城市给水处理

• 当原水含沙量高时，宜采用预沉措施。
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第一节 混凝基本理论 第二节 混凝剂和助凝剂 第三节 混凝动力学 第四节 影响混凝效果主要因素 第五节 混凝剂的配制和投加 第六节 絮凝反应池
第二章 混凝
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第一节 混凝基本理论
一、胶体及其稳定性
1. 胶体： 水中粒径大小在1～100nm之间的颗粒
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重要设计要点
• 湿投混凝剂时，溶解次数应根据混凝剂的用量和 配制条件等因素确定，一般每日不宜超过3次。
• 混凝剂用量较大时，溶解池宜建在地下，混凝剂 用量较小时，溶解池可兼作投药池。
• 混凝剂投配的溶液浓度，可采用5-20%。 • 药剂仓库的设计一般可按最大投药量的15-30天
用量计算。堆放高度一般为1.5-2.0m。
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2.折板絮凝池
1）特点：折板絮凝池的优点是：絮凝的效果比较好；水流条件比较好，有效能 量消耗比例提高；所需絮凝时间有所缩短；池子的体积减小。缺点是：因板距较 小，安装维修较困难，造价液较高。
适用于中、小型水厂。 2）主要设计参数：
a.一般分为三段（也可多于三段），各段流速可分别为：
适用于大、中型水厂。
2）主要设计参数：
a.廊道中流速：起端一般为0.5~0.6m/s，末端一般为0.2~0.3m/s。流速应 沿程递减。
b.为减少转弯处的水头损失，转弯处过水断面应为廊道内过水断面积的 1.2~1.5倍。
c.絮凝时间一般在20~30min。
d.隔板间距应大于0.5m，池底应用0.02~0.03坡度来排泥，排泥管应大于 150mm。
3.有机污染物的综合指标
反映水中有机物含量的综合指标：耗氧量（OC或CODMn，又称高锰酸钾指数 ）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、总有机碳（TOC）等。
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三、微生物指标
常用的水中微生物指标菌测定项目有：细菌总数、总大肠菌群、粪 大肠菌等
四、放射性指标
饮用水的放射性指标测试项目是：总放射性、总放射性。
5.冷却方法
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二、给水处理的基本工艺
以地表水为水源的饮用水常规处理工艺：
预加氯 混凝剂
氯
原水 管网
混凝
沉淀
过滤 清水池
以地下水为水源的自来水厂工艺
氯 清水池
井水
管网
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净水设计总体原则
• 沉淀池和澄清池的个数或能够单独排空的分隔数 不宜少于两个。
• 经过混凝沉淀或澄清处理的水，在进入滤池前浊 度一般不超过10度。
常用于取水泵房离水厂处理设施较近的场合，不适合于投加铁盐。
2.管道混合
将药剂直接投加到水泵的压水管中以借助管中流速进行混合或采用管道静态 混合器进行混合。
混合效果耗，但水头损失稍大，当管道内流量减少时，效果降低。
3.机械混合
在混合池内安装搅拌设施，以电动机驱动搅拌器使水和药剂混合。 适应水量变化的能力强，但增加了机械维修的工作量
4.聚合硫酸铁 [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
形成的絮体密实，适应低温低浊水的处理，药剂用量少，腐蚀性远比三氯化铁 小，适用水体的PH范围宽。
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二、有机高分子混凝剂
1.阳离子型有机高分子聚合物 2.非离子型 3.阴离子型 4.两性聚电解质
三、助凝剂
有助于改善或提高混凝剂作用效果的物质，即为助凝剂。
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第一节 给水水质指标
水质是指水与水中杂质共同表现的综合特性。水质指标表示水中特定杂质的 种类和数量，是判断水质好坏、污染程度的具体衡量尺度。
一、物理指标
主要有水温、浊度、臭和味、色度、悬浮物、电导率、氧化还原电位等，其 中较为重要的指标是：
1.浊度：
表示水中含有胶体状态（较小颗粒的悬浮物）的杂质，引起水的浑浊的程度 。
对于无机盐，投量过大会导致胶体表面带上反电荷，从而发生再稳定现象；对 于高分子物质而言，投量过大会导致胶体被长链包裹，从而发生胶体保护现象。
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第二节 混凝剂和助凝剂
一、无机混凝剂
1.硫酸铝 Al2(SO4)3
使用灵活，多以液态为主，但其水解反应为吸热反应，处理低温水时效果不佳 ，与新型混凝剂相比，有效含量和利用率都不高。
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第二节 水质标准
