給水工程(下冊)各章節(jié)內(nèi)容(考試復習重點)

1、內(nèi)部資料十四章 給水處理概論1. 給水處理的任務(wù)：用不同的方法與裝置改變原水的主要質(zhì)量指標以滿足用戶的要求，提高水 的質(zhì)量，解決原水不能滿足用戶要求的矛盾。2.原水中的雜質(zhì)：（1）懸浮物：尺寸較大，易于在水中下沉或上浮。（2）膠體雜質(zhì)：顆粒尺寸很小，在水中長期靜置也難下沉；天然水中的膠體一般帶負電荷。（3）溶解雜質(zhì)：包括有機物和無機物兩類。3.（1）水質(zhì)標準是用水對象所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應(yīng)達到的指標和限值。 （2）水質(zhì)參數(shù)指能反映水的使用性質(zhì)的量，但不涉及具體數(shù)值。4.生活飲用水衛(wèi)生標準（GB 5749-2006） （1）感官性狀和一般化學指標 （2）毒理學指標 （3）微生物指標 （4）放射性

2、指標5. 給水處理方法概述：水處理方法應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求確定。 懸浮雜質(zhì)：沉淀法去除 膠體狀態(tài)存在水中的雜質(zhì)：混凝沉淀過濾去除 離子、分子狀態(tài)存在水中的雜質(zhì)：生成沉淀物將這種雜質(zhì)去除 有機物：用活性炭吸附 微生物、細菌等：消毒方法 -以地表水為水源的水廠采用的常規(guī)處理工藝：混凝沉淀過濾消毒6. （1）澄清工藝通常包括混凝、沉淀和過濾。處理對象主要是水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。 （2）消毒是消除水中致病微生物的致病作用。 7.除鐵、除錳和除氟（第19章）：主要針對地下水而言。 -常用除鐵、錳的方法是：自然氧化法和接觸氧化法。 -當水中含氟量超過1.0mg/L時，需采用除氟措施： a.

3、投入硫酸鋁等使氟化物沉淀； b.利用活性氧化鋁等進行吸附交換。 8.軟化（第21章）：處理對象主要是水中的鈣、鎂離子。 -軟化方法有：離子交換法和藥劑軟化法。9.生活飲用水預(yù)處理和深度處理：主要處理對象是水中的有機污染物。 -處理原理：吸附、氧化、生物降解、膜濾。第15章 混 凝1、 混凝機理1. （1）混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。 （2）凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過程。 （3）絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集。 -混凝過程涉及：水中膠體的性質(zhì)；混凝劑在水中的水解； 膠體與混凝劑的相互作用。 （4）膠體穩(wěn)定性：指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。 -膠體穩(wěn)

4、定性分“動力學穩(wěn)定”和“聚集穩(wěn)定”兩種。 -動力學穩(wěn)定：指顆粒布朗運動對抗重力影響的能力。 （無規(guī)則的布朗運動強，對抗重力影響的能力強。） -聚集穩(wěn)定：指膠體粒子之間不能相互聚集的特性。 包括：膠體帶電相斥（憎水性膠體）； 水化膜的阻礙（親水性膠體）。 注：在動力學穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定對膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。2. DLVO理論：PPT6，P255. 膠體顆粒之間的相互作用決定于排斥勢能與吸引勢能，分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。3. 混凝機理:(1) 電性中和作用機理: 壓縮雙電層：-要使膠體脫穩(wěn)，相互碰撞結(jié)合，必須消除或降低排斥能峰，即是消除或降低電位。 -有效措施：投加

5、混凝劑壓縮擴散層微粒間相互聚集。-混凝劑是正離子進入膠體的吸附層和擴散層壓縮其厚度 電位減小膠體脫 穩(wěn)，相互粘結(jié)。： 吸附電性中和：這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。主要是指膠核表面直接吸附帶異號電 荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來降低z電位。-其特點是：當藥劑投加量過多時，電位可反號。（2）吸附架橋：吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋。 -高分子絮凝劑投加后，通常可能出現(xiàn)以下兩個現(xiàn)象： 高分子投量過少，不足以形成吸附架橋； 但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護”現(xiàn)象，（3）網(wǎng)捕或卷掃： 金屬氫氧化物在形成過程中對膠粒的網(wǎng)捕與卷掃。所需混凝劑量與原水雜質(zhì)含量成 反比，即當原水膠

6、體含量少時，所需混凝劑多，反之亦然。4.硫酸鋁的混凝機理： 不同pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機理不同。何種作用機理為主，決定于鋁鹽的投 加量、pH、溫度等。實際上，幾種可能同時存在： pH<3 簡單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用； pH=4-5 多核羥基絡(luò)合物起吸附電性中和；pH=6.5-7.5 氫氧化鋁起吸附架橋。2、 混凝劑和助凝劑1.混凝劑：主要分為無機混凝劑和有機混凝劑。 應(yīng)用于飲用水處理的混凝劑應(yīng)符合的基本要求有：混凝效果好，對人體健康無害，使用 方便，貨源充足，價格低廉。 主要分為無機混凝劑和有機混凝劑。表15-1無機鹽混凝劑高分子混凝劑鋁鹽： Al2（SO4）318H2O、

