4第四章(净水工艺及水厂)全解

净水工艺水源水质及用户对水质要求净水工艺给水处理基本方法工艺流程及选择水厂厂址选择及布置第一节水源水质及用户对水质要求一、原水水质地面水和地下水均含有各种不同杂质。杂质来源自然过程人为因素地层矿物质溶解水中微生物繁殖水流对地表冲刷工业废水生活污水第一节水源水质及用户对水质要求一、原水水质杂质分类悬浮物质溶解物质泥砂，粘土、水草，藻类、原生动物、细菌和病原菌等颗粒大小存在形态胶体硅酸胶体、腐植质胶体等钙、镁盐和其他盐类，氧、二氧化碳等溶解气体以及其他溶解有机物等表5－1第一节水源水质及用户对水质要求一、原水水质杂质分类无机物微生物杂质性质有机物为了鉴别水源中杂质成分、含量及其变化规律，必须进行水的物理，化学及细菌分析，有时还须进行水生物分析。水的物理分析包括：水温、浑浊度、悬浮固体，色度，嗅和味等。水的化学分析包括：pH值、碱度、硬度、硫酸盐、氯化物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、耗氧量、溶解氧、铁和锰以及铅、汞、氰化物、酚类化合物等各种有害或有毒物质，必要时还应测定水中放射性物质。水的细菌分析包括：细菌总数和大肠菌群检验。二、水源的水质特点1．地下水水质清澈，水质、水温较稳定地下水含盐量通常高于地表水地下水含铁、锰量超过生活饮用水卫生标准时，需经过除铁除锰处理后才可使用2．江河水浑浊度高，随季节变化大；例如，黄河最高含砂量达300Kg／m3，是世界上著名的高浑浊度水，长江最高浑浊度为23000毫克／升色度低，含盐量及硬度不大细菌含量较多水温变幅较大。此外，河流易受污染而含有各种有害物质。3．湖泊及水库水水浑浊度较低藻类较多，使水产生色、臭、味易受废水污染含盐量比河水高。按含盐量分，有淡水湖、微咸水湖和咸水湖三种。这与湖的形成历史、水的补给来源及气候条件有关。咸水湖的水不宜生活饮用。我国大的淡水湖主要集中在雨水丰富的东南地区。4．海水海水含盐量高，而且所含各种盐类或离子的重量比例基本一定，这是与其它天然水源所不同的一个显著特点。海水一般需经淡化处理才可作为居民生活用水。三、水质标准水质标准是指用户所要求的各项水质参数应达到的指标。水质标准随着“饮用水与健康”科学研究的深入，工业工艺过程的发展所引起的水质新要求，以及水质检验技术的进步而不断修改。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）四、用户对水质的要求(一)生活饮用水水质标准生活饮用水水质应无色、无臭，无味、不浑浊、无有害物质，特别是不含传染病菌。供给城市、城镇的生活饮用水水质必须符合现行《生活饮用水水质标准》（GB5749-2006）规定。(二)生产用水水质要求各种工业企业对水质有不同要求。在确定生产用水的水质标准时，应进行调查研究，按生产实际情况加以确定。第二节给水处理基本方法城市给水处理的目的是去除原水中悬浮物质、胶体、病菌以及水中其他有害人体身体健康和影响工业生产的有害杂质，使处理后水质满足现行生活饮用水质标准和工业生产用水水质的要求。一、给水处理方法水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。1）当生活饮用水采用地面水时，需要进行混凝、沉淀(或澄清)、过滤、消毒等处理工艺过程。2）如果采用没有受到污染的地下水源，当水质清澈透明时，只要经过消毒，便可符合生活饮用水水质要求。3）当要求的水质较高时，则需作进一步的专门净化处理，如除铁、除锰、软化、淡化以及其它方面的特殊处理。混凝、沉淀和过滤的主要目的是去除水中的悬浮物和胶体杂质消毒通常在过滤以后进行，对于某些未被去除的致病微生物，必须用消毒方法将其杀死当溶解于地下水中的铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、除锰措施如果水中钙、镁离子含量较高，则需要进行软化处理对于高含盐量的水如海水及“苦咸水”则要进行淡化处理二、城镇常用水处理构筑物常规的净水工艺包括混凝、沉淀、过滤、消毒等，每种方法可用多种不同形式的净水构筑物。因此，为了选择切合城镇实际情况、投资少、运行费用低、管理简单的工艺流程，必须对各种净水方法有所了解。