第14章_给水处理概论

湖南科技大学土木工程学院水质工程学Ⅰ教材：给水工程（第四版）参考教材：水质工程学湖南科技大学土木工程学院给水工程1、给水处理概论2、混凝3、沉淀和澄清4、过滤5、消毒6、水的其他处理方法和研究进展7、水厂的初步设计湖南科技大学土木工程学院第14章给水处理概论给水处理的任务：用不同的方法、装置或构筑物等改变原水的主要质量指标以满足用户的要求，提高水的质量，解决原水不能满足用户要求的矛盾。湖南科技大学土木工程学院§14-1水源水质一、天然水中的杂质天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种污染物也会进入天然水体。按水中杂质的尺寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物3种。湖南科技大学土木工程学院水中杂质的分类杂质溶解物胶体悬浮物颗粒尺寸0.1nm1nm10nm100nm1μ10μ100μ1mm分辨工具电子显微镜超显微镜显微镜肉眼水的外观透明浑浊浑浊湖南科技大学土木工程学院（1）悬浮物和胶体杂质悬浮物尺寸较大，易于沉淀和上浮。胶体颗粒尺寸小，难于沉淀和上浮，一般带电荷。悬浮物和胶体是使水体浑浊的主要原因。悬浮物和胶体是给水工程中主要去除的对象。湖南科技大学土木工程学院（2）溶解杂质溶解杂质包括无机物和有机物两类。无机溶解杂质是工业给水处理的主要对象。有机溶解杂质的去除是目前饮用水处理的研究重点之一。湖南科技大学土木工程学院1.地下水水质较好、矿化度较高。在南方使用较少。2.江河水河水的矿化度较低；化学成分变化剧烈；河水溶解气体丰富，且表层与底层的差别很小；河水中的有机物质大多来自陆地和邻近的静水水体，河水的初级生产力比较低。河流是多沙河流，泥沙是河水的重要组分。14.1.2各种天然水体的水质特点湖南科技大学土木工程学院3.湖泊及水库水矿化度较高，干旱地区的湖泊中甚至发生盐类结晶沉淀现象。湖泊中温度（热）、溶解气体和营养盐类等空间分布的特点引起湖水分层现象。4.海水矿化度较高及含盐量很高。湖南科技大学土木工程学院14.1.3受污染水中的杂质水中有机物的种类越来越多；致癌、致畸、致突变的物质越来越多；优先污染物控制名单，包括12大类，58种。随着检测技术手段的不断更新、提高和人们对环境要求的提高，优先污染物控制名单会增加。类别优先控制污染物挥发性卤代烃类二氯甲烷、四氯化酸、1，2-二氯乙烷、1，1，1-二氯乙烷苯系物苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯氯代苯类氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、六氯苯酚类苯酚、间甲酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚、对-硝基酚硝基苯类硝基苯、对硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯、三硝基甲苯、2,4-硝基苯苯胺类苯胺、二硝基苯胺、对硝基苯胺、2，6-二氯硝基苯胺多环芳烃类萘、荧蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并(1，2,3-c，d)芘、苯并[ghi]芘酞酸酯类酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯农药六六六、滴滴涕、敌敌畏、乐果、对硫磷、甲基对硫磷、除草醚、敌百虫丙烯腈丙烯腈亚硝胺类N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二正丙胺氰化物氰化物重金属及其化合物砷及其化合物、铍及其化合物、镉及其化合物、铬及其化合物、汞及其化合物、镍及其化合物、铊及其化合物、铜及其化合物、铅及其化合物湖南科技大学土木工程学院§14.2水质标准水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。制定的原则：卫生安全可靠；化学成分对人无害；使用时不致造成其他不良影响。1、《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006)由85版的35项增加至106项，增加了71项常规检测项目为42项，非常规检测项目为64项2、《城市供水水质标准》（CJ/T206-2005)常规检测项目为42项，非常规检测项目为61项3、《生活饮用水水质卫生规范》（卫生部）常规检测项目为34项，非常规检测项目为61项湖南科技大学土木工程学院《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006)1.感官性状和一般化学指标20项2.毒理性指标74项，其中无机21项，有机为53项3.细菌学指标6项4.放射性指标2项5.饮用水消毒指标4项水质标准的确定主要保证：1.对人体健康无害；2.水应具有良好的性状；3.对生活使用无不良影响。湖南科技大学土木工程学院工业用水水质标准1.原料用水水质要求同生活饮用水。2.工艺用水水质不能影响产品质量。3.锅炉用水严格限制水的硬度和碱度。4.特种工业用水对水中的离子和杂质的存在有严格要求。5.冷却用水水质要求不高，但水温较低。湖南科技大学土木工程学院§14-3给水处理方法概论给水处理方法应根据水源水质和用户对水质的要求确定。悬浮杂质——沉淀方法去除；胶体状态存在水中的杂质——混凝沉淀过滤去除；离子、分子状态存在水中的杂质——生成沉淀物将这种杂质去除；有机物、臭味——用活性炭吸附；微生物、细菌等——消毒方法。湖南科技大学土木工程学院由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以将多种基本单元过程互相配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。选择水处理流程的基本出发点是：(1)以较低的成本、安全稳定的运行过程；(2)获得满足水质要求的水；(3)水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程的选择。§14-3给水处理方法概论湖南科技大学土木工程学院（1）地面水常规处理工艺系统（2）典型的地表水处理流程；（3）典型除污染给水处理流程；（4）采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统；（5）臭氧－活性炭水处理工艺系统；（6）高锰酸钾除污染工艺系统。