水質(zhì)工程學(xué)給水處理工程

《水質(zhì)工程學(xué)》電子教案

------給水處理工程

課程性質(zhì)及任務(wù)

〈水質(zhì)工程學(xué)〉是給水排水工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課，其任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生全面系統(tǒng)地了解水的性質(zhì)、水質(zhì)特征與水質(zhì)指標(biāo)等概念，較扎實地掌握水處理的基本概念、基本原理、基本方法及基本應(yīng)用與發(fā)展；基本掌握各種水處理的技術(shù)與方法、應(yīng)用條件、設(shè)計規(guī)范以及新工藝與新技術(shù)，為將來從事本專業(yè)的工程設(shè)計、科學(xué)研究及運行管理工作等奠定必要的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計、計算水質(zhì)工程中的各構(gòu)筑物、工藝系統(tǒng)的初步能力和分析、解決實際工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)1.徐保玖、安鼎年.給水處理理論與設(shè)計.北京:

中國建筑工業(yè)出版社,19922.鐘淳昌主編.凈水廠設(shè)計.北京:中國建筑工業(yè)出版社,19913.(日)水處理理論與應(yīng)用.張自杰等譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1986第一章給水處理概論§1-1水源水質(zhì)§1-2水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)§1-3給水處理方法概述§1-4反應(yīng)器任務(wù)：使所提供的水質(zhì)達(dá)到用戶的要求。手段：采用各種方法使水質(zhì)達(dá)到要求，其目的就是將水中“雜質(zhì)”去除掉。給水處理典型工藝流程：消毒劑二級泵站清水池絮凝沉淀原水投藥混合過濾用戶§1-1水源水質(zhì)1.原水中的雜質(zhì)或源于自然過程或源于人為的污染。按照雜質(zhì)尺寸的大小可將其分為懸浮物、膠體和溶解物三類：

分散顆粒溶解物膠體顆粒懸浮物顆粒尺寸<0.1nm1～100nm(或100nm)>0.1um(或1um)

典型物質(zhì)無機離子、細(xì)小黏土顆粒、黏土、粉砂、小分子高分子有機物、腐質(zhì)酸細(xì)菌等有機物等病毒、細(xì)菌等溶液體系真溶液（透明）膠體溶液（混濁）1.1懸浮物：尺寸較大，易于下沉或上浮，當(dāng)水流較慢時可去除。

1.2膠體：尺寸很小，長期靜置也難下沉，水處理解決的主要對象。

1.3溶解物：包括有機物和無機物兩大類。無機物是工業(yè)用水的主要去除對象，有害有毒的則是生活飲用水的去除對象。有機物會產(chǎn)生色、臭、味及毒性，主要來自污染，是目前研究的重點對象之一。溶解雜質(zhì)的主要形式：

1）溶解氣體：02、N2、CO2、H2S2）離子：陽離子、陰離子2.各種天然水的水質(zhì)特點2.1地下水：經(jīng)地層滲濾，水質(zhì)清澈，水質(zhì)水溫較穩(wěn)定，宜作飲用水和工業(yè)冷卻水水源。2.2江河水：受自然條件影響很大，水中懸浮物、膠體態(tài)雜質(zhì)含量較多。江河水的最大缺點就是易污染、水溫不穩(wěn)定。2.3湖泊及水庫水：流動性小，濁度低、藻類多、含鹽量高（淡水湖、微咸水湖和咸水湖3類）2.4海水：含鹽量高，各種成分的比例基本一定，氯化物占89%左右，淡化后方可飲用。3.受污染水源中的雜質(zhì)：水源污染是普遍問題，特別水有機物的污染尤為嚴(yán)重及危險（P236自看）。其解決辦法：保護(hù)水源，控制污染源；強化處理工藝?！?-2水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)定義：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是用戶對象所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)和限值。不同的用水對象，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求不同，既使相同對象，也因經(jīng)濟(jì)及技術(shù)問題而有較大差異（不同國家差異很大）。但隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步及水源污染的日益嚴(yán)重，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總在不斷修訂與補充中。1.生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)1.1標(biāo)準(zhǔn)的制訂：與水源污染、檢測技術(shù)、醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展有關(guān)。（1）飲用水水質(zhì)項目大為增加，從原35項增加到96項（2）把檢測項目分為常規(guī)檢測項目（34項）和非常規(guī)檢測項目（62項）（3）提高了對濁度的要求（4）在飲用水常規(guī)檢測項目中增加了耗氧量（高錳酸鹽指數(shù)）：耗氧量（以O(shè)2計）不超過3mg/L，特殊情況下不超過5mg/L。（5）在無機物、有機物單項項目的選擇和限制的確定上，既借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)（WHO、歐盟、美國），又考慮中國國情。（6）重視消毒劑和消毒副產(chǎn)物的危害，從原有的1項，增加到13項。（7）對部分原有項目的限制提出更嚴(yán)格的要求，共4項：濁度、鉛、鎘、四氯化碳。（8）增加了糞性大腸菌群的項目。1.2標(biāo)準(zhǔn)的基本要求求（P237表14-2）1）水中不得含有有病源微生物（（3種）。2）水中所含化學(xué)學(xué)物質(zhì)（70多種）及放射性性物質(zhì)（2種）不得危害人體健健康。3）水的感官性狀狀良好。1.3標(biāo)準(zhǔn)簡介（指指標(biāo)分類）1.3.1感官性狀和一般般化學(xué)指標(biāo)1)感官性狀指標(biāo)（（物理指標(biāo)）濁度、懸浮浮物、臭和和味2)化學(xué)指標(biāo)a雜質(zhì)或污染物質(zhì)質(zhì)的單項指標(biāo)b無機特性的綜合合指標(biāo)c有機污染物的綜綜合指標(biāo)1.3.2毒理學(xué)指標(biāo)指對人體有害的的物質(zhì)，包括眾眾所多無機物、、重金屬及微量量有機污染物，，P239。1.3.3細(xì)菌學(xué)指標(biāo)細(xì)菌總數(shù)、大腸腸菌、余氯含量量1.3.2放射性指標(biāo)總α放射性、總β放射性2.工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用水種類繁繁多,對水質(zhì)要求各不不相同。由各行行業(yè)制訂。3.