给水处理第一章概论

1、给 水 工 程（ 给 水 处 理） 讲课人：江亭桂 手机(shu j)七十一页给水从天然水源取水，经处理后供人们生活和生产使用的水。排水经人们生产和生活使用后，丧失(sngsh)了原有的价值，而排放掉的水。给水工程排水工程中水（再生水）、中水工程共七十一页第一章 给水处理(chl)概论 地球上的水资源水资源是指水圈内的水体总量全球约有四分之三的面积覆盖着水，地球上的水总体积约有13亿8600万立方千米，其中97.5%分布在海洋，淡水又大部分分布在南极和北极的冰川中，而淡水湖和河流(hli)中的水除大量蒸发外，能被人们利用的只有37500立方千米左右。共七十一页水是人类

2、社会的宝贵资源，可利用的淡水资源只有(zhyu)江河、淡水湖和地下水的一部分。全球(qunqi)水资源淡水资源共七十一页 世界各国和地区由于地理环境不同，拥有水资源的数量(shling)差别很大。按水资源量大小排队，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚、中国、印度。但是我国人口众多，若按人均水资源量计算，中国人均水资源量占有量只有2250立方米，相当于世界人均量的1/4。在世界排第110位,已经被联合国列为13个贫水国家之一。 共七十一页水的循环(xnhun)水的循环包括(boku)自然循环和社会循环两部分。水在自然界中以固态、液态、气态三种存在方式不停地循环运动(海水蒸发云雨

3、、雪等地表、地下径流回归大海)，就形成了自然循环。 共七十一页水的社会循环 人类不断利用地下或地表径流满足生活与生产之需而造成的水的循环。例如，城市从自然水体中取水，经过(jnggu)净化处理后供给工业、商业、市政和居民使用，废水经排水系统输送到污水处理厂，处理之后又排回大自然这就是水的社会循环，又称水的小循环。水的自然循环和社会循环交织在一起，社会循环依赖于自然循环，又对水的自然循环产生不可忽略的影响。所谓水的健康循环，是指充分尊重水的自然运动规律，合理科学地使用水资源，同时对废水进行再生净化，使上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能、社会循环不损害自然循环的客观规律，从而维系或恢复城市

4、乃至流域的良好水环境，实现水资源的可持续利用。 共七十一页饮用水供给(gngj)历史 公元前3000年,希腊用铅和青铜管道配水。公元前800年，罗马的导水管系统可以提供饮用水、街道清洗用水和公共浴室、公厕用水。1810年, 第一个城市供水净化系统在苏格兰佩斯利完成,水被用车装载(zhungzi)送至用户手中。1827年，罗伯特.汤姆设计的慢砂滤池在苏格兰格林奥克投入使用。1832年，弗吉尼亚的里查满得是第一个尝试净化水的美国城市。1888年，第一个氯化饮用水的美国专利被承认。共七十一页我国饮用水供给(gngj)历史1880年11月英商上海自来水公司在英国伦敦注册成立，水厂建设历时两年，共耗资1

5、2万英镑。1883年8月1日清廷李鸿章总督前来水厂参观，开启了引入黄浦江水的闸门。从此，自来水厂的机器便开始转动了。1883年8月1日，杨树浦水厂开始向当时的公共租界、法租界及静安寺以东的区域(qy)供水。当年每天平均供水3700立方米，生产流程为潮汐进水，慢滤池过滤，主要设备包括沉淀池2座、慢滤池4座、清水池1座、蒸气锅炉3台，以及出水间唧机2台，水塔1座。共七十一页上海自来水展示馆共七十一页水源地原水厂自来水厂泵输水管渠配水管网加压泵站配水管网用户(yngh)取水(q shu)工程给水处理输配水工程建筑给排水排水工程工业水处理饮用水供给体系排水共七十一页杂质(zzh)来源于自然(zrn)过

