第七章饮用水处理厂设计.ppt

给水处理,主要内容,第一章 给水处理概论,第二章 混 凝,第三章 沉淀和澄清,第四章 过 滤,第五章 水的其它处理法,第六章 消毒,第七章 饮用水处理厂设计,第八章 软化,第九章 水的除盐与咸水淡化,第十章 水的冷却,第十一章 循环冷却水水质处理,第一章 给水处理概论,第一节 水源水质与健康,水中杂质分类,自然过程：水在自然循环过程中的溶解作用,水中杂质来源,人为因素：污染,水中物质与人体健康,人体需要的主要元素（11种）：,人体需要微量元素：,碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、钾、氯、镁,铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、硒、钼、氟、硅、锡、矾、镍、溴、铝、硼等17种,水源污染,一、污染物质 有机物 重金属 生物污染二、污染来源 工业 农业 生活 其它,2006年与1998年河流污染对比,2006年,1998年,第二节 标准与规范,1.生活饮用水卫生标准GB5749-2006 共106项指标,2.二次供水设施卫生规范 GB17051-1997,3.生活饮用水水源水质标准 CJ 3020-93,6.室外给水设计规范GB50013-2006,4.地表水环境质量标准GB3838-2002,7.工业用水水质标准,8.其它标准,5.地下水质量标准GB/T 14848-93,除浊度和悬浮物:澄清过滤,第三节 处理方法,软化除盐:离子交换、反渗透,除铁锰:接触氧化,除有机物:化学氧化、生物氧化、吸附,降水温：冷却,循环冷却水稳定处理：阻垢、防腐、杀菌,饮用水常规处理工艺,1,第二章 混 凝,第一节 混凝机理,一、水中胶体稳定性二、硫酸铝在水中的化学反应三、混凝机理,一、水中胶体稳定性,（一）胶体的基本性质-胶体的特性（1）颗粒尺寸很小，比表面积大（2）稳定而不沉淀（3）使水产生混浊（4）胶体表面带电，有电泳现象,（二）胶体结构,吸附层,扩散层,具有双电层结构,（三）胶体的稳定性,（1）布朗运动（2）静电斥力（3）水化膜作用,1.动力学稳定2.聚集稳定,胶体间的静电斥力与聚集稳定,排斥能峰,吸引 排斥 吸引,二、硫酸铝在水中的化学反应,水解反应：释放H+，增加OH-。水的pH值有降低趋势2.缩聚反应：形成多核聚合物,三、混凝机理,1.压缩双电层机理2.吸附电中和机理3.吸附架桥机理4.沉淀物的网捕和卷扫机理,第二节 混凝剂和助凝剂,第二节 混凝剂和助凝剂,一、混凝剂,有机混凝剂无机混凝剂复合混凝剂,1.无机混凝剂 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝(PAC)三氯化铁 硫酸亚铁 聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）,2、有机型混凝剂,聚丙烯酰胺,（1）合 成 高分子混凝剂,分子量在150-800万,（2)天 然 高 分 子混凝剂,淀粉类半乳甘露聚糖类纤维素衍生物类微生物多糖类动物骨胶类等,（改性壳聚糖（VCG）,（3）微 生 物高分子混凝剂,3、复合型絮凝剂,（1）无 机 一无机复合型,（2）无 机 一有机复合型,聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PA FS)、聚合硅酸氯化铝铁(PSAF)、聚合硅酸硫酸铝(PASS)、聚硫氯化铝(PACS)、聚磷酸氯化铝(PPAC)、聚硅氯化铝(PASC)、聚硅硫酸铁(PSFS)、聚合氯化硫酸铁(PFCS)、聚合磷硫酸铁(PFPS)、聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)、聚合硫基硅酸铝铁(PAFSSC)、硅钙复合型聚合氯化铝铁(SCPAFC)、钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂(SCPAC）,二、助凝剂,助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。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。,第三节 混凝动力学,1.异向絮凝2.同向絮凝3.混凝控制指标,3.混凝控制指标,（1）混合脱稳颗粒碰撞的动力：布朗运动作用和目的：药剂快速、均匀地与水混合要求：快速剧烈控制指标：时间10-30s，2min。