给水工程(下册)各章节内容(考试复习重点)

1、内部资料十四章 给水处理概论1. 给水处理的任务：用不同的方法与装置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。2.原水中的杂质：（1）悬浮物：尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。（2）胶体杂质：颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉；天然水中的胶体一般带负电荷。（3）溶解杂质：包括有机物和无机物两类。3.（1）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。 （2）水质参数指能反映水的使用性质的量，但不涉及具体数值。4.生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006） （1）感官性状和一般化学指标 （2）毒理学指标 （3）微生物指标 （4）放射性

2、指标5. 给水处理方法概述：水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。 悬浮杂质：沉淀法去除 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：用活性炭吸附 微生物、细菌等：消毒方法 -以地表水为水源的水厂采用的常规处理工艺：混凝沉淀过滤消毒6. （1）澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。 （2）消毒是消除水中致病微生物的致病作用。 7.除铁、除锰和除氟（第19章）：主要针对地下水而言。 -常用除铁、锰的方法是：自然氧化法和接触氧化法。 -当水中含氟量超过1.0mg/L时，需采用除氟措施： a.

3、投入硫酸铝等使氟化物沉淀； b.利用活性氧化铝等进行吸附交换。 8.软化（第21章）：处理对象主要是水中的钙、镁离子。 -软化方法有：离子交换法和药剂软化法。9.生活饮用水预处理和深度处理：主要处理对象是水中的有机污染物。 -处理原理：吸附、氧化、生物降解、膜滤。第15章 混 凝1、 混凝机理1. （1）混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 （2）凝聚：胶体失去稳定性的过程。 （3）絮凝：脱稳胶体相互聚集。 -混凝过程涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解； 胶体与混凝剂的相互作用。 （4）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

4、定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。 -动力学稳定：指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。 （无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。） -聚集稳定：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。 包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）； 水化膜的阻碍（亲水性胶体）。 注：在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定对胶体稳定性的影响起关键作用。2. DLVO理论：PPT6，P255. 胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥势能与吸引势能，分别由静电斥力与范德华引力产生。3. 混凝机理:(1) 电性中和作用机理: 压缩双电层：-要使胶体脱稳，相互碰撞结合，必须消除或降低排斥能峰，即是消除或降低电位。 -有效措施：投加

5、混凝剂压缩扩散层微粒间相互聚集。-混凝剂是正离子进入胶体的吸附层和扩散层压缩其厚度 电位减小胶体脱 稳，相互粘结。： 吸附电性中和：这种现象在水处理中出现的较多。主要是指胶核表面直接吸附带异号电 荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低z电位。-其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。（2）吸附架桥：吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥。 -高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多，会出现“胶体保护”现象，（3）网捕或卷扫： 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成 反比，即当原水胶

6、体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。4.硫酸铝的混凝机理： 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投 加量、pH、温度等。实际上，几种可能同时存在： pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用； pH=4-5 多核羟基络合物起吸附电性中和；pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥。2、 混凝剂和助凝剂1.混凝剂：主要分为无机混凝剂和有机混凝剂。 应用于饮用水处理的混凝剂应符合的基本要求有：混凝效果好，对人体健康无害，使用 方便，货源充足，价格低廉。 主要分为无机混凝剂和有机混凝剂。表15-1无机盐混凝剂高分子混凝剂铝盐： Al2（SO4）318H2O、

7、明矾、NaAlO3、聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铝PAS铁盐： FeCl36H2O、 绿矾FeSO47H2O、聚合硫酸铁PFS、聚合氯化铁PFC无机：碱式氯化铝等有机：聚丙烯酰胺等2. 助凝剂：当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这 种药剂称为助凝剂。助凝剂通常是高分子物质。 机理：高分子物质的吸附架桥。 作用： （1）调节和改善混凝条件，加速混凝过程； （2）加大絮凝体的密度和重量，使它迅速下沉；（3）在絮凝体之间起吸附架桥和沉淀网捕作用。 -助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。 -广义上可分为以下几类： 酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等； 加大矾花的粒度