7、明礬、NaAlO3、聚合氯化鋁PAC、聚合硫酸鋁PAS鐵鹽： FeCl36H2O、 綠礬FeSO47H2O、聚合硫酸鐵PFS、聚合氯化鐵PFC無機：堿式氯化鋁等有機：聚丙烯酰胺等2. 助凝劑：當單獨使用混凝劑不能取得預(yù)期效果時，需投加某種輔助藥劑以提高混凝效果，這 種藥劑稱為助凝劑。助凝劑通常是高分子物質(zhì)。 機理：高分子物質(zhì)的吸附架橋。 作用： （1）調(diào)節(jié)和改善混凝條件，加速混凝過程； （2）加大絮凝體的密度和重量，使它迅速下沉；（3）在絮凝體之間起吸附架橋和沉淀網(wǎng)捕作用。 -助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。 -廣義上可分為以下幾類： 酸堿類：調(diào)整水的pH，如石灰、硫酸等； 加大礬花的粒度

8、和結(jié)實性：如活化硅酸（SiO2·nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑； 氧化劑類：破壞干擾混凝的物質(zhì)，如有機物。如投加Cl2、O3等。3、 混凝動力學1.基本概念. 混凝動力學：研究顆粒碰撞速率屬于混凝動力學范疇。 顆粒相互碰撞的動力來自兩個方面：顆粒在水中的布朗運動； 在水力或機械攪拌所造成的流體運動。 異向絮凝：由布朗運動引起的顆粒碰撞聚集。 同向絮凝：由水力或機械攪拌所造成的流體運動引起的顆粒碰撞聚集。2.異向絮凝 顆粒的碰撞速率可按費克（Fick）定律計算： 式中：DB 布朗運動擴散系數(shù)； K為波茲曼常數(shù)，1.38×10-16； T為溫度； 為水的運動粘度； 為水的密度。

9、 因此： 故Np只與顆粒數(shù)量和水溫有關(guān)，而與顆粒粒徑無關(guān)。但當顆粒的粒徑大于1mm，布朗 運動消失。 從上式可以看出，T會引起Np ，所以在水處理不好時，可在原水中加入少量粘土， 加大n，使碰撞加劇，從而使Np加大。3. 同向絮凝 （1）層流理論： 顆粒的碰撞速率按下式計算： G -速度梯度，s-1； u -相鄰兩流層的流速增量，cm/s； z -垂直于水流方向的兩流層之間距離，cm。 在公式中，n和d均屬原水雜質(zhì)特性，而G是控制混凝效果的水力條件。故在絮凝設(shè) 備中，往往以速度梯度G作為控制參數(shù)之一。 在被攪動的水流中，考慮一個瞬間受剪而扭轉(zhuǎn)的隔離體x·y·z，設(shè)在時間t

10、內(nèi)，隔離體扭轉(zhuǎn)了角度，于是角速度為： G:速度梯度；s-1 p:單位體積流體所耗功率，W/m3; :水的動力粘度，Pa·s. 當采用機械攪拌時，p由機械攪拌器提供。當采用水力絮凝池時，p應(yīng)為水流本身所消耗的能量，由下式?jīng)Q定： 故采用水力絮凝池時: （甘布公式） 式中：g-重力加速度，9.8m/s2; h-混凝設(shè)備中的水頭損失，m； -水的運動粘度，m2/s; T-水流在混凝設(shè)備中的停留時間，s。 （2）同向紊流理論 外部施加的能量形成大渦旋；大渦旋將能量輸送給小渦旋；小渦旋將能量輸送給 更小的渦旋；只有尺度與顆粒尺寸相近的渦旋才會引起顆粒碰撞。 式中，紊流擴散系數(shù) ，為相應(yīng)于尺度的脈

11、動速度，為： 得： :單位時間、單位體積流體的有效能耗； ：水的運動粘度； ：渦旋尺度。 4.混凝控制指標 自藥劑與水均勻混合起直至大顆粒絮凝體形成為止，工藝上總稱混凝過程。相應(yīng)設(shè)備 有混合設(shè)備和絮凝設(shè)備。 混合（凝聚）過程：在混合階段，對水流進行劇烈攪拌的目的主要是使藥劑快速均勻 分散以利于混凝劑快速水解、聚合、及顆粒脫穩(wěn)。平均G700 1000s-1，時間通常在 1030s，一般2min。此階段，雜質(zhì)顆粒微小，同時存在顆粒間異向絮凝。 絮凝過程：在絮凝階段，主要靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，故以同向絮凝為 主。同向絮凝效果不僅與G有關(guān)，還與時間有關(guān)。在絮凝階段，通常以G值和GT值作為控

12、 制指標。平均G20 70s-1，時間為15 20min，GT1104105 。 隨著絮凝的進行，G值應(yīng)逐漸減小。四、影響混凝效果的主要因素 1.影響混凝效果的因素比較復雜，主要包括： 原水性質(zhì)，包括水溫、水化學特性、雜質(zhì)性質(zhì)和濃度等； 投加的凝聚劑種類與數(shù)量； 使用的絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。 2.水溫影響 水溫低時，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細小、松散，凝聚效果較差。其原因有： 無機鹽水解吸熱，低溫水混凝劑水解困難； 溫度降低，粘度升高布朗運動減弱； 水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，妨礙凝聚； 水溫與水的pH值有關(guān)。 克服水溫低效果差的措施： 增加混凝劑的投量，以改善顆粒之間的碰撞條件。

