给水设计原理课件

第一章給水處理概論第一節水源水質與健康水中雜質分類雜質溶解物（低分子、離子）膠體懸浮物顆粒尺寸0.1nm1nm10nm100nm1μ10μ100μ1mm分辨工具電子顯微鏡超顯微鏡顯微鏡肉眼水的外觀透明渾濁渾濁

自然過程：水在自然迴圈過程中的溶解作用水中雜質來源人為因素：污染污水廢氣固體垃圾水中物質與人體健康人體需要的主要元素（11種）：人體需要微量元素：碳、氧、氮、氫、鈣、硫、磷、鈉、鉀、氯、鎂鐵、碘、銅、錳、鋅、鈷、鉻、硒、鉬、氟、矽、錫、礬、鎳、溴、鋁、硼等17種不利健康物質微量元素（適量）有機物重金屬無機化合物放射性物質病原體有利健康物質水源污染一、污染物質

有機物重金屬生物污染二、污染來源工業農業生活其他第二節標準與規範2.《生活飲用水衛生規範》

共96項指標3.《室外給水設計規範》GBJ13-861.《生活飲用水衛生標準》GB5749-85

共35項指標原水常規水處理方法：第三節處理方法原水加藥三、處理方法常規方法：混合原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應沉澱原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應沉澱過濾原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應沉澱過濾消毒原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應沉澱過濾消毒原水加藥三、處理方法常規方法：混合反應沉澱過濾消毒原水加藥澄清池三、處理方法常規方法：混合反應沉澱過濾消毒原水加藥澄清池預處理方法：預沉澱、生物過濾等深度處理方法：吸附、氧化、膜過濾等三、處理方法常規方法：最早成立的自來水公司（廠）1910年以前已成立的自來水公司（廠）有：

漢鎮既濟水電公司1873年

英商上海自来水有限公司1880年

上海内地自来水公司1896年

上海法租界自来水公司1896年

天津自来水公司1898年

青岛自来水公司1899年

大连自来水公司1901年

广州增步自来水厂1905年

抚顺水厂1907年

汕头自来水厂1907年

京师自来水股份有限公司1908年

沙河口水厂1908年

长春水厂1910年

安东水厂1910年最早應用的折板絮凝池

鎮江自來水公司與江蘇省建築科研所研究

最早應用的壓力無閥濾池嘉定縣文玉食品廠

早期的加礬間上海楊樹浦水廠

最大流量長距離大型輸水工程上海黃浦江上游引水工程上海黃浦江上游引水工程。1985年2月下旬動工，1987年7月1日投產通水。第一期引水量為230×104m3/d。總引水量為430×104m3/d。最早應用的虹吸式移動沖洗罩濾池上海長橋水廠上海長橋水廠虹吸式移動沖洗罩濾池（1978年研究試驗成功），總規模為60萬立方米/日。——

最大的脈衝澄清池上海南市水廠澄清池

規模3000m3/h。採用鐘罩（虹吸）式脈衝發生器。最早應用的同向流沉澱池北京燕山石化動力廠

單池水量為20×104m3/d。該池原採用梯形集水系統，後改為梯形板沿程集水系統。獲國家發明三等獎(1975年)。最大的水廠上海的楊樹浦水廠

供水能力均為140萬m3/d（資料為1997年）。

楊樹浦水廠始建於1881年，解放後逐步改造成現在的規模。長橋水廠

長橋水廠始建於1960年，是我國自行設計、施工，並採用國產設備向上海市區供水的現代化大型水廠。最大的平流沉澱池上海楊樹浦水廠6#沉澱池

淨水能力為48萬m3/d（1978年改造）上海黃浦江引水泵站最早應用的柵條網格絮凝池湖北洪湖新堤水廠中國市政中南設計研究院研究，1982年投產。最大的輻射沉澱池蘭州西固水廠

