给水工程教案第1课

--1给水工程Ⅱ（讲义）由于给水处理与排水处理方法，有许多是相同的，为不致于过多的重复，其中气浮法、活性炭吸附法、臭氧消毒法将在《排水工程》中重点讲授。学习本课程主要通过课堂讲授、习题练习、实验和课程设计四个教学过程，其中，课堂教学48学时，实验10学时（另开课），习题为课外，课程设计1.5周。任务：用不同的方法与装置，变革原水水质，以满足用户要求。通过本课程的学习要求掌握：1.给水处理的基本概念，基本理论；2.基本设计计算及实验方法；3.具备中小型水厂及工业企业给水处理工艺设计的初步能力；4.对水厂的运作管理有一定的了解；5.能够独立进行净水构筑物的单项工程设计；6.具备进行给水处理理论及应用研究的初步能力。参考书：[1]《当代给水与废水处理原理》.许保玖.高等教育出版社[2]《给水处理理论与设计》.许保玖，安鼎年.中国建筑工业出版社[3]《给水排水设计手册》第三册.城市给水--2§14给水处理概论§14.1水源水质一、天然原水中的杂质：∵水是良好的溶剂，∴任何水源的天然水中，都不同程度地含有各种各样的杂质，其主要原因有二。1.自然过程：降雨过程中，溶解了CO2，O2，地面径流过程中，使水含有泥砂，溶解了矿物质。2.人为因素：由于人类活动，产生生活污水，工业废水等对水体造成了污染。水中污染物分类：（一）按水中杂质颗粒大小、存在的状态分：悬浮物：d1μm，如泥砂、废渣等，在动水中，呈悬浮状态，在静水中，沉淀，易去除；胶体：d=1nm~1μm，多为粘土、有机高分子物质，前者产生浑浊，后者产生色、臭、味。溶解性杂质：d1nm，主要是一些低分子、离子状态的物质：低分子：O2，CO2，SO2……阳离子：Cu2+，Mg2+，Na+，K+及少量Fe2+，Mn2+等。阴离子：Cl-，HCO3-，SO42-……（二）按杂质来源及性质分有机物：来自粪便、腐殖酸、酚类……无机物：气体、泥砂、粘土、各种溶解性杂质生物：细菌、藻类、病毒二、各种水源的水质特点我国天然水源有：地下水、江河水、湖泊、水库水、海水四大类。1．地下水：水质清澈，水质、水温稳定，卫生安全性好，含盐量高。硬度较高，适用生活饮用，冷却水水源。另外，我国含铁地下水分布较广，当含铁量超过生活饮用水标准时，需除铁、除锰。2．江河水：特点：浊度高，变化大，水质、水温不稳定，卫生安全性较差，含盐量、硬度较低。3．湖泊、水库水：浊度低，藻类较多，含盐较高（蒸发浓缩）。对于“苦咸水”作为饮用水时，需除盐。4．海水：海水含盐量高，达35g/L，80-90%为氧化物。作为生活饮用水时，需淡化，但造价太高，可作为冷却用水。三、受污染水源中的杂质（自学）有机污染，2221种，饮用水中765种致癌物。氯消毒或预氧化过程，产生CHCl3。解决办法：①保护水源，控制污染源。②强化水处理工艺。离子状态--3§14.2水质标准一般来说，不同的用户，对水质有不同的要求和水质标准。一、水质标准生活饮用水水质标准是据水质对人类健康的影响制定的。教材中（P237表14-2列出生活饮用水卫生标准GB5749-85）正式规定限量参数共35项。需要说明的《生活饮用水卫生标准》不是不变的（GB5749-2006代替GB5749-85），而是随着人们生活水平的提高和水质检测技术及医学科学的发展，饮用水卫生标准总是在不断的修改、补充。20世纪初饮用水标准主要包括水的外观和预防传染病的项目，以后开始重视重金属离子的危害。到80年代则侧重于有机污染物的防止。我国自1956年颁发《生活饮用水卫生标准（试行）》中间修改四次：1959年实施的《生活饮用水卫生标准》只有16项水质参数。