13、 投加助凝劑（如活化硅酸）或粘土以增加絨體重量和強度，提高沉速。 3.水的pH和堿度影響 （1）水的PH對混凝效果影響很大，對一般的渾濁水，投硫酸鋁的最佳PH范圍為6.5-7.5。 （2）三價鐵鹽水解反應(yīng)同樣受PH值的控制。 (FeCL36H2O) 三價鐵鹽混凝劑適應(yīng)的PH值范圍較寬，最優(yōu)PH值大約在6.0-8.4之間。 （3）使用 FeSO4·7H2O 時： Fe2+ + H2O<-> Fe(OH)+ + H+ Fe(OH)+ + H2O<->Fe(OH)2 + H+ Fe(OH)2溶解度較大，且Fe2+只能形成較簡單的絡(luò)合物，混凝效果較差，因此要把Fe2+

14、 氧化成Fe3+，就和FeCl3一樣了。 （4）氧化的方法： -利用溶解氧氧化： 4FeSO4+O2+10H2O<->4Fe(OH)3+4H2SO4 要求：PH>8.5，這樣氧化時間才能短，因此投 FeSO4 同時投加CaO提高原水的PH。 PH<8.5時氧化過程緩慢，很難在凈化構(gòu)筑物內(nèi)完成。 -加Cl2氧化： 6FeSO4+3Cl2<->2Fe(SO4)3 + 2FeCl3（5）從鋁鹽和鐵鹽水解反應(yīng)式可以看出，水解過程中不斷產(chǎn)生的H+必然導致水的 PH 值 的下降，天然水中含有一定的堿度。 HCO3- + H+<->CO2 + H2O 當投藥量

15、較少，原水的堿度又較大時，由于水中的碳酸化合物的緩沖作用，水的 PH 值 略有降低，對混凝效果不會有大的影響。 當投藥量較大，原水的堿度小時，水中的堿度以不足已中和水解產(chǎn)生的酸時，水的 PH將大幅度下降，以至降至最優(yōu)混凝條件以下。這時便不能獲得良好的混凝效果。為了保 持水的 PH 值在混凝過程中始終處于最優(yōu)范圍內(nèi)須向水中投加堿劑，即對水進行堿化，一 般投加CaO。 AL2(SO4)3 + 3H2O + 3CaO = 2AL(OH)3 + 3CaSO4 2FeCL3 + 3H2O + 3CaO = 2Fe(OH)3 + 3CaCL2石灰投量按下式估算： CaO = 3a x + 式中 CaO：純

16、石灰CaO投量，mmol/L； a：混凝劑投量，mmol/L； x：原水堿度，按mmol/L，CaO計； ：保證反應(yīng)順利進行的剩余堿度，一般取0.250.5mmol/L（CaO）。 一般石灰投量通過試驗決定。 4 水中懸浮物濃度的影響（見P271） 雜質(zhì)濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差?？刹扇〉膶Σ哂校?加高分子助凝劑； 加粘土； 投加混凝劑后直接過濾。 如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水常需投加有機高分子絮凝劑作為助凝劑。五、混凝劑的配制與投加 1.混凝劑的溶解和溶液配制 （1）混凝劑投加分固體和液體投加兩種方式。我國常用的是液體投加，即將

17、固體溶解后配成一定濃度的溶液投入水中。當直接使用液態(tài)混凝劑時，不用溶解池。 溶解設(shè)備決定于水廠規(guī)模和混凝劑品種。溶解池、攪拌設(shè)備及管配件等，均應(yīng)有防腐措施或采用防腐材料。 （2）溶解池設(shè)計要求：（見PPT） 攪拌裝置有：機械攪拌、壓縮空氣攪拌、水泵攪拌、水力攪拌等。中小型水廠，常用自然浸溶，壓力水經(jīng)穿孔管淋溶或沖溶。 （3）溶解池容積W1： W1=（0.20.3）W2 式中W2為溶液池容積。 （4）溶液池是配制一定濃度溶液的設(shè)施。 溶液池容積W2： 式中：W2溶液池容積，m3； Q處理的水量，m3/ h； 混凝劑最大投加量，mg/L； b溶液濃度，一般取10%20%； n每日調(diào)制次數(shù)，一般不超

18、過3次。 溶液池一般設(shè)二個，一用一備。2混凝劑投加 （1）對投藥設(shè)備的基本要求： 投量準確、易調(diào)節(jié)。 設(shè)備簡單、工作可靠、操作方便。 （2）混凝劑投加設(shè)備包括計量設(shè)備、藥液提升設(shè)備、投藥箱、必要的水封箱以及注入設(shè)備等。 計量設(shè)備有：轉(zhuǎn)子流量計；電磁流量計；苗嘴；計量泵等。 投加方式：（1） 泵前投加：安全可靠，一般適用取水泵房距水廠較近者，圖中（P273）水封箱是為防止空氣進入。 （2）高位溶液池重力投加：適用取水泵房距水廠較遠者，安全可靠，但溶液池位置較高。（3）水射器投加：設(shè)備簡單，使用方便，溶液池高度不會受太大限制，但效率低，易磨損。（4） 泵投加：不必另設(shè)計量設(shè)備，適合混凝劑自動控制系