8、和结实性：如活化硅酸（SiO2·nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂； 氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。3、 混凝动力学1.基本概念. 混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴。 颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布朗运动； 在水力或机械搅拌所造成的流体运动。 异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集。 同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集。2.异向絮凝 颗粒的碰撞速率可按费克（Fick）定律计算： 式中：DB 布朗运动扩散系数； K为波兹曼常数，1.38×10-16； T为温度； 为水的运动粘度； 为水的密度。

9、 因此： 故Np只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关。但当颗粒的粒径大于1mm，布朗 运动消失。 从上式可以看出，T会引起Np ，所以在水处理不好时，可在原水中加入少量粘土， 加大n，使碰撞加剧，从而使Np加大。3. 同向絮凝 （1）层流理论： 颗粒的碰撞速率按下式计算： G -速度梯度，s-1； u -相邻两流层的流速增量，cm/s； z -垂直于水流方向的两流层之间距离，cm。 在公式中，n和d均属原水杂质特性，而G是控制混凝效果的水力条件。故在絮凝设 备中，往往以速度梯度G作为控制参数之一。 在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受剪而扭转的隔离体x·y·z，设在时间t

10、内，隔离体扭转了角度，于是角速度为： G:速度梯度；s-1 p:单位体积流体所耗功率，W/m3; :水的动力粘度，Pa·s. 当采用机械搅拌时，p由机械搅拌器提供。当采用水力絮凝池时，p应为水流本身所消耗的能量，由下式决定： 故采用水力絮凝池时: （甘布公式） 式中：g-重力加速度，9.8m/s2; h-混凝设备中的水头损失，m； -水的运动粘度，m2/s; T-水流在混凝设备中的停留时间，s。 （2）同向紊流理论 外部施加的能量形成大涡旋；大涡旋将能量输送给小涡旋；小涡旋将能量输送给 更小的涡旋；只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞。 式中，紊流扩散系数 ，为相应于尺度的脉

11、动速度，为： 得： :单位时间、单位体积流体的有效能耗； ：水的运动粘度； ：涡旋尺度。 4.混凝控制指标 自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程。相应设备 有混合设备和絮凝设备。 混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀 分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。平均G700 1000s-1，时间通常在 1030s，一般2min。此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。 絮凝过程：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为 主。同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。在絮凝阶段，通常以G值和GT值作为控

12、 制指标。平均G20 70s-1，时间为15 20min，GT1104105 。 随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。四、影响混凝效果的主要因素 1.影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括： 原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等； 投加的凝聚剂种类与数量； 使用的絮凝设备及其相关水力参数。 2.水温影响 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有： 无机盐水解吸热，低温水混凝剂水解困难； 温度降低，粘度升高布朗运动减弱； 水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚； 水温与水的pH值有关。 克服水温低效果差的措施： 增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。

13、 投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速。 3.水的pH和碱度影响 （1）水的PH对混凝效果影响很大，对一般的浑浊水，投硫酸铝的最佳PH范围为6.5-7.5。 （2）三价铁盐水解反应同样受PH值的控制。 (FeCL36H2O) 三价铁盐混凝剂适应的PH值范围较宽，最优PH值大约在6.0-8.4之间。 （3）使用 FeSO4·7H2O 时： Fe2+ + H2O<-> Fe(OH)+ + H+ Fe(OH)+ + H2O<->Fe(OH)2 + H+ Fe(OH)2溶解度较大，且Fe2+只能形成较简单的络合物，混凝效果较差，因此要把Fe2+

14、 氧化成Fe3+，就和FeCl3一样了。 （4）氧化的方法： -利用溶解氧氧化： 4FeSO4+O2+10H2O<->4Fe(OH)3+4H2SO4 要求：PH>8.5，这样氧化时间才能短，因此投 FeSO4 同时投加CaO提高原水的PH。 PH<8.5时氧化过程缓慢，很难在净化构筑物内完成。 -加Cl2氧化： 6FeSO4+3Cl2<->2Fe(SO4)3 + 2FeCl3（5）从铝盐和铁盐水解反应式可以看出，水解过程中不断产生的H+必然导致水的 PH 值 的下降，天然水中含有一定的碱度。 HCO3- + H+<->CO2 + H2O 当投药量

