重点给水工程复习资料.docx

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重点给水工程复习资料

给水工程概论

【水源水质】：

㈠原水杂质：

⑴原水杂质来源：

①自然过程：

[地层矿物质溶解、水中微生物繁殖、水流冲刷、泥沙、腐殖质]

②人为因素：

[工业废水、农业污水、生活污水]

⑵原水杂质分类：

①悬浮物[1um--1mm]；②胶体[10nm--100nm]；③溶解物[0.1nm--1nm]；

⒈悬浮物与胶体杂质：

--悬浮物尺寸较大、易于在水中下沉或上浮。

--胶体颗粒尺寸较小、在水中长期静止难以下沉。

--水中胶体：

粘土、细菌、病毒、腐殖质、蛋白质、有极高分子物质。

--天然水中胶体一般带负电荷。

注：

①使水中产生浑浊现象的根源：

悬浮物和胶体。

②饮用水处理的主要去除对象：

悬浮物和胶体。

【水质标准】：

水质标准：

即用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限制。

※生活饮用水水质标准：

⑴感性性状和一般化学指标：

注：

①色度：

不超过15度，并不得呈现异色。

②浑浊度：

不超过3，特殊情况不超过5度。

③臭和味：

不得有异臭、异味。

注：

浊度即1L蒸馏水中含有1mg白陶土或高岭土。

⑵毒理学指标：

※⑶细菌学指标：

注：

①细菌总数：

≤100个/mL；

②总大肠菌数：

≤3个/L;

③游离余氯：

在与水接触30min后应不低于0.3mg/L;

⑷放射性指标：

※【给水处理方法】：

⑴澄清和消毒：

--生活饮用水[地表水]常用处理工艺：

澄清和消毒。

--澄清工艺包括：

混凝、沉淀、过滤。

--处理主要对象：

水中悬浮物和胶体杂质。

--消毒：

灭活水中致病微生物；

通常在过滤之后。

--主要消毒方法：

投加消毒剂杀灭致病微生物。

--生活饮用水常规处理工艺：

--即：

“混凝-沉淀-过滤-消毒”。

⑵除臭、除味：

--有机物臭味：

活性炭吸附/氧化法去除。

--溶解性气体：

曝气法去除。

⑶除铁、除氯：

--常用方法：

自然氧化法、接触氧化法。

⑷软化：

--处理对象：

主要是水中钙、镁离子

--软化方法：

离子交换法、药剂软化法。

⑸淡化、除盐：

--除盐：

制取纯水及高纯水的处理过程。

--淡化和除盐主要方法：

蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法。

⑹水的冷却：

--水作为冷却介质：

水热容大--吸收和传递热量的良好介质。

--水的冷却一般采用：

冷却塔。

⑺生活饮用水预处理和深度处理：

--饮用水主要处理对象：

水中悬浮物、胶体、致病微生物。

--常规处理工艺：

混凝、沉淀、过滤、消毒。

--预处理和深度处理主要对象：

水中有机污染物--饮用水处理厂

--预处理方法：

活性炭法吸附法、臭氧氧化法、生物氧化法、

--深度处理主要：

粒状活性炭吸附法、生物活性碳法、

--深度处理法基本作用原理：

[吸附-氧化-生物降解-膜滤]

即：

或者利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物；或者利用氧化剂的强氧化能力分解有机物；或者利用生物氧化法降解有机物；或者利用膜滤法去除大分子有机物。

【混凝机理】：

--混凝：

水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集过程。

或：

向水中投加药剂（混凝剂）使水中粒径微小的悬浮物和胶体离子凝结成较大的絮凝体（矾花）。

--凝聚：

水中胶体脱稳--胶体失去稳定性的过程。

--絮凝：

脱稳胶体相互聚集。

--混凝：

凝聚和絮凝。

※㈠水中胶体稳定性：

--胶体稳定性：

指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

--胶体稳定性：

动力学稳定+聚集稳定。

①动力学稳定：

指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力.[颗粒愈小，动力学稳定性愈高]

②聚集稳定性：

指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。

[粒子表面同性电荷斥力作用]

--胶体稳定性：

关键--聚集稳定性。

㈠混凝机理：

--混凝剂对水中胶体粒子混凝作用有三种：

电性中和、吸附架桥、卷扫作用

--混凝作用取决于：

混凝剂种类、投加量、胶体粒子性质、水的PH值。

⑴电性中和：

--根据DLVO理论：

要使胶体粒子通过布朗运动相撞聚集，必须降低或消除排斥能峰。

--吸收势能与胶粒电荷无关，主要取决于构成胶粒的物理性质、尺寸和密度。

--降低排斥能峰的办法即：

降低或消除胶粒的ζ电位[即在水中投加电解质]。

【水中负电荷胶粒-投入的电解质--混凝剂为正电荷离子或聚合离子；若正电荷离子是简单离子-Na＋、Ca＋、Al＋--作用是压缩胶体双电层；排斥能峰Emax=0时，胶粒发生聚集作用，ζk电位：