其他重要水質(zhì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（1）地表水環(huán)境質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（（2）其他水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)§1-3給水處理方法法概述1.給水處理的基基本方法1）去除顆粒物物方法有：混凝凝、沉淀、澄澄清、氣浮、、過濾、篩濾濾（格柵、篩篩網(wǎng)、微濾機機、濾網(wǎng)濾芯芯過濾器等））、膜分離（（微濾、超濾濾）、沉砂（（粗大顆粒的的沉淀）、離離心分離（旋旋流沉砂）等等2）去除、調(diào)整整水中溶解（（無機）離子子、溶解氣體體的處理方法法處理方法有：：石灰軟化、、離子交換、、地下水除鐵鐵除錳、氧化化還原、化學(xué)學(xué)沉淀、膜分分離（反滲透透、納濾、電電滲析、濃差差滲析等方法法）、水質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定（水中溶溶解離子的平平衡，防止結(jié)結(jié)垢和腐蝕等等，詳見本書書第五章）、、除氟（高氟氟水的飲用水水除氟）、氟氟化（低氟水水的飲用水加加氟）、吹脫脫（去除游離離二氧化碳、、硫化氫等））、曝氣（充充氧）、除氣氣（鍋爐水除除氧等）等3）去除有機物物的處理方法法方法有：粉狀狀炭吸附、原原水曝氣、生生物預(yù)處理、、臭氧預(yù)氧化化、高錳酸鉀鉀預(yù)氧化、過過氧化氫預(yù)氧氧化、預(yù)氯化化、臭氧氧化化、活性炭吸吸附、生物活活性炭、膜分分離、大孔樹樹脂吸附（用用于工業(yè)純水水、高純水制制備中有機物物的去除）等等4）消毒方法方法有：氯消消毒、二氧化化氯消毒、臭臭氧消毒、紫紫外線消毒、、電化學(xué)消毒毒、加熱消毒毒等5）冷卻方法2.給水處理的基基本工藝1）飲用水常規(guī)規(guī)處理工藝2）在飲用水常常規(guī)處理工藝藝的基礎(chǔ)上，，增加預(yù)處理理和（或）深度處理的飲飲用水處理工工藝3）其他特殊處處理工藝§1-4反應(yīng)器反應(yīng)器是化工工生產(chǎn)過程中中的核心部分分，在反應(yīng)器器中既有化學(xué)學(xué)反應(yīng)過程又又有物理反應(yīng)應(yīng)過程，影響響因素。通過過數(shù)學(xué)模型方方法的簡化，，使得反應(yīng)裝裝置的選擇、、尺寸計算、、過程操作及及最優(yōu)控制等等找到了科學(xué)學(xué)的方法。許許多水處理的的理論來自于于化工，特別別是工業(yè)水處處理更是發(fā)源源于早期的化化工工業(yè)，多多數(shù)水處理設(shè)設(shè)備與構(gòu)筑物物都可作為反反應(yīng)器來分析析研究。1.物料衡算與質(zhì)質(zhì)量傳遞1.1物料衡算方程程在反應(yīng)器內(nèi),某物質(zhì)無論發(fā)發(fā)生何種變化化,都必須遵守質(zhì)質(zhì)量守恒定律律。設(shè)在反應(yīng)應(yīng)器內(nèi)某一指指定部位，任任選某一物組組分i，可寫出如下下物料平衡式式：單位時間變化化量=單位時間輸入入量-單位時間輸出出量+單位時間反應(yīng)應(yīng)量（1--1）當(dāng)變化量為零零時（組分的的濃度不隨時時間變化，多多數(shù)屬理想情情況），稱為為穩(wěn)態(tài)，即：：單位時間輸入入量-單位時間輸出出量+單位時間反應(yīng)應(yīng)量＝01.2質(zhì)量傳遞反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)質(zhì)的輸入和輸輸出都是質(zhì)量量傳遞的結(jié)果果，按傳遞機機理可分：主主流傳遞、分分子擴散傳遞遞、紊流擴散散傳遞。1）主流傳遞物質(zhì)隨水流主主體而移動，，稱主流傳遞遞。它與液體體中物質(zhì)濃度度分布無關(guān)，，而與流速有有關(guān)。傳遞速速度與流速相相等，方向與與水流方向一一致。2）分子擴散傳傳遞在溶液中，如如存在濃度梯梯度時，則則由于分子作作無規(guī)則運動動，高濃度區(qū)區(qū)內(nèi)的組分將將向低濃度區(qū)區(qū)擴散直至趨趨于均勻分布布狀態(tài)。Fick第一定律給出出了分子擴散散的經(jīng)驗式：：(1--2)式中:J——物質(zhì)擴散通量量，單位：[摩爾/面積/時間]或[質(zhì)量單位/面積/間]DB——分子擴散系數(shù)數(shù)，單位：[面積/時間]Ci——組分I的濃度，單位位：[摩爾/體積]或[質(zhì)量單位/體積]x——濃度梯度方向向的坐標(biāo)。3）紊流擴散傳傳遞大多數(shù)的水流流為紊流，此此時液體質(zhì)點點不僅具有隨隨流的運動，，還具有“各向”的脈動，從而而引起物質(zhì)的的傳遞。紊流流擴散通量可可寫成類似于分子擴散通通量式；(1--3)式中：DC——稱紊流擴散系系數(shù)，其它同（1--2）式。2.理想反應(yīng)器模模型即為了便于研研究，將反應(yīng)應(yīng)器理想模型型化。本書結(jié)結(jié)合水處理介介紹了三種理理想反應(yīng)器：：完全混合間間歇式反應(yīng)器器（CMB型）、完全混混合連續(xù)式反反應(yīng)器（CSTR型）、推流式式反應(yīng)器（PF型）等。2.1完全混合間歇歇式反應(yīng)器（（CMB型）這是一種間歇歇操作式攪拌拌器，即一次次性投入，然然后攪拌混合合，再一次性性排出，無輸輸出與輸入，，故物料衡算式為：(1--4)t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，積分上式得得：(1--5)設(shè)為一級反應(yīng)應(yīng)，r（Ci）=-kCi，則(1--6)為二級反應(yīng)時時，，，則：：（1--7）例1：某消毒實驗驗，由試驗知知為一級反應(yīng)應(yīng)，且k=0.92/min。求細(xì)菌被滅滅活99%時所需時間為多少？2.2完全混合連續(xù)續(xù)式反應(yīng)器（（CSTR）連續(xù)流入、攪拌、、連續(xù)流出，部分分進(jìn)料停留時間為為零，部分則為無無窮大。根據(jù)反應(yīng)應(yīng)器內(nèi)物料完全均均勻混合且與流出出濃度相同的假定定，在等溫條件下下，物料衡算式為為：（1--8）按穩(wěn)態(tài)考慮，即，，于是：（1--9）設(shè)為一級反應(yīng)，r（Ci）=-kCi，則因，故故（（1--10）例2：條件同例1，采用CSTR。解：顯然遠(yuǎn)大于CMB，這是因CMB是在CO下，而CSTR是在Ce下進(jìn)行的。多個CSTR串聯(lián)使用時：如為一級反應(yīng)，則則有12n3coC1C2Cn-1cn兩邊相乘得：則總反應(yīng)時間為：：例3：前例如用2個CSTR，求消毒時間。經(jīng)計算知2.3推流型反應(yīng)器（PF）理想型PF反應(yīng)器內(nèi)的物料僅僅以相同的流速平平行流動，而無擴擴散作用，經(jīng)分析析推導(dǎo)可得出前述述CMB完全相同的公式：：（1--11）3.非理想反應(yīng)器3.1一般概念PF型和CSTR型反應(yīng)器是兩種極極端的、假想的流流型。PF型反應(yīng)器在進(jìn)口端端是在高濃度C0下進(jìn)行反應(yīng)，只是是在出口端才在低低濃度Ce下進(jìn)行反應(yīng)。而CSTR型始終在低濃度Ce下進(jìn)行反應(yīng)，故CSTR型反應(yīng)器生產(chǎn)能力力低于PF型。在CMB中，所有物料的停停留時間都相同；；CSTR型反應(yīng)器中存在返混，即停留時間不同同的物料之間混合合。用示蹤劑畫圖說明明各反應(yīng)器出口的的濃度分布。3.2縱向分散模型(PFD)—自學(xué)4.水處理中常見的反反應(yīng)器水處理中常見的反反應(yīng)器的常見反應(yīng)應(yīng)器見表1-1。表1-1水處理中的常見反反應(yīng)器作業(yè)P252：1、2反應(yīng)器期望的反應(yīng)器設(shè)計