15、较少，原水的碱度又较大时，由于水中的碳酸化合物的缓冲作用，水的 PH 值 略有降低，对混凝效果不会有大的影响。 当投药量较大，原水的碱度小时，水中的碱度以不足已中和水解产生的酸时，水的 PH将大幅度下降，以至降至最优混凝条件以下。这时便不能获得良好的混凝效果。为了保 持水的 PH 值在混凝过程中始终处于最优范围内须向水中投加碱剂，即对水进行碱化，一 般投加CaO。 AL2(SO4)3 + 3H2O + 3CaO = 2AL(OH)3 + 3CaSO4 2FeCL3 + 3H2O + 3CaO = 2Fe(OH)3 + 3CaCL2石灰投量按下式估算： CaO = 3a x + 式中 CaO：纯

16、石灰CaO投量，mmol/L； a：混凝剂投量，mmol/L； x：原水碱度，按mmol/L，CaO计； ：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.250.5mmol/L（CaO）。 一般石灰投量通过试验决定。 4 水中悬浮物浓度的影响（见P271） 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有： 加高分子助凝剂； 加粘土； 投加混凝剂后直接过滤。 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。五、混凝剂的配制与投加 1.混凝剂的溶解和溶液配制 （1）混凝剂投加分固体和液体投加两种方式。我国常用的是液体投加，即将

17、固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中。当直接使用液态混凝剂时，不用溶解池。 溶解设备决定于水厂规模和混凝剂品种。溶解池、搅拌设备及管配件等，均应有防腐措施或采用防腐材料。 （2）溶解池设计要求：（见PPT） 搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌、水力搅拌等。中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶。 （3）溶解池容积W1： W1=（0.20.3）W2 式中W2为溶液池容积。 （4）溶液池是配制一定浓度溶液的设施。 溶液池容积W2： 式中：W2溶液池容积，m3； Q处理的水量，m3/ h； 混凝剂最大投加量，mg/L； b溶液浓度，一般取10%20%； n每日调制次数，一般不超

18、过3次。 溶液池一般设二个，一用一备。2混凝剂投加 （1）对投药设备的基本要求： 投量准确、易调节。 设备简单、工作可靠、操作方便。 （2）混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。 计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。 投加方式：（1） 泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中（P273）水封箱是为防止空气进入。 （2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损。（4） 泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系

19、统，有利于药剂与水混合。六 混合和絮凝设备 1.混合设备：我国常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合、机械混合。（见P276）2.絮凝设备：分为两大类：水力搅拌式、机械搅拌式。（1）隔板絮凝池：分往复式和回转式。 -隔板絮凝池的设计参数:(见P278) -优点： 1.适用于大型水厂，因为 Q 小 b 小，不便于施工和维护； 2.构造简单、管理方便、效果较好，回转式比往复式效果好，水头损失小 3040%。 -缺点： 1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大； 2.流量变化大时，效果受影响。（2）折板絮凝池 (图见P280.)通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波

20、谷平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称“异波折板”。 -优点： 无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果。 在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反应器。所以折板絮凝池接近推流型。 与隔板絮凝池相比，水流条件大大地改善，在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高。所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。 -缺点： 因板距小，安装维修较困难； 折板费用较高，一般常用于中小型水厂。 采用波纹板缺点就更突出。 3.机械絮凝池 (图见P281) 搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的

21、安装位置分水平轴式和垂直轴式。水平轴式一般适用于大型水厂，垂直轴式一般适用于中小水厂。 -第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。 4.穿孔旋流絮凝池 (图见P284) -优点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。 -缺点是受流量变化影响较大，故絮凝效果欠佳，池底也容易产生积泥现象。 5.网格、栅条絮凝池 图见P284网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。特

22、点：网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。其设计参数见P285表15-3。第16章 沉淀和澄清一、悬浮颗粒在静水中的沉淀 1.水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。按水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类：（1）自然沉淀：颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度。（2）混凝沉淀：在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状和密度，这种过程称为混凝沉淀。（3）化学沉淀：在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为沉淀物，称为化学沉淀。2.给水处理中，常遇到两种沉淀：P288（1）自由沉淀： 单个颗粒

23、在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。（2）拥挤沉淀： 颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）。 当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。3.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀 一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的直径，同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认为自由沉淀，此时的沉淀速度称为自由沉淀速度。以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力