临界电位；水中铝岩投量过多，水中负电荷胶体变为正电荷胶体；】

--“吸附-电性中和作用”

⑵吸附架桥:

--吸附作用:

带异性电荷、不带电、同性电荷。

【混凝剂和助凝剂】

--饮用水混凝剂基本要求：

混凝效果好、对人体无害、使用方便、货源充足。

--水处理使用的无机混凝剂主要是：

铁盐、铝盐及混合物。

--常用的无机混凝剂：

硫酸铝、聚合铝、三氯化铁-硫酸亚铁、聚合铁。

[硫酸铝]：

--采用固态硫酸铝：

运输方便

--缺点：

水温低，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体松散，效果不好。

[聚合铝]：

--包括：

聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）。

--聚合氯化铝能形成聚合阳离子，起电性中和、吸附架桥作用。

--优点：

投加量少于硫酸铝；对水的PH值变化适应性强；聚合氯化铝投入水中其产物的成分确定；

--碱化度：

主要决定羟基OH和铝AL的摩尔数之比。

即：

B=

×100％

--一般铝盐（硫酸铝、氯化铝）投入水中进行水解聚合反应，其产物受水PH值及铝盐浓度影响。

[三氯化铁]：

--三氯化铁：

FeCl3H2O

--水合铁离子水解、聚合反应。

--优点：

三价铁适用的ph值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；处理低温水或低浊水效果优于硫酸铝；

--缺点：

三氯化铁腐蚀性较强，且固体产品易吸水潮解，不宜保管。

※--聚合效果：

聚合氯化铝>三氯化铁>硫酸铝

【助凝剂】

--通常是高分子物质：

作用是为了改善絮凝体结构，促使絮粒密实

--作用机理：

高分子物质吸附架桥。

【混凝动力学】：

--要是杂质颗粒或杂质与混凝剂之间发生絮凝，其必要条件是：

使颗粒之间相互碰撞。

--推动水中颗粒相互碰撞的动力来自：

①颗粒在水中的布朗运动--[异向絮凝：

由布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝聚集]

②水力或机械搅拌造成的流体运动--[同向絮凝：

由流体运动造成的颗粒碰撞聚集]

⑴异向絮凝：

--颗粒絮凝速率取决于碰撞速率，即颗粒碰撞速率：

Np=8πdDb·n2

--Np：

异向絮凝碰撞速率，即：

1/cm3.S；

--d：

颗粒直径；

--Db：

布朗运动系数；

--n:

颗粒数量浓度；

⑵同向絮凝：

--速度梯度：

相邻两层水流的速度差与两层间的距离之比。

①机械搅拌：

即：

G=

--μ：

水动力粘度-pa.S;

--p:

单位流体所消耗的功率-w/m3;

--G:

速度梯度；

②水力絮凝：

PV=pgGh;

V=QT;

G=

--V：

水流体积；

--g：

重力加速度；

--h：

水头损失；

--ν：

水的运动粘度；

--T:

水流在混凝设备停留时间；

※⑶混凝控制指标：

--混凝过程：

混合+絮凝；

[混合阶段]：

剧烈搅拌水流--使药剂快速均匀分散于水中利于混凝剂快速水解、聚合、颗粒脱稳；

①混合要快速剧烈：

10-30s最多2min；

②搅拌强度：

速度梯度G=700-1000s~1；

③混合絮凝--异向絮凝；

[絮凝阶段]：

主要依靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚；

①絮凝--同向絮凝；

②同向絮凝效果：

与G值、絮凝时间T有关；

③速度梯度：

G=20-70s~1；

④TN--整个絮凝时间内单位体积流体颗粒碰撞次数；平均GT=1×10~4-1×10~5；

※⑷影响混凝效果主要因素：

⒈水温影响：

①无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难，尤其是硫酸铝；

②低温水粘度大，水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于颗粒脱稳凝聚；水粘度大，水流剪力增大，影响絮凝体成长；

③水温低，导致胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚；

④水温与水PH有关。

水温低时，其PH提高，则混凝最佳PH值也提高；

※注：

提高低温水混凝效果的方法：

增加混凝剂投加量+投加高分子助凝剂。

--常用的助凝剂：

活化硅酸。

⒉水的ph值和碱度影响：

①去除浊度：

最佳ph值=6.5-7.5[絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物-吸附架桥;羟基配合物-电性中和]；

②去除色度：

ph值=4.5-5.5；

--混凝剂为三价铁：

适用的ph值范围较宽[去除浊度：

ph=6.0-8.4；去除色度：

ph=3.5-5.0]；

--混凝剂为硫酸亚铁：

通常用氯化法;

--聚合氯化铝：

对水的ph值变化范围适应性较强；

※石灰投量估算：

即：

每投加1mmol/LAl2（SO4）3需石灰3mmol/LCaO.