19、統(tǒng)，有利于藥劑與水混合。六 混合和絮凝設(shè)備 1.混合設(shè)備：我國常用的混合設(shè)備有三類：水泵混合、管式混合、機械混合。（見P276）2.絮凝設(shè)備：分為兩大類：水力攪拌式、機械攪拌式。（1）隔板絮凝池：分往復式和回轉(zhuǎn)式。 -隔板絮凝池的設(shè)計參數(shù):(見P278) -優(yōu)點： 1.適用于大型水廠，因為 Q 小 b 小，不便于施工和維護； 2.構(gòu)造簡單、管理方便、效果較好，回轉(zhuǎn)式比往復式效果好，水頭損失小 3040%。 -缺點： 1.絮凝時間長，容積較大，水頭損失較大； 2.流量變化大時，效果受影響。（2）折板絮凝池 (圖見P280.)通常采用豎流式，它將隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰對波

20、谷平行安裝稱“同波折板”，波峰相對安裝稱“異波折板”。 -優(yōu)點： 無論是同波還是異波折板間水流流動連續(xù)不斷，可行成眾多小旋渦，提高了顆粒碰撞絮凝效果。 在折板的每個轉(zhuǎn)角處，兩折板之間的空間可視為CSTR完全混合連續(xù)反應(yīng)器，眾多連續(xù)反應(yīng)器串聯(lián)起來就接近或相當于推流型（PF型）反應(yīng)器。所以折板絮凝池接近推流型。 與隔板絮凝池相比，水流條件大大地改善，在總的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高。所需絮凝時間可以縮短，池子體積減小。 -缺點： 因板距小，安裝維修較困難； 折板費用較高，一般常用于中小型水廠。 采用波紋板缺點就更突出。 3.機械絮凝池 (圖見P281) 攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的

21、安裝位置分水平軸式和垂直軸式。水平軸式一般適用于大型水廠，垂直軸式一般適用于中小水廠。 -第一格攪拌強度最大，而后逐步減小，G值也相應(yīng)減小，攪拌強度決定于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。 4.穿孔旋流絮凝池 (圖見P284) -優(yōu)點是構(gòu)造簡單，施工方便，造價低，可用于中、小型水廠或與其他形式的絮凝池組合應(yīng)用。 -缺點是受流量變化影響較大，故絮凝效果欠佳，池底也容易產(chǎn)生積泥現(xiàn)象。 5.網(wǎng)格、柵條絮凝池 圖見P284網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計成多格豎井回流式。每個豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間的隔墻上、下交錯開孔，進水端至出水端逐漸減少，一般分3段控制。前段為密網(wǎng)或密柵，中段為疏網(wǎng)或疏柵，末段不安裝網(wǎng)、柵。特

22、點：網(wǎng)格絮凝池效果好，水頭損失小，絮凝時間較短，但還存在末端池底積泥現(xiàn)象，小數(shù)水廠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格上滋生藻類、堵塞網(wǎng)眼現(xiàn)象。其設(shè)計參數(shù)見P285表15-3。第16章 沉淀和澄清一、懸浮顆粒在靜水中的沉淀 1.水中固體顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程稱為沉淀。按水中固體顆粒的性質(zhì)，沉淀分為三類：（1）自然沉淀：顆粒在沉淀過程中不改變其大小、形狀和密度。（2）混凝沉淀：在沉淀過程中，顆粒由于相互接觸凝聚而改變其大小、形狀和密度，這種過程稱為混凝沉淀。（3）化學沉淀：在某些特種水處理中，投加藥劑使水中溶解雜質(zhì)結(jié)晶為沉淀物，稱為化學沉淀。2.給水處理中，常遇到兩種沉淀：P288（1）自由沉淀： 單個顆粒

23、在無邊際水體中沉淀，其下沉的過程顆?；ゲ桓蓴_，且不受器皿壁的干擾，下沉過程中顆粒的大小、形狀、密度保持不變，經(jīng)過一段時間后，沉速也不變。（2）擁擠沉淀： 顆粒處于互相干擾的沉淀（網(wǎng)狀沉淀）。 當水中含有的凝聚性顆?；蚍悄坌灶w粒的濃度增加到一定值后，大量顆粒在有限水體中下沉時，被排斥的水便有一定的上升速度，使顆粒所受的摩擦阻力增加，顆粒處于相互干擾狀態(tài)，此過程稱為擁擠沉淀。3.懸浮顆粒在靜水中的自由沉淀 一般認為，懸浮顆粒與器壁的距離大于50倍顆粒的直徑，同時體積濃度小于0.002時（5400mg/L），可認為自由沉淀，此時的沉淀速度稱為自由沉淀速度。以球型顆粒為例，在水中作沉降運動時將受重力

24、、浮力、摩擦阻力三種力的作用。 重力和浮力： p及1：顆粒及水的密度。 阻力： CD:阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)有關(guān)。 得： 顆粒下沉時，起始沉速為零，故以加速度下沉，隨著vs增加，阻力也相應(yīng)增加，很快顆粒即等速下沉。dvs/dt=0令上式左邊為零，加以整理，得均勻下沉速度vs,簡稱沉速u。 上式為沉速基本公式，式中雖不出現(xiàn)Re，但是，式中阻力系數(shù)cD卻與Re有關(guān)。 水的運動粘度。 阻力系數(shù)cD與雷諾數(shù)Re的關(guān)系通過實驗得出，見圖： （1）層流區(qū)Re1： 帶入斯篤克斯公式得： 斯篤克斯公式的適用條件: 10-4Re1，顆粒d0.1mm適用； 濃度5000mg/L,與容器壁間距大于50d； 非絮凝顆粒；