6、程：人为因素：一、原水中的杂质1 水源水质 矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，地表与河床泥砂，水中植物死亡后的腐殖质，雨水径流等 工业废水的排入，农业污水（农药化肥），生活污水等共七十一页水中杂质(zzh)分类杂质溶解物(低分子、离子)胶体悬浮物颗粒尺寸 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1m 10m 100m 1mm分辩工具 电子显微镜可见 超显微镜可见 显微镜可见 肉眼可见 水的外观透明浑浊浑浊共七十一页非溶解(rngji)杂质特性类别特性代表性物质危害去除途径悬浮物在水中易于下沉或上浮泥砂、矿物废渣、大颗粒有机物、原生动物、藻类浑浊致色、臭、味病原体致病直径大于0

7、.1mm泥砂：在水中自然沉降；较小的悬浮物与胶体：混凝沉淀胶体稳定存在于水中，通常带负电粘土、细菌及病毒、蛋白质、高分子有机物、金属化合物共七十一页溶解杂质(zzh)特性1类别特性代表性物质危害去除途径无机物溶解于水中，种类很多，来源于自然过程或污染物的排放自然过程：溶解气气体（氧、氮、二氧化碳、硫化氢等)、离子（金属离子、非金属离子）污染物排放：各种金属离子、非金属离子氮、磷导致水体富营养化；部分金属离子对生物有毒害作用；部分金属离子致色、臭、味；钙、镁等产生硬度混凝沉淀、离子交换、软化、树脂吸附、膜过滤等共七十一页溶解杂质(zzh)特性2类别特性代表性物质危害去除途径有机物溶解于水中，种类

8、很多，来源于自然过程或污染物的排放腐殖质、藻类分泌物（天然存在）低分子有机物、有机氯化物、内分泌干扰物、（POPs、农药、激素)消耗水中溶解氧，使水体发生黑、臭现象，破坏水生生态系统，部分有机物有三致作用（致癌、致畸、致突变）或是三致物的前体物、干扰内分泌系统生物预处理、混凝沉淀（作用较弱）、活性炭、高级氧化共七十一页二、各种天然(tinrn)水源的水质特点（1）地下水水质清澈、有机污染物很少，水质、水温较为稳定，含有多种对人体有益的矿物质，可作为饮用水和工业用水的水源含盐量较高，各地区分布不均匀硬度高于地表水，通常需经处理后方可使用(shyng)含铁、锰，超标时需进行处理共七十一页共七十一页

9、（2）江河水水中悬浮物和胶态杂质较多，浊度高于地下水。浊度随地区及时间变化较大(jio d)含盐量和硬度较低易受污染需处理后才能作为饮用水共七十一页共七十一页共七十一页（3）湖泊及水库水流动性小，贮存时间较长，浊度较低藻类较多，湖底淤泥较厚，含有腐殖质、氮磷营养盐、其他有机物等污染(wrn)物质，易释放至水体含盐量通常高于河水近年来富营养化问题严重共七十一页共七十一页共七十一页（4）海水含盐量高，各种盐类比例基本一致氯化物含量(hnling)约占总含盐量的89%左右，硫化物次之子，再次为碳酸盐需淡化后才可作为饮用水共七十一页共七十一页三、受污染(wrn)水源中的杂质无机污染物：重金属离子(lz

10、)、CN-、As有机污染物：多环芳烃类，卤代烃类，酚类，硝基苯类等共七十一页表1.1 中国(zhn u)环境优先污染物黑名单化学类别名称1卤代（烷、稀）烃类二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、三氯 乙烯、四氯乙烯、三溴甲烷2苯系物苯、甲苯、乙苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯3氯代苯类氯苯、邻-二氯苯、对-二氯苯、六氯苯4多氯联苯类多氯联苯5酚类苯酚、间甲酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚、对-硝基酚6硝基苯类硝基苯、对-硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、三硝基甲工苯、对硝基氯苯等7苯胺类苯胺、二硝基苯胺、