（一）混凝1、混凝概述微粒变成絮粒并由小变大的物理化学反应过程就是混凝过程。混凝过程由投药、混合、絮凝几个阶段完成。混凝效果的好坏，即生成的矾花是否结实粗大，对沉淀、过滤等后续处理影响很大。因此，应根据原水水质，选用好的凝聚剂和最佳投量，则是保证良好混凝效果的关键。2、混凝剂和助凝剂（1）混凝剂应用于水质净化中的混凝剂应符合以下基本要求：混凝效果良好；对人体健康无害；使用方便；货源充足；价格低廉。混凝剂种类较多，归纳起来有两大类，即金属盐类混凝剂和高分子混凝剂。1)硫酸铝[Al2(SO4)3·18H20]：此产品有精制和粗制两种。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐Al2(SO4)3·K2SO4·24H20，为无色或白色结晶体，属天然矿物。2)三氯化铁[Fecl3·6H2O]：三氯化铁通常是具有金属光泽的褐色结晶体。处理低温水效果较铝盐好。它具有不受温度的影响，易溶解、易混合的优点，但同时也有易潮、腐蚀性强、不易保管等缺点。3)硫酸亚铁[FeSO4·7H2O]：是废硫酸和废铁屑加工制成的半透明绿色结晶体，俗称“绿矾”。硫酸亚铁的适用条件同三氯化铁，但使用时pH值在8.1～9.6为宜。4)聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m：也称聚氯化铝，是一种高效无机高分子混凝剂。聚合氯化铝一般对各种水质以及水的pH值适应性较强；絮凝体形成较快，且颗粒大而重；投量比硫酸铝要低，目前应用比较广泛。在选用混凝剂时要因地制宜，一般情况下可选用硫酸铝；低温时可选用铁盐混凝剂；在货源和质量有保证的条件下，应尽可能地选用聚合氯化铝。（2）混凝剂的配制和投加1）配制城镇小水厂中通常采用溶解缸和溶液缸进行配制。2）投加根据投药点的不同而决定，一般分为重力投加和压力投加两种。重力投加是依靠重力作用把混凝剂加入原水中的投加方法。当投加点选择在水泵的吸水管或吸水管喇叭口时，称为泵前投加。如图5－1所示。泵前重力投加是利用水泵叶轮的高速转动使混凝剂迅速地分散到原水中。这种方法安全可靠，节省混凝剂，一般适用于取水泵距水厂较近者。但这种投加方式对水泵叶轮有一定的腐蚀作用，尤其是采用铁盐作混凝剂时。图5－1重力投加当取水泵房距水厂较远时，如有地形可以利用或有条件建造高架溶液池，则可利用药液重力投入水泵压水管上，见图5－2。图5－2压力投加采用水射器在水泵出水管上用压力投药的方式，见图5－3。水射器效率较低，易磨损，但设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大的限制。图5－3（3）助凝剂当单独使用混凝剂不能取得良好的效果时，则需要投加某些辅助药剂以提高或改善混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。目前，城镇水厂常用的助凝剂有：生石灰、氯气、活化水玻璃及高分子化合物等。3、混合和絮凝混合：凝聚剂与原水进行充分混合的过程。絮凝：当药剂与原水充分混合后，水中胶体和悬浮物质发生凝聚产生细小矾花。这些细小矾花还需要通过絮凝池进一步形成沉淀性能良好、粗大而密实的矾花，以便在沉淀池中去除。絮凝池：絮凝中必须控制一定的流速，创造适宜的水力条件。絮凝池的种类较多，常用的有隔板絮凝池、旋流式絮凝池等。考虑到城镇水厂的规模较小，水量变化不大以及对原有絮凝池的挖潜与改造，在城镇水厂中可采用折板絮凝池，见图5－4。折板絮凝池一般分为三段，三段中折板布置可分别采用相对折板、平行折板和平行直板。折板可采用钢丝网水泥或其它无毒材料制作。折板夹角可采用900～1200；折板宽度b采用0.5m，折板长度L为0.8m，1.0m；第二段中平行折板的间距等于第一段相对折板的峰距。图5－4（二）沉淀与澄清沉淀就是水中的悬浮颗粒依靠重力作用从水中分离出来的过程。完成沉淀过程的构筑物称为沉淀池。目前中小城镇水厂常用的沉淀池有两种，即平流式沉淀池和斜板斜管沉淀池。1.平流式沉淀池平流式沉淀池是应用较早，比较简单的一种沉淀池。它是用砖石或钢筋混凝土建造的矩形水池。既可用于自然沉淀，也可用于混凝沉淀。图5－52.斜板斜管沉淀池在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使去除率提高。