【正文】 ? 手段：采用各種方法使水質(zhì)達到要求，其目的 ? 就是將水中“雜質(zhì)”去除掉。《 水質(zhì)工程學 》 電子教案 給水處理工程 總學時： 60 專業(yè)必修課 教材 《 給水工程 》 (第四版 ) 嚴煦世 范瑾初 主編 中國建筑工業(yè)出版社出版 主講教師：延克軍 教授 課程性質(zhì)及任務 〈 水質(zhì)工程學 〉 是給水排水工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課 ， 其任務是通過本課程的學習 ， 使學生全面系統(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 、 基本方法及基本應用與發(fā)展；基本掌握各種水處理的技術與方法 、應用條件 、 設計規(guī)范以及新工藝與新技術 ， 為將來從事本專業(yè)的工程設計 、 科學研究及運行管理工作等奠定必要的理論和應用基礎 。 ? 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 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。但隨著科學技術與經(jīng)濟的進步及水源污染的日益嚴重，水質(zhì)標準總在不斷修訂與補充中。 2）水中所含化學物質(zhì)（ 70多種）及放射性物質(zhì)（ 2種） 不得危害人體健康。通過數(shù)學模型方法的簡化，使得反應裝置的選擇、尺寸計算、過程操作及最優(yōu)控制等找到了科學的方法。 Fick第一定律給出了分子擴散的經(jīng)驗式： (12) 式中 : J——物質(zhì)擴散通量，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)，單位： [面積 /時間 ] 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。 解： 顯然遠大于 CMB，這是因 CMB是在 CO下，而CSTR是在 Ce下進行的。 表 11 水處理中的常見反應器 作業(yè) P252： 2 反應器 期望的反應器設計 反應器 期望的反應器設計 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 污泥反應器 生物濾池 化學澄清 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)定性的過程稱為凝聚。在 布朗運動下有聚集頃向，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，使動力學穩(wěn)定性破壞，沉淀就會發(fā)生。該理 論認為，對于憎水性膠體，兩顆粒接近以至發(fā) 生雙電層重疊時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，但接著會發(fā)生水解與縮聚反應，形成不同的產(chǎn)物。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。何種作用機理為主，決定于鋁鹽的投加量、 pH、溫度等。 ，以便將二價鐵氧化成三價鐵。 23凝聚動力學 混凝發(fā)生的一個必要條件就是顆粒間相互 碰撞，凝聚動力學即研究其碰撞的過程與方式。 283pN K T n? ??2. 同向絮凝 層流條件下顆粒的碰撞示意見下圖： ΔΔτΔ x平均 G＝ 700~1000s1，時間通常在 10～ 30s，一般 2min即告完成，此階段，雜質(zhì)顆粒微小，同時存在顆粒間異向絮凝。其原因有： ①無機鹽水解吸熱； ②溫度降低，粘度升高 ―― 布朗運動減弱； ③水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，妨礙凝聚； ④水溫與水的 pH值有關 pH和堿度影響 水的 pH值對混凝效果的影響程度，與混凝劑種類 有關。 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。 （ 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入，見圖。 對于某一特定水源，可根據(jù)水質(zhì)、水量建立數(shù)學模型，寫出程序交計算機執(zhí)行調(diào)控。 流動電流是指膠體擴散層中反離子在外力作用下隨著流體流動而產(chǎn)生的電流。 26混合和絮凝設備 1. 混合設備：使藥劑與水快速均勻地混合。 混合器節(jié)管長度不小于 500mm。適應大水廠。 折板分段數(shù)不少于 3段，流速為： 第一段： —； 第二段： —； 第三段： —。絮凝時間 15～ 25min。其設計參數(shù)見后頁表。 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時受到三種力： 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，見下圖 161。 32平流沉淀池 被廣泛應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)進水區(qū)污泥區(qū)ⅠⅢⅡ1. 非凝聚性顆粒的沉淀過程分析 圖中直線 :I、 II、 III的分析 。與混凝效果有關，應重視加強混凝工藝。 00piiu dp?00000000111 ppii i iup ( p ) dp ( p ) u dpuu? ? ? ? ? ???216 2. 凝聚性顆粒的沉淀實驗分析 采取圖 77的沉淀試驗筒，筒長盡量接近實際沉淀池的深度，可采用 2～ 3m，直徑不小于 100mm，設 5～ 6個取樣口。 1) 進水區(qū) 進水區(qū)的作用是使流量均勻分布在進水截面上，盡量減少擾動。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大。 試驗開始后，每隔一段時間，同時取出各取樣口的水測定懸浮物的濃度，計算相應的去除百分數(shù)，由此可得一群數(shù)據(jù)。當容積一定時，增加 A，可以降低水深，使顆粒在較短時間內(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 ），會隨水流流出。平流式沉淀池 的基本組成（ P293圖 164 即下頁圖）：進水區(qū)、沉淀 區(qū)、污泥區(qū)、出水區(qū)。 擁擠沉速可用實驗方法測定。 33斜板（管）沉淀池 ?167。每組設計水量一般為 ～ m3/d之間。 穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點是構造簡單，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：折板波峰對波谷平行安裝。 圖 6 13 管 式靜態(tài)混合器圖 61 4 擴散 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，時間 10~30s以內(nèi)，優(yōu)點是混合效果好，不受水質(zhì)影響，缺點是增加機械設備，增加維修工作?；旌闲Ч?，節(jié)省動 力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構筑物的場 合，兩者間距不大于 150m。混凝后膠體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，見圖。 167。 混凝時最佳 pH范圍與原水水質(zhì)、去除對象等密切有關。同向絮凝效果不僅與 G有關（由前碰撞速率公式知越大越好），還與時間有關。設在時間 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） 當采用機械攪拌時， p由機械攪拌器提供。 異向絮凝：由布朗運動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，它的腐蝕性遠比三氯化鐵小。 pH3 簡單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用； pH=4~5 多核羥基絡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電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來降低 ?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，見下頁圖 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 ℃ 混凝機理 盡管水處理中的混凝現(xiàn)象