水源水质和水质标准.pdf

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1、1第第第第1 1节节节节 水源水质及用户对水质的要求水源水质及用户对水质的要求水源水质及用户对水质的要求水源水质及用户对水质的要求l名词：水质名词：水质1.11.1、原水水质、原水水质、原水水质、原水水质水质水质：即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理、化学及生物学的综合特性。水质好坏用水质指标来衡量。水质指标水质指标：是水样中除水分子外所含杂质的种类与数量。可分为物理性水质指标、化学性水质指标、生物学水质指标、放射性水质指标。浑浊浑浊浑浊浑浊浑浊浑浊浑浊浑浊透明透明透明透明水的外观水的外观水的外观水的外观肉眼可见肉眼可见肉眼可见肉眼可见显微镜可见显微镜可见显微镜可见显微镜可见超显

2、微镜可见超显微镜可见超显微镜可见超显微镜可见电子显微镜可见电子显微镜可见电子显微镜可见电子显微镜可见分辨工具分辨工具分辨工具分辨工具0.1nm 1nm 10nm 100nm 10.1nm 1nm 10nm 100nm 1m 10m 10m 100m 100m 1mmm 1mm颗粒尺寸颗粒尺寸颗粒尺寸颗粒尺寸悬浮物悬浮物悬浮物悬浮物胶体胶体胶体胶体溶解物溶解物溶解物溶解物杂质杂质杂质杂质 杂质分类杂质分类悬浮物，胶体，溶解物悬浮物，胶体，溶解物悬浮物，胶体，溶解物悬浮物，胶体，溶解物从化学结构：从化学结构：从化学结构：从化学结构：可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类可以将水中杂质分为无机

3、物、有机物、生物等几类可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类从杂质尺寸：从杂质尺寸：从杂质尺寸：从杂质尺寸：1、悬浮物、悬浮物l使水产生浑浊，可采用下沉或上浮的方法去除。2、胶体、胶体l使水产生浑浊，往往会造成水的色、臭、味，颗粒较小，需加药剂去除。3、溶解物、溶解物l有机物：主要来源于水源污染，也有天然存在的，如腐殖质等。l无机物：水中所含的无机低分子和离子。l水质标准水质标准1.21.2、用户对水质的要求、用户对水质的要求、用户对水质的要求、用户对水质的要求水的用途广泛，不同用途功能的水，均应满足一定的水质要求，这种水质要求水质要求就是水质

4、标准。水质标准是环境标准的一种。谁？用户可分为：国际标准、国家标准、地区标准、行国际标准、国家标准、地区标准、行业标准和企业标准等不同等级。业标准和企业标准等不同等级。生活饮用水卫生标准（生活饮用水卫生标准（GB5749-85）1985年制定 检测项目共年制定 检测项目共35项，项，关于关于有机物指标有有机物指标有6项项生活饮用水卫生生活饮用水卫生规范规范2001年年发布发布检测项目共检测项目共96项，项，新增新增对有机对有机污染污染物和物和农药农药的检测、对的检测、对消毒副产消毒副产物和原物和原虫虫类类病毒病毒体的检测。体的检测。生活饮用水卫生标准（生活饮用水卫生标准（GB5749-2006

5、）21年年来首次来首次对对1985年年发布发布的的生活饮用水标准生活饮用水标准进进行行修订修订，规规定指标从原定指标从原先先的的35项项一下一下子子增加到了增加到了106项。项。这这项项新新标准标准提出了常规提出了常规42项、项、非常规非常规64项指标。项指标。与旧与旧标准标准相相比比，其增加了其增加了71项，项，修订了修订了8项项；加强了；加强了对水质有机物、对水质有机物、微生物和水质微生物和水质消毒消毒等等方面方面的要求，的要求，并基本实现了并基本实现了饮用水标饮用水标准准与与国际国际接轨接轨。我我国生活饮用水标准国生活饮用水标准 2.1 给给水水处理处理的对的对象象及目的及目的第第第第2

