水质工程学给水复习资料

第一章水质与水处理概论1、天然水体中的杂质分类⑴按水中杂质的尺寸，可分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物。⑵从化学结构上可分为无机物、有机物和生物。⑶按杂质的来源可分为天然杂质和污染性杂质。2、水体富营养化：指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，这些营养物质足以使水中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异氧微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水质恶化和生态环境结构破坏的现象。3、两个相关的水质指标描述水体的自净过程：生化需氧量BOD：该值越高说明有机物含量越高，水体受污染程度越严重。水中溶解氧DO：是维持水生物生态平衡和有机物能够进行生化分解的条件，DO值越高说明水中有机污染物越少。水体中BOD值和DO值呈高低反差关系4、生活饮用水水质常规检验项目和限制：项目限值色度不超过15度，并不得呈现其他颜色浑浊度不超过1度（NTU），特殊情况下不超过5度（NTU）砷0.05mg/L氟化物1.0mg/L细菌总数100（CFU/mL）总大肠杆菌群每100mL水样中不得检出游离余氯在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，管网末梢水不应低于0.5mg/L（适用于加氯消毒）第三章凝聚与絮凝1、胶体的稳定性：从水处理角度而言，是指交替颗粒在水中长期保持分散状态的特性。⑴动力稳定性；⑵带电稳定性；⑶溶剂化作用稳定性。2、胶体稳定存在的原因：⑴胶体的双电层结构：胶体粒子可以通过吸附而带有电荷，同种胶粒带同种电荷，而同种电荷会相互排斥，要使胶体聚沉，就要克服排斥力，消除胶粒所带电荷。⑵胶体粒子在不停的做布朗运动。3、胶体的凝聚机理：⑴压缩双电层作用：水处理所去除的胶体主要为带负电的胶体，常用的铝盐、铁盐混凝剂产生的带正电和的高价金属羟基聚合离子可以起到压缩双电层的作用。高价电解质压缩双电层的能力优于低电解质离子，所以，一般选作混凝剂的多为高价电解质。如：Fe3＋、AL3＋。⑵吸附电中和作用：指胶体微粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，使胶体颗粒更易于聚沉。⑶吸附架桥作用：指分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机物或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉，此时胶粒间并不直接接触，高分子物质在两个胶体颗粒之间像一座桥一样将它们连接起来。⑷网捕——卷扫作用：指投加到水中的铝盐、铁盐等混凝剂水解后形成较大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀，当这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，会像多孔的网一样，将水中胶体颗粒和悬浮浊质颗粒捕获卷扫下来。4、絮凝机理：⑴异向絮凝：有布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。⑵同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。5、影响絮凝效果的主要因素：⑴客观因素：水温（适宜20°~30°）、PH值、碱度、水中浊质颗粒浓度。⑵主观因素：混凝剂的种类及投加方式，水力条件。混凝剂有干投和湿投两种投加方式（硫酸铝以稀溶液形式投加较好，而三氯化铁则以干投或浓溶液投加较好）6、混凝剂的种类及其优缺点：⑴无机盐类混凝剂：①硫酸铝：固体硫酸铝需溶解投加，一般配成10%左右的重量百分浓度使用。采用硫酸铝作混凝剂时，运输方便，操作简单，混凝效果较好，但水温较低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体教松散，混凝效果变差。粗制硫酸铝由于不溶性杂质含量高，使用时废渣较多，带来排除废渣方面的操作麻烦，且因酸度较高而腐蚀性强，溶解与投加设备需考虑防腐。②三氯化铝：其优点是易溶解，形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，沉降速度快，处理低温、低浊水时效果优于硫酸铝，适用PH值范围较宽，投加量比硫酸铝小。