24、、浮力、摩擦阻力三种力的作用。 重力和浮力： p及1：颗粒及水的密度。 阻力： CD:阻力系数，与雷诺数有关。 得： 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。dvs/dt=0令上式左边为零，加以整理，得均匀下沉速度vs,简称沉速u。 上式为沉速基本公式，式中虽不出现Re，但是，式中阻力系数cD却与Re有关。 水的运动粘度。 阻力系数cD与雷诺数Re的关系通过实验得出，见图： （1）层流区Re1： 带入斯笃克斯公式得： 斯笃克斯公式的适用条件: 10-4Re1，颗粒d0.1mm适用； 浓度5000mg/L,与容器壁间距大于50d； 非絮凝颗粒；

25、 对于非球形的颗粒，d要乘球形系数（ 1) （2）过渡区1Re1000： 代入公式，得阿兰公式：<这个公式适用于d2mm的砂粒。> （3）紊流区1000Re2500：<这个公式适用d2mm的砂粒。> 此时CD接近于常数0.4，代入前式得牛顿公式： -给水沉淀池中的泥沙颗粒的沉淀一般属于层流沉降状况。 给水处理主要研究对象是0.1mm以下的颗粒的去除问题。 在实际应用上，常常以沉速代表某一特点颗粒而无需求出颗粒的直径。 沙粒粒径：d0.1mm u 7.5mm/s 去除容易 d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除 d=0.001mm 胶体，不能自行下沉 必

26、须混凝去除4. 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀 当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的摩擦阻力有所增加，颗粒处于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀速度称为拥挤沉速。 一般讲，当原水含沙量增到一定数量，泥沙即处于拥挤沉淀状态 ，含沙量再大时，在沉淀过程中会产生浊度相差悬殊的清水区和浑水区，两区交界面清晰可见，称为浑液面，该面缓缓下降，直至泥沙完全沉积为止。具体分析见P290-291.二、平流式沉淀池 上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区。经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区。水中的颗粒沉于

27、池底，沉积的污泥连续或定期排出池外。1.非凝聚性颗粒沉淀过程分析（1）理想沉淀池应符合以下三个假定： 颗粒处于自由沉淀状态：即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不再凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变。 水流沿着水平方向流动。在过水断面上，各点流速相等，在流动过程中，v始终不变。 颗粒沉到池底即认为已被去除。（2） 分析： 原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截面上其水平流速为： 考察流线III：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度（沉淀池能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速）。 u u0的颗粒可以全部去除，u< u0的颗粒只能部分去除。又

28、可得： 即： Q/A 一般称为“表面负荷”或“溢流率”。表面负荷在数值上等于截留速度u0，但含义不同。 设原水中沉速为ui（ui<u0）的颗粒的浓度为C，沿着进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC，沿着m点以下的高度为hi的截面进入的颗粒的数量为hiBvC（见图)，则沉速为ui的颗粒的去除率为： 哈真公式。 式中： E沉淀效率。 （3） 理想沉淀池理论： 即哈真公式。 悬浮颗粒在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾，阐明了决定沉淀效率的主要因素,反应了下列两个问题：当E一定时

29、ui越大，q也越高，亦即产水量越大，或当Q、A不变时ui越大、E越高。 ui的大小与混凝效果有关。因此，生产上一定要重视絮凝工艺。 ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时，池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池理论”。斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。（4）理想沉淀池的总去除率： 式中：p0所有沉速小于理想沉淀池截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的 百分率； u0理想沉淀池的截留沉速； ui小于截留沉速的颗粒沉速； pi所有沉速小于ui的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率； dpi 具有沉速为ui的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率。 （4）非凝聚性颗粒的

30、沉淀实验分析。(P295.)2.凝聚性颗粒的沉淀实验分析。(P296)3.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素 （1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。 主要为短流的影响，产生的原因有： 进水的惯性作用； 出水堰产生的水流抽吸； 较冷或较重的进水产生的异重流； 风浪引起的短流； 池内存在的导流壁和刮泥设施等。 -水流状况的判别指标-紊动性和稳定性 紊动性-雷诺数Re判别。该值表示水流的惯性力与粘滞力两者的对比。 n v-水的流速； R-水力半径； g -水的运动拈滞系数。一般认为，在明渠流中，Re500时，水流是紊流状态，平流沉淀池中水流的 Re一般为 400015000，属紊流状态。 在沉淀池中