斜板沉淀池实际上是把多层沉淀池底板做成一定倾斜度，以利排泥。斜板与水平面成600角，放置于沉淀池中，水从下向上流动(或从上向下、或水平方向流动)，颗粒则沉于斜板底部。当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。斜管沉淀池实际上是把斜板沉淀池再进行横向分隔，形成管状(矩形或六角形)。斜板斜管沉淀池之所以能提高生产能力，主要是因为增加了沉淀面积和改善了水力条件。根据浅层理论：当流量和颗粒的沉降速度一定时，沉降效率与沉降面积成正比，与池深和池的容积无关。即沉淀面积越大，沉降效率越高。在沉降池中加设了斜板，增加了沉淀面积，同时使颗粒沉降距离大大缩短，另外，过水断面的水力半径因湿周的增大而减小，从而改善了水力条件，有利于提高沉淀效率。斜板斜管沉淀池按水流的流向，一般可分为上向流、侧向流和下向流三种，如图5－6所示。上向流的水流方向与沉泥滑动的方向相反，通常称为异向流。斜管沉淀池均属异向流。下向流的水流方向则与沉泥的滑动方向相同，通常称为同向流。与异向流相比，同向流构造复杂，容易堵塞。图5－6斜板斜管沉淀池主要由配水整流区，斜板斜管区、集水区、积泥区等部分组成，见图5－7。图5－73.澄清池澄清池是利用池中积聚的活性泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附，使杂质从水中分离出来，从而达到使水变清的构筑物。澄清池的特点是：在一个构筑物中完成混合、絮凝、沉淀三个过程。利用活性泥渣加强了混凝过程，加速了固～液分离，提高了澄清效率。但澄清池对水量、水质和水温的变化适应性差，要求管理技术较高。澄清池的种类和形式较多，基本上可分为两大类：泥渣悬浮型澄清池和泥渣循环型澄清池。(1)机械搅拌澄清池。机械搅拌澄清池的结构，主要由进水管、配水槽、絮凝室、分离区、集水区、污泥浓缩室、搅拌设备等组成，见图5－8。图5－8(2)水力循环澄清池图5－9为水力循环澄清池。它主要由以下四部分组成：进出水系统：进水管、出水槽、出水管。混凝系统：喷嘴、喉管、喇叭口、第一絮凝室、第二絮凝室。分离系统：分离室。排泥系统：浓缩室、排泥管、放空管。图5－9（三）过滤经过混凝沉淀或澄清后，原水中颗粒较大而易于下沉的杂质已被截流于沉淀池或澄清池中。但仍有细小杂质及细菌留在水中，还需要进一步用过滤的方法进行处理。滤池通常置于沉淀池或澄清池之后，滤出水浊度必须达到生活饮用水水质标准。水的过滤处理是让原水通过具有孔隙的粒状滤料层，利用滤料与杂质间吸附、筛滤、沉淀等作用，截留水中的细微杂质，使水得到澄清。当原水浊度较低(一般在50度以下)，且水质较好时，也可采用原水直接过滤。过滤的作用，不仅能进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随浊度的降低而被去除。残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。在生活饮用水的净化工艺中，有时沉淀池或澄清池可以省略，但过滤是不可缺少的，它是保证生活饮用水卫生安全的重要措施。滤料层能截留杂质使水变清的主要原因是：1)机械筛滤作用。滤料层一般由砂粒组成，砂粒之间的孔隙能截留比孔隙尺寸大的杂质，当孔隙因截留杂质变小后，较小的杂质也随着被截留下来。2)接触凝聚作用。经沉淀或澄清处理后的水，在通过滤层与砂粒接触时，由于分子引力的作用，水中细微杂质被表面积较大的砂粒所吸附，使水澄清。滤池按滤速的大小可分为快滤池和慢滤池两种。慢滤池由于生产率低已较少使用。随着过滤技术的发展、快滤池型式日益增多，可分为普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池等。目前城镇小水厂最常用的是无阀滤池。这种滤池不设闸阀，而是利用虹吸原理进行自动过滤和冲洗，因而管理较为方便。无阀滤池按其工作条件可分为重力式无阀滤池和压力式无阀滤池。1.重力式无阀滤池（1)重力式无阀滤池的构造和工作原理。重力式无阀滤池的构造见图5－10。图5－10（2)滤料与承托层。对各种滤料的颗粒粒径、级配、滤层厚度的要求。表5－2(3)配水系统。配水系统的作用在于使冲洗水均匀分布在整个滤池平面上。配水均匀性