【正文】 ? 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。《 水質(zhì)工程學(xué) 》 電子教案 給水處理工程 總學(xué)時(shí)： 60 專業(yè)必修課 教材 《 給水工程 》 (第四版 ) 嚴(yán)煦世 范瑾初 主編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版 主講教師：延克軍 教授 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(guò)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(shí)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(jì)規(guī)范以及新工藝與新技術(shù) ， 為將來(lái)從事本專業(yè)的工程設(shè)計(jì) 、 科學(xué)研究及運(yùn)行管理工作等奠定必要的理論和應(yīng)用基礎(chǔ) 。 ? 給水處理典型工藝流程： 消毒劑 二級(jí)泵站 清水池 絮凝沉淀 原水 投藥 混合 過(guò)濾 用戶 167。 ： 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。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(bǔ)充中。 2）水中所含化學(xué)物質(zhì)（ 70多種）及放射性物質(zhì)（ 2種） 不得危害人體健康。通過(guò)數(shù)學(xué)模型方法的簡(jiǎn)化，使得反應(yīng)裝置的選擇、尺寸計(jì)算、過(guò)程操作及最優(yōu)控制等找到了科學(xué)的方法。 Fick第一定律給出了分子擴(kuò)散的經(jīng)驗(yàn)式： (12) 式中 : J——物質(zhì)擴(kuò)散通量，單位： [摩爾 /面積 /時(shí)間 ] 或 [質(zhì)量單位 /面積 / 間 ] DB——分子擴(kuò)散系數(shù)，單位： [面積 /時(shí)間 ] Ci——組分 I的濃度，單位： [摩爾 /體積 ]或 [質(zhì)量單位 /體積 ] x——濃度梯度方向的坐標(biāo)。 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。 表 11 水處理中的常見(jiàn)反應(yīng)器 作業(yè) P252： 2 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì) 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計(jì) 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 ?167。 ? 凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱為凝聚。在 布朗運(yùn)動(dòng)下有聚集頃向，但由于 ①膠體帶電相斥（憎 水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體） 3）兩種穩(wěn)定性間的關(guān)系：很顯然，如果膠體粒子表面電 荷或水化膜被消除，則失去聚集穩(wěn)定性，從而可聚集 成大顆粒，使動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性破壞，沉淀就會(huì)發(fā)生。該理 論認(rèn)為，對(duì)于憎水性膠體，兩顆粒接近以至發(fā) 生雙電層重疊時(shí)既存在靜電斥力也存在范德華 引力，能否聚集取決于這兩力的相對(duì)大小。18H2O溶于水后，立即離解出鋁離子，通常是以 [Al(H2O)6]3+存在，但接著會(huì)發(fā)生水解與縮聚反應(yīng)，形成不同的產(chǎn)物。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過(guò)多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。何種作用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、 pH、溫度等。 ，以便將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。 23凝聚動(dòng)力學(xué) 混凝發(fā)生的一個(gè)必要條件就是顆粒間相互 碰撞，凝聚動(dòng)力學(xué)即研究其碰撞的過(guò)程與方式。 283pN K T n? ??2. 同向絮凝 層流條件下顆粒的碰撞示意見(jiàn)下圖： ΔΔτΔ x平均 G＝ 700~1000s1，時(shí)間通常在 10～ 30s，一般 2min即告完成，此階段，雜質(zhì)顆粒微小，同時(shí)存在顆粒間異向絮凝。其原因有： ①無(wú)機(jī)鹽水解吸熱； ②溫度降低，粘度升高 ―― 布朗運(yùn)動(dòng)減弱； ③水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚； ④水溫與水的 pH值有關(guān) pH和堿度影響 水的 pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類 有關(guān)。 如果原水懸浮物含量過(guò)高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。 （ 1）泵前投加 ：安全可靠，一般適用取水泵房距水廠 較近者，圖中水封箱是為防止空氣進(jìn)入，見(jiàn)圖。 對(duì)于某一特定水源，可根據(jù)水質(zhì)、水量建立數(shù)學(xué)模型，寫(xiě)出程序交計(jì)算機(jī)執(zhí)行調(diào)控。 流動(dòng)電流是指膠體擴(kuò)散層中反離子在外力作用下隨著流體流動(dòng)而產(chǎn)生的電流。 26混合和絮凝設(shè)備 1. 混合設(shè)備：使藥劑與水快速均勻地混合。 混合器節(jié)管長(zhǎng)度不小于 500mm。適應(yīng)大水廠。 