31、，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。 稳定性-弗劳德数Fr。该值表示水流的惯性力与重力两者的对比。 Fr高，惯性力作用相对增加，重力相对减少。水流对温差、密度异重流及风浪等影响的抵抗的能力强，使沉淀池中的水流流态保持稳定，一般认为平流沉淀池中Fr 10-5。-在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R，平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的。 （2）絮凝过程的影响(P300) 实际生产性沉淀池的沉淀时间和水深均影响沉淀效果。实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。4.平流沉淀池的构造 平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分。 （1）进水区 进水区的

32、作用是使水流均匀地分布在整个进水的截面上，并尽量减少扰动。 一般在絮凝池和沉淀池之间设置穿孔花墙分布进池浑水。 配水孔眼直径取100mm左右， 在沉淀区均匀分布，以求将浑水在宽度和深度两个方向上都能均匀分配。 孔眼的总面积由孔眼中的水流速度决定，孔眼速度v大，配水均匀性好，但大颗粒絮凝 体经过孔眼会被打碎，相反地，v选小，配水均匀性差，但絮凝体被破坏就轻些，所以n v0 .150.2 M/S 。 （2）沉淀区 采用导流墙对平流沉淀池进行纵向分格可以减小水力半径R达到改善水流条件的目的。 沉淀池的高度与其前后有关净水构筑物的高程布置有关，一般约34米，沉淀区的长度L决定于水平流速n和停留时间T，

33、即：L= vT，其中：v=0.010.025m/s，停留时间T=13h（一般水为12h，高温高色度水位23h）。沉淀池的宽度决定于流量Q、池深H和水平流速n即：B=Q/Hv ，沉淀区的L、B、H之间互相关联，为获得良好的效果，沉淀池应具有合理的构造形式，一般认为狭长型较好。 一般认为：长宽比不小于4；长深比宜大于10，宽深比不大于3-4,每格宽度宜在3-8m。 （3）出水区 （见PPT54） 溢流堰出水；溢流堰出水；不淹没孔口出水；淹没孔口出水 （4）存泥区和排泥措施 （见PPT59） 沉淀池排泥方式有：泥斗排泥、穿孔排泥管、机械排泥等。 平流式沉淀池穿孔排泥管设计要求流式.（见PPT60）5

34、. 平流沉淀池的设计计算：（见PPT61-67或P302）三、斜板与斜管沉淀池1.斜板与斜管沉淀池的特点 （1）按照理想沉淀池的理论，(哈真公式)可知沉淀效率为： 在保证同样的产水量，同样的效率的条件下，采用斜板、斜管沉淀池可以大大地缩小沉淀池的容积，使建筑费用大大地降低。从改善沉淀池水力条件的角度来分析，斜板、斜管沉淀池，R大大地减小了，Re大大地降低了；Fr大大地增大，水流稳定；处于层流状态，从而提高了沉淀效率。（分析见PPT74-76） （2）分类： 斜板（管）沉淀池是把与水平面成一定的角度（一般60°左右）的板（管）状组件置于沉淀池中构成，水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉

35、于斜管底部，而后自动下滑。 斜板斜管沉淀池按水流方向分为：异向流、同向流、横向流三种，目前在实际工程中应用的是异向流斜板（管）沉淀池。（P305图） （3）优点： 沉淀面积增大； 沉淀效率高，产水量大； 水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀； 缺点： 由于停留时间短，其缓冲能力差； 对混凝要求高； 维护管理较难，使用一段时间后需更换斜 板（管） （4）斜板、斜管沉淀池水力特征参数的依据是： 水流在斜板（斜管）中的流态为层流； 斜板（斜管）内纵向流速，随着板间（管内）断面上不同位置而变化。 颗粒为分散性非絮凝颗粒，颗粒沉降速度不变。2.斜板斜管沉淀池设计计算 （1）上向流斜板、斜管沉淀池进水方