25、 對于非球形的顆粒，d要乘球形系數(shù)（ 1) （2）過渡區(qū)1Re1000： 代入公式，得阿蘭公式：<這個公式適用于d2mm的砂粒。> （3）紊流區(qū)1000Re2500：<這個公式適用d2mm的砂粒。> 此時CD接近于常數(shù)0.4，代入前式得牛頓公式： -給水沉淀池中的泥沙顆粒的沉淀一般屬于層流沉降狀況。 給水處理主要研究對象是0.1mm以下的顆粒的去除問題。 在實際應(yīng)用上，常常以沉速代表某一特點顆粒而無需求出顆粒的直徑。 沙粒粒徑：d0.1mm u 7.5mm/s 去除容易 d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除 d=0.001mm 膠體，不能自行下沉 必

26、須混凝去除4. 懸浮顆粒在靜水中的擁擠沉淀 當大量顆粒在有限的水中下沉時，被排擠的水便有一定的速度，使顆粒所受到的摩擦阻力有所增加，顆粒處于互相干擾狀態(tài)，此過程稱為擁擠沉淀，此時的沉淀速度稱為擁擠沉速。 一般講，當原水含沙量增到一定數(shù)量，泥沙即處于擁擠沉淀狀態(tài) ，含沙量再大時，在沉淀過程中會產(chǎn)生濁度相差懸殊的清水區(qū)和渾水區(qū)，兩區(qū)交界面清晰可見，稱為渾液面，該面緩緩下降，直至泥沙完全沉積為止。具體分析見P290-291.二、平流式沉淀池 上部為沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，池前部有進水區(qū)，池后部有出水區(qū)。經(jīng)混凝的原水流入沉淀池后，沿進水區(qū)整個截面均勻分配，進入沉淀區(qū)，然后緩慢地流向出口區(qū)。水中的顆粒沉于

27、池底，沉積的污泥連續(xù)或定期排出池外。1.非凝聚性顆粒沉淀過程分析（1）理想沉淀池應(yīng)符合以下三個假定： 顆粒處于自由沉淀狀態(tài)：即在沉淀過程中顆粒之間互不干擾，不再凝聚和破碎，顆粒的大小、形狀和密度不變，因此顆粒沉速始終不變。 水流沿著水平方向流動。在過水斷面上，各點流速相等，在流動過程中，v始終不變。 顆粒沉到池底即認為已被去除。（2） 分析： 原水進入沉淀池，在進水區(qū)被均勻分配在A-B截面上其水平流速為： 考察流線III：正好有一個沉降速度為u0的顆粒從池頂沉淀到池底，稱為截留速度（沉淀池能全部去除的顆粒中的最小顆粒的沉速）。 u u0的顆?？梢匀咳コ?，u< u0的顆粒只能部分去除。又

28、可得： 即： Q/A 一般稱為“表面負荷”或“溢流率”。表面負荷在數(shù)值上等于截留速度u0，但含義不同。 設(shè)原水中沉速為ui（ui<u0）的顆粒的濃度為C，沿著進水區(qū)高度為h0的截面進入的顆粒的總量為QC=h0BvC，沿著m點以下的高度為hi的截面進入的顆粒的數(shù)量為hiBvC（見圖)，則沉速為ui的顆粒的去除率為： 哈真公式。 式中： E沉淀效率。 （3） 理想沉淀池理論： 即哈真公式。 懸浮顆粒在理想沉淀池中的沉淀效率只與沉淀池的表面負荷率有關(guān)，而與其他因素（水深、池長、水平流速、沉淀時間）無關(guān)。這一結(jié)論抓住了沉淀池的主要矛盾，闡明了決定沉淀效率的主要因素,反應(yīng)了下列兩個問題：當E一定時

29、ui越大，q也越高，亦即產(chǎn)水量越大，或當Q、A不變時ui越大、E越高。 ui的大小與混凝效果有關(guān)。因此，生產(chǎn)上一定要重視絮凝工藝。 ui一定，A增加、E提高。當W（容積）一定時，池深淺些，則表面積大些，沉淀效率可以高些，此即“淺池理論”。斜板、斜管沉淀池的發(fā)展即基于此理論。（4）理想沉淀池的總?cè)コ剩?式中：p0所有沉速小于理想沉淀池截留沉速u0的顆粒重量占原水中全部顆粒重量的 百分率； u0理想沉淀池的截留沉速； ui小于截留沉速的顆粒沉速； pi所有沉速小于ui的顆粒重量占原水中全 部顆粒重量的百分率； dpi 具有沉速為ui的顆粒重量占原水中全 部顆粒重量的百分率。 （4）非凝聚性顆粒的

30、沉淀實驗分析。(P295.)2.凝聚性顆粒的沉淀實驗分析。(P296)3.影響平流式沉淀池沉淀效果的因素 （1）沉淀池實際水流狀況對沉淀效果的影響。 主要為短流的影響，產(chǎn)生的原因有： 進水的慣性作用； 出水堰產(chǎn)生的水流抽吸； 較冷或較重的進水產(chǎn)生的異重流； 風浪引起的短流； 池內(nèi)存在的導流壁和刮泥設(shè)施等。 -水流狀況的判別指標-紊動性和穩(wěn)定性 紊動性-雷諾數(shù)Re判別。該值表示水流的慣性力與粘滯力兩者的對比。 n v-水的流速； R-水力半徑； g -水的運動拈滯系數(shù)。一般認為，在明渠流中，Re500時，水流是紊流狀態(tài)，平流沉淀池中水流的 Re一般為 400015000，屬紊流狀態(tài)。 在沉淀池中

