給排水科學與工程概論 第2版 教學課件 ppt 作者 李亞峰 第4章 水質(zhì)工程.ppt

1、第4章 水質(zhì)工程,自然界中沒有化學意義上的純水。 地表水：由地表徑流匯集成而成，常含有 泥沙、無機物或有機物以及微生物等。 地下水：含有無機物和礦物質(zhì)比較多。,一、天然水體中污染物的分類,按化學性質(zhì)分類 1. 無機性污染物 包括地球表面土壤、砂、粉塵等；無機鹽、酸、堿；無機元素和氮、磷等營養(yǎng)元素。 無機性污染物質(zhì)根據(jù)是否對人類健康造成危害又分為：無直接毒害作用和有直接毒害作用兩種。 2. 有機性污染物 可以分為易生物降解的有機污染物和難生物降解的有機污染物。例如：多環(huán)芳烴屬于難生物降解的有機污染物。簡單的直鏈烷烴屬于易生物降解的有機污染物。 3. 微生物污染物,按物理形態(tài)分類 1. 懸浮物 主

2、要是泥沙類無機物質(zhì)和動植物生存過程中產(chǎn)生的物質(zhì)或死亡后的腐敗產(chǎn)物等有機物。 尺寸較大，在水中不穩(wěn)定，常懸浮于水流中，比較容易被去除。 粒徑在0.1微米1毫米之間；外觀特征：渾濁甚至肉眼可見。 2. 膠體 主要是細小的泥沙、礦物質(zhì)等無機物和腐殖質(zhì)等有機物。 膠體物質(zhì)的性質(zhì)非常穩(wěn)定。膠體是造成廢水渾濁和色度的主要原因。 粒徑在1納米0.1微米之間。外觀特征：光照下渾濁。,按物理形態(tài)分類 3. 溶解性物質(zhì) 主要是呈真溶液狀態(tài)的離子和分子，從外觀看含有這些雜質(zhì)的水與無雜質(zhì)的清水沒有分別。 粒徑0.1納米1納米之間；外觀特征：透明。,按污染物的來源分類 1. 天然的污染物 2. 人工合成的污染物 以農(nóng)藥

3、、殺蟲劑和有機溶劑為主。,二、水質(zhì)指標及水質(zhì)標準,水質(zhì) 是水及水中所含的污染物共同表現(xiàn)出來的物理的、化學的和生物學的綜合特性。 水質(zhì)指標 用來表示某一種水質(zhì)的特性。 水質(zhì)標準 由國家或地方政府制訂，并以文件形式頒布的關于用水水源或排放污水中水質(zhì)成分容許含量的統(tǒng)一規(guī)定。,1. 水質(zhì)指標的分類 物理性指標 主要包括：溫度、色度、渾濁度、電導率、總固體、溶解性固體等。 化學性指標 主要包括：pH值、硬度、堿度、各種陽離子、陰離子、總含鹽量、溶解氧、化學需氧量、生化需氧量和總有機碳等。 生物性指標 細菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)。,化學需氧量COD 用化學氧化劑重鉻酸鉀或高錳酸鉀氧化分解有機物時，用氧化劑的消耗

4、量來表示有機物的總量，稱為化學需氧量。 生化需氧量BOD 含有溶解氧的水樣在20培養(yǎng)20d，水中的有機物基本無機化，有機物在20天內(nèi)消耗的溶解氧的量被稱為生化需氧量。,2. 水質(zhì)標準的分類 按管理控制對象分類 水環(huán)境質(zhì)量標準 a.控制對象是水環(huán)境。 b.為了滿足不同用水需要而制訂的專業(yè)水質(zhì)標準，如生活飲用水衛(wèi)生標準、地面水衛(wèi)生標準、漁業(yè)用水水質(zhì)標準、農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準、地面水環(huán)境質(zhì)量標準和風景游覽區(qū)水質(zhì)標準等。,2. 水質(zhì)標準的分類 按管理控制對象分類 水污染物排放標準 a. 控制對象是水污染源。 b.為了防止水體污染，控制污染源任意排污而制訂的水質(zhì)標準，如污水綜合排放標準和地方水污染物排放標準

