给水处理

给水处理4.1给水处理概论一.给水水质指标1.物理指标（1）浊度（2）悬浮物（3）臭和味2.化学指标（1）杂质或污染物质的单项指标（2）无机特性的综合指标（3）有机污染物的综合指标3.微生物指标4.放射性指标二.水质标准1.生活饮用水水质标准（1）饮用水水质项目大为增加，从原35项增加到96项（2）把检测项目分为常规检测项目（34项）和非常规检测项目（62项）（3）提高了对浊度的要求（4）在饮用水常规检测项目中增加了耗氧量（高锰酸盐指数）：耗氧量（以O2计）不超过3mg/L，特殊情况下不超过5mg/L。（5）在无机物、有机物单项项目的选择和限制的确定上，既借鉴国外标准（WHO、欧盟、美国），又考虑中国国情。（6）重视消毒剂和消毒副产物的危害，从原有的1项，增加到13项。（7）对部分原有项目的限制提出更严格的要求，共4项：浊度、铅、镉、四氯化碳。（8）增加了粪性大肠菌群的项目。2.工业用水水质标准3.其他重要水质标准（1）地表水环境质量标准（2）其他水质标准三.给水处理的基本方法与基本工艺1.给水处理的基本方法（1）去除颗粒物方法有：混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤（格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等）、膜分离（微滤、超滤）、沉砂（粗大颗粒的沉淀）、离心分离（旋流沉砂）等（2）去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体的处理方法处理方法有：石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、膜分离（反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法）、水质稳定（水中溶解离子的平衡，防止结垢和腐蚀等，详见本书第五章）、除氟（高氟水的饮用水除氟）、氟化（低氟水的饮用水加氟）、吹脱（去除游离二氧化碳、硫化氢等）、曝气（充氧）、除气（锅炉水除氧等）等（3）去除有机物的处理方法方法有：粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大孔树脂吸附（用于工业纯水、高纯水制备中有机物的去除）等（4）消毒方法方法有：氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热消毒等（5）冷却方法2.给水处理的基本工艺饮用水处理的工艺分成：（1）饮用水常规处理工艺（2）在饮用水常规处理工艺的基础上，增加预处理和（或）深度处理的饮用水处理工艺（3）其他特殊处理工艺混凝一.胶体的基本性质1.胶体的特性水中杂质按其颗粒大小，可以分成为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三大类。分散颗粒溶解物胶体颗粒悬浮物颗粒尺寸0.1nm1～100nm(或100nm)0.1um(或1um)典型物质无机离子、小分子有机物等细小黏土颗粒、高分子有机物、腐质酸、病毒、细菌等黏土、粉砂、细菌等溶液体系真溶液（透明）胶体溶液（混浊）2.胶体的结构3.胶体的稳定与凝聚二.铝盐铁盐混凝剂在水中的反应1.水解反应Al3++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)3↓+H+2.缩聚反应2[Al(OH)]2+→[Al2(OH)2]4++2H2O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（3）吸附架桥（4）沉淀物的卷扫或网捕2.混凝过程在水处理中，混凝的工艺过程实际上分为“凝聚”与“絮凝”两个过程，对应的工艺或设备称为“混合”与“反应”。（1）凝聚在水处理工艺中，凝聚主要指加入混凝剂后的化学反应过程（胶体的脱稳）和初步的絮凝过程。（2）絮凝絮凝是指细小矾花逐渐长大的物理过程。3.