典型的给水处理工艺流程有：湖南科技大学土木工程学院常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程如下所示：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水图14－1典型地表水处理流程地面水常规处理工艺系统湖南科技大学土木工程学院原水预处理混凝沉淀过滤消毒活性炭吸附饮用水图典型除污染给水处理流程出水絮凝池清水池过滤池沉淀池混合装置混凝剂原水图地面水常规处理工艺系统湖南科技大学土木工程学院受污染水源水图4－4采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投粉末活性炭混凝剂混凝剂投混合装置絮凝池沉淀池过滤池颗粒活性炭滤池清水池出水图4－5臭氧－活性炭水处理工艺系统受污染水源水臭氧接触池臭氧湖南科技大学土木工程学院粉末活性炭高锰酸钾臭氧受污染水源水图4－6高锰酸钾除污染工艺系统出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂生物处理构筑物受污染水源水图4－7生物处理除污染工艺系统出水清水池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂湖南科技大学土木工程学院混凝、澄清过滤系统二级处理水混合絮凝沉淀（澄清、气浮）过滤清水池用水对象cl2Al2(SO4)3湖南科技大学土木工程学院生物膜过滤系统臭氧化系统二级处理水混合絮凝生物膜滤池沉淀清水池用水对象cl2Al2(SO4)3空气二级处理水混合絮凝沉淀清水池用水对象O3Al2(SO4)3砂滤臭氧氧化湖南科技大学土木工程学院臭氧、活性炭联用系统反渗透工艺系统二级处理水混合絮凝沉淀清水池用水对象O3Al2(SO4)3砂滤臭氧氧化活性炭吸附二级处理水混合絮凝沉淀清水池用水对象Al2(SO4)3砂滤臭氧氧化活性炭吸附砂滤湖南科技大学土木工程学院14.4反应器反应器——发生化学反应的核心容器。水处理的许多单元是化学工程移植、发展而来的。给水处理是应用反应器的基本原理来研究水处理单元污染物除去的特性，基本单元包括：消毒池、絮凝池、沉淀池、生物滤池、除铁除锰过滤器等。反应器为研究分析水处理工艺和设备提供了思路和方法。湖南科技大学土木工程学院1、物料衡算方程设在反应器内某一指定部位，任选某一物组分i，可写出如下物料平衡式：单位时间变化量=单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应量．14.4.1物料衡算与质量传递)(0iiiCrVCQCQdtdCV湖南科技大学土木工程学院物料衡算方程解释（1）当变化量为零时，称为稳态，即：单位时间输入量-单位时间输出量+单位时间反应量＝0（2）物质的输入和输出，是有物质传递引起的，包括主体流动、分子扩散和稳流扩散。（3）反应速度一般指化学反应速度。湖南科技大学土木工程学院传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。1.主流传递物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。物质在水平方向的浓度变化是有主流迁移和化学反应引起的。2、质量传递湖南科技大学土木工程学院2.分子扩散传递式中:J——物质扩散通量，单位：[摩尔/面积/时间]或[质量单位/面积/时间]DB——分子扩散系数，单位：[面积/时间]Ci——组分I的浓度，单位：[摩尔/体积]或[质量单位/体积]x——浓度梯度方向的坐标dxidCDJB湖南科技大学土木工程学院紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式；式中：DC——称紊流扩散系数。无论是分子扩散还是紊流扩散，如果在扩散的起始端不断的投入新的物质，在终端将扩散的物质输出，扩散将不断的进行下去，空间各点的物质浓度不变，成为稳定扩散。3.紊流扩散传递dxidCDJc湖南科技大学土木工程学院14.4.2理想反应器模型理想反应器根据操作情况分类：1、有完全混合间歇式反应器（CMB型）2、完全混合连续式反应器（CSTR型）3、推流式反应器（PF型）各反应器湖南科技大学土木工程学院图14-7理想反应器图示(3)PF型(2)CSTR型(1)CMB型产物反应物C0产物反应物产物反应物湖南科技大学土木工程学院超过100G的市政课件下载地址：://yunpan.cn/cgNbAUeLQ5khi访问密码9e0d：://item.taobao.com/item.htm?id=17133241790&spm=2014.21600715.0.012年过的一级市政和造价师一次性八门：136816564湖南科技大学土木工程学院物料衡算式为：t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得：设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则设为二级反应，r（Ci）=-kCi2，则：))(iCrdtidCicociCridCt)(iCCkicocikCidCt0ln1)011(12CiCkicociCkidCt1、完全混合间歇式反应器（CMB型）湖南科技大学土木工程学院物料衡算式为：按稳态考虑，即，于是：设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则因，故)(0iiiCrVCQCQdtdCV0dtdCi0)(0CiVrQCQCi00iiVkCQCQC)1(10iCCkttQV2、完全混合连续式反应器湖南科技大学土木工程学院如果采用多个体积相等的CSTR反应器串联使用，则前一个反应器输出的物料浓度为后一个反应器输入的物料浓度，则：公式14-10可以改写为：将所有的左右两边分别相乘：tk11tk11tk111nn1201CCCCCC；2、完全混合连续式反应器串联tnTCC总的反应时间为：n0n)tk11(湖南科技大学土木工程学院现取长为dx的微元体积，列物料平衡式：稳态时，，则：x=0，Ci=C0；x=t，C=Ci，积分上式得dxwiCridCiCvwiCvwdtidCwdx)()(0dtidC)(iCrdxidCvicociCridCvxt)(3、推流型反应器湖南科技大学土木工程学院4、三种反应器的比较湖南科技大学土木工程学院14.4.