5、等。,按管理范圍分類 國家標準 地方標準,3. 生活飲用水水質(zhì)標準 生活飲用水的水質(zhì)標準由一系列的水質(zhì)指標及相應的限制值組成。,(1) 微生物學指標 理想的飲用水不應含有致病微生物。 對于生活飲用水來說，水的生物學指標非常重要。 水的生物學指標主要反映的是水中病原微生物的數(shù)量。,(2) 物理性指標中的感官性指標 飲用水的感官性指標非常重要。 一般要求飲用水應呈透明狀、不混濁、無肉眼可見物、無異味等。 如色度一般不超過15度，渾濁度一般不超過1度。,(3) 放射性指標 對飲用水中和放射性進行規(guī)定。,(4) 生活飲用水衛(wèi)生標準的發(fā)展 1959年頒布第一個國家生活飲用水衛(wèi)生標準，其中只包括了16項水

6、質(zhì)指標。 1976年修訂，將水質(zhì)指標增加到23項。 1985年，制定了生活飲用水衛(wèi)生標準，將水質(zhì)指標由23項增至35項，由衛(wèi)生部以國家強制性衛(wèi)生標準發(fā)布（GB5749-85）。 2006年，制定了最新版的生活飲用水衛(wèi)生標準（GB5749-2006），于2007年7月1日正式開始實施，將水質(zhì)指標由35項增至106項 。,4. 地面水環(huán)境質(zhì)量標準 地面水的分類,I類：適用于源頭水和國家自然保護區(qū)； II類：適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區(qū)、珍貴魚類保護區(qū)等； III類：適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區(qū)和一般魚類保護區(qū)及游泳區(qū)等； IV類：適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)

7、； V類：適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。,5. 污水排放標準,排入III類水域的污水執(zhí)行一級排放標準； 排入IV、V類水域的污水執(zhí)行二級排放標準； 排入城鎮(zhèn)下水管道并進入二級污水處理廠進行生物處理的污水執(zhí)行三級標準； 未設置二級污水處理廠的城鎮(zhèn)下水道的污水，根據(jù)受納水體的要求執(zhí)行一級或二級排放標準； I、II類水域不得新建排污口；,第4章 水的物理、化學及物理化學處理方法,水源,污水排放標準,地面水環(huán)境質(zhì)量標準,水處理方法,物理處理方法,化學處理方法,物理化學處理方法,生物處理方法,掌握,有哪些主要物理、化學處理方法 主要方法的原理 方法的應用,熟悉,熟悉,一、格柵和篩網(wǎng),1、格柵,作用

8、 在取水工程中，格柵設在取水口，用來攔截河水中的漂浮物。 在污水處理廠，設在最前端的污水泵之前。攔截較大塊的懸浮物或漂浮物，以便減輕后續(xù)處理構筑物的處理負荷。,組成 由一組平行金屬柵條制成的框架。,格柵的類型及應用 根據(jù)柵條間距的大小劃分，分為粗格柵、中格柵、細格柵。,粗格柵：50100mm 中格柵：1040mm 細格柵：310mm,根據(jù)格柵上污物的清除方法，分為人工清除和機械清除。,粗格柵,細格柵,2、篩網(wǎng),作用 篩網(wǎng)比格柵的孔徑更小，可以攔截更細小的懸浮物。,組成 金屬絲或化學纖維編織而成。,(1) 混凝去除對象 膠體雜質(zhì)及部分微小懸浮物，是一種化學處理方法。 (2) 混凝的定義 通過投加