其缺点是三氯化铁固体产品极易吸水潮解，不易保存，腐蚀性较强，对金属、混凝土、塑料等均有腐蚀性，处理后水色度比铝盐高，最佳投加量范围较窄，不易控制等。③硫酸亚铁：通常是生产化工产品的副产品，价格低廉。当硫酸亚铁投加到水中时，混凝效果不如三价铁离子，且水解的二价铁离子残留在水中使处理后水带色，若二价铁离子与水中有色物质发生反应后会生成颜色更深的溶解性物质，使处理后的水色度更大。⑵高分子混凝剂：①聚合氯化铝（PCA）：有名碱式氯化铝或羟基绿化铝。具有很多优点：形成絮凝体速度快，絮凝体大而密实，沉降性能好，投加量比无机盐类混凝剂低，对原水水质适应性好，处理效果较稳定，最佳混凝PH值范围较宽，最佳投量范围宽，一定范围内过量投加不会造成水的PH值大幅下降，不会突然出现混凝效果很差的现象，由于聚合氯化铝的盐基度比无机盐类高，因此在配制和投加过程中药液对设备的腐蚀程度小，处理后水的PH值和碱度变化也较小。②聚合硫酸铁（PFS）：其优点有：混凝剂用量少，絮凝体形成速度快，沉降速度也快，有效的PH值范围宽，与三氯化铁相比腐蚀性大大降低，处理后水的色度和铁离子含量均较低。⑶合成有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺PAM、聚氧化乙烯PEO。7、混凝过程：混凝剂的配制、计量、投加、快速混合、絮凝反应。8、混合设施及方法：⑴水泵混合：混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，各种类型的水厂均可采用。以下情况不宜采用水泵混合：①当所用混凝剂具有较强的腐蚀性时，长期运行可能对水泵叶轮有腐蚀作用；②当取水泵房距离净水厂较远时不宜采用，因为原水在长距离的输送中，可能过早地在管中形成絮凝体，一经破碎难于重新聚集。通常水泵混合用于取水泵房与净水厂之间的距离小于150m时。⑵水力混合：构造简单，但难以适应水质、水量等条件的变化，占地面积大，目前已很少采用。⑶管式混合：构造简单，无活动部件，安装方便，混合快速而均匀。其缺点是水头损失稍大，流量过小时混合效果下降。⑷机械混合：优点是混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂；缺点是增加机械设备并相应增加维修工作量。9、絮凝设施：⑴隔板絮凝池：通常用于大中型水厂，具有结构简单，管理方便的优点；缺点是流量变化大时絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积较大。⑵机械絮凝池：优点是可随水质、水量变化而随时间改变转速以保证絮凝效果；缺点是因增加了机械设备而增加了机械维修工作量。⑶折板絮凝池：优点是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，形成众多的小涡旋，提高了克里碰撞絮凝效果；缺点是安装维修较困难，且费用较高。⑷栅条絮凝池：效果好，水头损失小，絮凝时间短，但存在末端池底积泥现象，或在网格上滋生藻类，堵塞网眼。第四章沉淀1、沉淀的分类：⑴自由沉淀：适用于低浓度的离散颗粒，颗粒在沉降过程中，其形状、尺寸、质量均不变，颗粒之间无相互干扰，因此在沉降过程中颗粒沉降速度不变。⑵絮凝沉淀：颗粒在沉淀过程中发生絮凝作用，颗粒絮凝长大，沉降速度逐渐增大。⑶拥挤沉淀（受阻沉淀）：因颗粒的浓度过高，颗粒在沉淀的过程中相互干扰，不同颗粒以相同的速度成层下降，并形成明显的固液界面。⑷压缩沉淀：在颗粒浓度极高的情况下，颗粒在相互支撑的条件下受重力的作用被进一步挤压。压缩沉淀主要用于污泥浓缩池的设计。2、理想沉淀池：一般平流沉淀池前部为进水区，后部为出水区，下部为沉泥区，中部为沉淀区，中部沉淀区若符合以下规定，称为理想沉淀区：⑴进水均匀地分布于沉淀区的始端，并以相同的速度水平地流向末端；⑵进水中颗粒杂质均匀地分布于沉淀区始端，并在沉淀区进行着等速自由沉降；⑶凡能沉降至沉淀区底的颗粒杂质便认为已被除去，不再重新悬浮进入水中。3、表面负荷：指单位沉淀面积上承受的水流量（q=Q/BL）；对于理想沉淀区，表面负荷与截留沉速（也叫特定颗粒沉速）相等。沉淀效率等于沉速与截留沉速的比。4、斜管（板）沉淀池：在城市自来水的混凝沉淀池中，斜板、斜管的倾角多采用60°。斜管（板）沉淀池对原水浊度适应性较平流沉淀池差；斜管（板）沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用，按照斜管（板）中的水流方向，斜管（板）沉淀池分为异向流、同向流和侧向流三种。