给水工程复习资料

一、给水处理概论1.各种天然水源水质的特点地下水：悬浮物和胶质基本去除，水质清澈、水质、水温较稳定；含盐量和硬度比地表水高江河水：悬浮物和胶质杂质含量较多，浊度高于地下水，水温不稳定；含盐量和硬度较低湖泊及水库水：长时期自然沉淀，浊度较低，含藻类较多，湖底积存大量腐殖质易使水质恶化；含盐量比河水高海水：含盐量高2.水质标准P2373.反应器原理：变化量=输入量-输出量+反应量理想反应器模型：完全混合间歇式反应器（CMB型）：这是一种间歇操作的搅拌容器。反应物投入反应器后，通过搅拌使容器内物质均匀混合，同时进行反应，直至反应产物达到预期要求时，停止操作，排出反应产物。在整个反应过程中，既无新的反应物自外界投入，也无反应产物排出容器外。完全混合连续式反应器（CSTR型）：当反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的料液达到完全均匀混合。新的反应物连续输入，反应产物也连续输出。推流式反应器（PF型）：反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。二、混凝1.定义：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。2.胶体稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性（一）动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；（胶体粒子很小，布朗运动剧烈，本身质量小而所受重力作用小，布朗运动足以抵抗重力影响，故而能长期悬浮于水中）粒子越小，动力学稳定性越高。（二）聚集稳定性：胶体粒子之间不能相互聚集的特性；（胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，在布朗运动作用下，有自发相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生）胶体稳定性关键在于聚集稳定性。3.硫酸铝水解产物：未水解的水合铝离子(PH3)；单核羟基配合物；多核羟基配合物或聚合物(PH=4~5)；氢氧化铝沉淀物(PH=6.5~7.5)4.混凝机理投加药剂使水变清的原因：（一）压缩双电层和电性中和作用扩散层厚度下降，电性斥力下降①各种离子压缩双电层的能力随离子价数增加而增加②高价药剂投加过量会引起反作用（二）吸附架桥作用高分子化合物中有一种链状高分子，形成胶粒—高分子—胶粒絮凝体，当胶体表面高分子覆盖率为1/2时，絮凝效果最好。（三）网捕或卷扫混凝剂投加量大形成氢氧化物沉淀时，机械作用，所需混凝剂量与原水中杂质含量成反比，即原水中杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。5.混凝动力学异向絮凝：由布朗运动造成的颗粒碰撞聚集同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集甘布公式G=√𝑝𝜇=√𝑔ℎ𝛾𝑇G值：反映了能量消耗概念，仍使用速度梯度一词最佳G值问题：①G值大，混凝效果好②G值大，水流剪力大，已形成的絮凝体有破碎的可能Co—物料进口浓度Ci—反应器内时间t物料浓度Ce—物料出口浓度G速度梯度，𝑠−1g重力加速度9.8m/m^2μ水的动力粘度Pa•sh混凝设备中的水头损失mP单位体积流体所耗功率W/𝑚3γ水的运动粘度m^2/sT水流在混凝设备中的停留时间s6.影响混凝效果的主要因素（一）水温水温低，无机盐水解困难（二）水的PH值和碱度影响①PH影响与混凝剂品种有关a.硫酸铝去浊度最佳PH为6.5-7.5去色度最佳PH为4.5-5.5去浊度最佳PH为6-8.4b.三价铁去色度最佳PH为3.5-5c.高分子混凝剂受水的PH影响较小②水解过程与酸碱度的问题投加碱性物质不能过量（三）水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞速度大大减小，混凝效果差①加铝盐或铁盐时，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，提高颗粒碰撞速度③采用直接过滤法，即原水中投加混凝剂后直接进入滤池过滤，滤料成分为絮凝中心7.混凝设备(1)隔板絮凝池P279例题(2)折板絮凝池优点：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。絮凝时间在10~15min。三、沉淀与澄清1.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拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀（1）拥挤沉淀4个区域的问题A.清水区B.等浓度区C.变浓度区D.压实区（2）4个区域的变化过程清水区高度上升，压实区高度上升，等浓度区高度下降，变浓度区在等浓度区消失之前基本不变，在等浓度区消失之后，高度也逐渐下降，直至消失。3.平流沉淀池浅池理论：当沉淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以高些。去除率E=𝑢𝑖𝑢𝑜=uiQA水流的紊动性用雷诺数Re判别（平静程度），表示水流的惯性力与粘滞力之间的对比，降低以利于颗粒沉降水流稳定性用弗劳德数Fr判别，表示水流的惯性力与重力之间的对比，增大以保持流态稳定水力半径R=面积/湿周在平流沉淀池中，降低Re和提高Fr数的有效措施是减小水力半径R（池中纵向分格及斜板、斜管沉淀池）设计计算P303例题4.