9、混凝劑破壞膠體的穩(wěn)定性，促使膠體及懸浮物相互凝聚形成大的易于下沉的絮凝體。這種水處理方法被稱為混凝。 (3) 去除對象的尺寸范圍：1nm0.1m (4) 水處理中主要雜質(zhì)： 粘土、細菌、病毒 、蛋白質(zhì)、腐殖酸,二、混凝,1、概述,2、混凝的作用機理 吸附電性中和,膠粒,膠體電位膠體脫穩(wěn)脫穩(wěn)膠體凝聚,2、混凝的作用機理 吸附架橋,投加高分子混凝劑，經(jīng)水解或縮聚反應形成高分子聚合物，具有線性結(jié)構； 高分子聚合物被膠體微粒強烈吸附，很多膠體顆粒會發(fā)生吸附架橋，形成粗大絮凝體。,這種由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互聚集的過程，稱為絮凝。,無機鹽型混凝劑,鐵鹽絮體比鋁鹽絮體密實，易沉淀；但腐蝕性強，

10、有顏色。,（硫酸鋁鉀）,3、混凝劑,有機高分子混凝劑有人工合成和天然兩種，這類混凝劑都是巨大的線性高分子化合物通過吸附架橋作用,有機高分子混凝劑,4、混凝效果的評價,混凝燒杯試驗6聯(lián)攪拌機,(1) 給水處理,以地面水為水源時，去除濁度和細菌。 經(jīng)混凝沉淀后一般濁度小于10度 。,以地面水為水源的給水處理工藝： 原水 混凝沉淀 過濾 消毒 飲用水,5、混凝的應用,震后如何凈化和消毒飲用水 (1)第一步:水的澄清 用明礬、硫酸鋁、硫酸鐵或聚合氯化鋁作混凝劑，適量加入渾水中，用棍棒攪動，待出現(xiàn)絮狀物后靜置沉淀，水即澄清。 沒有上述混凝劑時，可就地取材。把仙人掌、仙人球、榆樹、木棉樹皮搗爛加入渾水中，

11、也有助凝作用。 (2)第二步:飲水消毒 煮沸消毒，效果可靠，方法簡便易行。也可用漂白粉等鹵素制劑消毒飲用水。按水的污染程度，每升水加mg3mg氯，15min30min后即可飲用。,1印染廢水 用于脫色、去除膠體懸浮物等。,(2) 廢水處理,2含油廢水處理 通常采用混凝氣浮工藝。 3. 肉類加工廢水處理,思考,什么是混凝？ 混凝的主要去除對象是什么？ 混凝的2個主要作用機理？,三、沉淀,1、 沉淀基本理論,11 沉淀原理,原理 利用水中固體顆粒的可沉降性能，在重力作用下使其產(chǎn)生下沉作用，以達到固液分離的過程。 顆粒比重大于1時，表現(xiàn)為下沉；小于1時表現(xiàn)為上浮。 沉淀工藝特點 簡單，效果良好，應用

12、極為廣泛，主要用于去除100um以上的懸浮物（膠體顆粒需混凝后才能沉淀）。,沉淀應用領域 給水處理 ：混凝沉淀，高濁預沉 。 污水處理 沉砂池（去除顆粒易沉物，如砂粒） 初沉池（去除懸浮有機物） 二沉池（活性污泥與水分離） 污泥濃縮池（濃縮污泥）,11 沉淀原理,12 沉淀類型,自由沉淀：懸浮固體濃度低，而且顆粒之間不發(fā)生聚集顆粒在沉淀過程中彼此沒有干擾，只受到顆粒本身在水中的重力和水流阻力的作用。 （沉砂池、初沉池前期） 絮凝沉淀：懸浮固體濃度也不高，但顆粒在沉降過程中接觸碰撞時能互相聚集為較大的絮體，在沉淀過程中其尺寸、質(zhì)量均隨深度增加而增大（發(fā)生絮凝作用），沉淀過程中沉速增加。 （初沉池