反應(yīng)器期望的反應(yīng)器設(shè)計快速混合器絮凝器沉淀砂濾池吸附離子交換完全混合局部完全混合的活塞流活塞流活塞流活塞流活塞流軟化加氯污泥反應(yīng)器生物濾池化學(xué)澄清活性污泥完全混合活塞流局部完全混合的活塞流活塞流完全混合完全混合及活塞流第二章混凝§2-1混凝機理§2-2混凝劑和助凝劑§2-3凝聚動力學(xué)§2-4影響混凝的主要因因素§2-5混凝劑的配制與投投加§2-6混合和絮凝設(shè)備§2-1混凝機理混凝：水中膠體粒粒子以及微小懸浮浮物的聚集過程稱為混凝，是凝凝聚和絮凝的總稱稱。凝聚：膠體失去穩(wěn)穩(wěn)定性的過程稱為為凝聚。絮凝：脫穩(wěn)膠體相相互聚集稱為絮凝凝?；炷兀孩偎心z體顆粒的的性質(zhì)；②混凝劑在水中的的水解形式；③膠體與混凝劑的的相互作用。1.1水中膠體的穩(wěn)定性性是指膠體粒子在水水中長期保持分散散懸浮狀態(tài)的特性性。1.1.1膠體穩(wěn)定性分：““動力學(xué)穩(wěn)定性””和“聚集穩(wěn)定””兩種。1）動力學(xué)穩(wěn)定性：：是指膠體粒子的的布朗運動對抗重重力影響的能力。膠體粒粒子的布朗運動足足以抵抗重力影響響，故而長懸，稱動力力學(xué)穩(wěn)定。為什么不聚集下沉沉呢？2）聚集穩(wěn)定性：指指膠體粒子間不能能相互聚集的特性性。在布朗運動下有聚集集頃向，但由于①①膠體帶電相斥斥（憎水性膠體）；②水水化膜的阻礙（親親水性膠體）3）兩種穩(wěn)定性間的的關(guān)系：很顯然，，如果膠體粒子表表面電荷或水化膜被消除除，則失去聚集穩(wěn)穩(wěn)定性，從而可聚聚集成大顆粒，使動力力學(xué)穩(wěn)定性破壞，，沉淀就會發(fā)生。。因此，在動力學(xué)穩(wěn)定定性和聚集穩(wěn)定兩兩者之中，聚集穩(wěn)穩(wěn)定性對膠體穩(wěn)定性的的影響起關(guān)鍵作用用。1.1.2膠體顆粒的雙電層層結(jié)構(gòu)(見下頁圖6-1)膠體由膠核、密實實層及擴散層所組組成，故稱為雙電電層結(jié)構(gòu)。由于膠膠核帶負(fù)電荷（其其表面電位ф稱為總電位或表面面電位或熱力學(xué)電電位），故在其表面將將吸附并控制一層層較密實且排列整整齊的正電荷離子子（該層表面稱為為滑動面，ф=0，其電位稱為電位）組成膠粒，，與其外的擴散層層（被熱運動擾亂亂其排列）中的正正電荷共同形成電電性中和并組成膠膠團(tuán)。擴散層外邊邊緣的電位為零?；瑒用嫔系碾娢粵Q定了憎水膠膠體的聚集穩(wěn)定性性。也決定親水膠膠體的水化膜的阻阻礙，當(dāng)ξ電位降低，水化膜膜減薄及至消失。1.1.3膠體顆粒間的相互互作用一般用二者間的距距離與相互作用力力而不是電位來研究，如DLVO理論（P255）。該理論認(rèn)為，對于憎水水性膠體，兩顆粒粒接近以至發(fā)生雙電層重疊時既既存在靜電斥力也也存在范德華引力，能否聚集取取決于這兩力的相相對大小。即膠體顆粒之間的相相互作用決定于由由靜電斥力產(chǎn)生的排斥能與范德德華引力產(chǎn)生吸引引能。1）排斥勢能：ER－1/d22）吸引勢能：EA－1/d6（有些認(rèn)為是1/d2或1/d3）由此可畫出膠體顆顆粒的相互作用勢勢能與距離之間的的關(guān)系，見下頁圖6-2。當(dāng)膠體距離x<oa或x>oc時，吸引勢能占優(yōu)勢；當(dāng)oa<x<oc時，排斥勢能占優(yōu)優(yōu)勢；當(dāng)x=ob時，排斥勢能最大大，稱為排斥能峰峰。布朗運動能量Eb＝1.5kT，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排斥能能峰，膠體顆粒不可能發(fā)生生凝聚。1.1.4水化膜的形成與影影響由于親水性膠粒表表面極性基團(tuán)對水水分子的強烈吸附，使粒子被包裹裹一層較厚的水化化膜，使得范德華華引力不能發(fā)揮，從而而使得膠粒無法相相互靠近。因此，，對于親水性膠體而言言，水化作用是膠體聚集穩(wěn)定性的的主要原因，電位的影響遠(yuǎn)小于于水化膜的影響。。1.2硫酸鋁在水中的化化學(xué)反應(yīng)硫酸鋁Al2（SO4）·18H2O溶于水后，立即離離解出鋁離子，通通常是以[Al(H2O)6]3+存在，但接著會發(fā)發(fā)生水解與縮聚反反應(yīng)，形成不同的的產(chǎn)物。產(chǎn)物包括括：未水解的水合合鋁離子、單核羥羥基絡(luò)合物、多核核羥基絡(luò)合物、氫氫氧化鋁沉淀等。。各種產(chǎn)物的比例例多少與水解條件件（水溫、pH、鋁鹽投加量）有有關(guān)，見下頁圖6-31.3混凝機理盡管水處理中的混混凝現(xiàn)象比較復(fù)雜雜，不同類混凝及不同的水質(zhì)條件件下，作用機理有有所不同，但當(dāng)前前比較一致的看法是混混凝劑對水中膠體體粒子的混凝作用有三種：電性中和、、吸附架橋和卷掃掃作用。何為主，，取決于混凝劑的種類類、投加量、水中中膠粒性質(zhì)、含量量及水溫、PH值等，機理或是其其中的一種、二種種、三種。1.3.1電性中和作用機理理電性中和作用機理理包括壓縮雙電層層與吸附電中和作用機理，見后圖圖6-4。1）壓縮雙電層：加加入電解質(zhì)，形成成與反離子同電荷荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電電層(主要指擴散層厚度度d)作用（圖中（2）所示），使滑動動面上的電位降低到某k，排斥能峰就可降為零，從從而膠體顆粒失去去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝凝聚作用。壓縮雙電層機理適適用于叔采－哈代代法則，即：凝聚聚能力離子價數(shù)6。該機理認(rèn)為電位最多可降至0。因而不能解釋以以下兩種現(xiàn)象：①①混凝劑投加過多多，混凝效果反而而下降；②與膠粒粒帶同樣電號的聚聚合物或高分子也也有良好的混凝效效果。2）吸附－電性中和和這種現(xiàn)象在水處理理中出現(xiàn)的較多。。指膠核表面直接接吸附帶異號電荷荷的聚合離子、高高分子物質(zhì)、膠粒粒等，來降低電位。其特點是：：當(dāng)藥劑投加量過過多時，電位可反號。1.3.2吸附架橋吸附架橋作用是指指高分子物質(zhì)和膠膠粒，以及膠粒與與膠粒之間的架橋橋，架橋模型示意意見圖6-5。高分子絮凝凝劑投加后后，通?？煽赡艹霈F(xiàn)以以下兩個現(xiàn)現(xiàn)象：①高分子投投量過少，，不足以形形成吸附架架橋；②但投加過過多，會出出現(xiàn)“膠體體保護(hù)”現(xiàn)現(xiàn)象，見圖圖6-6；1.3.3網(wǎng)捕或卷掃掃當(dāng)鋁鹽或鐵鐵鹽混凝劑劑投量很大大時，金屬屬氫氧化物物在形成及及沉淀過程程中可對膠膠粒產(chǎn)生網(wǎng)網(wǎng)捕與卷掃掃作用。