G值700-1000/s。,（2）絮凝,絮体碰撞的动力：机械搅拌或水力搅拌作用和目的：使脱稳胶体碰撞聚集要求：有一定强度，但不能过大。控制指标：G值20-70/s。平均GT值104-105。时间10-30min。,第四节 影响混凝效果主要因素,1.水温的影响2.水的pH值和碱度的影响3.水中悬浮物浓度与性质的影响,3.水中悬浮物浓度与性质的影响,混合时胶体颗粒的碰撞速率絮凝时絮体颗粒的碰撞速率层流条件导出的公式紊流条件导出的公式,第五节 混凝剂的配制和投加,PAM低位投加系统,第六节 混合和絮凝设施,栅条网格絮凝池,静态混合器,隔板絮凝池,1,第三章 沉淀和澄清,第一节 悬浮颗粒在静水中的沉淀第二节 平流沉淀池第三节 斜板斜管沉淀池第四节 澄清池,沉淀类型,一、在静水中的沉淀 1.自由沉淀 2.拥挤沉淀 3.压缩沉淀 4.絮凝沉淀二、在沉淀池中的沉淀 1.非凝聚性颗粒的沉淀 2.凝聚性颗粒的沉淀（絮凝沉淀）,第一节 悬浮颗粒在静水中沉淀,1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀,2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀,1.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀,以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻力三种力的作用。颗粒下沉的速度可得自牛顿第二定律：,（一）颗粒在水中的重力为：F1=1/6 d3（p-l）g,u颗粒下沉速度；,m颗粒质量；,t时间。,p 颗粒的密度；,d颗粒直径；,（二）颗粒受到的阻力为：,1水的密度。,与颗粒在运动方向上的投影面积A及动压1/2lu2有关。,CD阻力系数A颗粒在运动方向垂直面上的投影面积,沉速基本公式,颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着u增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。du/dt=0,不同水流流态下的沉速公式,（1）层流下的Stokes公式（Re1）,（2）紊流下的沉速公式,（1000Re25000）,（3）过渡区的Allen公式,2.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀,第二节 平流沉淀池,第二节 平流沉淀池,符合以下三个假定,一、理想沉淀池,1.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，不在凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变。2.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。3.颗粒沉到池底即认为已被去除。,一、理想沉淀池,出水区,进水区,沉淀区,存泥区,A,m,v,u0,u0,v,出水,理想沉淀池,(1)Hazen理论：悬浮颗粒在理想沉淀池的去除率只与沉淀池的表面负荷有关，与其他因素无关。,(2)混凝效果与沉淀效果的关系：混凝效果好，则ui大，沉淀效果好。,(3)浅池理论：当颗粒沉速一定，有效溶容积一定时，池身浅些，则明表面积大，去除率高。,具有沉速ui（ui u0）的颗粒去除率,平流沉淀池去除率,二、凝聚性颗粒的沉淀过程分析,凝聚性颗粒的沉淀试验与去除百分率等值线,三、影响平流沉淀池效果因素,（1）沉淀池实际水流状况的影响,短流：,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,池内存在导流墙和刮泥设施,短流的结果，使沉淀池总的沉淀效果下降。,平流沉淀池的水流状况,水流紊动性：,Re=4000-15000,水流稳定性：,Fr10-5,改善水流状况：,降低Re，提高Fr,减小水力半径,R,R,R,（2）凝聚作用的影响,池深越大、停留时间越长，絮凝越完善，效果越好。,实际沉淀池偏离理想沉淀池。,四、平流沉淀池的构造,出水区,进水区,沉淀区,存泥区,出水,出水集水堰,桁车式吸泥机,五、平流沉淀池设计计算,控制指标：,停留时间 T,表面负荷 Q/A,第三节 斜板斜管沉淀池,异向流斜管沉淀池,其它沉淀池,竖流式沉淀池辐流式沉淀池,在给水处理中的应用：预沉,第四节 澄清池,机械搅拌澄清池构造,钟罩脉冲澄清池,钟罩脉冲澄清池,1,第四章 过 滤,第一节 概述,第二节 过滤理论,第三节 滤料和承托层,第四节 滤池冲洗,第五节 滤池,第一节 概述,普通快滤池透视图,第二节 过滤理论,一、过滤机理 1.