31、，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。 穩(wěn)定性-弗勞德數(shù)Fr。該值表示水流的慣性力與重力兩者的對比。 Fr高，慣性力作用相對增加，重力相對減少。水流對溫差、密度異重流及風浪等影響的抵抗的能力強，使沉淀池中的水流流態(tài)保持穩(wěn)定，一般認為平流沉淀池中Fr 10-5。-在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是減小水力半徑R，平流沉淀池的縱向分隔及斜板、斜管沉淀池都能達到上述目的。 （2）絮凝過程的影響(P300) 實際生產(chǎn)性沉淀池的沉淀時間和水深均影響沉淀效果。實際沉淀池也就偏離了理想沉淀池的假定條件。4.平流沉淀池的構(gòu)造 平流式沉淀池分為進水區(qū)、沉淀區(qū)、存泥區(qū)、出水區(qū)4部分。 （1）進水區(qū) 進水區(qū)的

32、作用是使水流均勻地分布在整個進水的截面上，并盡量減少擾動。 一般在絮凝池和沉淀池之間設(shè)置穿孔花墻分布進池渾水。 配水孔眼直徑取100mm左右， 在沉淀區(qū)均勻分布，以求將渾水在寬度和深度兩個方向上都能均勻分配。 孔眼的總面積由孔眼中的水流速度決定，孔眼速度v大，配水均勻性好，但大顆粒絮凝 體經(jīng)過孔眼會被打碎，相反地，v選小，配水均勻性差，但絮凝體被破壞就輕些，所以n v0 .150.2 M/S 。 （2）沉淀區(qū) 采用導流墻對平流沉淀池進行縱向分格可以減小水力半徑R達到改善水流條件的目的。 沉淀池的高度與其前后有關(guān)凈水構(gòu)筑物的高程布置有關(guān)，一般約34米，沉淀區(qū)的長度L決定于水平流速n和停留時間T，

33、即：L= vT，其中：v=0.010.025m/s，停留時間T=13h（一般水為12h，高溫高色度水位23h）。沉淀池的寬度決定于流量Q、池深H和水平流速n即：B=Q/Hv ，沉淀區(qū)的L、B、H之間互相關(guān)聯(lián)，為獲得良好的效果，沉淀池應(yīng)具有合理的構(gòu)造形式，一般認為狹長型較好。 一般認為：長寬比不小于4；長深比宜大于10，寬深比不大于3-4,每格寬度宜在3-8m。 （3）出水區(qū) （見PPT54） 溢流堰出水；溢流堰出水；不淹沒孔口出水；淹沒孔口出水 （4）存泥區(qū)和排泥措施 （見PPT59） 沉淀池排泥方式有：泥斗排泥、穿孔排泥管、機械排泥等。 平流式沉淀池穿孔排泥管設(shè)計要求流式.（見PPT60）5

34、. 平流沉淀池的設(shè)計計算：（見PPT61-67或P302）三、斜板與斜管沉淀池1.斜板與斜管沉淀池的特點 （1）按照理想沉淀池的理論，(哈真公式)可知沉淀效率為： 在保證同樣的產(chǎn)水量，同樣的效率的條件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地縮小沉淀池的容積，使建筑費用大大地降低。從改善沉淀池水力條件的角度來分析，斜板、斜管沉淀池，R大大地減小了，Re大大地降低了；Fr大大地增大，水流穩(wěn)定；處于層流狀態(tài)，從而提高了沉淀效率。（分析見PPT74-76） （2）分類： 斜板（管）沉淀池是把與水平面成一定的角度（一般60°左右）的板（管）狀組件置于沉淀池中構(gòu)成，水流可從上向下或從下向上流動，顆粒沉

35、于斜管底部，而后自動下滑。 斜板斜管沉淀池按水流方向分為：異向流、同向流、橫向流三種，目前在實際工程中應(yīng)用的是異向流斜板（管）沉淀池。（P305圖） （3）優(yōu)點： 沉淀面積增大； 沉淀效率高，產(chǎn)水量大； 水力條件好，Re小，F(xiàn)r大，有利于沉淀； 缺點： 由于停留時間短，其緩沖能力差； 對混凝要求高； 維護管理較難，使用一段時間后需更換斜 板（管） （4）斜板、斜管沉淀池水力特征參數(shù)的依據(jù)是： 水流在斜板（斜管）中的流態(tài)為層流； 斜板（斜管）內(nèi)縱向流速，隨著板間（管內(nèi)）斷面上不同位置而變化。 顆粒為分散性非絮凝顆粒，顆粒沉降速度不變。2.斜板斜管沉淀池設(shè)計計算 （1）上向流斜板、斜管沉淀池進水方

36、向選擇： （2）整流配水裝置 為了能使水流均勻地進入斜管下的配水區(qū)，絮凝池一般應(yīng)考率整流措施。 采用縫隙柵條配水，縫隙前狹后寬； 采用穿孔墻，配水孔v0.15m/s，（應(yīng)不大于絮凝池出口流速）； （3）傾斜角： 越小，沉淀面積越大，沉淀效率越高； q 越大，排泥容易。 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，為使排泥通暢。52 ° 60°，一般常取60°。 （4）斜管長度 L： 斜管長度大則沉淀效果好。 試驗證明在斜管進口一段距離內(nèi)，泥水混雜，水流紊亂，污泥濃縮也較大，此段稱為過渡段或紊流段。該段以上便看出泥水分離，此段稱為分離段。 過渡段的長度隨管中上升流速而異，該段泥水雖然混雜，但由于