所所需混凝劑劑量與原水水雜質(zhì)含量量成反比，，即當(dāng)原水水膠體含量量少時，所所需混凝劑劑多，反之之亦然。1.4硫酸鋁的混混凝機理不同pH條件下，鋁鋁鹽可能產(chǎn)產(chǎn)生的混凝凝機理不同同。何種作作用機理為為主，決定定于鋁鹽的的投加量、、pH、溫度等。。實際上，，幾種可能能同時存在在。pH<3簡單的水合合鋁離子起起壓縮雙電電層作用；；pH=4~5多核羥基絡(luò)絡(luò)合物起吸吸附電性中中和；pH=6.5-7.5氫氧化鋁起起吸附架橋橋?！?-2混凝劑和助助凝劑本節(jié)自學(xué)為為主，提綱綱為：1.混凝劑的分分類；2.各種混凝劑劑的簡稱、、性質(zhì)、常常用類型；；3.助凝劑的作作用、投加加條件?；炷齽┑幕军c要求求：①混凝效果果好；②對人體無無危害；③使用方便便；④貨源充足足，價格低低廉?；炷齽┑姆址诸悾耗壳盎炷齽﹦┑姆N類有有不少于200－300種，分為無無機與有機機兩大系列列，見下頁頁表。無機鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5~8鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵適宜pH：5~11，但腐蝕性強有機人工合成陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物國外開始增多，國內(nèi)尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）兩性型：使用極少天然淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑常用類型及及比較：1.三氯化鐵與與硫酸鋁相相比，具有有以下優(yōu)點點：①適用的pH值范圍較寬寬；②形成的絮絮凝體比鋁鋁鹽絮凝體體密實；③處理低溫溫低濁水的的效果優(yōu)于于硫酸鋁；；④但三氯化化鐵腐蝕性性較強。2.硫酸亞鐵一一般與氧化化劑如氯氣氣同時使用用，以便將將二價鐵氧氧化成三價價鐵。3.聚合氯化鋁鋁又稱為堿堿式氯化鋁鋁或羥基氯氯化鋁，性性能優(yōu)于硫硫酸鋁。其其成分取決決于羥基與與鋁的摩爾爾數(shù)之比，通常稱稱之為堿化化度B，按下式計計算：（2--1）4.聚合鐵包括括聚合硫酸酸鐵與聚合合氯化鐵，，目前常用用的是聚合合硫酸鐵，，它的混凝凝效果優(yōu)于于三氯化鐵鐵，它的腐腐蝕性遠(yuǎn)比比三氯化鐵鐵小。助凝劑：凡凡能提高或或改善混凝凝劑作用效效果的化學(xué)學(xué)藥劑可稱稱為助凝劑劑。助凝劑劑可以參加加混凝，也也可不參加加混凝。廣廣義上可分分為以下幾幾類：①酸堿類：：調(diào)整水的的pH，如石灰、、硫酸等；②加大礬花花的粒度和和結(jié)實性：：如活化硅硅酸SiO2nH2O）、骨膠、、高分子絮絮凝劑；③氧化劑類類：破壞干干擾混凝的的物質(zhì)，如如有機物。如如投加Cl2、O3等?！?-3凝聚動力學(xué)學(xué)混凝發(fā)生的的一個必要要條件就是是顆粒間相相互碰撞，凝聚聚動力學(xué)即即研究其碰碰撞的過程程與方式。。顆粒相互碰碰撞的動力力來自兩個個方面：1）顆粒在水水中的布朗朗運動；2）在水力或或機械攪拌拌所造成的的流體運動動。異向絮凝：：由布朗運運動引起的的顆粒碰撞撞聚集稱為異向絮凝凝。同向絮凝：：由水力或或機械攪拌拌所造成的的流體運動引起的顆顆粒碰撞聚聚集稱同向向絮凝。。1.異向絮凝顆粒在水分分子熱運動動的撞擊下下作無規(guī)則則的布朗運運動，導(dǎo)致相相互的碰撞撞，對于脫脫穩(wěn)膠體，，一經(jīng)碰撞撞就會聚集成大顆顆粒，從而而使單位體體積內(nèi)的顆顆粒數(shù)減少少。因此，絮凝速速率取決于于碰撞速率率。顆粒的碰撞撞速率可按按由Fich定律導(dǎo)出下下式計算：：(2--2)式中：Np——單位體積內(nèi)內(nèi)的顆粒碰碰撞速率，，1/cm3.sd——顆粒直徑，，cm；n——顆粒數(shù)量濃濃度，個/cm3DB——布朗運動擴擴散系數(shù)，，可由Stokes-Einstein公式導(dǎo)出:(2--3)即:（2--4）式中：T—水的絕對溫溫度溫度，，K；ν—水的運動粘粘度，cm2/s；ρ—水的密度，，g/cm3；K—波茲曼常數(shù)數(shù)；故Np只與顆粒數(shù)數(shù)量和水溫溫有關(guān)，而而與顆粒粒粒徑無關(guān)。。但隨著顆顆粒粒徑的的增大（絮絮凝），布布朗運動逐逐漸減小，，當(dāng)顆粒的的粒徑大于于1m，布朗運動動消失。2.同向絮凝2.1層流理論層流條件下下顆粒的碰碰撞示意見見下圖：1）顆粒的碰碰撞速率：：按下式計計算：(2--5)2）甘布公式式：在被攪攪動的水流流中，考慮慮一個瞬間間受剪而扭扭轉(zhuǎn)的隔離離體，見見上圖圖。設(shè)在時時間內(nèi)內(nèi)，隔隔離體扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)了角角度，于是是角速度為為：：（2--6）轉(zhuǎn)矩為為：（2--7）于是單位體體積水所耗耗功率p為：（2--8）由于，，故（2--9）當(dāng)采用機械械攪拌時，，p由機械攪拌拌器提供。。當(dāng)采用力絮凝池時時，p應(yīng)為水流本本身所消耗耗的能量，，由下式：：（2--10）則采用水力力絮凝池時時，（2--11）2.2同向紊流理理論在各向同性性紊流中，，存在尺度度大小不等等的旋渦，，能量由大大到小傳遞遞，即同向向紊流理論論：①外部施加加的能量形形成大渦旋旋；②大渦旋將將能量輸送送給小渦旋旋；③小渦旋將將能量輸送送給更小的的渦旋；④只有尺度度與顆粒尺尺寸相近的的渦旋才會會引起顆粒碰撞。（2--12）式中，紊流流擴散系數(shù)數(shù)，，為為相相應(yīng)于尺度度的脈動速速度，為（2--13）式中ε——為單位世間間單位體積積流體的有有效能耗；；λ——旋渦尺度。。故：（2--13）2.4混凝控制指指標(biāo)自藥劑與水水均勻混合合起直至大大顆粒絮凝凝體形成為為止，工藝藝上總稱混凝過過程。相應(yīng)應(yīng)設(shè)備有混混合設(shè)備和和絮凝設(shè)備備。混合（凝聚聚）過程：：在混合階階段，對水水流進(jìn)行劇劇烈攪拌的的目的主要是使使藥劑快速速均勻分散散以利于混混凝劑快速速水解、聚聚合、及顆粒脫穩(wěn)。。平均G＝700~1000s-1，時間通常常在10～30s，一般<2min即告完成，，此階段，，雜質(zhì)顆粒粒微小，同同時存在顆顆粒間異向向絮凝。絮凝過程：：在絮凝凝階段，主主要靠機械械或水力攪攪拌促使顆顆粒碰撞凝聚，故故以同向絮絮凝為主。。同向絮凝凝效果不僅僅與G有關(guān)（由前前碰撞速率率公式知越越大越好）），還與時時間有關(guān)。。在絮凝階階段，通常常以G值和GT值作為控制制指標(biāo)。平均G＝20－70s-1，GT＝104－105隨著絮凝的的進(jìn)行，G值應(yīng)逐漸減減小，這是是因G值增大時，，水流剪切切力隨之增增大，使絮絮體又有破碎碎的可能。?！?-4影響混凝的的主要因素素影響混凝效效果的因素素比較復(fù)雜雜，主要包包括：①原水性質(zhì)質(zhì)，包括水水溫、水化化學(xué)特性、、雜質(zhì)性質(zhì)質(zhì)和濃度等等；②投加的凝凝聚劑種類類與數(shù)量；；③使用的絮凝凝設(shè)備及其相相關(guān)水力參數(shù)數(shù)。2.1水溫影響水溫低時，通通常絮凝體形形成緩慢，絮絮凝顆粒細(xì)小小、松散，凝凝聚效果較差差。