第三章-物理化学处理课件4

消毒消毒定义：将水体中的病原微生物(pathogenicorganisms)灭活，使之减少到可以接受的程度。消毒与灭菌(sterilization)不同：灭菌是消灭所有活的生物。

评价指标：生活饮用水卫生规范，（卫生部,2001.6）细菌总数：<100个/mL总大肠菌群：每100mL水样中不得检出粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出微生物指标

（生活饮用水卫生标准GB5749-2006）指标限制总大肠菌群/（MPN/100mL或CFU/mL）不得检出耐热大肠菌群/（MPN/100mL或CFU/mL）不得检出大肠埃希氏菌/（MPN/100mL或CFU/mL）不得检出菌落总数/（CFU/mL）100MPN表示最可能数；CFU表示菌落形成单位。当水样检出总大肠菌群时，应进一步检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群；水样未检出总大肠菌群，不必检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群。一、氯消毒（chlorination）原理：（一）原水中不含氨时：氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。pH>9，OCl-接近100%。pH<6，HOCl接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]HOCl和OCl－都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。实践也表明pH越低，消毒作用越强。有关氯消毒理论仍有待研究。（二）原水中含氨时：如果有氨存在：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O其比例与pH有关。pH＞9，一氯胺占优势pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在。pH＜6.5时，二氯胺pH＜4.5三氯胺

当水中有氯氨时，消毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。如氯消毒5分钟，杀灭细菌99％以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭50％。三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。HOCl、OCl－称为自由性或游离性氯（freeavailablechlorine）。水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性氯或结合性氯（combinedavailablechlorine）。(二)加氯量

加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。余氯：出厂水接触30分后余氯不低于0.3mg/L；在管网末梢不应低于0.05mg/L。加氯曲线：水中无任何微生物、有机物等，加氯量＝余氯，图2中的①水中有机物较少时，需氯量满足以后就是余氯。图2中的②当水中的污染物主要是氨和氮化合物时，情况复杂。见图3。H：峰点B：折点形成一氯胺氯胺分解，存在一氯胺二氯胺自由性余氯为主OA段：水中杂质把氯消耗光。AH段：氯与氨反应，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量继续增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而减少。2NH2Cl+HOCl→N2↑+3HCl+H2OBC段：折点B以后，已经没有耗氯物质了，出现自由性余氯。加氯量超过折点B需要量——折点氯化当原水游离氨＜0.3mg/L时→→加氯量控制在折点后;当原水游离氨＞0.5mg/L时→→加氯量控制在峰点前;地面水→混凝→沉淀→过滤，或清洁地下水，加氯量可采用1.0~1.5mg/l2.地面水→混凝→沉淀未经过滤时可采用1.5~2.5mg/l(三)加氯点：

滤后加氯滤前加氯――混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯1．滤后投加在滤池出水口、清水池进口处、滤池至清水池管道上。适用：原水水质较好，处理后水中有机物、细菌大部分被去除，加氯量很少，满足余氯要求。2．滤前加氯在投加混凝剂的同时投加氯（助凝剂）。有以下作用：氧化有机物，高色度水，提高混凝效果。用FeSO4做混凝剂时，加Cl2，氧化成三价Fe，促进凝聚作用。防止构筑物内孳生青苔，延长氯胺消毒的接触时间，使加氯量维持在AH段，节省加氯量。3．中途加氯加压泵站，管网长时，防止水厂出水余氯过高。(四)加氯设备、加氯间和氯库人工操作的加氯设备主要包括加氯机、氯瓶和校核氯瓶重量的磅秤等。加氯机：转子加氯机，自动加氯机需配以相应的自动检测与控制设备。加氯间：可以和氯库合建，是安置加氯设备的操作间氯库：是储备氯瓶的仓库。加氯间与氯库应有通风、照明、防火、保温、报警、事故处理等措施。加氯设备一般用氯气：有毒气体，在6－8气压下变成液氯使用时采用氯瓶。干燥氯气和液氯对钢瓶无腐蚀作用，但遇水或受潮则会严重腐蚀金属。因此，必须严格防止水和潮气进入氯瓶。加氯机：转子加氯机（一）二氧化氯消毒1.特性二氧化氯（ClO2）在常温下是一种黄绿色气体，极不稳定，气态和液态CLO2均易爆炸。故必须以水溶液的形式现场制取。2.制取方法（1）亚氯酸钠和氯制取（2）酸与亚氯酸钠制取二、其它消毒方法3.作用机理ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌内含巯基的酶；消毒能力比氯强。