13、后期、二沉池前期、化學混凝沉淀） 擁擠沉淀(成層沉淀) ：顆粒在水中的濃度較大，沉淀過程中相互間干擾，在清水和渾水之間進行分層，界面下降。（二沉池、污泥濃縮池） 壓縮沉淀：顆粒互相接觸、互相支撐，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力下擠出，污泥得到濃縮。,分類依據(jù)：根據(jù)水中懸浮顆粒的性能和濃度進行分類,擁擠沉淀 清水、渾水交接面,擁擠沉淀,平流式沉淀池(rectangular) 輻流式沉淀池(radial) 豎流式沉淀池(upflow) 斜流式沉淀池 (inclined),2、 沉淀池（Sedimentation tank）的分類,21 平流式沉淀池構造,污水從池一端流入，按水平方向在池內(nèi)流動，從另

14、一端溢出，池呈長方形。,1）進水區(qū) （流入裝置）,流入裝置由設有側(cè)向或槽底潛孔的配水槽、擋流板組成，其到均勻布水與消能作用。 作用：使水流均勻分布，減小擾動，不出現(xiàn)短流。 可采用配水孔或者縫。給水中通常采用穿孔花墻 v0.15-0.2m/s,2）出水區(qū),多用鋸齒形溢流堰,中央進水幅流式,池表面為圓形，池水從池中心進入，澄清的污水從池周溢出，在池內(nèi)污水呈水平方向流動，但流速是變動的。,22 輻流式沉淀池構造,豎流式沉淀池中，污水從下向上以流速v作豎向流動。,23 圓形豎流式沉淀池,沉淀的原理？ 沉淀的類型？,四、氣 浮 (Flotation),氣浮的原理 氣浮是一種固液和液液分離的方法。 具體過

15、程 通入空氣產(chǎn)生微細氣泡懸浮物附著在氣泡上上浮 應用 自然沉淀或上浮難于去除的懸浮物，以及比重接近1的固體顆粒。 給水處理中除藻等； 廢水處理中去除纖維、懸浮物、油類、脂肪等；,理論基礎,要想實現(xiàn)氣浮，必須使氣泡能吸附到顆粒上。這一吸附能否實現(xiàn)的關鍵是水對這種顆粒的潤濕性。 疏水性顆粒易被氣泡吸附，親水性顆粒難被氣泡吸附。 顆粒被水潤濕的程度用潤濕接觸角來表示。,氣浮的情況涉及：氣、水、固三相介質(zhì)，每兩相之間都存在界面張力。,：潤濕接觸角 90 疏水性，易于氣浮 90 親水性,氣泡與顆粒的粘附形式,3、氣浮法在水處理中的應用 廢水： 含油廢水(石油化工、機械加工、食品工業(yè)等) 染色廢水等 毛紡

16、工業(yè)洗毛廢水羊毛脂及洗滌劑 濃縮污泥（效果比沉淀法高）,給水 高含藻水源的凈化：武漢東湖水廠，氣浮替代沉淀，藻類去除率達80以上。 低溫、低濁水的凈化：沈陽市自來水廠。 受污染水體的凈化：對水體產(chǎn)生曝氣，減輕嗅味與色度。,4、氣浮法的特點,優(yōu)點 可以同時去除多種污染物（表面活性劑、嗅味物質(zhì)等） 缺點 耗電、維修不便。,氣浮的過程是什么？ 氣浮法在給水處理中的應用？,五、過 濾 (Filtration),（一）、過濾機理,1、什么是過濾？ 指水處理中以石英砂等粒狀材料組成的濾料層截留水中的懸浮雜質(zhì)，從而使水澄清的工藝過程。 過濾介質(zhì)濾料 是固液分離的過程,過濾介質(zhì),2、過濾除污的機理可概括為以下