其原因有有：①無機鹽水解解吸熱；②溫度降低，，粘度升高――布朗運動減弱弱；③水溫低時，，膠體顆粒水水化作用增強強，妨礙凝聚聚；④水溫與水的的pH值有關(guān)2.2水的pH和堿度影響水的pH值對混凝效果果的影響程度度，與混凝劑劑種類有關(guān)。主要體體現(xiàn)在水解后后的產(chǎn)物形式式，以致使產(chǎn)產(chǎn)生不同的混凝作用用機理，而高高分子受pH影響較小，這這是因其投入前聚合合物形態(tài)已基基本確定。混凝時最佳pH范圍與原水水水質(zhì)、去除對對象等密切有有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽鹽類凝聚劑時時，其水解會會生成H+，但水中堿度度有緩沖作用用，當(dāng)堿度不不夠時需要投投加石灰。石灰投量按下下式估算：[CaO]=3[a]–[x]+[δ]（2--14）式中[CaO]——純石灰CaO投量，mmol/L；[a]——混凝劑投量，，mmol/L；[x]——原水堿度，按按mmol/L，CaO計；[δ]——保證反應(yīng)順利利進(jìn)行的剩余余堿度，一般般取0.25~0.5mmol/L（CaO）。一般石灰投量量通過試驗決決定。例題P2712.3水中懸浮物濃濃度的影響雜質(zhì)濃度低，，顆粒間碰撞撞機率下降，，混凝效果差差?？刹扇〉牡膶Σ哂校孩偌痈叻肿又齽?；②加粘土；③投加混凝劑劑后直接過濾濾。如果原水懸浮浮物含量過高高，為減少混混凝劑的用量量，通常投加加高分子助凝凝劑。如黃河河高濁度水常常需投加有機機高分子絮凝凝劑作為助凝凝劑?！?-5混凝劑的配制制與投加混凝劑的投加加有固投和液液投，一般為為液投。1.混凝劑的溶解解和溶液配制制溶解池容積W1：（2--15）式中W2為溶液池容積積。（2--16）式中：W2——溶液池容積，，m3；Q——處理的水量，，m3/h；a——混凝劑最大投投加量，mg/L；c——溶液濃度，一一般取5%~20%；n——每日調(diào)制次數(shù)數(shù)，一般不超超過3次。2.混凝劑投加混凝劑投加設(shè)設(shè)備包括計量量設(shè)備、藥液液提升設(shè)備、、投藥箱、必要要的水封箱以以及注入設(shè)備備等。2.1計量設(shè)備：計計量與調(diào)節(jié)計量設(shè)備有：：轉(zhuǎn)子流量計計；電磁流量量計；苗嘴；；計量泵等。2.2投加方式（1）泵前投加：：安全可靠靠，一般適用用取水泵房距距水廠較近者，圖中中水封箱是為為防止空氣進(jìn)進(jìn)入，見圖。。（2）高位溶液池池重力投加：：適用取水泵泵房距水廠較較遠(yuǎn)者，安全可靠靠，但溶液池池位置較高，，見圖。（3）水射器投加加：設(shè)備簡單單，使用方便便，溶液池高高度不會受太大限限制，但效率率低，易磨損損，見圖。（4）泵投加：不不必另設(shè)計量量設(shè)備，適合合混凝劑自動動控制系統(tǒng)，有利利于藥劑與水水混合，見圖圖。3.混凝劑投加量量自動控制混凝劑最佳投投藥量：是指指達(dá)到既定水水質(zhì)目標(biāo)的最最小混凝劑投投加量。但由于影響因因素復(fù)雜，運運行中水質(zhì)、、水量的不斷斷變化，使得得投加量達(dá)到最最佳一直是研研究的目標(biāo)。。一般水廠均均是據(jù)實驗室室混凝攪拌試驗確定定其最佳投量量，然后對運運行進(jìn)行人工工調(diào)節(jié)，雖簡簡單，但滯后1-3小時，且條件件的不同，也也未必最佳。。隨著自動控控制的普及與實現(xiàn)，目目前有如下三三種自控投藥藥方法。3.1數(shù)學(xué)模擬法對于某一特定定水源，可根根據(jù)水質(zhì)、水水量建立數(shù)學(xué)學(xué)模型，寫出出程序交計算算機執(zhí)行調(diào)控控。采用數(shù)學(xué)學(xué)模型實行加加藥自動控制制的關(guān)鍵是：：必須要有前前期大量而又又可靠的生產(chǎn)產(chǎn)數(shù)據(jù)，才可可運用數(shù)理統(tǒng)統(tǒng)計方法建立立符合實際生生產(chǎn)的數(shù)學(xué)模模型。適用特特定原水條件件，水質(zhì)儀表表多，投資大大。2.現(xiàn)場模擬試驗驗法采用現(xiàn)場模擬擬裝置來確定定和控制投藥藥量是較簡單單的一種方法法，常用的模模擬裝置是斜斜管沉淀器，，過濾器或兩兩者并用。原原水濁度低時時，常用模擬擬過濾器，原原水濁度高時時可用斜管沉沉淀器或過濾濾器串聯(lián)使用用。此法存在在反饋滯后現(xiàn)現(xiàn)象，模擬裝裝置與生產(chǎn)設(shè)設(shè)備存在一定定的差別，但但與實驗室相相比，更接近近實際情況。。3.特性參數(shù)法影響混凝效果果的因素復(fù)雜雜，在某種情情況下、某一一特性參數(shù)是是影響混凝效效果的主要因因素，這一因因素的變化反反映了混凝程程度的變化。。流動電流檢檢測器法和透透光率脈動法法屬于特性參參數(shù)法。流動電流是指指膠體擴散層層中反離子在在外力作用下下隨著流體流流動而產(chǎn)生的的電流。此電電流與膠體ξ電位有正相關(guān)關(guān)關(guān)系?；炷竽z體ξ電位變化反映映了膠體脫穩(wěn)穩(wěn)程度。優(yōu)點點是控制因子子單一；投資資低，操作簡簡單；控制精精度較高。缺缺點是投藥量量與流動電流流很少相關(guān)。。透光率脈動法法是利用光電電原理檢測絮絮凝聚顆粒的的變化，達(dá)到到混凝在線連連續(xù)控制的新新技術(shù)。優(yōu)點點是因子單一一，不受混凝凝機理或品種種的限制，不不受水質(zhì)限制制。作業(yè)P286：1、3§2-6混合和絮凝設(shè)設(shè)備1.混合設(shè)備：使使藥劑與水快快速均勻地混混合。1.1水泵混合將藥投加在水水泵吸水口或或吸水管上。?；旌闲Ч煤?，節(jié)省動力，各種水廠廠均可用，常常用于取水泵泵房靠近水廠廠處理構(gòu)筑物物的場合，兩者間距距不大于150m。1.2管式混合管式靜態(tài)混合合器：流速不不宜小于1m/s，水頭損失不不小于0.3~0.4m，簡單易行，，見下圖。目目前dmax可達(dá)2000mm。擴散混合器：：是在管式孔孔板混合器前前加一個錐形形帽，錐形帽帽夾角90°。順流方向投投影面積為進(jìn)進(jìn)水管總截面面面積的1/4，開孔面積為進(jìn)水管總總截面面積的的3/4，流速為1.0~1.5m/s，混合時間2~3s?；旌掀鞴?jié)管長長度不小于500mm。水頭損失約約0.3~0.4，直徑在N200~DN1200，見下圖。。1.3機械混合在池內(nèi)安裝攪攪拌裝置，攪攪拌器可以是是槳板式、螺螺旋槳式或透透平式，速度度梯度700~1000s-1，時間10~30s以內(nèi)，優(yōu)點是是混合效果好好，不受水質(zhì)質(zhì)影響，缺點點是增加機械械設(shè)備，增加加維修工作。。2.絮凝設(shè)備形式較多，分分為水力攪拌拌式和機械攪攪拌式兩大類類。2.1隔板絮凝池：：分往復(fù)式和和回轉(zhuǎn)式，見見下頁圖。隔板絮凝池的的水頭損失由由局部水頭和和沿程水頭損損失組成。往往復(fù)式總水頭頭損失一般在在0.3~0.5m，回轉(zhuǎn)式的水水頭損失比往往復(fù)式的小40％左右。隔板絮凝池特特點：構(gòu)造簡簡單、管理方方便，但絮凝凝效果不穩(wěn)定定，池子大。。適應(yīng)大水廠廠。