11、对-硝基苯胺、2,6-二氯硝基苯胺8多环芳烃萘、荧蒽、苯并b荧蒽、苯并k荧蒽、苯并a芘、茚并1,2,3,-c.d芘、等9酞酸酯类酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯10.农药六六六、滴滴涕、滴滴畏、乐果、对硫磷、除草醚、敌百虫11.丙烯腈丙烯腈12.亚硝胺类N-亚硝基二丙胺、N-亚硝基二正丙胺13.氰化物氰化物14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、铜及其化合物、铅及其化合物、汞及其化合物、镍及其化合物、铊及其化合物包括14类共68种，其中有机物58种，无机物10种。表中标有“”符号者为推荐近期(jn q)实施的名单。共七十一页2 水质标准水质水和杂质水质标准

12、用水对象所要求的各项水质参数应达到(d do)的指标和限值水质参数评价水质好坏的项目共七十一页一、生活(shnghu)饮用水卫生标准旧标准(biozhn)共七十一页共七十一页新标准(biozhn)生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）于2006年12月29日由国家标准委和卫生部联合发布。同时发布的还有13项生活饮用水卫生检验方法国家标准。这些标准于2007年7月1日起开始实施(shsh)。生活饮用水卫生标准首次发布于1985年，已实施了20年，本次为第一次修订。经过修订，标准中的指标数量不仅由35项增至106项，还对原标准的8项指标进行了修订，指标限量也与发达国家的饮用水标准具有可比性

13、。共七十一页微生物学(wi shn w xu)指标毒理指标(zhbio)感官性状和一般化学指标放射性指标指标分类共七十一页二、工业用水水质标准水质要求差别(chbi)很大有些对水质要求很高，如食品、纺织、电子工业用水、锅炉用水冷却水要求低其它行业要求和自来水差不多共七十一页三、游泳(yuyng)用水、农田灌溉、渔业用水的标准共七十一页3 给水(jshu)处理方法概述给水处理的任务是：将水质不合格的原水加工成符合(fh)需要的水质标准的产品水。一、生活饮用水1.常规处理工艺：以地表水为水源的自来水厂常用的工艺流程：混凝 沉淀 过滤 消毒第二章 第三章 第四章 第五章（ 澄 清 ）共七十一页2.饮

14、用水的特殊(tsh)工艺(1)除臭、除味：活性炭吸附、曝气法(2)除铁、除锰自然氧化、接触氧化、药剂氧化、生物氧化、离子交换 除氟化学(huxu)沉淀、吸附交换(3)预处理和深度处理：用来除掉水中有机污染物 预处理+（强化）常规净水工艺 （强化）常规净水工艺 + 深度处理工艺 预处理 +（强化）常规净水工艺+ 深度处理工艺共七十一页给水处理的具体方法：（1）去除水中的悬浮物 混凝沉淀、过滤（2）去除水中溶解的有机物 活性炭吸附、生物(shngw)活性炭、化学药剂氧化等（3）去除水中的溶解杂质（软化除盐） 蒸馏法、离子交换、反渗透、膜过滤、电渗析等共七十一页某自来水厂处理(chl)流程共七十一页

15、共七十一页共七十一页第四节 反应器共七十一页共七十一页共七十一页一、物料衡算与质量(zhling)传递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(zfn)i，可写出如下物料平衡式： 变化量 = 输入量 输出量 + 反应量 当变化量为零时，称为稳态，即： 0 = 输入量 输出量 + 反应量共七十一页 2.质量传递(chund)传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散1.主流传递（主体流动） 物质随水流主体而移动，称主流传递。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。2.分子扩散传递：物料存在浓度梯度而引起的 Fick第一定律：式中：DB分子扩散系数， 稀溶液中约0.510-5