即：

[CaO]=3[a]-[x]+[δ]

[CaO]--纯石灰CaO投量：

mmol/L；

[a]--混凝剂投量：

mmol/L；

[x]--原水碱度：

mmol/LCaO；

[δ]--保证反应顺利进行的剩余碱度：

取0.25-0.5mmol/L（CaO）；

典型例题：

某地表水源总碱度为0.2mmol/L。

市售精制硫酸铝（含Al2O3约16％）投量28mmol/L。

试估算石灰（纯度为50％）投量为多少mg/L。

解：

投药量折合Al2O3为：

28mmol/L×16％=4.48mg/L

Al2O3分子量为102，故投药量相当于：

4.48/102=0.044mmol/L.

剩余碱度取0.37mmol/L，则：

[CaO]=3×0.044-0.2+0.37=0.3mmol/L。

CaO分子量为56，则市售石灰投量为：

0.3×56/0.5=33mg/L

3、水中悬浮物浓度影响：

--为提高低浊度原水混凝效果，采取措施：

①投加铝盐或铁盐时，投加高分子助凝剂。

②投加矿物颗粒以增加混凝剂水解产物的凝结中心，提高颗粒碰撞速率，增加絮凝体密度。

③采用直接过滤法。

④聚合氯化铝作为处理高浓度浊度水效果好。

--投加高分子助凝剂；吸附架桥+电性中和；

⑴混合设备：

--混合设备基本要求：

①药剂与水混合必须快速剧烈、混合均匀；

③保证充分混合条件，水头损失不易太大；

②混合时间不超过2min；

--主要混合设备：

水泵混合、管式混合、机械混合；

1）水泵混合：

--药剂投加在取水泵房吸水管、吸水喇叭口处--利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合目的；

--当取水泵房距水厂处理构筑物较远时，不宜采用水泵混合；

--水泵混合：

通常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物，两者间距不宜大于150m。

2）管式混合：

即：

将药剂直接投入水泵压水管以借助管中流速进行混合。

--管中流速不宜小于1m/s；投药点管内水头损失不小于0.3-0.4m。

3）机械混合池：

--混合时间：

10-30s，最大不超过2min；

--优点：

混合效果好，不受水量变化影响；

--应避免水流同步旋转而降低混合效果；

⑵絮凝设备：

--絮凝设备：

水力搅拌式、机械搅拌式；

1）隔板絮凝池：

--为避免絮凝体破碎，管道流速及水流转弯处流速应沿程减小；G值也沿程减小；

--优点：

构造简单，管理方便；缺点：

流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间较长；

--※隔板絮凝池主要设计参数：

①廊道流速：

起端：

0.5-0.6m/s末端：

0.2-0.3m/s；

即：

流速沿程减小；

为达到流速递减目的：

①隔板间距逐段放宽，池底相平；

②隔板间距相等，池底逐渐降低；

②为减小水流转弯处水头损失，转弯处过水断面：

1.2-1.5

③絮凝时间一般采用20-30min；

④隔板间净距一般大于0.5m，以便于施工和减肥；

为便于排泥，池底坡度：

0.02-0.03，并设150mm排泥关；

2）折板絮凝池：

--折板絮凝池组合顺序：

即异波→同波→平板；

--折板絮凝池主要设计参数;

①第一段：

0.25-0.35；

②第二段：

0.15-0.25；

③第三段：

0.1-0.15；

--折板絮凝池优点：

水流在同波、异波之间曲折流动，形成小漩涡，提高颗粒碰撞絮凝效果；水流条件得到改善；

⑴混凝剂溶解和溶液配制：

--混凝剂投加分为：

固体投加+液体投加。

--溶解池、搅拌装置、配件，均应有防腐措施：

采用FeCl3要注意。

FeCl3溶解时要放出大量热，当溶液浓度为20％时，溶液温度可达到70℃左右。

--溶解池：

一般建于地面以下便于操作，池顶一般高出地面约0.2m左右。

即：

溶解池容积W1计算：

W1=（0.2-0.3）W2

--W2：

溶液池容积。

--溶液池容积：

W2=

=

W2--溶液池容积；m3；

Q--处理水量：

m3/h;

a--混凝剂最大投加量：

mg/L;