ClO2的投加量约为1.0～2.0mg/L。ClO2本身和副产物ClO2－对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。因此，美国对水的剩余ClO2和ClO2－的总量规定不超过1.0mg/L。欧洲一些国家有自己的一些规定。但目前我国还没有规定。4.特点（1）不会与水中有机物作用生成三卤甲烷,不会生成氯酚。（2）ClO2余量能在管网中保持很长的时间，即衰减速度比氯慢。（3）ClO2不水解，消毒受pH影响较小。（4）作为氧化剂，能去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。（二）次氯酸钠消毒次氯酸钠消毒通常用于小型水厂，因其易分解，常用次氯酸钠发生器现场制取，反应如下：NaCl+H2O---NaOCl+H2（电解食盐水）次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不如氯。次氯酸钠的消毒仍靠HOCl。反应如下：NaOCl+H2O---HOCl+NaOH（三）氯铵消毒1、优点水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时可大大减小THMS的可能性；能保持水中余氯较久，适用于供水管网较长的情况。2、缺点：作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。3、操作方法：人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨＝3：1～6：1采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。这样就可以减小氯臭，但有资料认为，氯和氨同时投加比先加氨后加氯，可减少有毒副产物（如三卤甲烷、卤乙酸等）的生成。（四）臭氧消毒1、臭氧特性常温常压下呈淡蓝色、强烈的刺激性气体密度为空气的1.7倍，易溶于水。臭氧对人体健康有影响。2、臭氧的产生臭氧发生器，在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生。

3、作用既是氧化剂，又是消毒剂，在水中投入臭氧进行消毒或氧化通称臭氧化。4、臭氧消毒的特点

作为氧化剂应用广泛，分为直接氧化作用和间接氧化作用。直接氧化作用比较慢；间接氧化作用主要靠指在水中产生的·OH的作用，氧化作用极强。作为消毒剂，由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3消毒之后，往往需要投加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。臭氧消毒的副产物比氯消毒时少，但也有可能产生三卤甲烷，溴酸盐等副产物，此外臭氧消毒的生产设备复杂，投资较大，电耗也较高。（五）紫外线消毒机理：200~295nm的紫外线具有杀菌能力。在波长260nm时杀菌能力最强。紫外灯管：浸入式水平式特点：无污染；受水中悬浮物含量影响，无持续消毒作用；适用于少量水处理。

依据不同波长范围,分a、b、c三种波段,其中的c波段紫外线波长在240-260nm之间,为最有效的杀菌波段,波段中之波长最强点是253.7nm。现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的基础上，利用特殊设计的高效率，高强度和长寿命的c波段紫外光发生装置，产生的强紫外c光照射水、空气、物体表面，当水、空气、物体表面中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外c光辐射后，其细胞中的DNA结构受到破坏，达到消毒和净化的目的。（六）漂白粉消毒漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaOCl2，有效氯约30%。漂白精分子式为Ca(OCl)2，有效氯约60%左右。两者均为白色粉末，有氯的气味，易受光、热和潮气作用而分解使有效氯降低。漂白粉需配置成溶液加注，溶解时先调成糊状物，然后再加水配成1.0%~2.0%（以有效氯计）浓度的溶液。漂白粉消毒一般用于小水厂或临时性给水。水的消毒方法除了以上介绍的几种以外，还有高锰酸钾消毒、重金属离子（如银）消毒及微电解消毒等。综合各种消毒方法，没有一种方法完美无缺，不同的消毒方法配合往往可以取长补短，已有水厂这样做了，专家也在不断探索研究。污水经一级或二级处理以后，水质大大改善，细菌含量也幅度降低，但细菌的绝对值仍很高，并存在有病原菌的可能。因此在排放之前或回用之前，应进行消毒。加氯量：一般城市污水二级处理出水：加5－10mg/L接触时间：30分余氯量：>0.5mg/L污水消毒的特点：一般氨氮含量高，因此一般为化合性余氯有机氯化物的产生问题。一般采用氯消毒：典型给水处理系统与水厂设计给水处理的任务，是将不符合用户要求的原水加以处理，使之符合用户对水质的要求。一.给水处理的任务选择给水处理工艺的依据，就是原水水质与用户对水质要求两者的差别。找出原水中不符合用水要求的水质项目，选择一种或几种水处理方法，将不符合要求的水质项目处理到符合用水水质标准。二.水厂设计步骤、要求和设计原则水厂设计和其它工程设计一样，一般分两阶段进行：扩大初步设计和施工图设计。可行性研究是提出工程建设的科学依据，主要内容包括（1）城市概况和供水现状分析；（2）工程目标；（3）工程方案和评价；（4）投资估算和资金筹措；（5）工程效益分析等。可行性研究经有关专家评估并获得主管部门批准后，方可进行下一步工作——初步设计。设计说明书的内容一般包括：工程项目和设计要求概述，方案比较情况，各构筑物及建筑物的形式、尺寸和结构形式，工程概算，主要材料（钢筋、水泥、木材等）、管道及设备（水泵、电动机、真空泵、大型阀门、起重设备、运输车辆、电器设备等）规格、尺寸和数量，工程进度要求，人员编制，以及设计中尚存在的问题等。有关设计资料也应附在说明书内。附图数量应按工程具体情况决定，但至少应包括：取水工程布置图，流程图，水厂总平面布置图，电气设计系统图及主要处理构筑物简图等。设计原则（1）水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以原水水质最不利情况进行校核。（2）水厂应按近期设计，考虑远期发展。（3）水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时，仍能满足用水要求。（4）水厂自动化程度，应本着提高供水水质和供水可靠性，降低能耗、药耗，提高科学管理水平和增加经济效益的原则，根据实际生产要求，妥善确定。（5）设计中必须遵守设计规范的规定。

厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑以下几个问题：

（1）厂址应选择在工程地址条件较好的地方。（2）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。（3）水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。（4）当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案：一是将水厂设置在取水构筑物附近；二是将水厂设置在离用水区较近的地方。三.厂址的选择四.给水处理工艺系统的选择给水处理工艺系统应该在技术上是可行的，在经济上是合理的，在运行上是安全可靠和便于操作的。给水处理工艺系统应通过试验来检验。给水处理工艺系统的技术可行性，除了通过试验验证以外，已建的原水水质相近的水处理工艺系统的运行经验，也可作为重要的参考。由于原水水质和水量常常是不断变化的，水处理工艺系统对水质水量变化的适应性，即抗冲击能力，也是评价技术可行性的重要指标。给水处理系统的经济合理性，是在保证处理水质满足用户要求的前提下，使在资金偿还期限内建设费用和运行费用之和最低。(一)地面水的常规处理工艺系统地面水常规处理工艺，主要是指在以天然地面水为原水的城市自来水厂中采用最广的一种工艺系统，主要是以去除水中的悬浮物和杀灭致病细菌为目标而设计的。原水混合装置混凝剂絮凝池沉淀池过滤池Cl2清水池出水五.水厂的平面及高程布置（一）水厂的平面布置

水厂的基本组成分为两部分：（1）生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等；（2）辅助建筑物。其中又分生产辅助建筑物和生活辅助建筑物两种。前者包括化验间、修理部门、仓库、车库及值班宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。作水厂平面布置时，应考虑下述几点要求：

（1）布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管（渠）的长度，并便于操作管理。

（2）充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用。

（3）各构筑物之间连接管（渠）应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。

（4）建筑物布置应注意朝向和风向。

（5）有条件时（尤其是大水厂）最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全。

（6）对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合理性。

水厂流程布置，有三种基本类型：直线型、折角型、回转型。（1）按流程顺序排列，而且流程与供水方向一致；（2）有关构筑物或建筑物组合或靠近，归纳为“三个组合”，“两个靠近”即：絮凝池沉淀池组合加矾间矾库组合加氯间氯库组合二泵房清水池靠近沉淀池过滤池靠近水厂平面布置一般均需提出几个方案进行比较，以便确定在技术经济上较为合理的方案。图6为水厂平面布置一例。1、内容水面高程池顶高程池底高程（二）水厂高程布置管线高程给水管以管中为准排水管以管底为准地面高程