混凝动力学（1）速度梯度令dyduG式中G—速度梯度，s-1;du—相邻两水层中水流（颗粒）同向运动的速度差；dy—相邻两水层垂直与水流方向和距离。推导G的计算公式：AdyduF式中：F—两层水流间的摩擦阻力；A—两层水流间的接触面积μ—水的动力粘度AdyFdup1式中p—对单位体积水体的搅拌功率，W/m3。得22)(1GdyduAdyAdudyduppG（2）速度梯度计算对于机械搅拌，对单位容积水体的搅拌功率为:VVNpN1000100021总式中N—电机功率，KW;η1――搅拌设备机械效率，约为0.75；η2――传动系统的效率，0.6～0.9；η总――总效率，0.5～0.7。对于水力搅拌，水流对液体所作的功即为水流的水头损失。TghVgQhp式中Q—流量，m3/s;水的密度（约为1000kg/m3）h—流过水池的水头损失，m;T—水力停留时间，s;g—重力加速度，9.81m/s2。混凝过程的动力学控制参数如下：对于混合池：G=500～1000s-1T=10～30对于絮凝反应池：G=20～70s-1GT=104～105四.混凝剂与助凝剂1.混凝剂（1）硫酸铝Al2O3的含量不小于15.6％，液体产品中Al2O3的含量不小于7.8％，适宜PH值为5.5～8，最佳范围6.5～7.5。（2）聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m,式中m为聚合度，通常m≤10，n＝3～5。Al2O3的含量不小于32％和29％，液体产品Al2O3的含量不小于12％和10％，适宜PH值为5～9。（3）三氯化铁PH值的适应范围（5～11）（4）硫酸亚铁（5）聚合硫酸铁化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,式中n2,m=f(n)。PH值范围为5～11，最佳范围6～9。（6）其他复合式药剂，如聚合铝铁，聚合铝硅，混凝复合药剂2.助凝剂（1）活化硅酸（2）聚丙烯酰胺（3）石灰（4）其他3.混凝药剂的投加（1）投加量确定（2）投配系统（3）混凝药剂投加的自动控制1）数学模型法2）现场模拟试验法3）特性参数控制法五.混合设备混合时间一般10～30s，速度梯度500～1000s-1。1.机械混合水力停留时间为1～2min,平均速度梯度500s-1左右。2.水力混合（1）管式静态混合器（2）压力水管混合（3）其他有：跌水混合、漩流混合等。六.絮凝反应池絮凝反应池的水力停留时间一般为10～30min，GT值在104～1051.机械搅拌总的水力停留时间一般为15～20min，桨板边缘处的线速度从第一级的0.5m/s降到最后一级的0.2m/s。2.水力搅拌（1）隔板反应池起端流速一般为0.5～0.6m/s，末端流速一般为0.2～0.3m/s,水力停留时间20～30min，总的水头损失0.3～0.5m。（2）折板反应池各段的流速可分别为：第一段：0.25～0.35m/s;第二段：0.15～0.25m/s;第三段：0.10～0.15m/s。水力停留时间较短，一般为6～15min。（3）其他形式的反应池3.不同形式絮凝池的组合使用（1）往复式隔板与回转式隔板组合（2）机械反应与隔板反应组合七.影响混凝效果的因素1.水温2.浊度与悬浮物3.水的PH值沉淀一.颗粒沉淀特性1.沉淀分类（1）自由沉淀（2）絮凝沉淀（3）拥挤沉淀（4）压缩沉淀2.离散颗粒沉淀速度（1）颗粒沉速公式对于Re1的层流区，有stokes公式：2181gdus对于1≤Re≤1000的过渡区，有Allen公式：dgus3122)(2254对于Re1000的紊流区，有Newton公式：gdus3.3式中Re—雷诺数udRe，u—颗粒沉速，d—颗粒直径；µ――水的动力粘度；ρ――水的密度；ρs――颗粒的密度g――重力加速度二.理想沉淀池特性分析1.理想沉淀池的构成在理想沉淀池中，对沉淀过程的基本假设是：（1）沉淀过程属于离散颗粒的自由沉淀，在沉淀过程中各颗粒的沉速不变；（2）理想沉淀池中的水从左向右水平流动，进水均匀分布在整个过水断面上（AC断面）在池中各点水流速度均为v;（3）在沉淀过程中，各颗粒的水平运动分量等于水流的水平流速v；（4）颗粒沉到池底（CD线）就算已被去除。