6、 2节节节节 给给水水处理基本方法处理基本方法给给水水处理基本方法处理基本方法去除原水中悬浮物质悬浮物质、胶体胶体、病毒病毒以及水中其他有害人体健康和影响工业生产的有有害害杂杂质质，使处理后水质满足现行生活饮用水水质标准和工业生产用水水质要求。2原水常规常规水水处理方法处理方法：2.2 给水常规处理方法给水常规处理方法原水加药常规常规水水处理方法处理方法：混合原水加药常规常规水水处理方法处理方法：混合反应原水加药常规常规水水处理方法处理方法：混合反应沉淀原水加药常规常规水水处理方法处理方法：混合反应沉淀过滤原水加药常规常规水水处理方法处理方法：3混合反应沉淀过滤消毒原水加药常规常规水水处理方法

7、处理方法：混合反应沉淀过滤消毒原水加药常规常规水水处理方法处理方法：混合反应沉淀过滤消毒原水加药澄清池常规常规水水处理方法处理方法：混合反应沉淀过滤消毒原水加药澄清池预处理方法预处理方法：预沉淀、生物过滤等深度处理方法深度处理方法：吸附、氧化、膜过滤等常规常规水水处理方法处理方法：混凝混凝混凝混凝的的去除去除对对象象混凝混凝的的去除去除对对象象 混凝混凝的的历史历史：1637年 我国开始使用明矾净水1884年 西方才开始使用 混凝混凝目的目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。去除去除对对象象：胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。范围范围：1nm0.1m（有时认为在1m）1 1、

8、混凝混凝、混凝混凝粘土粘土（50nm-4 m）细菌细菌（0.2m-80m）病毒病毒（10nm-300nm）蛋白蛋白质质（1nm-50nm）腐殖酸腐殖酸水水处理处理中中主主要的胶体杂质：要的胶体杂质：4胶体的胶体的稳稳定定性性：动力动力学学稳稳定定性性：布朗运动对抗重力。聚集稳聚集稳定定性性：胶体带电相斥（憎水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体的胶体的性性质质胶体的胶体的性性质质胶体的胶体的双双电电层层结构结构胶体的胶体的双双电电层层结构结构左图是胶体结构示意图；在粒子的中心是胶核它由数百乃至数千个分散相固体物质分子组成,在胶核表面吸附了一层

9、带同号电荷的离子，称为电位离子层,为了维持胶体离子的电中性，在电位离子层外吸附了电量与电位离子层总电量相同，而电性相反的离子,称为反离子层.电位离子层与反离子层就构成胶体粒子的双电层结构。其中电位离子层构成双电层的内层.其所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷.其电性和电荷量决定了胶体双电层的电位的符号和大小。吸附层吸附层:其中紧靠内层的反离子被电位离子牢固地吸引着,当胶核运动时,他也随着一起运动,称为反离子吸附层.固固定定层层:反离子吸附层与电位离子一起组成胶团的固定层扩散层扩散层:固定层以外的反离子,由于电位离子对他的引力较弱,不随胶核一起运动,并有向水中扩散的趋势,称为反离子扩散层.滑动面滑动

10、面:固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面.滑动面以内的部分称为胶粒,它是带电的微粒.电电位位：固固定定层与扩散层之层与扩散层之间间的的交界交界面面称为滑动面，滑动面内部胶粒与扩散层之间形成的电位差,称为电动电位,即电位。电位决定了憎水胶体的聚集稳定性，也决定亲水胶体的水化膜的阻碍程度，当电位降低，水化膜减薄至消失。DLVODLVO理理论论理理论论胶体颗粒之间存在静电斥力与范德华引力的相互作用，决定于排斥能与吸引能。排斥势能：ER1/d2吸引势能：EA1/d6（有些认为是1/d2或1/d3）由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见下图。当当胶体胶体距离距离当当胶体胶体距离距离xxxo