16、 510-5cm2/s共七十一页 3.紊流扩散传递：由于水流具有脉动或涡旋而引起的 紊流扩散通量可写成类似(li s)于分子扩散通量式： 式中：DC称紊流扩散系数。 共七十一页二、理想(lxing)反应器模型 完全(wnqun)混合间歇式反应器（CMB型）完全混合连续式反应器（CSTR型）推流式反应器（PF型）共七十一页 1. 完全混合(hnh)间歇式反应器（CMB型） complete mixing batch reactor t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci， 物料衡算式为： 积分上式得：设为一级反应(fnyng)(并设 i 随时间减少），r(Ci)=-kCi，则且：C = C0 e-

17、kt表示间歇反应器内反应物浓度随时间变化的关系共七十一页例1：某水样采用CMB反应器进行氯消毒实验，假定投氯量一定，经试验知：细菌被灭活速率为一级反应，且k0.92min-1，求细菌被灭活99时，所需时间(shjin)为多少？共七十一页 解：设原有细菌密度(md)为C0，t时以后，尚存活的细菌密度为Ci，被杀死的细菌密度则为C0-Ci,根据题意，在t时刻， ， Ci0.01C0 代入公式得：共七十一页设为二级反应(fnyng)，r(Ci)=-kCi2，则： 共七十一页 2. 完全混合连续式反应器连续流搅拌反应器CSTR: continuous stirred tank reactor物料衡算式

18、(sunsh)为：按稳态考虑，即 ，于是：设为一级反应(fnyng)， r(Ci)=-kCi，则 因故或：得：共七十一页例2：采用CSTR反应器作为氯化消毒(xio d)池，条件同上例，求细菌去除率达到99时，所需消毒时间为多少?解：Ci0.01C0， k0.92min-1，共七十一页实际(shj)的水处理设备，类似于几个理想的完全混合搅拌器的串联：123C0C1C2C3则：，总反应时间：可得：即：由：共七十一页例3：采用(ciyng)CSTR反应器作为氯化消毒池，若采用2个CSTR反应器串联，其它条件同上例（即细菌被灭活速率为一级反应，且k0.92min-1），求细菌去除率达到99时，所需消

19、毒时间为多少?解：共七十一页图3-21 机械(jxi)絮凝池共七十一页 3.推流型反应器 又称活塞(husi)流反应器PF，plug flow reactor 反应器内的物料以相同流速度排队平行流动，无扩散作用。 物料浓度垂直于液流方向上完全均匀，而沿着流动方向上完全不存在混合现象。 这是一种理想化的模型。共七十一页 现取长为dx的微元体积，列物料(w lio)平衡式： 稳态时 ， ，则： 按边界条件，x=0，Ci = C0；x=x，C=Ci，积分上式得 共七十一页设为一级反应(fnyng)，r(Ci)=-kCi，则设为二级反应(fnyng)，r(Ci)=-kCi2，则：与间歇式反应器的公式是

20、完全一样的。共七十一页这是因为：在推流型反应器的起端(q dun)(或开始阶段)，物料是在C0的高浓度下进行反应，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加(或反应时间的延续)，物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这与间歇式反应器的反应过程是完全一样的。但它优于间歇式反应器的地方在于：间歇式反应器除了反应时间以外，还需考虑投料和卸料时间，而推流型反应器为连续操作。共七十一页共七十一页共七十一页 CSTR型和PF型反应器是两种极端的、假想的流型。 两种理想反应器自进口端至出口(ch ku)端的浓度分布。 共七十一页推流反应器中，物料(w lio)同时流入，也同时流出，停留时间是一样的。用示踪剂来测定，其浓度变化是一条直线。而CSTR中，物料(w lio)的停留时间可从0。共七十一页非理想(lxing)流型介于两者之间可根据(gnj)曲线进行数学分析，判断实际反应器偏离理想反应器的程度，并用来推求纵向扩散模型的扩散系数。研究一般反应器偏离理想反应器的常用方法是对物料在反应器中的停留时间分布进行研究。三、非理想反应器共七十一页 纵向分散(fnsn)模型其基本(jbn)设想是在推流型基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用纵向