該廠是一座採用二級沉澱工藝處理黃河水系高濁度水的大型水廠。1955年開始建設。該廠有Φ100m的輻射沉澱池12座。單池處理水量為1m3/s。每一座池內均裝為一次預沉構築物。有周邊傳動的刮泥桁架。水清時自然沉澱，水渾時投加聚丙烯醯胺混凝劑（1960年投產）。城市供水

由於“井”字形市場不能滿足眾多客商的交易需要，後來逐漸形成了“#”形的坊。小坊四周由高牆圍住，開東西二門，中通大街；大坊開四門，場中有“十”字街，大小坊內有巷曲與住宅相通，夜間則關閉坊門。隋唐時長安城，劃分全城108坊為棋盤式小方塊，最北部是宮城、皇城。皇城前左右兩隅是東市和西市，為全城貿易市場、邸店和手工業作坊集中的地方，與城中幾條幹道相通。當時有“前宮後市”、“日中為市”之說。因為“坊”為一些獨立單位，此時城市還較封閉。到北宋，封閉式的坊日漸為橫巷代替。張擇端的《清明上河圖》可以較真實地見到當時情景。唐朝的城市供水得到發展。城市人多，需水就更多，為解決用水的問題，古代大城市都建在江河或湖邊，便於取水，如漢唐都長安，四周有涇、渭、灞、灃、澇等河流。京城長安，由於城市規模大，人口眾多，在城市供水方面，下了極大功夫。唐朝初期，整修了龍首渠、永安渠、清明渠等管道，把水從長安城外引入城內。這幾條管道穿過長安城內，形成了一個完整的供水網，東西長18裏115步（約10.6km）,南北長15裏175步（約8.9km），周長67裏（約38,6km），妥善解決了長安城百萬人口的供水問題。淨水技術

中國是首先採用明礬降低水中渾濁度的最早正式文字記載為明宋應星在明崇禎十年（西元1687年）刻印的《天工開物》一書。在1744年～1746年出版的西班牙教士納瓦雷特撰寫的《中華帝國記遊》中，詳細記載了當時所看到的，普遍應用的明礬使黃河水變清的情況，並說明這是自然的秘密，為當時西方所不知。第二章混凝第一節混凝機理1.水中膠體穩定性

2.硫酸鋁在水中的化學反應3.混凝機理第二節混凝劑和助凝劑第三節混凝動力學第四節影響混凝效果主要因素水溫的影響2.水的pH值和鹼度的影響3.水中懸浮物濃度的影響第五節混凝劑的配製和投加PAM低位投加系統第六節混合和絮凝設施柵條網格絮凝池第三章沉澱與澄清第二節平流沉澱池淺長型指形堰平流池第三節斜板斜管沉澱池斜管沉澱池斜管沉澱池斜管沉澱池斜管沉澱池斜管沉澱池斜管沉澱池第四節澄清池第四章過濾第一節概述：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：過濾過程1.過濾過程1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：1.過濾過程過濾過程2.反沖洗過程：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：第二節過濾理論一、過濾機理

1.遷移機理攔截沉澱慣性擴散水動力2.黏附機理水流剪力增大，雜質深入濾層濾層截汙量示意截汙量（g/cm3）濾層深度cm石英砂無煙煤石英砂單層濾料雙層濾料反粒度過濾：

·：…···…·∶··：：：··：：··：·∶·：…∶．···…∶·∶··∶：：：∶·。∶·：…。∶．···…∶：：：。∶·。∶。·：。…。∶。∶。·

。·∶··∶·∶··。∶：：。：∶·∶··∶：：：∶∶·：·。∶·：…。∶．···…∶·∶··∶·：∶·：常規過濾反粒度過濾反粒度過濾方式：1.雙層濾料2.三層濾料3.均質濾料二、過濾水力學(二)等速過濾中的水頭損失變化1.等速過濾概念