36、向选择： （2）整流配水装置 为了能使水流均匀地进入斜管下的配水区，絮凝池一般应考率整流措施。 采用缝隙栅条配水，缝隙前狭后宽； 采用穿孔墙，配水孔v0.15m/s，（应不大于絮凝池出口流速）； （3）倾斜角： 越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高； q 越大，排泥容易。 根据生产经验，为使排泥通畅。52 ° 60°，一般常取60°。 （4）斜管长度 L： 斜管长度大则沉淀效果好。 试验证明在斜管进口一段距离内，泥水混杂，水流紊乱，污泥浓缩也较大，此段称为过渡段或紊流段。该段以上便看出泥水分离，此段称为分离段。 过渡段的长度随管中上升流速而异，该段泥水虽然混杂，但由于

37、浓度较大，反而有利于接触絮凝，从而有利于分离段的泥水分离。 斜板的实际长度L = 过渡段长度L0 + 分离段长度Lt 过渡段长度一般估计约200mm.斜板过长会增加造价，而沉淀效率的提高有限，在分离段上部出现 一段较长的清水段，并未利用。目前长度多采用8001000mm。 （5）斜板的板距，斜管的管径d及端面形状 斜板的板距50150mm, 常取100mm； 斜管管径 d=2540mm,（多边形内切圆直角），端面形状，多采用正六角形。 （6）材料的选择：轻质、坚牢、无毒、价廉，目前使用较多的纸质蜂窝、薄雕塑料板（无毒聚乙烯），木质、石棉水泥板等， （7）斜板（管）沉淀池的表面负荷率斜板（管）沉

38、淀池的表面负荷率q就是单位面积的产水量，以m3/h.m2或mm/s。 一般上向流斜板（管）沉淀池和平流斜板沉淀池的表面负荷率为1020 m3/h.m2 （36 mm/s ）；下向流斜板（管）沉淀池表面负荷率为3050 m3/h.m2 （814 mm/s ）。斜板（管）沉淀池的表面负荷率为： 上向流和下向流斜板 板间（管内）流速为： (8)斜板下部为布水区11.5m，斜板的上部为清水区1m左右；总水深4米左右，总停留时间为20分钟左右。 (9)沉淀池面积A: 选定表面负荷（2.53.0mm/s），计算得到面积A。 沉淀池总高度: H=h1+h2+h3+h4+h5 式中： h1为超高0.3m，h2

39、为清水层高度1.2m; h3为自身高度0.866m，h4为配水区高度1.5m; h5为污泥斗高度0.8m。四澄清池 澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。 1.澄清池特点 当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。 泥渣层的形成：通常在澄清池开始运转时，在原水中加入较多絮凝剂，并适当降低负荷，经过一段时间，便能形成泥渣层。当原水浊度低时，为加速泥渣层的形成，也可人工投加粘土。 泥渣的净水作用机理：由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，能继续吸附和粘附水中的悬浊物质；泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水

40、的混凝过程在泥渣的团体表面上进行（接触凝聚）要比在水中进行（自由凝聚）强的多；悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千mg/l）,能大大地增加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速度。 澄清池的特点：将絮凝和沉淀两个过程在一个构筑物内靠活性泥渣完成； 泥渣层的开始形成，可适当多投混凝剂，降低负荷； 充分利用了泥渣的絮凝作用。 2.澄清池的分类：泥渣悬浮型澄清池 泥渣循环型澄清池 （1）泥渣悬浮型澄清池 （详见PPT97-103） 悬浮澄清池 加过药剂的原水经过气水分离器后，从穿孔配水管进入澄清池室，由下向上穿过悬浮泥渣层中进行絮凝和沉淀。特点：a构造简单； b对进水量

41、、水质、水温的变化适应性较差，当进水流量、水质变化较大时，悬浮泥渣易遭破坏； c面积过大时，也容易导致配水和悬浮层浓度分布不均匀；故适用于中小型水厂。 脉冲澄清池 澄清池的上升流速发生周期性的变化，这种变化是由脉冲发生器引起的。靠脉冲方式进水，悬浮层发生周期性的收缩和膨胀。 原水由进水管进入进水室，由真空泵造成的真空而使进水室的水位上升，此为冲水过程。当水面达到进水室最高水位时，进气阀开启，进水室通大气，这时进水室内水位迅速下降，向澄清池放水，此为放水过程。特点：(1)有利于颗粒和悬浮层接触； (2)悬浮层污泥趋于均匀。 (3)还可以防止颗粒在池底沉积 (4)处理效果受水量、水质、水温影响较大