1976年实施的《生活饮用水卫生标准》增加到23项1986年实施的《生活饮用水卫生标准》即GB5749-85标准，已增至35项，现行GB5749-2006增加至106项。美国1914年的饮用水水质标准只有两项指标，在1925年增加到11项1942年增加到18项1946年增加到19项1962年增加到28项但从1974年国会通过《安全饮用水法》起，特别是在《1986年修正条款》以后，美国饮用水标准中所要求的项目数几乎成倍增长。从1993年，增加到83项。据资料报导，到2000年水质标准项目将达到200项。此外，饮用水中各种成分的浓度规定值，也不是一个唯一的绝对数值，世界各国及世界卫生组织均在原有标准的基础上修订新的标准。我国《生活饮用水水质标准》GB5749-2006规定106项水质指标，分为4类，包括：1.感官性状和一般化学指标。2.毒理学指标。3.细菌学指标。4.放射性指标。（自学P227-229）二、工业用水水质标准工业用水种类很多，水质要求各不相同。工业用水大致分以下几类：1.原料用水：以水作为原料，如食品、酿造、饮料，水质同饮用水。2.工艺用水：纺织、造纸，要求硬度低，Fe2+，Mn2+含量低。3.锅炉用水：要求硬度低，不产生水垢，不腐蚀，不产生汽水共腾。为了满足上述条件，采用相应的措施来控制水的硬度、碱度、pH值、含氧量。4.特种工业用水：包括电子、集成电路生产、原子能工业等。要用纯水或高纯水。以电阻率指示：纯水500万Ω·cm高纯水1000~1500万Ω·cm总固体残渣应1mg/L。5.冷却用水：要求不腐蚀，不堵塞，不生成水垢，浊度50mg/L，pH值6.5，硬度差别并不算太大常温下（25℃）--4低，温度低。工业用水水质标准，根据产品对水质的要求，由有关工业部门制定。水质标准是水处理工艺本身的一个独特约束条件。1.水价：必须是廉价的。水是用量最大，用途最广，时刻不能中断供应的一种物质。2.水质标准：保证用水安全，标准高，水价高。3.水源水质：不同的水源水质，将采用不同的处理工艺，来达到水质标准，水源水质好，处理工艺简单，相应水价低，反之水价高。所以，只有在满足水源水质的条件下，才能保证前两个条件。那么如何才能满足水源水质条件呢？限制水源能够允许的污染程度是最有效的措施。中国：一类水司：100万m3/d以上，到2000年，控制88项。二类水司：80万m3/d以上，到2000年，控制50项。三类水司：10万m3/d以上，到2000年，控制35项。四类水司：10万m3/d以下，到2000年，控制35项。§14.3给水处理方法概述给水处理的任务：通过必要的处理方法改善原水水质达到用水要求。一、澄清和消毒1．澄清澄清工艺包括：混凝、沉淀和过滤处理对象：主要是水中的悬浮物和胶体杂质（1）对于悬浮物（大颗粒）：在静水中自然沉淀去除（小颗粒）：混凝沉淀法（2）胶体杂质：混凝沉淀法+过滤；（3）溶解性杂质：生化+沉淀法，或离子交换法；（4）有机物：活性炭吸附法、O3-活性炭联用、生物氧化法、高锰酸钾氧化法；（5）细菌、微生物：消毒法（氯、二氧化氯、臭氧等）2．消毒消毒是灭活水中致病微生物消毒剂：氯、漂白粉、二氧化氯、次氯酸钠、臭氧等。（1）地表水为水源的给水处理工艺（常规处理工艺）上述工艺称生活饮水的常规处理工艺。根据水源水质不同，可增加或减少某些处理构筑物。水处理工艺的约束条件混凝剂消毒剂预沉混合反应沉淀过滤清水池城市管网原水混凝沉砂池大颗粒小颗粒变大而去除胶体灭活细菌--5二、除臭、除味是饮用水净化中的特殊处理法，当常规处理法不能达到水质要求时采用。