濾池過濾過程中，如果濾速始終不變，稱為等速過濾。

HMAXH0h等速過濾濾池等速過濾過程中水頭損失Ht=H0+h+ΔHt

T

T'

水頭損失

H0’

v'

v

α'

α

zb

Ht

H0

hHmax等速過濾中水頭損失變化（三）變速過濾中的濾速變化

過濾過程中，如果過濾水頭損失始終不變，由上式可知，濾層孔隙率的逐漸減小，必然使濾速逐漸降低，這種過濾方式稱為等水頭變速過濾。1.變速過濾概念變速過濾濾池h4

h3h2h1

水位4

水位3

進水位2

水渠水位1

排水渠清水池2.變速過濾工作狀態

當快濾池進水渠相互連通、且每座濾池進水閥均處於濾池最低水位以下時（保證每池進水量由池內濾層孔隙率調節），可實現變速過濾。水位變化①濾層全清潔，均在平均濾速下工作。—水位1②一池清潔，其餘均有不同截汙量。—水位2③沖洗前，一池截汙量達最大值，即將沖洗—水位3④一池沖洗，其餘三池分擔原四池的水量。—水位43.濾速變化設四池依次為A、B、C、D，且性能完全相同；濾池過濾週期為12小時。清潔濾層、承托層、配水系統、出水管渠等總水頭損失與濾速的關係如圖2；平均濾速10m/h；最高濾速13m/h，且各池濾速按等間隔2m/h逐級減小（即13，11，9，7）。最大允許水頭損失180cm。濾速D池沖洗完剛投入運行，水位2。剛沖完的濾池D沖洗前是截汙量最多者，沖洗後成為最潔淨者，即濾速由最小變為最大。vD=13，vC=11，vB=9，vA=7，直至下次沖洗。水位逐升至3。A沖洗完投入運行，水位2。vA=13，vD=11，vC.=9，vB=7，直至下次沖洗。水位逐升至3。B沖洗完投入運行C沖洗完投入運行

沖D沖A沖B沖C沖D134DABC

114CDABv/m/h94BCDA74

4ABCD

0036912tttttttttt/ht

180

水位3ABCDh12080079101113

v

水位2

水位1第四節濾池沖洗配水幹管配水支管斷面大阻力配水系統長柄濾頭總長300mm縫隙寬0.25-0.4mm套筒長100mm套筒氣、水濾帽水空氣直管濾板第五章消毒第一節概述第二節氯消毒第二節其他消毒法水傳疾病病原體病原體主要疾病主要貯主及來源細菌傷寒沙門氏菌副傷寒沙門氏菌其他沙門氏菌志賀氏菌霍亂弧菌腸病原埃希氏大腸菌小結腸炎耶爾森氏菌空腸彎曲桿菌嗜肺軍團菌及有關細菌結核分支桿菌其他（非典型）分支桿菌機會致病菌傷寒副傷寒沙門氏菌細菌性痢疾霍亂胃腸炎胃腸炎胃腸炎軍團病結核病肺病多種人類糞便人類糞便人類及動物糞便人類糞便人類糞便人類糞便人類及動物糞便人類及動物（？）糞便富熱水體人類呼吸道滲出物土壤及水天然水體水傳疾病病原體病原體主要疾病主要貯主及來源腸病毒腸病毒脊髓灰質炎病毒柯薩奇甲型病毒柯薩奇乙型病毒埃可病毒其他腸病毒呼吸道腸道弧病毒輪狀病毒腺病毒甲型肝炎病毒Norwalk及有關腸胃病毒脊髓灰質炎無菌性腦膜炎無菌性腦膜炎無菌性腦膜炎大腦炎輕上呼吸道及胃腸病胃腸炎上呼吸道及胃腸病傳染性肝炎胃腸炎人類糞便人類糞便人類糞便人類糞便人類糞便人類糞便人類及動物糞便人類糞便人類糞便人類糞便水傳疾病病原體病原體主要疾病主要貯主及來源原生動物卡氏棘變形蟲結腸腸袋蟲隱孢子蟲痢疾內變形蟲表吮賈第蟲福氏納歸蟲藍藻水華魚腥藻銅銹微囊藻水華束絲藻裂須藻阿米巴氏腦膜腦炎小袋蟲病隱孢子蟲病阿米巴氏痢疾賈第蟲病原發性阿米巴腦膜炎腸胃炎腸胃炎腸胃炎腸胃炎土壤及水人類糞便人類及動物糞便人類糞便人類及動物糞便土壤及水天然水體天然水體天然水體天然水體1946-1980年美國水傳疾病暴發統計致病因素次數病例致病因素次數病例細菌類彎曲桿菌巴斯德氏菌鉤端螺旋體大腸埃希氏菌志賀氏菌沙門氏菌小計病毒類微小似病毒