在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道、计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有余地。2、依据（1）地形标高→设计底面高程（2）构筑物及连接管路水头损失净水构筑物水头损失构筑物名称水头损失（m）构筑物名称水头损失（m）水力絮凝池机械絮凝池沉淀池澄清池普通快滤池0.4~0.50.05~0.10.15~0.30.6~0.82.0~2.5均质滤料滤池接触滤池无阀滤池、虹吸滤池移动罩滤池活性炭滤池2.0~2.52.5~3.01.5~2.01.2~1.50.4~0.6连接管中设计流速连接管段设计流速（m/s）备注一级泵房至混合池混合池至絮凝池絮凝池至沉淀池混合池至澄清池沉淀池或澄清池至滤池滤池至清水池滤池冲洗水的压力管道排水管道（排除冲洗水）1.0~1.21.0~1.50.1~0.151.0~1.50.6~1.00.8~1.22.0~2.51.0~1.2防止絮体破坏流速宜取下限以留有余地流速宜取下限以留有余地因间歇运用，流速可大些各构筑物之间的连接管（渠）断面尺寸由流速决定。3、定高程有了以上各项水头损失，就可以确定。各构筑物水面高程→各构筑物各部分高程。一般从絮凝池水面开始（也可从清水池水面开始）→其他构筑物水面高程，然后由超高→池顶高程；由有效水深→池底高程。水厂的高程布置应根据地形、地质条件、周围环境及进水水位标高确定。有高架式、低架式、斜坡式、阶梯式四种。2.高程布置下图为构筑物高程布置图。各构筑物之间水面高差由计算确定。清水池的有效容积：W=W1+W2+W3+W4W1—调节容积，m3，按最高日用水量的10%~20%估算。W2—消防贮水量，m3，按2h火灾延续时间计算。W3—水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，m3，等于最高日用水量的5%~10%。W4—安全贮存，m3。清水池应有相等容积的两只，如仅有一只，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。六.水厂的生产过程监控与自动控制水厂内检测仪表的设置水厂生产过程中各工艺参数的连续检测，有利于生产监视和合理调度，有利于各种运行数据的积累分析，更为水厂自动化创造条件。水厂要实现生产过程自动控制，自动化仪表是必备前提。水厂所用仪表有一次仪表和二次仪表。一次仪表包括感受器和变送器。前者测定运行参数，后者把感受到的参数变为电流或电压，传递到检测中心或控制中心。二次仪表把测得的参数再显示出来。水厂自动化设计要求水厂自动化程度分为三级。第一级，水厂单项构筑物（如泵房、沉淀、澄清池、滤池、加药系统等）自动控制；第二级，全厂自动控制。第三级为整个供水系统的运行调度。七.水厂绿化及道路绿化是水厂设计中的一个组成部分，它是美化水厂环境的重要手段。水厂绿化通常由绿地、花坛、绿带、行道树、绿篱、建筑小品等组成。水厂道路一般分为主厂道、车行道、步行道。主厂道宽度一般为4~6m；车行道一般为单车道，宽度为4m左右，常布置成环状；步行道宽度一般采用1.5~2.0m。八.给水处理工艺系统设计计算实例1水厂工艺流程选择根据源水水质情况和该市自来水公司现有水厂的生产运转经验，决定近期和二期仍采用常规处理工艺，远期考虑增加生物预处理和深度处理工艺。同时，为了节约投药量，提高水厂自动化水平，决定采用已较成熟的自动加矾、加氯技术。在常规处理工艺中，注意选择适合水源水质、水厂规模和地形特点，并有利于提高出厂水水质的处理构筑物。这些构筑物主要包括：隔板、折板组合式絮凝地、新型平流式沉淀池和V型滤池。此外，为了保护湘江水源，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水均进入回收水池浓缩，上清液回收，下部沉泥用来回填水厂及其周围洼地。2水厂主要构筑物设计(1).混合(2).絮凝与沉淀池图8絮凝沉淀池平面图(3).滤池及反冲洗系统

图9V型滤池剖面图(4).清水池清水池有效容积按设计规模的10%计算，近期设10000m3清水池1座，采用钢筋砼结构，有效水深取4.2m。(5).送水泵房土建设计规模为30万m3/d，近期设备安装按10万m3/d考虑。时变化系数取1.36，出厂压力取20.0～28.0m，一期安装卧式离心泵机组3套，1大2小，其中1台为调速水泵。6.加矾、加氯系统3水厂总体布置(1)构筑物布置图10四水厂平面布置图图11

水厂高程布置图(2)厂内排水厂内生活污水与雨水采用分流制，雨水就近排入水体，污水近期排入化粪池，溢流水进入农灌系统。待城市下水道形成以后改道排入城市下水道。生产废水(滤池反冲洗水及沉淀池排泥水)排入回收水池，其上清液回收，下部沉泥用来回填洼地。4自控系统设计(1)、控制系统的组成

全厂设中控室及取水泵房、加矾加氯、回收泵房与反应沉淀池、V型滤池和送水泵房等5个PLC可编程逻辑控制器）子站，考虑到系统尽可能分散的原则，在滤池单池设有PLC控制台。各PLC站均由一块电源模块，一块CPU（中央处理器）模块，一块通讯模块以及若干块输入输出（I/O）模块组成。中控室由2台分别用于生产管理与监控的PentiumiII400计算机及2台Epson彩色打印机组成。

(2)控制原则