隔板絮凝池的的設(shè)計參數(shù)：：①流速：起端端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段數(shù)：4~6段；②轉(zhuǎn)彎處過水水?dāng)嗝娣e為廊廊道過水?dāng)嗝婷娣e的1.2~1.5倍；③絮凝時間：：20~30min；④隔板間距：：凈距不宜小小于0.5m，池底應(yīng)有0.02~0.03坡度、直徑不小小于150mm的排泥管；⑤廊道的最小小寬度不小于于0.5m；⑥各段的水頭頭損失：（2--17）總水頭損失：：（2--18）例題P279簡講2.2折板絮凝池通常采用豎流式，，它將隔板絮凝池池的平板隔板改成成一定角度的折板。1）同波折板：折板板波峰對波谷平行行安裝。2）異波折板：波峰峰相對安裝。3）單通道：水流從從兩折板間依次流流過。4）多通道：水流同同時從多個折板間間平行流過。與隔板式相比，水水流條件大大改善善，可形成眾多小小旋渦，有效能量量消耗比例提高，，絮凝時間縮短（（一般為10-15min），池子體積減小小，但安裝維修較較困難，折板費用用較高。其示意圖圖見下頁圖。折板分段數(shù)不少于于3段，流速為：第一段：0.25—0.35m/s；第二段：0.15—0.25m/s；第三段：0.10—0.15m/s。2.3機械絮凝池機械絮凝池的剖面面示意見圖。攪拌器有漿板式和和葉輪式，按攪拌拌軸的安裝位置分分水平軸式和垂直直軸式。第一格攪拌強度最最大，而后逐步減減小，G值也相應(yīng)減小，攪攪拌強度決定于攪攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板板面積。新建水廠不見有，，設(shè)計及計算自學(xué)學(xué)。2.4穿孔旋流絮凝池由若干方格組成。。分格數(shù)一般不少少于6格。流速逐漸減小小，G值也相應(yīng)減小以適適應(yīng)絮凝體形成，，孔口流速宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。絮凝時間15～25min。穿孔旋流絮凝池池的平面示意圖見見圖。穿孔旋流絮凝池的的優(yōu)點是構(gòu)造簡單單，施工方便，造造價低，可用于中中、小型水廠或與與其他形式的絮凝凝池組合應(yīng)用。2.5網(wǎng)格、柵條絮凝池池網(wǎng)格、柵條絮凝池池設(shè)計成多格豎井井回流式。每個豎豎井安裝若干層網(wǎng)網(wǎng)格或柵條，各豎豎井間的隔墻上、、下交錯開孔，進(jìn)進(jìn)水端至出水端逐逐漸減少，一般分分3段控制。前段為密密網(wǎng)或密柵，中段段為疏網(wǎng)或疏柵，，末段不安裝網(wǎng)、、柵。網(wǎng)格（柵條條）絮凝池的示意意圖見下頁圖。網(wǎng)格絮凝池效果好好，水頭損失小，，絮凝時間較短，，但還存在末端池池底積泥現(xiàn)象，少少數(shù)水廠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格格上滋生藻類、堵堵塞網(wǎng)眼現(xiàn)象。其其設(shè)計參數(shù)見后頁頁表。網(wǎng)格和柵條絮凝池池在不斷完善和發(fā)發(fā)展之中，絮凝池池宜與沉淀池合建建，一般布置成兩兩組并聯(lián)形式。每每組設(shè)計水量一般般為1.0～2.5萬m3/d之間。表2-1柵條、網(wǎng)格絮凝池池主要設(shè)計參數(shù)絮凝池型1絮凝池分段柵條縫隙或網(wǎng)格孔眼尺寸（mm）板條寬度（mm）豎井平均流速（m/s）過柵或過網(wǎng)流速（m/s）豎井之間孔洞流訴（m/s)柵條或間格構(gòu)件布設(shè)層數(shù)（層）/層距（cm）絮凝時間（mm）流速梯度（s-1）柵條絮凝池

前段（安放密柵格）50500.12～0.140.25～0.300.30～0.20≥16/603～570～100中段（安裝疏柵條）80500.12～0.140.22～0.250.20～0.15≥8/603～540～60末段（不安放柵條）0.10～0.140.10～0.144～510～20網(wǎng)格絮凝池前段（安放密網(wǎng)格）80×80350.12～0.140.25～0.300.30～0.20≥16/60～703～570～100中段（安裝疏網(wǎng)格）100×100350.12～0.140.22～0.350.20～0.15≥16/60～703～540～50末段（不安放網(wǎng)格）0.10～0.140.10～0.144～510～202.6不同形式絮凝池組組合應(yīng)用每種形式的絮凝池池各有其優(yōu)缺點。。不同形式的絮凝凝池組合應(yīng)用可以以相互補充，取長長補短。往復(fù)式和和回轉(zhuǎn)式隔板絮凝凝池在豎向組合是是常用方式之一，，穿孔旋流與隔板板絮凝池也往往組組合應(yīng)用。不同形形式絮凝池配合使使用，效果良好，，但設(shè)備形式增多多，應(yīng)根據(jù)具體情情況決定。作業(yè)P286：4、5第三章沉淀和澄清清§3-1懸浮顆粒在靜水中中的沉淀§3-2平流沉淀池§3-3斜板（管）沉淀池池§3-4澄清池§3-1懸浮顆粒在靜水中中的沉淀定義：水中懸浮顆顆粒依靠重力作用用，從水中下沉而而分離出來的過程。分類：按顆粒在沉沉淀過程中是否相相互干擾分為：自由沉淀：單個顆顆粒在無邊際水體體中沉淀，其下沉沉的過程顆?；ゲ桓蓴_擾，且不受器皿壁壁的干擾，下沉過過程中顆粒的大小、形形狀、密度保持不不變，經(jīng)過一段時時間后，沉速也不變。。擁擠沉淀：當(dāng)水中中含有的凝聚性顆顆?；蚍悄坌灶w顆粒的濃度增加到一定定值后，大量顆粒粒在有限水體中下下沉?xí)r，被排斥的水便便有一定的上升速速度，使顆粒所受受的摩擦阻力增加，顆顆粒處于相互干擾擾狀態(tài)，此過程稱稱為擁擠沉淀。1.懸浮顆粒在靜水中中的自由沉淀假設(shè)沉淀的顆粒是是球形。1）懸浮顆粒在靜水水中的下沉?xí)r受到到三種力：a.受到的重力為：(2--1)b.所受到的水的浮力力：(2--2)c.繞流阻力：(2--3)CD與顆粒大小、形狀狀、Re有關(guān)，見下圖16-1。2）根據(jù)牛頓第二定定律可知：(2--4)3）顆粒最終的下沉沉速度（u）達(dá)到重力平衡時，，顆粒開始等速下下沉，加速度為零，令式（2--4）右邊為零，得沉沉速公式：（2--5）a.斯篤克斯公式當(dāng)Re<1時，呈層流狀態(tài)，，得得：b.牛頓公式當(dāng)1000<Re<25000時，呈紊流狀態(tài)，，CD≈0.4，得：c.阿蘭公式當(dāng)1<Re<1000時，屬于過渡區(qū)，，2--62--72--82.懸浮顆粒在靜水中中的擁擠沉淀當(dāng)大量顆粒在有限限的水體中下沉?xí)r時，被擁擠的水便便有一定的上升速速度，使所受阻力力增加，顆粒處于于相互干擾狀態(tài)，，此時的沉速稱為為擁擠沉速。擁擠沉速可用實驗驗方法測定。1）沉降過程分析析將將高濁濁度水注入一透透明沉淀筒中進(jìn)進(jìn)行靜水沉淀。。Ti時刻（如圖），，整個沉淀筒中中可分為清水、、等濃度區(qū)、變變濃度區(qū)、壓實實區(qū)等四個區(qū)。。2）沉淀過程中交交界面沉降曲線線分析3）不同高度沉淀淀筒沉降相似性性當(dāng)原水顆粒濃度度一樣時，不同同沉降高度的界界面沉降過程曲曲線的相似性（（見圖7-3）?！?-2平流沉淀池被廣泛應(yīng)用的用用以沉淀分離絮絮凝體，以完成成澄清作用。出水濁度度一般控制在10NTU以下。平流式沉沉淀池的基本組成（P293圖16-4即下頁圖）：進(jìn)進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、污泥區(qū)、出出水區(qū)。