C--溶液浓度：

一般取5％-20％；

N--每日调制次数，一般不超过3次；

⑵混凝剂投加：

--混凝剂投加设备：

计量设备、药液提升设备、投药箱、水封箱、注入设备。

--投加方式：

常用投加方式：

①泵前投加--药液投加在水泵吸水管或吸水喇叭口处。

--适用于取水泵房距水厂较近者。

--水封箱：

防止空气进入而设。

②高位溶液池重力投加：

安全可靠，但溶液池位置较高。

[设备：

溶解池、溶液池、提升泵、水封箱、浮球阀、流量计、调节阀、压水管]

③水射器投加：

④泵投加：

--干投法优点：

设备占地少、易调节排渣容易。

1、沉淀和澄清

1.1悬浮颗粒在静水中沉淀

--沉淀：

水中悬浮物颗粒依靠重力作用从水中分离出来的过程。

--沉淀分类：

①自由沉淀；②拥挤沉淀；③絮凝沉淀；

⑴悬浮颗粒在静水中的自由沉淀：

--悬浮颗粒在静水中沉淀速度取决于：

颗粒在水中重力F1、颗粒下沉阻力F2；

--沉速基本公式：

μ=[

d]1/2

--沉淀池分类：

竖流式、平流式、辐流式；

初沉池、二沉池;

--选择依据：

水量规模、进水水质条件、出水水质、地形条件、占地面积、造价、运行经验；

⑵悬浮颗粒在静水中拥挤沉淀：

即：

当大量颗粒在水中下沉时，被排挤水体有一定流速，使颗粒受到的水阻力增加，颗粒相互干扰的过程。

--拥挤过程：

明显的浑水、清水分界面：

混液面

※气浮：

浊度低、色度大、藻类多、溶解氧耗氧量高的原水；

※1.2平流式沉淀池

⑴非凝聚性颗粒沉淀过程：

※理想沉淀池：

①颗粒处于自由沉淀状态：

即沉淀过程中，颗粒大小、密度不变。

即：

颗粒沉速始终不变；

②水流沿着水平方向进行。

过水断面：

流速不变、流动过程中流速不变；

③颗粒沉到池底即认为被去除，不再返回水流中；

--沉淀池原水其水平流速：

υ=

式中：

υ--水平流速，m/s;

Q--流量，m3/s;

H0--水平截面高度；

B--水平截面宽度；

--※截留沉速μ0：

反映沉淀池所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速。

即：

凡是沉速等于或大于沉速μ0的颗粒全部被沉淀。

μ0--颗粒截留沉降速度；

即：

截留沉速μ0=

式中：

LB--即沉淀池水面表面积A；

--单位沉淀池表面积产水量；

--即：

μ0=

:

表面负荷/溢流率；

表明：

表面负荷在数值上等于截留沉速。

但含义不同。

--※截留沉速：

表示沉淀池自池顶开始下沉所能全部去除颗粒中的最小颗粒沉速；

--※表面负荷：

单位沉淀池表面积产水量；

--为求沉淀池总的沉淀效率，先求某一特定颗粒即具有沉速μi的颗粒去除百分率E。

注：

特定颗粒沉速μi<截留沉速μ0。

--※某特定颗粒去除率公式：

E=

※即：

E=

注：

悬浮颗粒在理想沉淀池中去除率唯一因素：

沉淀池表面负荷；而与其他因素：

水深、池长、水平流速、沉淀时间均无关；

※1）当去除率一定时：

颗粒沉速μi越大则表面负荷越高，亦即产水量越大；或当产水量和表面积不变时，μi越大，则去除率E越高。

颗粒沉速μi大小与絮凝效果有关；

2）颗粒沉速μi一定时：

增加沉淀池表面积可以提高去除率。

当沉淀池容积一定时，池身浅则表面积大，去除率可以高。

即“浅池理论”

3）“具有沉速μi颗粒（μi<μ0）去除率”