11、coc时时时时，吸吸引势能引势能吸吸引势能引势能占优势占优势；占优势占优势；当当当当oaoa x x ococ时时，排排时时，排排斥势能占优势斥势能占优势；当当斥势能占优势斥势能占优势；当当x=obx=ob时时，排斥势能排斥势能时时，排斥势能排斥势能最大最大，称称为为排斥能排斥能最大最大，称称为为排斥能排斥能峰峰。峰峰。5 对对曾曾水水性性胶体胶体而言而言，胶体的，胶体的布布朗运朗运动动能量能量Eb1.5kT，当当其其大大于于排斥能峰时排斥能峰时，胶体颗粒，胶体颗粒能能发发生生凝凝聚聚。以。以上称上称为为DLVO理理论论，只适只适用用于于憎憎水水性性胶体胶体.由德由德加加根根（derjagui

12、n）、）、兰道兰道（Landon）(苏苏联联，1938年年独立独立提出提出，伏维伏维（Verwey）、）、奥贝奥贝克克（Overbeek）（）（荷兰荷兰，1941年年独立独立提出提出）。）。胶体的凝聚：胶体的凝聚：胶体的凝聚：胶体的凝聚：理论方法：理论方法：降低静电斥力电位势垒（排斥能峰）脱稳凝聚 具体措施具体措施：加入电解质，但只适用于憎水性胶体（1）铝盐在铝盐在水中的化学水中的化学反应反应：铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以Al(H2O)63+存在。在水中，会发生下列过程。铝铝的的混凝混凝机机理与理与过程过程铝铝的的混凝混凝机机理与理与过

13、程过程1水解过程配位水分子发生水解生成羟基合铝离子：Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+H+其结果是：价数降低，pH升高，最终产生Al(OH)3沉淀 2缩聚反应OH发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）高价聚合离子（多核羟基络合物）其结果是：电荷升高，聚合度增大，同时多核羟基络合物还会继续水解。因此，产物包括：未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化铝沉淀。各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关。6(2)(2)混凝机理混凝机理混凝混凝机机理理 混凝：凝聚（Coagulation）絮凝（Flocculation）1压缩压缩双双电电层层（扩散

14、层扩散层压缩压缩）根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入与反离子同电荷离子压缩双电层电位稳定性凝聚2吸附吸附-电电性性中和中和这种现象在水处理中出现的较多。指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。这一点与第1条机理不同。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。3吸附吸附架桥架桥指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥。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。胶粒高分子胶粒高分子排斥排斥胶粒高分子图 6-5 架桥模型示意图 6-6

15、 胶体保护示意4网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕小胶粒与大矾花发生接触凝聚澄清池中发生的现象根据以上机理，可以解释在不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理。pH1，下沉比重500mg/L 12（*）n粘性粘性：液体作相对运动时，必然在内部产生剪力以抵抗液体的相对运动，液体的这种特性即为粘性。n粘性粘性系数系数：表示液体粘性大小的物理量，粘性大的液体，值高，粘性小的液体，值低，国际单位为牛顿秒/米2（N S/m2）或帕斯卡秒（Pa S）n液体的流态：层层流流和和紊流紊流n层层流流：液体质点在运动过程中不相互混杂、碰撞，油条不紊地运动，流股表面光滑，称为层流。n紊流紊流：液体质点在运

16、动过程中相互混杂、碰撞，运动轨迹既紊乱又有能量传递。13n雷诺数雷诺数（Re）:是用来判别液体流态的无量纲数，它综合反映影响流态的有关因素。u1.1.斯笃克斯公式斯笃克斯公式当当Re1Re1时：呈层流状态时：呈层流状态斯笃克斯公式：斯笃克斯公式：sl将式（2）代入式（1）得（2）（2）沉沉淀淀设备设备沉沉淀淀设备设备n沉沉淀淀池池n澄清池澄清池沉沉淀淀池池沉沉淀淀池池1、概述概述14，自自来来水水厂厂2、平流式沉平流式沉淀淀池池2.1 基本结构平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、缓冲区、存泥区、出水区5部分。平流式沉淀池示意图平流式沉淀池示意图出水堰进水管排泥管出水管档渣板刮泥链条进水挡板沉降线为

