去除率一定时：
颗粒沉速μi越大则表面负荷越高，亦即产水量越大；或当产水量和表面积不变时，μi越大，则去除率E越高。
颗粒沉速μi大小与絮凝效果有关；
2）颗粒沉速μi一定时：
增加沉淀池表面积可以提高去除率。
当沉淀池容积一定时，池身浅则表面积大，去除率可以高。
即“浅池理论”
3）“具有沉速μi颗粒（μi<μ0）去除率”
⑵影响平流式沉淀池沉淀效果因素：
--实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要因素：
1）沉淀池实际水流状况：
--理想沉淀池水流稳定、流速均匀，其理论停留时间：
即：
t0=V/Q
--“短流"原因：
①进水惯性作用；
②出水堰产生的水流抽吸；
③较冷、较重的进水产生异重流；
④风浪引起短流；
⑤池内刮泥设施；
--沉淀池：
通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。
--异重流：
即进入较静而具有密度差异水体的一股水流；
--水流稳定性：
FR=υ2/Rg
式中：
FR--弗劳德数；
R--水力半径；
Υ--水平流速；
G--重力加速度；
即：
FR越大，表明惯性力作用越大，重力作用相对减小，水流对温差、密度差异重流等影响的抵抗能力强，使沉淀池流态保持稳定。
一般平流式沉淀池：
FR数宜大于10-5；
--※平流式沉淀池中，降低Re和提高FR数有效措施：
减小水力半径；
即：
池中纵向分格、斜板、斜管沉淀池。
--※沉淀池增大水平流速：
一方面提高了Re数：
不利于沉淀；另一方面提高了FR数：
增加水流稳定性，提高沉淀效果；
--沉淀池水平流速：
宜为10-25mm/s
2）凝聚作用影响：
--实际沉淀池沉淀时间、水深：
影响沉淀效果；
3）水流紊动性、稳定性：
⑶平流式沉淀池构造：
--平流式沉淀池：
进水区、沉淀区、存泥区、出水区。
1）进水区作用：
使水流均匀分布在整个进水截面上，并尽量减小扰动。
--使水流从絮凝池直接流入沉淀池。
--为防止絮凝体破碎，孔口流速不宜大于：
0.15-0.2m/s;
※2）沉淀区：
要降低沉淀池水流Re数和提高水流FR数，必须设法减小水力半径。
--采用导流墙将平流式沉淀池进行纵向分割可减小水流半径，改善水流条件。
--沉淀区高度：
与净水构筑物高程有关，一般为3-4m；
沉淀区长度：
决定于水平流速υ和停留时间T;
即：
L=Tυ；
沉淀区宽度：
决定于流量Q、池深H、水平流速υ：
即：
B=
3）出水区：
均匀收集沉淀池上层清水，避免带出絮凝体；
其孔口流速一般为0.6-0.7m/s;
--为缓和出水区附近流线过于集中，应尽量增加出水堰长度，以降低流量负荷；
其堰口溢流率一般小于500m3/（m·d）;
4）存泥区：
平流式沉淀池基本采用机械排泥措施；
--机械排泥措施：
充分发挥沉淀池容积利用效率，且排泥可靠；
※⑷平流式沉淀池设计计算：
--※设计平流式沉淀池主要控制指标：
表面负荷或停留时间。
--沉淀池停留时间或表面负荷：
应根据原水水质、沉淀水水质要求、水温设计；
即：
停留时间一般采用1-3h；
低温低浊水停留时间超过2h;
1）按照表面负荷Q/A关系计算出沉淀池表面积A：
--沉淀池长度：
L=3.6υT；
式中：
υ--水平流速，mm/s;
T--停留时间，h；
--沉淀池宽度：
B=
2）按照停留时间T计算沉淀池有效容积：
即：
V=Q·T
式中：
V--沉淀池有效容积，m3;
Q--产水量，m3/h;
T--停留时间，h；
--根据选定的池深H（一般为3.0-3.5m）计算宽度B为：
即：
B=
1.3斜板与斜管沉淀池
⑴斜板与斜管沉淀池特点：
--提高颗粒去除率：
沉淀池有效容积一定时，增加沉淀面积。
--斜板沉淀池：
改善沉淀池水力条件角度--斜板沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数Re降低，而劳德数Fr大为提高。
--一般斜板沉淀池水流属于层流状态，其Fr数一般为10-3-10-4；斜管沉淀池之Re小于200，Fr数更大；
--即：
斜板沉淀池满足了水流稳定性和层流要求；
⑵斜管沉淀池设计计算：
--※1）设计注意：
①斜管沉淀池底部配水区高度不宜小于1.5m，以便于均与配水；
②为了使水流均匀进入斜管配水区，絮凝池出口一般考虑整流措施；
③整流配水孔流速，一般要求不大于絮凝池出口流速，通常为0.15m/s以下；
④斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但不利于排泥；
⑤斜管沉淀池表面负荷q：
q=Q/A
--※规定斜管沉淀池表面负荷为2.5-3.0（mm/s）
--采用较小表面负荷：
可提高沉淀池出水水质；
2）斜板、斜管沉淀池提高沉效原理：
※①增加沉淀面积，缩短沉降距离，提高沉效；
②水力条件改善，有利于提高沉效；
③接触凝聚作用有助于沉效提高；
1.4澄清池
⑴澄清池特点：
--澄清池：
综合絮凝、沉淀作用--主要依靠活性泥渣达到澄清目的[接触絮凝]；
--澄清池：
充分利用活性泥渣絮凝作用；
注意仅供参考，复习以课本和ppt为主
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