⑵影响平流式沉淀池沉淀效果因素：

--实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要因素：

1）沉淀池实际水流状况：

--理想沉淀池水流稳定、流速均匀，其理论停留时间：

即：

t0=V/Q

--“短流"原因：

①进水惯性作用；

②出水堰产生的水流抽吸；

③较冷、较重的进水产生异重流；

④风浪引起短流；

⑤池内刮泥设施；

--沉淀池：

通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。

--异重流：

即进入较静而具有密度差异水体的一股水流；

--水流稳定性：

FR=υ2/Rg

式中：

FR--弗劳德数；

R--水力半径；

Υ--水平流速；

G--重力加速度；

即：

FR越大，表明惯性力作用越大，重力作用相对减小，水流对温差、密度差异重流等影响的抵抗能力强，使沉淀池流态保持稳定。

一般平流式沉淀池：

FR数宜大于10-5；

--※平流式沉淀池中，降低Re和提高FR数有效措施：

减小水力半径；

即：

池中纵向分格、斜板、斜管沉淀池。

--※沉淀池增大水平流速：

一方面提高了Re数：

不利于沉淀；另一方面提高了FR数：

增加水流稳定性，提高沉淀效果；

--沉淀池水平流速：

宜为10-25mm/s

2）凝聚作用影响：

--实际沉淀池沉淀时间、水深：

影响沉淀效果；

3）水流紊动性、稳定性：

⑶平流式沉淀池构造：

--平流式沉淀池：

进水区、沉淀区、存泥区、出水区。

1）进水区作用：

使水流均匀分布在整个进水截面上，并尽量减小扰动。

--使水流从絮凝池直接流入沉淀池。

--为防止絮凝体破碎，孔口流速不宜大于：

0.15-0.2m/s;

※2）沉淀区：

要降低沉淀池水流Re数和提高水流FR数，必须设法减小水力半径。

--采用导流墙将平流式沉淀池进行纵向分割可减小水流半径，改善水流条件。

--沉淀区高度：

与净水构筑物高程有关，一般为3-4m；

沉淀区长度：

决定于水平流速υ和停留时间T;

即：

L=Tυ；

沉淀区宽度：

决定于流量Q、池深H、水平流速υ：

即：

B=

3）出水区：

均匀收集沉淀池上层清水，避免带出絮凝体；

其孔口流速一般为0.6-0.7m/s;

--为缓和出水区附近流线过于集中，应尽量增加出水堰长度，以降低流量负荷；

其堰口溢流率一般小于500m3/（m·d）;

4）存泥区：

平流式沉淀池基本采用机械排泥措施；

--机械排泥措施：

充分发挥沉淀池容积利用效率，且排泥可靠；

※⑷平流式沉淀池设计计算：

--※设计平流式沉淀池主要控制指标：

表面负荷或停留时间。

--沉淀池停留时间或表面负荷：

应根据原水水质、沉淀水水质要求、水温设计；

即：

停留时间一般采用1-3h；

低温低浊水停留时间超过2h;

1）按照表面负荷Q/A关系计算出沉淀池表面积A：

--沉淀池长度：

L=3.6υT；

式中：

υ--水平流速，mm/s;

T--停留时间，h；

--沉淀池宽度：

B=

2）按照停留时间T计算沉淀池有效容积：

即：

V=Q·T

式中：

V--沉淀池有效容积，m3;

Q--产水量，m3/h;

T--停留时间，h；

--根据选定的池深H（一般为3.0-3.5m）计算宽度B为：

即：

B=

1.3斜板与斜管沉淀池

⑴斜板与斜管沉淀池特点：

--提高颗粒去除率：

沉淀池有效容积一定时，增加沉淀面积。

--斜板沉淀池：

改善沉淀池水力条件角度--斜板沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数Re降低，而劳德数Fr大为提高。

--一般斜板沉淀池水流属于层流状态，其Fr数一般为10-3-10-4；斜管沉淀池之Re小于200，Fr数更大；

--即：

斜板沉淀池满足了水流稳定性和层流要求；

⑵斜管沉淀池设计计算：

--※1）设计注意：

①斜管沉淀池底部配水区高度不宜小于1.5m，以便于均与配水；

②为了使水流均匀进入斜管配水区，絮凝池出口一般考虑整流措施；

③整流配水孔流速，一般要求不大于絮凝池出口流速，通常为0.15m/s以下；

④斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但不利于排泥；

⑤斜管沉淀池表面负荷q：

q=Q/A

--※规定斜管沉淀池表面负荷为2.5-3.0（mm/s）

--采用较小表面负荷：

可提高沉淀池出水水质；

2）斜板、斜管沉淀池提高沉效原理：

※①增加沉淀面积，缩短沉降距离，提高沉效；

②水力条件改善，有利于提高沉效；

③接触凝聚作用有助于沉效提高；

1.4澄清池

⑴澄清池特点：

--澄清池：

综合絮凝、沉淀作用--主要依靠活性泥渣达到澄清目的[接触絮凝]；

--澄清池：

充分利用活性泥渣絮凝作用；

注意仅供参考，复习以课本和ppt为主