2.理想沉淀池对颗粒的去除率理想沉淀池对水中悬浮颗粒的总的去除率为：00001)1(xudxuxE3.理想沉淀池中特定颗粒沉速与表面负荷的关系在理想沉淀池中：0vtL00tuH00uHvLt00qAQLBvHBLvHu式中t0—沉淀池的水力停留时间；B—池宽；A—沉淀池的表面面积；Q—水的流量；q0—沉淀池的表面负荷，也称为过流率，即单位时间内单位池表面面积所处理的水量。三.沉淀池的基本结构与基本设计参数1.基本结构沉淀区污泥斗进水进水区进水花墙水面缓冲层与污泥层出水区出水（1）进水区与进水穿孔花墙（2）沉淀区（3）出水区与出水堰（4）缓冲层、污泥区与排泥装置沉淀池排泥系统：1）多斗池底重力排泥2）穿孔管重力排泥3）机械排泥2.沉淀池基本设计参数对于采用混凝沉淀工艺的饮用水处理，沉淀池特定颗粒沉速设计值一般为u0=0.3～0.6mm/s。根据原水情况，又可采用以下设计数据：（1）对于原水浊度250NTU,u0=0.35～0.45mm/s(相当于；q0=1.26～1.62m3/(m2h))(2)对于原水浊度250NTU,u0=0.5～0.6mm/s(相当于；q0=1.80～2.16m3/(m2h))四.沉淀池1.平流式沉淀池对平流式沉淀池的有关要求：（1）沉淀池的长度与宽度之比不得小于4，长度与深度之比不得小于10，以保证断面水流均匀。（2）平流式沉淀池的水力停留时间一般为1.0～3.0h；（3）池中水平流速一般为10～25mm/s；（4）沉淀池的有效水深一般采用3.0～3.5m;(5)沉淀池的每格宽度（或导流墙间距）一般为3～8m，最大不超过15m。衡量平流式水力状态的参数：弗劳德数Fr一般在1×10-4～1×10-5,，雷诺数Re一般在4000～15000。2.斜板（管）沉淀池(1)斜板（管）沉淀池的优点：停留时间短、沉淀效率高、占地省等。缺点是：1）运行中斜板（管）中易产生积泥和藻类滋生问题，需定期放空对斜板进行冲洗，积泥过多还易发生斜板压塌事故；2）斜板（管）材料的费用高3）因水流在斜板之间停留时间极短（几分钟），斜板沉淀池的缓冲能力及稳定性较差（2）斜板沉淀池产水量的计算：斜板沉淀池的表面负荷u0=cos0nBlQAQq＝斜式中A斜――各斜板总的水平投影面积之和；n—斜板数；B—斜板宽度（池宽）；l—斜板长度；θ――斜板倾角。在设计斜板沉淀池时应考虑乘以斜板效率系数η斜，η斜通常取0.6～0.8。斜板沉淀池的产水量计算公式为：斜斜斜AunBluQ00cos斜板沉淀池的产水流量为与水流垂直的过水断面面积乘以流速：sinsinvBLnLnvBQ即sinBLQv把v代入前式并整理，可以得到导向流斜板沉淀池产水量的计算式：）原斜斜斜A(Au)(nBlcosu00LBQA原――斜板沉淀池的池表面面积，等于池的长度*宽度。同向流斜板沉淀池的计算公式为：）原斜斜斜A(Au)(nBlcosu00LBQ异向流斜板沉淀池，在采用常用斜板结构数据的条件下，一般可采用q斜＝9.0～11.0m3/(m2·h).(3)异向流斜(管)板沉淀池在给水处理中，异向流斜板沉淀池宜用于进水浊度长期低于1000NTU的原水，斜板（管）沉淀区的液面负荷，应按相似条件下的经验确定，一般可采用9.0～11.0m3/(m2·h)。斜板部分常用的数据是：斜板长度l=1m,倾角为60度，板间距（或管径）30～50mm。沉淀池斜板管下面的配水区高度不宜小于1.5m，斜板管上面的清水区保护高度一般不宜小于1.0m。（4）同向流斜板沉淀池同向流的斜板数据一般采用：板间距35mm，斜板的上部为沉淀区斜板，斜板长度l=2.0～2.5m,倾斜角为40度；斜板的下部为排泥区斜板，斜板长度不小于0.5m，倾斜角为60度。同向流斜板沉淀池沉淀区的液面负荷一般为30～40m3/(m2·h)。（5）侧向流斜板沉淀池给水处理中侧向流斜板沉淀池的数据是：斜板的结构尺寸一般为倾斜角50～60，板间距50～80mm，斜板内的水平流速一般采用v=10～20mm/s；侧向流斜板体的容积负荷约为8～10m3/(m2·h).3.竖