37、濃度較大，反而有利于接觸絮凝，從而有利于分離段的泥水分離。 斜板的實際長度L = 過渡段長度L0 + 分離段長度Lt 過渡段長度一般估計約200mm.斜板過長會增加造價，而沉淀效率的提高有限，在分離段上部出現(xiàn) 一段較長的清水段，并未利用。目前長度多采用8001000mm。 （5）斜板的板距，斜管的管徑d及端面形狀 斜板的板距50150mm, 常取100mm； 斜管管徑 d=2540mm,（多邊形內(nèi)切圓直角），端面形狀，多采用正六角形。 （6）材料的選擇：輕質(zhì)、堅牢、無毒、價廉，目前使用較多的紙質(zhì)蜂窩、薄雕塑料板（無毒聚乙烯），木質(zhì)、石棉水泥板等， （7）斜板（管）沉淀池的表面負荷率斜板（管）沉

38、淀池的表面負荷率q就是單位面積的產(chǎn)水量，以m3/h.m2或mm/s。 一般上向流斜板（管）沉淀池和平流斜板沉淀池的表面負荷率為1020 m3/h.m2 （36 mm/s ）；下向流斜板（管）沉淀池表面負荷率為3050 m3/h.m2 （814 mm/s ）。斜板（管）沉淀池的表面負荷率為： 上向流和下向流斜板 板間（管內(nèi)）流速為： (8)斜板下部為布水區(qū)11.5m，斜板的上部為清水區(qū)1m左右；總水深4米左右，總停留時間為20分鐘左右。 (9)沉淀池面積A: 選定表面負荷（2.53.0mm/s），計算得到面積A。 沉淀池總高度: H=h1+h2+h3+h4+h5 式中： h1為超高0.3m，h2

39、為清水層高度1.2m; h3為自身高度0.866m，h4為配水區(qū)高度1.5m; h5為污泥斗高度0.8m。四澄清池 澄清池將絮凝和沉淀過程綜合于一個構(gòu)筑物完成，主要依靠活性泥渣層達到澄清目的。 1.澄清池特點 當脫穩(wěn)雜質(zhì)隨水流與泥渣層接觸時被阻留下來使水獲得澄清的現(xiàn)象，稱為接觸絮凝。 泥渣層的形成：通常在澄清池開始運轉(zhuǎn)時，在原水中加入較多絮凝劑，并適當降低負荷，經(jīng)過一段時間，便能形成泥渣層。當原水濁度低時，為加速泥渣層的形成，也可人工投加粘土。 泥渣的凈水作用機理：由于混凝劑混凝渾水后新生成的泥渣尚有大量的未飽和的活性集團，能繼續(xù)吸附和粘附水中的懸濁物質(zhì)；泥渣具有疏松的結(jié)構(gòu)和很大的表面積，渾水

40、的混凝過程在泥渣的團體表面上進行（接觸凝聚）要比在水中進行（自由凝聚）強的多；懸浮泥渣層具有很高的濃度（從數(shù)百到數(shù)千mg/l）,能大大地增加泥渣之間的碰撞機會，促進絮凝顆粒的增大，這樣就提高了絮凝體的沉淀速度。 澄清池的特點：將絮凝和沉淀兩個過程在一個構(gòu)筑物內(nèi)靠活性泥渣完成； 泥渣層的開始形成，可適當多投混凝劑，降低負荷； 充分利用了泥渣的絮凝作用。 2.澄清池的分類：泥渣懸浮型澄清池 泥渣循環(huán)型澄清池 （1）泥渣懸浮型澄清池 （詳見PPT97-103） 懸浮澄清池 加過藥劑的原水經(jīng)過氣水分離器后，從穿孔配水管進入澄清池室，由下向上穿過懸浮泥渣層中進行絮凝和沉淀。特點：a構(gòu)造簡單； b對進水量

41、、水質(zhì)、水溫的變化適應(yīng)性較差，當進水流量、水質(zhì)變化較大時，懸浮泥渣易遭破壞； c面積過大時，也容易導致配水和懸浮層濃度分布不均勻；故適用于中小型水廠。 脈沖澄清池 澄清池的上升流速發(fā)生周期性的變化，這種變化是由脈沖發(fā)生器引起的?？棵}沖方式進水，懸浮層發(fā)生周期性的收縮和膨脹。 原水由進水管進入進水室，由真空泵造成的真空而使進水室的水位上升，此為沖水過程。當水面達到進水室最高水位時，進氣閥開啟，進水室通大氣，這時進水室內(nèi)水位迅速下降，向澄清池放水，此為放水過程。特點：(1)有利于顆粒和懸浮層接觸； (2)懸浮層污泥趨于均勻。 (3)還可以防止顆粒在池底沉積 (4)處理效果受水量、水質(zhì)、水溫影響較大