斜板与斜管沉淀池设计计算P306例题浑液面四、过滤1.过滤机理（一）颗粒迁移（1）颗粒尺寸比较大，与滤料碰撞被截留（2）质量力作用（3）布朗运动作用（4）非球形颗粒因速度梯度而旋转偏离流线（5）滤料本身不规则形状产生筛滤（二）颗粒黏附（物化性质）范德华力、静电力、水化作用、产生粘附力，此外还存在吸附架核作用（三）滤层内杂质分布规律（1）水流剪力与粘附力共同作用调整使下层滤料渐起作用（2）滤料反冲洗导致水力分级，形成上细下粗格局，不利过滤①表层孔隙易堵塞②易产生裂缝③多层滤料，均质滤料可以提高滤层含污能力2.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3.滤料和承托层𝐾80=𝑑80𝑑10K80越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，颗粒越不均匀，这对过滤和冲洗都很不利。4.滤池冲洗配水系统设计P339冲洗计算P3435.滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。气垫中的空气先由直管上部小孔进入滤头，气量加大后，气垫厚度相应增大，部分空气由直管下部的直缝上部进入滤头，此时气垫厚度停止增大。反冲洗水则由滤柄下端及直缝上部进入滤头，气和水在滤头内充分混合后，经滤帽缝隙均匀喷出，使滤层得到均匀反冲。五、消毒1.氯消毒原理一般认为主要通过次氯酸HOCL起作用。HOCL中很小的中性分子扩散到带负电的细菌表面，穿透到细菌内部，起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。2.折点加氯3.二氧化氯消毒优：不会与水中有机物作用生成三卤甲烷；消毒能力比氯强，投加量比氯少；二氧化氯余量能在管网中保持很长时间衰减速度比氯慢；二氧化氯不水解，故消毒效果受水的PH影响较小；作为氧化剂，能有效地或降低水的色嗅物质缺：副产物ClO2-对人体血红细胞有损害。K80不均匀系数d80通过滤料重量80%的筛孔孔径d10通过滤料重量10%的筛孔孔径4.臭氧消毒优：不会产生三卤甲烷等副产物，杀菌和氧化能力比氯强缺：水中有机物经臭氧氧化后，大分子有机物分解成的中间产物可能存在毒性物质或致突变物六、水的其他处理方法1.地下水除铁、锰方法：将溶解状态的铁锰氧化成不溶解的𝐹𝑒3+或𝑀𝑛4+化合物，在经过滤达到去除目的。2.活性炭吸附柱状活性炭柱状破碎炭3.生物活性炭工艺臭氧与活性炭联用（1）可将大分子有机物分解成小分子有机物，使有机物更容易被降解，并提高活性炭对有机物的吸附能力（2）增加水中溶解氧，加上可被生物利用的有机物增加，有利于活性炭上微生物的生长，提高有机物的去除效率并延长活性炭的使用寿命4.水的除氟活性氧化铝法七、水厂设计1.设计原则(1)水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水址进行设计，并以原水水质最不利情况进行校核。水厂自用水址主要用于滤池冲洗及沉淀池或澄清池排泥等方面。自用水量取决于所采用的处理方法、构筑物类型及原水水质等因素。城镇水厂自用水量一般采用供水量的5%~10%，必要时应通过计算确定。(2)水厂应按近期设计，考虑远期发展。根据使用要求和技术经济合理性等因素，对近期工程亦可作分期建造的安排。对于扩建、改建工程，应从实际出发，充分发挥原有设施的效能，并应考虑与原有构筑物的合理配合。(3)水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清冼及部分停止工作时，仍能满足用水要求。例如，主要设备(如水泵机组)应有备用量。城镇水厂内处理构筑物一般虽不设备用量，但通过适当的技术措施，可在设计允许范围内提高运行负荷。(4)水厂自动化程度，应本着提高供水水质和供水可靠性，降低能耗、药耗，提高科学管理水平和增加经济效益的原则，根据实际生产要求，技术经济合理性和设备供应情况，妥善确定。(5)设计中必须遵守设计规范的规定。如果采用现行规范中尚未列入的新技术、新工艺、新设备和新材料，则必须通过科学论证，确证行之有效，方可付诸工程实际。但对于确实行之有效、经济效益高、技术先进的新工艺、新设备和新材料，应积极采用，不必受现行设计规范的约束。2.平面布置(1)布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管(渠)的长度，并便于操作管理。如沉淀池或澄清池应紧靠滤池;二级泵房尽量靠近清水池。但各构筑物之间应留出必要的施工和检修间距和管(渠)道地位。(2)充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用。例如沉淀池或澄清池应尽量布置在地势较高处，清水池尽量布置在地势较低处。(3)各构筑物之间连接管(渠)应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外，有时也需设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水量采取应急措施。(4)建筑物布置应注意朝向和风向。如加氯间和氯库应尽量设置在水厂主导风向的下风向；泵房及其它建筑物尽量布置成南北向。(5)有条件时(尤其大水厂)最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全。3.高程布置高程图在平面上不按比例画，以美观为主