折板分段數(shù)不少于 3段，流速為： 第一段： —； 第二段： —； 第三段： —。絮凝時(shí)間 15～ 25min。其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)后頁(yè)表。 31懸浮顆粒在靜水中的沉淀 ?167。 1）懸浮顆粒在靜水中的下沉?xí)r受到三種力： a. 受到的重力為： (21) b. 所受到的水的浮力： (22) c. 繞流阻力： (23) CD與顆粒大小、形狀、 Re有關(guān)，見(jiàn)下圖 161。 32平流沉淀池 被廣泛應(yīng)用的用以沉淀分離絮凝體，以完成澄清 作用。 圖 7 4 理 想沉淀池工作狀態(tài)沉淀區(qū) 出水區(qū)進(jìn)水區(qū)污泥區(qū)ⅠⅢⅡ1. 非凝聚性顆粒的沉淀過(guò)程分析 圖中直線 :I、 II、 III的分析 。與混凝效果有關(guān)，應(yīng)重視加強(qiáng)混凝工藝。 00piiu dp?00000000111 ppii i iup ( p ) dp ( p ) u dpuu? ? ? ? ? ???216 2. 凝聚性顆粒的沉淀實(shí)驗(yàn)分析 采取圖 77的沉淀試驗(yàn)筒，筒長(zhǎng)盡量接近實(shí)際沉淀池的深度，可采用 2～ 3m，直徑不小于 100mm，設(shè) 5～ 6個(gè)取樣口。 1) 進(jìn)水區(qū) 進(jìn)水區(qū)的作用是使流量均勻分布在進(jìn)水截面上，盡量減少擾動(dòng)。為使礬花不宜破碎，通常采用穿孔花墻 V m/s，洞口總面積也不宜過(guò)大。 試驗(yàn)開(kāi)始后，每隔一段時(shí)間，同時(shí)取出各取樣口的水測(cè)定懸浮物的濃度，計(jì)算相應(yīng)的去除百分?jǐn)?shù)，由此可得一群數(shù)據(jù)。當(dāng)容積一定時(shí)，增加 A，可以降低水深，使顆粒在較短時(shí)間內(nèi)就可沉底去除 ――― 淺池理論”。 即 u＞ u0的顆粒均能去除（直線 I ）；而 u＜ u0的 顆粒則 只能部分去除 （直線 II ），會(huì)隨水流流出。平流式沉淀池 的基本組成（ P293圖 164 即下頁(yè)圖）：進(jìn)水區(qū)、沉淀 區(qū)、污泥區(qū)、出水區(qū)。 擁擠沉速可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。 33斜板（管）沉淀池 ?167。每組設(shè)計(jì)水量一般為 ～ m3/d之間。 穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低，可用于中、小型水廠或與其他形式的絮凝池組合應(yīng)用。 攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝位置分水平軸式和垂直軸式。 1）同波折板：折板波峰對(duì)波谷平行安裝。 圖 6 13 管 式靜態(tài)混合器圖 61 4 擴(kuò)散 混合器藥劑原水管道 管道 單元混合體靜態(tài)混合器原水原水管投藥套管塑料管孔板錐帽擋板支架 機(jī)械混合 在池內(nèi)安裝攪拌裝置，攪拌器可以是槳板式、螺旋槳式或透平式，速度梯度 700~1000s1，時(shí)間 10~30s以內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是混合效果好，不受水質(zhì)影響，缺點(diǎn)是增加機(jī)械設(shè)備，增加維修工作?；旌闲Ч?，節(jié)省動(dòng) 力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)筑物的場(chǎng) 合，兩者間距不大于 150m?；炷竽z體ξ電位變化反映了膠體脫穩(wěn)程度。適用特定原水條件，水質(zhì)儀表多，投資大。 （ 3）水射器投加：設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，溶液池高度 不會(huì)受太大限制，但效率低，易磨損，見(jiàn)圖。 167。 混凝時(shí)最佳 pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。同向絮凝效果不僅與 G有關(guān)（由前碰撞速率公式知越大越好），還與時(shí)間有關(guān)。設(shè)在時(shí)間 內(nèi)，隔離體扭轉(zhuǎn)了 角度，于是角速度 為 ： （ 26） 2 3 2 304433uN n d n d Gz?????? x y z? ? ? ? ?t?? 1lu Gt t z z? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 轉(zhuǎn)矩 為： （ 27） 于是單位體積水所耗功率 p為： （ 28） 由于 ，故 （ 29） 當(dāng)采用機(jī)械攪拌時(shí)， p由機(jī)械攪拌器提供。 異向絮凝：由布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱 為異向絮凝。其成分取決于羥基與鋁的摩爾數(shù)之 比，通常稱之為堿化度 B，按下式計(jì)算： （ 21） ，目前常用的是聚合硫酸鐵，它的混凝效果優(yōu)于三氯化鐵，它的腐蝕性遠(yuǎn)比三氯化鐵小。 pH3 簡(jiǎn)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= 氫氧化鋁起吸附架橋。指膠核表面直接吸附帶異號(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低 ?電位。各種產(chǎn)物的比例多少與水解條件（水溫、 pH、鋁鹽投加量）有關(guān)，見(jiàn)下頁(yè)圖 63 2 468 10 12204060801001,3PHA1(Ⅲ)（％）A1(Ⅲ)（％）PH1008060402012108642(3xy)+x y圖 6 3 在不 同 PH 值下，鋁離子水解產(chǎn)物[ AL（O H） ] 的相對(duì)含量（曲線旁數(shù)字分別表示 x 和 y ）(1) 鋁 mol / L ； （2 ）鋁總濃度為105mol/L , 水溫25 ℃ 混凝機(jī)理 盡管水處理中的混凝現(xiàn)象