42、； (5)構(gòu)造復雜。 （2）泥渣循環(huán)型澄清池(詳見PPT104-111) 機械攪拌澄清池 主要由第一、第二反應(yīng)室和分離室組成，加過藥劑的原水在第一、第二反應(yīng)室與高濃度的回流泥渣相接觸，達到較好的絮凝效果，結(jié)成大而重的絮凝體，在分離室中進行分離。泥渣的循環(huán)回流用機械抽升，故稱機械攪拌澄清池。 水力循環(huán)澄清池特點：優(yōu)點：不需機械攪拌，結(jié)構(gòu)簡單 缺點：反應(yīng)時間短，運行不穩(wěn)定，泥渣回流控制較難，不能適應(yīng)水溫、水質(zhì)、水 量的變化，只能用于小水廠。 第17章 過濾1 過濾概述 1.過濾就是以具有孔隙的粒狀濾料層（如石英砂）截留水中雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的工藝過程。 進出水要求：進水濁度一般在10度以下，濾

43、后水的濁度不超過3mg/l。(新標準不超過1mg/l)。當原水濁度較低（一般在100度以下），且水質(zhì)較好時，也可采用原水直接過濾。 作用：不僅進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細菌乃至病毒等將隨水的濁度降低而被部分去除。殘留于濾后水中的細菌、病毒等在失去渾濁物的保護或依附時，在濾后消毒過程中也將容易被殺滅，這就為濾后消毒創(chuàng)造了良好條件。過濾對生活飲用水的水廠來說， 必須有過濾，這是不可缺少的。種類：慢濾池：慢濾池是最早出現(xiàn)的用于水處理的過濾設(shè)備，能有效地去除水的色度、嗅和味。 普通快濾池、無閥濾池、虹吸濾池、移動罩濾池（水沖洗）、V型濾池（氣水沖洗）。-各種形式的濾池，過濾基本原理一樣，基本

44、工作過程也相同，即過濾和沖洗交錯進行。 2.快濾池：由過濾與反沖洗兩部分組成。 從過濾開始到?jīng)_洗結(jié)束的一段時間稱為快濾池的工作周期。從過濾開始到過濾結(jié)束稱為過濾周期。濾池的工作周期為1224h。 濾速是指單位時間、單位過濾面積上的過 濾水量，單位為m3/（m2·h）或m/h。普通快濾池v=8-10 m/h；周期 T=12-24h。雙層濾料 v=10-14 m/h；多層濾料 v=18-24 m/h。二過濾理論1.過濾機理：過濾主要是懸浮顆粒與濾料顆粒之間粘附作用的結(jié)果。 水中的懸浮顆粒能夠粘附與顆粒表面上，涉及兩個問題：第一、被水流夾帶的顆粒如何與濾料顆粒表面接近或接觸，（遷移機理）第

45、二、它們接近時依靠哪些力的作用，使它們粘附于濾料表面上。（粘附機理） （1）顆粒遷移：在過濾過程中，濾層孔隙中的水流一般屬層流狀態(tài)。被水流夾帶的顆粒將隨水流流線運動，它之所以會脫離流線而與濾料表面接近，完全是一種物理的力學作用。一般認為由以下幾種作用引起：沉淀、擴散、慣性、阻截和水動力作用等。 （2）顆粒粘附： 粘附作用是一種物理化學作用。粘附作用主要決定于濾料和水中顆粒的表面物理化學性質(zhì)。過濾效果主要取決于顆粒表面的性質(zhì)而無須增大顆粒尺寸。 （3）濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律（詳見PPT29-35或P317） 濾層含污能力：是指工作周期結(jié)束時，整個濾層單位體積濾料中所截留的雜質(zhì)量，以kg/m3或g/c

46、m3計，顯然含污能力大，表明整個濾層所發(fā)揮的作用大。 雙層濾料層：上層采用密度較小，粒徑較大的輕質(zhì)濾料（如無煙煤），下層采用密度較大、粒徑較小的重質(zhì)濾料（如石英砂）。三層濾料層：上層為大粒徑，小密度的輕質(zhì)濾料（如無煙煤），中層為中等粒徑、中等密度的濾料（如石英砂），下層為小粒徑、大密度的重質(zhì)濾料（如石榴石）。見P318圖。 （4）直接過濾： 原水不經(jīng)過沉淀而直接進入濾池的過濾稱為“直接過濾”。直接過濾充分體現(xiàn)了濾層中特別是濾料中接觸凝聚或絮凝的作用。 直接過濾有兩種方式：原水加藥后只經(jīng)過混合就直接進入濾池過濾，稱為“接觸過濾”。也可稱為“直流過濾”；原水加藥后經(jīng)過混合和微絮凝池后進入濾池過濾，稱為“微絮凝過濾” 。-直接過濾要求： 采用雙層或三層濾料濾池； 采用聚合物為主混凝劑或助凝劑。 原水濁度和色度較低且水質(zhì)變化小，常年 原水濁度低于50度； 直接過濾中的濾速應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)決定，濁度偏高時應(yīng)采用較低濾速，當原水濁度在50度以上時，濾速一般在5m/h左右。-直接過濾特點：1.工藝簡單；2.混凝劑用量少；3.易于處理低溫低濁水。2.過濾水力學:闡述過濾時水流通過濾層的水頭損失變化及濾速的變化。（1）清潔濾層的水頭損失(見P320計算公式)（2）等速過濾中水頭損失的變化 當濾池過濾速度保持不變，亦即濾池流量保持不變時，稱“等速過濾”。無閥濾池