17、未被去除颗粒；为刚好100%去除颗粒；V为可部分去除颗粒；为可全部去除颗粒。理想沉淀池工作状态沉淀区出水区进水区污泥区V理理想沉想沉淀淀池池的的假设条件是假设条件是：（1）在沉淀池各过流断面上各点流速都相等。（2）进水中SS颗粒沿水深呈均匀分布（3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起（即认为沉到底部即视为被去除）（4）在沉降过程中悬浮颗粒以等速下沉；颗粒的水平分速等于水流速度。15原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B截截面面上其水平流速为：（1）考察顶点，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。uU0的颗粒可以全部去除，uU0的颗粒只能部分去除对用直线代表的一

18、类颗粒而言（2）（3）令（2）和（3）相等，代入（1）得：（4）BhQv0=vLt=00uht=LBQu=0即即：一般称为“表面负荷”或“溢流率”,计为q0。表面负荷在数值上等于截留速度，但含义不同。AQAQu=0=q0设原水中沉速为ui（uiu0）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点点以以下下的高度为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：AQuuuEii=0 q0在数值上等于最小沉降速度；q0，E；在离散型沉降中，当处理水量为定值时，处理效率E，仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A，q0，则E。A

19、QuuuEii=0uiq0=3、辐流式沉辐流式沉淀淀池池3.1辐流式沉辐流式沉淀淀池池结构结构辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池径可达100m，池周水深1.53.0m。有中心进水、周边出水、周边进水周边出水等几种形式。沉淀到池底的污泥一般采用刮泥机刮除，对辐流式沉淀池而言，目前常用的刮泥机械有中中心传心传动动式式刮泥机和吸泥机以及周边传周边传动动式式的刮泥机与吸泥机等。1中中央央进进水水幅流式幅流式16H1/2H出水渠1/10R进水管排泥管中心筒导流筒R出水管档渣板中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图2向心幅流式向心幅流式周边进水中心出水：进水断面大，进水易均匀周

20、边进水周边出水174、竖流式沉淀池、竖流式沉淀池4.1 竖流式沉淀池结构竖流式沉淀池结构竖流式沉淀池：有圆形、正方形和竖流式沉淀池：有圆形、正方形和多变形。为了池内水流分布均匀，池径多变形。为了池内水流分布均匀，池径一般采用一般采用4 47m7m，不大于，不大于10m10m，竖流式沉，竖流式沉淀池的深、宽（径）比一般不大于淀池的深、宽（径）比一般不大于3 3，通常取通常取2 2。沉淀区柱形，污泥斗倒锥形。沉淀区柱形，污泥斗倒锥形。竖流式沉淀池的结构竖流式沉淀池示意图竖流式沉淀池示意图进水排泥出水4.2 竖流式沉竖流式沉淀淀池池的工的工作作原原理理5、斜板斜板（管管）沉沉淀淀池池5.1斜板斜板（

21、管管）沉沉淀淀池池 构构造造斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板（管）沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流、异向流和横向流三种。污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池。异向斜流式沉淀池中，斜板（管）与水平面呈60角，长度通常为1.0m左右，斜板净距（或斜管孔径）一般为80100mm。斜板（管）区上部清水区水深为0.71.0m，底部缓冲层高度为1.0m。185.2 斜板（管）沉淀池工作原理斜板（管）沉淀池工作原理由沉淀效率公式可知：在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高

22、。斜板（管）沉淀池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，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。斜板（管）沉淀池的沉淀面积明显大于平流式沉淀池，因而可提高单位面积的产水量或提高沉淀效率。AQuuuEii=0优点：1.沉淀面积增大；2.沉淀效率高，产水量大；3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；缺点：1.由于停留时间短，其缓冲能力差；2.对混凝要求高；3.耗材，有时堵，维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管）5.3 斜板斜板（管管）沉沉淀淀池池优优缺点缺点1 1、澄清池概述澄清池概述、澄清池概述澄清池概述澄清池简介澄清池简介一种使水

23、和药剂的混合、反应以及絮凝体的分离三个过程在其中完成的设备。澄清池澄清池工工作作原原理理当脱稳杂质随水流与活性泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接接触触絮絮凝凝。澄清池澄清池澄清池澄清池澄清池澄清池分类分类澄清池分为泥渣泥渣悬浮悬浮型型和泥渣循环泥渣循环型型两种。泥渣泥渣悬浮悬浮型型（过过滤滤型型）：上升水流能够在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过这一泥渣层时，其中的絮凝体就被截留下来。如悬浮澄清池、脉冲澄清池 泥渣循环泥渣循环型型（分（分离型离型）让泥渣在垂直方向上不断循环，在运动中捕捉原水中形成的絮凝体，并在分离区加以分离。矾花不容易冲出去，但对细小矾花过滤作用差。