一、生活饮用水标准
参看《生活饮用水卫生标准》、《生活饮用水水质卫生规范》
二、工业用水水质标准
参看各工业用水水质标准
三、其它重要水质标准
《地表水环境质量标准》、《饮用净水水质标准》等
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第三节 给水处理的基本方法与基本工艺
一、给水处理的基本方法
1.胶体颗粒和悬浮颗粒的处理方法：混凝、沉淀、澄清、气浮、 过滤、筛滤、膜分离（微滤、超滤）、沉砂、离心分离。
° 第一段：0.25~0.35m/s；
第二段：0.15~0.25m/s； 第三段：0.10~0.15m/s。 b.折板的角度可采用90°~120°。 c.絮凝的时间一般为6~15min。
3.网格絮凝池
1）特点：网格絮凝池的优点是絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间较短。但存 在末端积泥现象，少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。
b.中段：放置疏网格；网格孔眼尺寸100mm×100mm；板条宽度35mm，竖 井的平均流速0.12m/s~0.14m/s；过网流速0.22~0.35m/s；竖井之间的孔洞流 速0.20m/s~0.15m/s;絮凝时间3～5min；流速梯度40~50s-1。
c.末段：不放置网格；板条宽度35mm，竖井的平均流速0.10m/s~0.14m/s； 竖井之间的孔洞流速0.10m/s~0.14m/s;絮凝时间4～5min；流速梯度10~20s-1 。
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三、混凝机理
1.电性中和：
通过投加电解质来降低或消除颗粒的动电位，从而压缩双电层的方法。
2.吸附架桥：
水中高分子物质通过某长链吸附胶体，起到胶体之间相互结合的桥梁结构。
3.网捕或卷扫作用：
当金属盐投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕或卷扫水中胶粒，并 使之发生沉淀。
4.胶体的再稳定现象：
1）胶体颗粒尺寸很小 2）稳定而不沉淀 3）使水产生浑浊 4）胶体颗粒表面带电
2. 胶体的稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性
胶体稳定性分为“动力学稳定”和“聚集稳定”。
1）动力学稳定 由于胶体粒子很小，布朗运动剧烈，本身质量小而所受重力作用小，布朗运动
足以抵抗重力影响，故而能长期悬浮于水中，称动力学稳定。 2）聚集稳定性
2.聚合氯化铝 [Al2(OH)nCl6-n ]m
以各种聚合物和氢氧化铝的形式直接存在与水体中，不再出现水解过程，对PH 值的适应性更强；在其它相同条件下，投加量较少，处理效果更佳。
3.三氯化铁 FeCl3
适用的PH值范围较宽，形成的絮体比使用铝盐形成的絮体结构更密实，但溶液 的腐蚀性很强，出水的色度比铝盐高。
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二、混凝剂的自动控制方法
水厂混凝剂投加的自动控制方法有：经验法、数学模型法、现场模拟试验法 、胶体表面电荷法、光学检测法。
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第六节 絮凝反应池
一、水力型絮凝池
1.隔板絮凝池
1）特点：隔板絮凝池的优点是构造简单，管理方面。缺点是对水量、水质的变 化性差；因水流转弯处的无效能耗大，故为保证絮凝效果，需增加池体容积，即 增加了造价。
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第三节 混凝动力学
一、基本概念
混凝动力学：研究水中胶体在絮凝过程中颗粒的浓度随时间的减少过程称为混 凝动力学。
异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集的过程。 同向絮凝：在水力或机械搅拌下所造成的流体运动使颗粒继续碰撞聚集的过程 。
二、异向絮凝：在颗粒粒径较小时起主要作用 三、同向絮凝：在颗粒逐渐长大后起主要作用，依靠流
速梯度来促进颗粒的相互碰撞
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第四节 影响混凝效果主要因素
一、水温
水温对混凝的效果有明显的影响。这是由于混凝剂的水解反应是吸热反 应，在低温水中反应缓慢，影响混凝效果。因而低温水处理比较困难。可以 通过增加混凝剂的用量或投加助凝剂来提高混凝效果。
二、浊度与悬浮物
原水浊度越高，压缩双电层、吸附电性中和所需的混凝剂的用量越大； 原水的浊度越低，可以构成矾花骨架的胶体颗粒越少，所需混凝剂的投加量 更大。
水质工程学
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第二篇 城市给水处理
第一章 城市给水处理概论 第二章 混凝 第三章 沉淀 第四章 过滤 第五章 消毒 第六章 地下水除铁除锰 第七章 给水厂设计
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第一章 给水处理概论