17、三個方面： 阻力截流（篩濾） 粒徑較大的懸浮顆粒，首先被截留在表層濾料的空隙中，此層濾料間的空隙越來越小，截污能力越來越強，在表面會形成一層由被截留的固體顆粒構成的濾膜，起主要過濾作用。 重力沉降 眾多的濾料表面提供了巨大的沉降面積，1m3的粒徑為0.5mm的濾料中擁有400m2不受水力沖刷而可供懸浮物沉降的有效面積，顆粒易沉降。,接觸絮凝 由于濾料具有巨大的表面積，濾料對懸浮顆粒有物理吸附作用、有電荷中和作用，發(fā)生接觸絮凝。,（二)、應用 給水處理：不可缺少的重要環(huán)節(jié) 原水混凝沉淀/澄清過濾 原水微絮凝過濾（微絮凝過濾） 原水加藥過濾（接觸過濾） 廢水處理 原水生物處理過濾 原水生物處理混凝

18、沉淀過濾,按濾料的種類： 單層濾池 雙層濾池 多層濾池 按作用水頭： 重力濾池 壓力濾池 按進出水和反沖洗水的供給與排除方式： 普通快濾池 虹吸濾池 無閥濾池,(三)、分類,過濾處理方法所用的裝置稱為濾池,(四）、濾料層與承托層,1、濾料的基本要求 足夠的機械強度 較好的化學穩(wěn)定性 有適宜的級配和足夠的空隙率 2、種類 石英砂、無煙煤、陶粒、高爐渣、大理石、石榴石、白云石 聚苯乙烯發(fā)泡塑料、各種纖維球濾料,3、承托層 構成：采用天然卵石鋪墊而成。 作用：用來承托濾料層 防止過濾時濾料進入配水系統(tǒng)中流失 反沖洗時對反沖洗水起到均勻分布（反沖水首先通過承托層）,過濾速度：40 m/h 過濾周期：2

19、d,五、過濾技術的新發(fā)展 1. 非粒狀的新型濾料研究 纖維球濾料、纖毛型濾料、纖維束狀濾料 提高濾床濾速，增大截污能力，擴大應用范圍。 2. 過濾裝置向自動化、智能型方向發(fā)展。,彗星式纖維濾料,溶解性污染物的物理化學分離技術,1. 原理 一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過程叫做吸附，是一種相界面上的反應。 可以發(fā)生在氣液、氣固或液固界面之間;在水處理中，主要是液固界面。 固相物質(zhì)：吸附劑，一般為多孔性物質(zhì),六、吸附,2. 吸附類型,物理吸附：分子間的作用力所引起。 化學吸附：由化學鍵之間的作用力引起，發(fā)生化學反應。 離子交換吸附：由靜電引力引起。,具有一定吸附能力的多孔物質(zhì)都可以作吸附劑。 吸

20、附劑：活性炭、活化煤、焦炭、煤渣等?；钚蕴际撬幚碇袘米顬閺V泛的吸附劑。 生活用水或廢水處理用的活性炭，一般均制成顆粒狀或粉末狀。 粉末狀活性炭的吸附能力強、制備容易、成本低，但再生困難、不易重復使用。 顆粒狀活性炭的吸附能力比粉末狀的低些，生產(chǎn)成本較高，但再生后可重復使用，并且使用時勞動條件良好，操作管理方便。因此，在廢水處理中大多采用顆粒狀活性炭。,3. 吸附劑,加熱再生：一般采用高溫再生 藥劑再生：酸堿、有機溶劑 化學氧化法：濕式氧化、臭氧 生物再生法,4. 活性碳的再生方法,在微污染水源凈化中的應用 除嗅、除味、除色，去除微量有機物 城市污水深度處理 工業(yè)廢水處理 1) 含重金屬廢水 研究表明：活性炭對某些金屬及其化合物有很強的吸附能力。 2) 有機廢水 染料廢水、火藥（三硝基苯：TNT）廢水等。,5. 應用,膜分離技術,概述 在某種推動力的作用下，利用某種隔膜特定的透過性能，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法稱