水中有机物产生臭和味：活性炭吸附或氧化法（预氧化）溶解性气体或挥发性有机物产生：曝气法因藻类繁殖产生：微滤机或气浮法溶解性盐类：采用适当的除盐措施三、除铁、除锰和除氟铁、锰常以二价形式存在于地下水中。含量超过生活饮用水标准时（铁≥0.3mg/L，锰≥0.1mg/L，氟化物≥1.0mg/L），需采取除铁、锰措施。含铁、锰地下水处理工艺流程：曝气目的：1）溶氧使Fe2+→Fe(OH)3；2）散除CO2，提高pH值，增强氧化速度。当水中含氟量≥1.0mg/L时，采用除氟措施。1.沉淀法：投加硫酸铝、氧化铝或碱式氯化铝使氟化物沉淀。2.吸附交换法：利用活性氧化铝或磷酸三钙进行吸附交换。四、软化主要去除水中Ca2+，Mg2+。用于工业用水处理。如锅炉用水。离子交换法：交换树脂（阳离子交换）再生药剂软化法：投加石灰、苏打等使钙、镁转变为沉淀物去除。五、淡化和除盐处理对象：水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。主要用于海水淡化。含盐量高的“苦咸水”作为生活用水或工业用纯水、高纯水。蒸馏法离子交换法电渗析法：利用阴、阳离子交换膜能够分别透过阴、阳离子的特性，在外加直流电场作用下将水中阴阳离子分离出去。反渗透法：利用高于渗透压的压力，使水通过半渗透膜，而盐类被阻留。六、水的冷却冷却塔喷水冷却池水面冷却池七、水的腐蚀和结垢控制投加缓蚀剂、阻垢剂去除结垢离子，如Ca2+，Mg2+八、预处理和深度处理对于不受污染的天然地表水的处理对象主要是水中悬浮物、胶体和致病微生物；对此，采用常规处理工艺（即混凝、沉淀、过滤、消毒）是十分有效的。对于受到污染的水源，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（称“三致物质”）臭和味来源含Fe2+，Mn2+曝气装置接触滤池清水池用户井水Cl2消毒O2CO2方法方法方法膜法方法--6或“三致”前体物（如腐殖酸等）是常规处理方法无法解决的。于是便在常规处理的基础上发展预处理和深度处理，前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即：预处理+常规处理常规处理+深度处理预处理和深度处理的对象：主要是水中有机污染物，用于饮用水厂。①吸附法：粉末活性炭吸附法②化学氧化法：臭氧或高锰酸钾氧化法③生物氧化法：生物滤池、生物接触氧化法、生物转盘等。生物氧化法原是污水处理方法，如今被移植到污染水源的给水处理上。以上各种预处理法除了去除水中有机物外，同时也具有除臭、除味及除色的作用。当然，不同的方法在去除污染能力上有所差别，同时各有优缺点，目前，大部分还都处于研究阶段。不过，粉末活性炭吸附法在生产上应用较多，但处理费用较高。生物预处理法的研究已取得较大进展，颇具应用前景。臭氧氧化法目前逐渐发展为：臭氧—粒状活性炭联用法。用于深度处理。其它预处理法：曝气法，水库蓄存法等。新的预处理法正在继续探索中。深度处理方法主要有：粒状活性炭吸附法、合成树脂吸附法臭氧—粒状活性炭联用法生物活性炭法、吸附氧化同时作用氧化法——光氧化法、臭氧氧化法生物法——生物活性炭法：在粒状活性炭上滋生微生物，吸附的同时也利用微生物降解有机物。超滤：具有应用前景，但不能去除小分子有机物及腐植酸类物质。反渗透：能去除比超滤法小的分子，但某些小分子有机物也被去除。此外，超滤和反渗透装置成本及运行费用均较高。污染水源的饮用水预处理和深度处理，自80年代开始受到重视，当前正处于研究和发展阶段。方法吸附法膜法