為便于討論，從從理想沉淀池入入手。理想沉淀池的基基本假設(shè)：①顆粒處于自由由沉淀狀態(tài)，顆顆粒的沉速始終終不變。②水流沿水平方方向流動，在過過水?dāng)嗝嫔?，各各點流速相等，并在流動過過程中流速始終終不變。③顆粒沉到池底底就被認(rèn)為去除除，不再返回水水流中。理想沉淀池的工工作情況見下圖圖7-4。1.非凝聚性顆粒的的沉淀過程分析析1.1不同沉速下的顆顆粒沉降軌跡與與去除圖中直線:I、II、III的分析。1.2截留沉速(u0)、表面負(fù)荷或溢溢流率（Q/A）1）截留沉速(u0)：反映了沉淀池池所能全部去除除顆粒中的最小顆粒的沉淀淀速度，即直線線III顆粒的沉淀速度度。即u＞u0的顆粒均能去除除（直線I）；而u＜u0的顆粒則只能部分去除（直線II），會隨水流流流出。沉淀池水平流速速為：對用直線Ⅲ代表的一類顆粒粒而言，流速和和沉速都與沉淀時間有有關(guān)2--92--10整理得：2）表面負(fù)荷或溢溢流率（Q/A）式2--11中Q/A稱為“表面負(fù)荷荷”或“溢流率率”，即單位面面積上所通過的的流量。該式表表明表面負(fù)荷在在數(shù)值上等于截截留速度，但含含義不同。作業(yè)P314：12--11一般1.3沉淀效率或去除除率(E)u＞u0的顆粒將全部能能下沉而去除（（直線I及以下），只有u＜u0的顆粒只能部分去除。。1）設(shè)原水中沉速速為ui（ui<u0）的顆粒濃度為為C，沿著進(jìn)水區(qū)高度為h0的截面進(jìn)入的顆顆粒的總量為h0BvC，沿著m點以下的高度為hi的截面進(jìn)入的顆顆粒的數(shù)量為hiBvC（見圖7-4）則沉速為ui的顆粒的去除率率為：即同理得：代代入2—122--122--13理想沉淀池理論論由上式可知，顆顆粒在理想沉淀淀池的沉淀效率率只與表面負(fù)荷荷有關(guān)，而與其其它因素（如水水深、池長、水水平流速、沉淀淀時間）無關(guān)。。（1）當(dāng)產(chǎn)水量（Q）和表面積（（A）一定時，Ui越大，則E越大，表面負(fù)荷荷，或q不變但E增大。與混凝效效果有關(guān)，應(yīng)重重視加強混凝工工藝。（2）當(dāng)產(chǎn)水量（Q）和顆粒沉速速（Ui）一定時，增大大A，可以增大E。當(dāng)容積一定時時，增加A，可以降低水深深，使顆粒在較較短時間內(nèi)就可可沉底去除――“淺池理論”。據(jù)據(jù)此發(fā)展了斜板板、斜管沉淀池池。2）所有沉速小于于uo的顆粒的去除率率為設(shè)dpi為ui顆粒在總顆粒中中的比率，3）總?cè)コ食了俅笥诤偷扔谟趗0的顆粒全部下沉沉去除率為（1-p0），因此理想沉沉淀池的總?cè)コ蕿椋菏街衟0—沉速小于u0的顆粒重量占所所有顆粒重量的的百分率；2--142--151.4非凝聚性顆粒的的沉淀實驗分析析非凝聚性顆粒在在靜水中的沉淀淀實驗，用一個個圓筒進(jìn)行，如如圖7-5所示。在圓筒水水面h處開一個取樣口口，要求顆粒在在在水中均勻分分布，濃度為C0。即將下列數(shù)據(jù)據(jù)繪制如圖示：：時刻濃濃度度殘殘余率沉沉速t=0C=C0p0=C0/C0t1C1p1=C1/C0U1=h/t1t2C2P2=C2/C0U2=h/t2…………………tiCIpi=Ci/C0Ui=h/ti在圖中左左上陰影影部分即即為顆粒粒的總?cè)トコ?。。由于u>uo的均已去去除，即即1-p0，而剩余余部分則則為陰影部部分的積積分值：：通過P295例題加以以說明。。2--162.凝聚性顆顆粒的沉沉淀實驗驗分析2.1沉淀實驗驗裝置采取圖7-7的沉淀試試驗筒，，筒長盡盡量接近近實際沉沉淀池的的深度，，可采用用2～3m，直徑不不小于100mm，設(shè)5～6個取樣口口。試驗驗時先均均勻攪拌拌測定初初始濃度度，然后后開始試試驗。2.2試驗測定定試驗開始始后，每每隔一段段時間，，同時取取出各取取樣口的的水測定定懸浮物物的濃度度，計算算相應(yīng)的的去除百百分?jǐn)?shù)，，由此可可得一群群數(shù)據(jù)。。2.3去除百分分?jǐn)?shù)等值值線以沉淀筒筒高度h為縱坐標(biāo)標(biāo)，沉淀淀時間t為橫坐標(biāo)標(biāo)，將其其對應(yīng)的的P值標(biāo)在交交匯點上上，把去去除百分分比相同同的各點點連成光光滑曲線線，即得得去除百百分?jǐn)?shù)等等值線。。去除百分分?jǐn)?shù)等值值線含義義：a.對應(yīng)所指指明去除除百分?jǐn)?shù)數(shù)時，取取出水樣樣中不復(fù)復(fù)存在的的顆粒的的最遠(yuǎn)沉沉降途徑；；b.深度與時時間的比比值指明明去除百百分?jǐn)?shù)時時的顆粒粒的最小小平均沉沉速或代代表了不同同時段試試驗筒所所處沉淀淀池沿水水流方向向的位置置處的去去除率。。2.4去除率或或去除百百分?jǐn)?shù)計計算對于某一一表面負(fù)負(fù)荷而言言，根據(jù)據(jù)凝聚性性顆粒去去除百分分?jǐn)?shù)等值值線，可可以得出出總的去去除百分分?jǐn)?shù)（u0=h0/t）：2--172--182--19例題：P298兩點說明明：1）該圖中中各點相相當(dāng)于平平行沉淀淀池水流流方向縱縱斷面上上各水深深處的顆顆粒濃度度分布圖圖（去除除率高的的則濃度度低）。。2）與與前前述平流流沉淀池池中顆粒粒沉降軌軌跡中不不同水深深處的顆顆粒去除除相同，，即上部部入口的的雖不去去除，但但下部入入口處的的卻會去去除，故故其計算算“基本本”相同同。作業(yè)P314：2、33.平流沉淀淀池的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)平流式沉沉淀池分分為進(jìn)水水區(qū)、沉沉淀區(qū)、、存泥區(qū)區(qū)、出水水區(qū)四部部分。1)進(jìn)水區(qū)進(jìn)水區(qū)的的作用是是使流量量均勻分分布在進(jìn)進(jìn)水截面面上，盡盡量減少少擾動。。一般做做法是使使水流從從絮凝池池直接流流入沉淀淀池，通通過穿孔孔墻將水水流均勻勻分布在在沉淀池池的整個個斷面上上，見下下頁圖。。為使礬礬花不宜宜破碎，，通常采采用穿孔孔花墻V<0.15-0.2m/s，洞口總總面積也也不宜過過大。2)沉淀區(qū)沉淀區(qū)的的高度一一般約3～4m，L/B>4,L/H>10，每格寬寬度應(yīng)在在3～8m不宜大于于15m。3)出水區(qū)通常采用用：溢流流堰（施施工難）），淹沒沒孔口（（容易找找平）見見圖7-10?？卓诹魉僖藶?.6～0.7m/s，孔徑20～30mm，孔口在水面下15cm，水流應(yīng)自由跌落落到出水渠。為了不使流線過于于集中，應(yīng)盡量增增加出水堰的長度度，降低流量負(fù)荷荷。堰口溢流率一一般小于500m3/m.d，目前我國增加堰長長的辦法如圖。4)存泥區(qū)及排泥措施施泥斗排泥：靠靜水水壓力1.5–2.0m，下設(shè)有排泥管，，多斗形式，可省省去機械刮泥設(shè)備備（池容不大時））穿孔管排泥：需存存泥區(qū)，池底水平平略有坡度以便放放空。機械排泥：帶刮泥泥機，池底需要一一定坡度，適用于于3m以上虹吸水頭的沉沉淀池，當(dāng)沉淀池池為半地下式時，，用泥泵抽吸。還有一種單口掃描描式吸泥機，無需需成排的吸口和吸吸管裝置。沿著橫橫向往復(fù)行走吸泥泥。4.影響平流式沉淀池池沉淀效果的因素素4.1沉淀池實際水流狀狀況對沉淀效果的的影響主要為短流的影響響。