第一节 给水水质指标 第二节 水质标准 第三节 给水处理的基本方法与基本工艺
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1.活化硅酸
粒状高分子物质，处理低温低浊水时效果显著，同时能促进对色度的去除；由 于其在活化过程中能形成狭长的线性或环状聚合物，有利于吸附架桥作用。
2.聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺及其水解产物是高浊度水处理中使用最多的助凝剂。投加这类助凝 剂可大大减少铝盐或铁盐混凝剂的用量。
3.其它
其它助凝剂如石灰、骨胶、海藻酸钠、黏土等 液有一定的助凝作用。
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2）主要设计参数： a.前段：放置密网格；网格孔眼尺寸80mm×80mm；板条宽度35mm，竖井
的平均流速0.12m/s~0.14m/s；过网流速0.25~0.30m/s；竖井之间的孔洞流速 0.30m/s~0.20m/s;絮凝时间3～5min；流速梯度70~100s-1。
2.去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体的处理方法：石 灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、膜 分离（反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析）、吹脱、曝气等。
3.去除有机物的处理方法：粉状活性炭吸附、原水曝气、生物预 处理、臭氧预氧化、预氯化、生物活性炭、大孔树脂吸附等。
4.消毒方法：氯气、二氧化氯、臭氧、紫外线、电化学、加热等 。
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三、组合式絮凝池
1.往复式隔板与回转式隔板组合 2.机械反应与隔板反应组合
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第三章 沉淀和澄清
第一节 沉淀基本理论 第二节 平流沉淀池 第三节 斜管、斜板沉淀池 第四节 澄清池 第五节 气浮池
2.悬浮物：
指总不可滤残杂，为水样中0.45m滤膜截留物质的质量。
3.臭和味：
由原水、水处理或输水过程中微生物污染和化学污染引起的异臭和异味。
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二、化学指标
1.杂质或污染物质的单项指标
水中化学物质的各单项质量浓度指标，如：铁、锰、硫酸盐、氯化物、砷、镉 、铬等等。
2.无机特性的综合指标
反映水的无机特性的一些常用指标：PH、碱度、酸度、硬度、溶解性总固体、 总含盐量等。
为吸附层。 另一部分反离子由于热运动和溶剂化作用向外扩散，构成扩散层。
2）胶体不凝聚的原因 a.排斥势能峰的高低 b.水化膜的厚度 胶体的稳定性关键在于聚集稳定性，而聚集稳定性取决于胶体颗粒表面的动电 位即电位。 向胶体中加入电解质，降低胶体颗粒的电动电位，能使胶体脱稳凝聚。
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胶体粒子之间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用大于布朗作用而不能相 互聚集的特性。
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3.胶体的稳定与凝聚
1）胶体的双电层结构 带电荷的胶核表面与扩散于溶液中的异种电荷离子（反离子）正好电性中和，
构成双电层结构。 一部分反离子被紧密吸引在胶核颗粒的表面附近，可以随微粒移动，这一层称
三、水的PH值
PH值影响水中无机金属盐水解产物的形态分布；同时对于某些有机物， PH值影响其电离程度，从而影响混凝的效果。可以通过投加碱性药剂来调节 PH值。
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第五节 混凝剂的配制和投加
一、混合设施
1.水泵混合
药剂投加在水泵的吸水管或吸水喇叭口处，利用叶片的高速旋转以达到药剂充 分混合的目的。
二、机械型絮凝池
机械絮凝池
1）特点：机械絮凝池的优点是适应原水的水质变化能力强，能适应于各种类型 的水厂；缺点是机械设备需维护，管理上不太方面。 2）设计要点：
a.絮凝时间一般宜为15~20min； b.池内一般设3~4档搅拌机，其线速度从第一档的0.5m/s~末档的0.2m/s； c.每台搅拌机上浆板总面积宜为水流截面积的10％～20％。
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二、金属盐水解规律
1.以铝盐为例，其水解产物分为以下几类：
1）单体形态 2）中小型聚合物形态 3）大型聚合物形态 4）氢氧化铝沉淀
2.水解规律
1）PH值较低时，水解产物以单体或中小型聚合物为主；pH值较高时，以大 型或氢氧化铝为主。
2）各组成含量与混凝剂的种类及浓度有关。 3）其水解物种的分布与混凝剂机理密切相关。