肝炎病毒221561751461068380069118613086185903668231472262

小兒麻痹病毒小計寄生蟲類內變形蟲賈第蟲小計化學物類無機物有機物小計未定性總計179642482921493506721654257919734197138912753616849391504751971-1985年美國給水系統水傳疾病暴發統計水傳疾病次數病例數水傳疾病次數病例數胃腸炎（未定性）賈第蟲病化學藥品中毒志賀氏菌痢疾甲型肝炎病毒性腸炎彎曲桿菌病沙門氏菌病25192503323201110614782436537745783737625449832300傷寒病耶爾森氏菌病胃腸炎隱孢子蟲病霍亂皮炎阿米巴氏病總計5211111502282103100011717314111228

為了保障人民的身體健康，防止水致疾病的傳播，飲用水中不應含有致病微生物，其中主要是指細菌性病原微生物和病毒性病原微生物。

一、生活飲用水衛生標準GB5749-85細菌總數不超過100個/mL，大腸桿菌群不超過3個/L。游離餘氯，在與水接觸30分鐘後應不低於0.3mg/L，集中式給水除出廠水應符合上述要求外，管網末梢水應不低於0.05mg/L。二、生活飲用水衛生規範（國家衛生部）細菌總數不超過100CFU/mL，總大腸菌群每100mL水樣中不得檢出，糞大腸菌群每100mL水樣中不得檢出。游離餘氯，在與水接觸30分鐘後應不低於0.3mg/L，管網末梢水應不低於0.05mg/L（適用於加氯消毒）。中國消毒水質標準發達國家消毒水質標準1美國標準2日本標準第二節氯消毒一、氯消毒原理二、加氯量三、加氯點四、加氯設備和加氯間一、氯消毒原理1.液氯消毒原理氯易溶於水（20℃和98kPa時，溶解度為7160mg/L）。當氯溶解在清水中時，下列兩個反應幾乎同時發生：Cl2+H2OHOCl+HClHOClH++OCl-次氯酸離解平衡常數K1=溫度(℃)0510152025K1×10-8(mol/L)2.02.32.63.03.33.7表1不同溫度下次氯酸離解平衡常數K1=圖1水中HOCl與OCl-的比例關係水中HOCl與OCl-的相對比例取決於溫度和pH值。HOCl(%)OCl-(%)pH20℃0℃氯消毒原理

主要通過HOCl起作用。HOCl為很小的中性分子，能擴散到帶負電的細菌表面，並通過細菌的細胞壁穿透到細菌內部。當HOCl分子到達細菌內部時，能起氧化作用破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。OCl-雖亦為具有殺菌能力的有效氯，但帶有負電，難於接近帶負電的細菌表面，殺菌能力比HOCl差得多。生產實踐表明，pH值越低則消毒作用越強，證明HOCl是消毒的主要因素。

當水中含有氨氮成分或向水中投加氨時，起主要消毒作用的依然是HOCl。氯加入水中產生如下反應：

Cl2+H2OHOCl+HClNH3+HOClNH2Cl+H2O