42、； (5)构造复杂。 （2）泥渣循环型澄清池(详见PPT104-111) 机械搅拌澄清池 主要由第一、第二反应室和分离室组成，加过药剂的原水在第一、第二反应室与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室中进行分离。泥渣的循环回流用机械抽升，故称机械搅拌澄清池。 水力循环澄清池特点：优点：不需机械搅拌，结构简单 缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，不能适应水温、水质、水 量的变化，只能用于小水厂。 第17章 过滤1 过滤概述 1.过滤就是以具有孔隙的粒状滤料层（如石英砂）截留水中杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。 进出水要求：进水浊度一般在10度以下，滤

43、后水的浊度不超过3mg/l。(新标准不超过1mg/l)。当原水浊度较低（一般在100度以下），且水质较好时，也可采用原水直接过滤。 作用：不仅进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。过滤对生活饮用水的水厂来说， 必须有过滤，这是不可缺少的。种类：慢滤池：慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备，能有效地去除水的色度、嗅和味。 普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池（水冲洗）、V型滤池（气水冲洗）。-各种形式的滤池，过滤基本原理一样，基本

44、工作过程也相同，即过滤和冲洗交错进行。 2.快滤池：由过滤与反冲洗两部分组成。 从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期。从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。滤池的工作周期为1224h。 滤速是指单位时间、单位过滤面积上的过 滤水量，单位为m3/（m2·h）或m/h。普通快滤池v=8-10 m/h；周期 T=12-24h。双层滤料 v=10-14 m/h；多层滤料 v=18-24 m/h。二过滤理论1.过滤机理：过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。 水中的悬浮颗粒能够粘附与颗粒表面上，涉及两个问题：第一、被水流夹带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，（迁移机理）第

45、二、它们接近时依靠哪些力的作用，使它们粘附于滤料表面上。（粘附机理） （1）颗粒迁移：在过滤过程中，滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流夹带的颗粒将随水流流线运动，它之所以会脱离流线而与滤料表面接近，完全是一种物理的力学作用。一般认为由以下几种作用引起：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力作用等。 （2）颗粒粘附： 粘附作用是一种物理化学作用。粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。过滤效果主要取决于颗粒表面的性质而无须增大颗粒尺寸。 （3）滤层内杂质分布规律（详见PPT29-35或P317） 滤层含污能力：是指工作周期结束时，整个滤层单位体积滤料中所截留的杂质量，以kg/m3或g/c

46、m3计，显然含污能力大，表明整个滤层所发挥的作用大。 双层滤料层：上层采用密度较小，粒径较大的轻质滤料（如无烟煤），下层采用密度较大、粒径较小的重质滤料（如石英砂）。三层滤料层：上层为大粒径，小密度的轻质滤料（如无烟煤），中层为中等粒径、中等密度的滤料（如石英砂），下层为小粒径、大密度的重质滤料（如石榴石）。见P318图。 （4）直接过滤： 原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为“直接过滤”。直接过滤充分体现了滤层中特别是滤料中接触凝聚或絮凝的作用。 直接过滤有两种方式：原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤，称为“接触过滤”。也可称为“直流过滤”；原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤，称为“微絮凝过滤” 。-直接过滤要求： 采用双层或三层滤料滤池； 采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。 原水浊度和色度较低且水质变化小，常年 原水浊度低于50度； 直接过滤中的滤速应根据原水水质决定，浊度偏高时应采用较低滤速，当原水浊度在50度以上时，滤速一般在5m/h左右。-直接过滤特点：1.工艺简单；2.混凝剂用量少；3.易于处理低温低浊水。2.过滤水力学:阐述过滤时水流通过滤层的水头损失变化及滤速的变化。（1）清洁滤层的水头损失(见P320计算公式)（2）等速过滤中水头损失的变化 当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。无阀滤池