實際水流的停停留時間并不相等等，小于t0則稱為短流，產(chǎn)生生的原因有：(1)進(jìn)水的慣性作用；；(2)出水堰產(chǎn)生的水流流抽吸；(3)較冷或較重的進(jìn)水水產(chǎn)生的異重流；；(4)風(fēng)浪引起的短流；；(5)池內(nèi)存在的導(dǎo)流壁壁和刮泥設(shè)施等a.異重流進(jìn)入較靜而具有密密度差異的一股水水流所形成的一種種現(xiàn)象。密度大的的形成潛流，小的的則沿水面流。顯顯然，會影響整個個沉淀效果，。引引起密度差的原因因可能是水溫、含含鹽量或懸浮固體體量的不同所造成成。b.水流的紊定性平流式沉淀池中應(yīng)應(yīng)減少紊動性，提提高穩(wěn)定性。紊動性指標(biāo)為雷諾諾數(shù)：水力學(xué)中明渠的Re>500時即為紊流，而在在平流式沉淀池中中的Re=4000-15000，顯然屬于紊流，，不利于沉淀。因因此應(yīng)降低Re，即在v一定下使R。C.水流的慣性力慣性力或穩(wěn)定性指指標(biāo)為弗勞德數(shù)：：Fr數(shù)的增大有利于保保持池內(nèi)水流的穩(wěn)穩(wěn)定，故應(yīng)使R由此降低水力半徑徑R，能同時降低雷諾諾數(shù)和提高弗勞德德數(shù)。平流式沉淀淀池內(nèi)縱向分格（（加隔板）及斜管管、斜板等都能達(dá)達(dá)到上述目的。4.2凝聚作用的影響。。由于實際沉淀池的的沉淀時間和水深深所產(chǎn)生的絮凝過過程均影響了沉淀淀效果，實際沉淀淀池也就偏離了理理想沉淀池的假定定條件。5.平流沉淀池的設(shè)計計計算設(shè)計平流沉淀池的的主要控制指標(biāo)是是表面負(fù)荷或停留留時間。應(yīng)根據(jù)原原水水質(zhì)、沉淀水水質(zhì)要求、水溫等等設(shè)計資料、運行行經(jīng)驗確定。停留留時間一般采用1～3h。華東地區(qū)水源一一般采用1～2h。低溫低濁水源停停留時間往往超過過2h。各參數(shù)間關(guān)系：5.1第一種設(shè)計計算方方法（實驗計算方方法）1）根據(jù)沉淀實驗結(jié)結(jié)果選取u0，用uo=Q/A可以計算得到沉淀池的面積A；2）選取沉淀時間t和沉淀池的水平流流速v，用L=vt可以得到沉淀池的長度度L；3）用公式B=A/L得到B；4）用公式H=Qt/A得到H；5.2第二種計算方法（（經(jīng)驗計算方法））1)根據(jù)經(jīng)驗選取平流流式沉淀池的沉淀淀時間t，得到其體積V=Qt2)選取沉淀池的深度度H，用公式A=V/H得到沉淀池的面積A；3)選取沉淀池的水平平流速v，用L=vt可以得到沉淀池的的長度L；4)用公式B=A/L得到B；其它參數(shù)及P303例題詳講§3-3斜板（管）沉淀池池1.特點淺淺層理論的真正應(yīng)應(yīng)用1）水力條件好（R?。?，Re小，F(xiàn)r大，有利于沉淀；；2）水流為層流，沉沉淀效率高，產(chǎn)水水量大；3）傾角為60°便于排泥；4）水流可從上向下或或從下向上流動，，顆粒沉于斜管底底部，而后自動下滑滑。5）由于停留時間短短，其緩沖能力差差；6）對混凝要求高；；7）維護(hù)管理較難，，使用一段時間后后需更換斜板板（管）。2.分類有異向流、同向流流、橫向流三種，，目前在實際工程程中應(yīng)用的是異向向流斜板（管）沉沉淀池，其結(jié)構(gòu)見見圖。3.設(shè)計計算1）沉淀池面積A選定表面負(fù)荷（2.5~3.0mm/s），計算得到面積積A。2）沉淀池總高度H=h1+h2+h3+h4+h5（=4.66m）式中：h1--超高0.3m；h2---清水層高度1.2m；h3--斜板（管）按60°自身高度0.866m；h4--配水區(qū)高度1.5mh5--污泥斗高度0.8m。3）池子平面尺寸結(jié)結(jié)合絮凝池設(shè)計。。P306例題簡講2--202--21§3-4澄清池1.特點1）定義：絮絮凝與沉淀淀在同一池池體內(nèi)完成成的池體稱稱為澄清池。2）接觸絮凝凝：在澄清清池中，脫脫穩(wěn)雜質(zhì)是是通過水流流與池內(nèi)的泥渣層接接觸時被泥泥渣層阻流流，從而使使水得以澄澄清，因接觸過程程也是絮凝凝過程，故故稱為接觸觸絮凝。3）泥渣層的的形成：運運行初期，，加大絮凝凝劑的投量量或投加粘土，在低低水量負(fù)荷荷下逐步形形成。在運運行過程中中，池內(nèi)泥渣層始始終處于新新成代謝過過程中，保保持接觸活活性。2.分類:澄清池分為為泥渣懸浮浮型和泥渣渣循環(huán)型兩兩種。2.1懸浮澄清池池1）懸浮澄清清池其結(jié)構(gòu)見圖圖。懸浮澄澄清池結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，一一般用于小小水廠，運運行適應(yīng)性性差（水溫溫、水量、、變化時，，泥渣層工工作不穩(wěn)定定），目前前已很少用用。2）脈沖澄清清池特點是澄清清池的上升升流速發(fā)生生周期性的的變化，這這種變化是是由脈沖發(fā)發(fā)生器引起起的?？棵}脈沖方式進(jìn)進(jìn)水，懸浮浮層發(fā)生周周期性的收收縮和膨脹脹，見下圖圖。脈沖澄清池池的特點如如下：(1)有利于顆粒粒和懸浮層層接觸；(2)懸浮層污泥泥趨于均勻勻。(3)還可以防止止顆粒在池池底沉積(4)處理效果受受水量、水水質(zhì)、水溫溫影響較大大；(5)構(gòu)造復(fù)雜。。2.2循環(huán)型澄清清池1）機械攪拌拌澄清池：：a.構(gòu)造如圖所所示b.設(shè)計要點（（通過P310例題加以說說明）機械攪拌澄澄清池的設(shè)設(shè)計要點：：①清水區(qū)上上升流速為為0.8~1.1mm/s；②水在澄清清池內(nèi)總的的停留時間間可采用1.2~1.5h；③葉輪提升升流量為進(jìn)進(jìn)水流量的的3~5倍；④原水進(jìn)水水管、三角角配水槽的的水流流速速分別為1m/s、0.4m/s；⑤第一絮凝凝室的容積積：第二絮絮凝室的容容積（含導(dǎo)導(dǎo)流室））：分離室室為2：1：7，第二絮凝凝室與導(dǎo)流流室的水流流流速一般般為40~60mm/S；⑥直徑大于于6m時用6~8條集水槽，，直徑小于于6m時用4~6條集水槽優(yōu)點：①處理效果果好，穩(wěn)定定；②適用于大大、中水廠廠。缺點：①維修維護(hù)護(hù)工作量較較大；②啟動時有有時需人工工加土和加加大加藥量量。2）水力循環(huán)環(huán)澄清池第四章過過濾濾§4-1過濾概述§4-2過濾理論§4-3濾料和承托托層§4-4濾池沖洗§4-5普通快濾池池§4-6無閥濾池§4-7其它形式池池§4-1過濾概述1.定義：一般指以石石英砂等粒粒壯濾料層層截留水中中懸浮雜質(zhì)質(zhì)，從而使水獲得澄澄清的工藝藝過程。2.功能：1）降低濁度度；2）降低細(xì)菌菌、病毒等等，有資料料90%附著在懸浮浮物上；3）為濾后消消毒創(chuàng)造條條件。細(xì)菌菌、病毒等等失去懸浮浮物的保護(hù)護(hù)，易于被殺滅。3.分類:1）按濾層分分：單層、、雙層、多多層、均質(zhì)質(zhì)濾料；2）按流向：：下向流、、上向流、、雙向流；；3）按閥門多多少：虹吸吸、無閥、、移動罩、、水力自動動沖洗；；4）按沖洗方方式：水洗洗和氣水洗洗4.慢濾池慢濾池是最最早出現(xiàn)的的用于水處處理的過濾濾設(shè)備，能能有效地去去除水的色色度、嗅和和味，見9—1。由于慢濾濾池占地面面積大、操操作麻煩、、寒冷季節(jié)節(jié)