24、如机械加速澄清池、水力循环澄清池。2 2、悬浮悬浮澄清池澄清池悬浮悬浮澄清池澄清池结构结构：19 经混合反应后的原水由池底进入，在矾花悬浮层发生接触絮凝作用，使进水中的悬浮物得到去除。悬浮层中的泥渣吸附水中悬浮颗粒后不断增加，当超过一定高度后，由排泥窗口自动进入泥渣浓缩室，压实后定期排出池外。原原理理特点特点l悬浮澄清池结构简单，一般用于小水厂l运行适应性差（水温、水量变化时，泥渣层工作不稳定），目前已很少用。l池内水流上升速度 v0.8-1.0 mm/s3 3、脉冲澄清池脉冲澄清池脉冲澄清池脉冲澄清池结构：结构：最 高 水 位最 低 水 位悬 浮 层32146587 图 7-2 3 采 用

25、真 空 泵 脉 冲 发 生 器 的 澄 清 池 的 剖 面 图 1-进 水 室；2-真 空 泵；3-进 气 阀；4-进 水 管 5-水 位 电 极；6-集 水 槽；7-稳 流 板；8-配 水 管 原水由进水管4进入进水室1，由于真空泵2造成的真空而使进水室内水位上升，此为充水过程。当水面达到进水室的最高水位时，进气阀3自动开启，使进水室通大气，这时候进水室内水位下降，向澄清池放水，此为放水过程。当水位下降到最低水位时，进气阀3又自动关闭，真空泵则自动启动，再次使进水室造成真空，进水室内水位又上升。如此反复进行脉冲工作，从而使悬浮层产生周期性的膨胀和浓缩。水流穿过泥渣层时，其中已形成的絮凝体便被

26、泥渣截留而去除，使水得到澄清。原原理理特点特点(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)工作稳定、单池面积大、造价低，但周期不易调整。(5)构造复杂。充水时间：2530s放水时间：610s4 4、机机械搅拌械搅拌（加加速速）澄清池澄清池机机械搅拌械搅拌（加加速速）澄清池澄清池结构：结构：一次混一次混合反应合反应区区二二次混次混合反应合反应区区导流导流区区分分离离区区泥渣浓泥渣浓缩缩区区20 投药后的原水由进水管导入三角形的配水槽后由槽底的配水孔进入一次混合反应区 池中心装有叶轮，叶轮下方的叶片起着水和药剂及水和泥渣间的混合搅拌作用，叶片上方的圆

27、盘是一个低水头的离心泵，起着提升泥水混合液的作用。在二次反应区内设有导流板，用以消除因叶轮提升时所引起的水的旋转，使水流平稳地经导流区进入分离区 分离区沉降下来的泥浆由回流缝进入一次混合反应区。泥浆回流量为进水量的35倍原原理理 优优点点：处理效果好，稳定；适用于大、中水厂 缺点缺点：维修维护工作量较大；启动时有时需人工加土和加大加药量。特点特点5 5、水力循环澄清池、水力循环澄清池、水力循环澄清池、水力循环澄清池结构：结构：原水加混凝剂混合后从池底进入池内，经喷嘴2高速喷入喉管3，因此在喉管下部喇叭口4附近造成真空而吸入回流泥渣。原水与回流泥渣在喉管3中剧烈混合后，被送入第一絮凝室5和第二絮凝室6。原水中加药后形成的矾花在第一、二反应室悬浮区发挥了接触絮凝的作用，去除了进水中悬浮颗粒物。第二反应室的出水进入分离室，澄清后的水经环形集水槽流出池外，泥渣则向下流动，一部分进入泥渣浓缩室7，一部分被吸入喉管重新循环，再重复上述水流过程原原理理优优点点：不需机械搅拌，结构简单缺点缺点：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。特点特点