斜管（板）沉淀池具有停炉时间短、沉淀效率高、节省占地、适用范围广（在大、中、小型水厂均可用）等优点，但存在斜管费用较高，且需要定期更新等问题。5、澄清池：颗粒在某时刻的浓度值与水中絮体的体积浓度有关，在给定Gt值的条件下，随水中絮体体积浓度的增大而减小。如果能在池内形成一个絮体体积浓度足够高的区域，使投药后的原水进入该区域与具有很高体积浓度的粗粒絮体接触，就能大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速率。澄清池就是按这个原理设计的。第五章过滤1、滤速：单位时间、单位过滤面积上的过滤水量。⑴水在慢滤池中的过滤速度一般为0.1~0.3m/h⑵快滤池的虑速可达5~10m/h。2快滤池：主要用来过滤经过混凝以后的水。⑴快滤池工作过程：主要包括过滤和反冲洗。⑵配水系统：作用：1反冲洗时，均匀分布反冲洗水；2过滤时收集过滤水。⑶承托层：作用：支持滤料，防止滤料层从配水系统流失；均匀布置反冲洗水。⑷滤层：由滤料构成。⑸冲洗排水槽：用以均匀排除反冲洗水。过滤过程：过滤时，由进水管向池内滤层上不引入滤前水，水由上向下经过滤层过滤，滤后水由下部配水系统汇集后，经出水管流出持外。过滤持续进行到滤层被堵塞，停止进水和排水，由反冲洗管向池内送入反冲洗水，经配水系统均匀分配后，由下向上对滤层进行冲洗，冲洗后的废水溢流入上部排水槽，再经排水管引出池外排入废水渠道。反冲洗结束后，停止供应反冲洗水并关闭排水阀，恢复出水和进水，重新开始过滤过程。★为了控制过滤和反冲洗的进行，在进水管、出水管、反冲洗管、排水管上都设有阀门。此外在下部出水管处还接出一个短管。3、滤料：⑴滤料应满足的要求：①具有足够高的机械强度；②具有良好的化学稳定性；③具有用户要求的颗粒尺寸和粒度组成。⑵滤料的规格：包括滤料颗粒的大小和滤料的级配分布两个方面。⑶滤料的有效料径d10：滤料中小于该粒径的颗粒的质量占滤料总质量的10%。⑷滤料的不均匀系数K80：d80与d10的比值。K80=d80/d10①K80代表了材料的不均匀程度。K80越大，表示粗细颗粒分布越大，对于过滤和反冲洗越不利。K80越接近1，滤料的大小越均匀，过滤和反冲洗的效果越好。为使滤料较均匀些，希望K80不大于2。②表示滤料规格的参数：最小粒径和最大粒径。③常用的滤料是：石英砂和无烟煤。⑸比表面积：单位重量或体积的滤料所具有的变面积。单位cm2/g或cm2/cm3。4、快滤池的运行：⑴滤池的过滤作用水头：是指滤前水的最高水位与滤后水水位（常为清水池水位）之差。普通快滤池常取过滤作用水头为2.5~3m。⑵负水头现象：当过滤进行到一定时刻时，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。①负水头的危害：增加滤层局部阻力，增加了水头损失；空气泡会闯过滤料层，上升到滤池表面，甚至把煤粒这种轻质滤料带走。②避免率池中出现负水头的方法：一是增加砂面上的水深；二是令滤池出口位置等于或高于滤层表面。⑶滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量。单位g.cm3或kg/m35、配水系统：大阻力配水系统、中阻力系统、小阻力系统。反冲洗时配水不均匀的危害：滤池中砂层厚度分布不同；过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；可能导致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。⑴大阻力配水系统：①基本原理：由于承托层与滤料层的阻力系数之和S2不能改变，只有通过减小孔口总面积来增大孔口阻力系数S1，才能增大S1+S2。增大孔口阻力系数S1就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力水头不均匀对孔口的出流量影响。②特点：a.配水均匀性好；b.结构复杂；c.但管道容易结垢；d.孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高。③普通快滤池一般采用大阻力配水系统（穿孔管配水系统）⑵小阻力配水系统：①特点：a.反冲洗水头小；b.配水均匀性较差；c.滤池面积较大时，不易采用小阻力配水系统。②虹吸滤池、无阀滤池和移动冲洗罩滤池常采用小阻力配水系统（格栅、孔板、穿孔渠、滤头）6、滤池冲洗：冲洗的目的是清除滤层中截留的污物，恢复滤池过滤能力。常用的方法有：⑴高速水流反冲洗⑵气、水联合反冲洗：该方法既能提高冲洗效果，又可节省冲洗水量。对滤层进行气水反冲的形式