迁移机理,拦截,沉淀,惯性,扩散,水动力,2.黏附机理,水流剪力增大，杂质深入滤层,滤层截污量示意,截污量（g/cm3）,滤层深度cm,石英砂,单层滤料,反粒度过滤,反粒度过滤方式：1.双层滤料2.三层滤料3.均质滤料,（4）直接过滤,接触过滤,微絮凝过滤,二、过滤水力学,(一)清洁滤层水头损失,水头损失H与滤速v、孔隙率m0的关系,m0是变化的。,H变化，v不变-等速过滤,v变化，H不变-变速过滤,H、v都变化-变速过滤,(二)等速过滤中的水头损失变化,滤池过滤过程中，如果滤速始终不变，称为等速过滤。,1.等速过滤概念,等速过滤滤池,进水,进水量与池内状况无关,等速过滤过程中水头损失,Ht=H0+h+Ht,等速过滤水头损失与滤速,1.变速过滤概念,过滤过程中，如果过滤水头损失始终不变，由上式可知，滤层孔隙率的逐渐减小，必然使滤速逐渐降低，这种过滤方式称为等水头变速过滤。,（三）变速过滤中的滤速变化,2.变速过滤滤池,当快滤池进水渠相互连通、且每座滤池进水阀均处于滤池最低水位以下时（保证每池进水量由池内滤层孔隙率调节）可实现变速过滤。,第三节 滤料和承托层,一、给水处理滤料基本要求,1.安全。足够的化学稳定性。2.足够的机械强度。3.一定的颗粒级配和适当的孔隙率。,二、滤料（填料）种类及特点,1.石英砂滤料 天然河砂、海砂、天然石英矿石破碎砂。密度约2.60-2.66。主要成分二氧化硅。2.无烟煤滤料 突出优点是在于化学性能稳定好。在一般的酸性、中性、碱性水中都不溶解。具有足够的机械强度。密度约1.4-1.6。,在三层过滤池中通常与无烟煤、石英砂滤料配合。密度约4.7-5.0。,3、磁铁矿滤料或重质矿石,4、石榴石滤料,石榴石又有“玉砂”或“天然金刚砂”之称，是一种岛状结构的铝（钙）硅酸盐，由于它具有硬度大（7.54-7.9摩尔）、熔点高（1313-1318）、,比重大（3.5-4.3 g/cm3）、耐酸度强、化学稳定性好等特点。,第四节 滤池冲洗,滤池冲洗方式,表9.5.16 冲洗方式和程序,一、高速水流冲洗,水冲洗强度 q,冲洗时间 t,滤层膨胀度 e,水冲洗强度及冲洗时间,水冲洗强度及冲洗时间(水温20时),水冲洗强度与膨胀度的关系,h=,s-,（1-m0）L0,膨胀后：对水流悬浮状态的滤料的阻力，等于滤料在水中的重力。,膨胀前：欧根公式,水头损失与冲洗流速的关系,水头损失,反冲洗流速,欧根公式,滤层膨胀后，再增大冲洗强度，膨胀度增加，而水头损失不再增加,二、气水反冲洗,气水冲洗强度及冲洗时间,三、配水系统,大阻力穿孔管配水系统：孔眼总面积与滤池面积之比为0.20%0.28%；中阻力滤砖配水系统孔眼总面积与滤池面积之比为0.6%0.8%；小阻力滤头配水系统缝隙总面积与滤池面积之比为1.25%2.00%。,a c,1.反冲洗大阻力配水系统,配水干管,配水支管断面,大阻力配水系统,45,2.小阻力配水系统,长柄滤头,滤板,滤头,30,10,100,水冲小阻力滤池用滤板,1.普通快滤池2.双阀滤池3.虹吸滤池4.重力式无阀滤池5.移动罩滤池6.均质滤料滤池7.压力滤罐,滤 池,1,第五章 水的其它处理法,第一节 概述第二节 地下水除铁除锰第三节 水的除氟,第一节 概述,铁是人体代血红蛋白和肌红蛋白的组成部分，参与氧的转运，是人体内生物氧化反应的成分之一。人体利用氧产生能量，必须有铁的参与。锰是机体必需的微量元素之一,作为某些代谢酶的组成部分或酶的激动剂,参与许多生物化学反应.但摄入过量的锰,则会对机体产生不良作用。主要为慢性中毒，损害中枢神经系统、生殖系统和免疫系统。,一、铁锰氟的作用与危害 铁、锰、氟是人体必须的14种微量元素之三。,二、氟的作用与危害,氟是人体生命活动不可缺少的必须微量元素之一。在必需元素中,人体对氟含量最为敏感,从满足人体对氟的需要到由于氟过多而导致中毒的量之间相差不多,因此氟对人体的安全范围比其他微量元素更窄。须更加注意自然界、饮水及食物中氟含量对人体健康的影响。氟在人体中主要分布在骨胳、牙齿、指甲和毛发中,尤以牙釉质中含量多,氟的摄入量或多或少也最先表现在牙齿上。当人体缺氟时,会患龋齿,氟多了又会患斑釉齿,如果再多,会患氟骨症等系列病症。人体中氟的主要来源是饮水,我国现行的饮用水标准规定含氟量不超过1.0mg/L,最高不得超过1.5mg/L。,贵州省燃煤污染型氟中毒,贵州省织金县普翁乡化落村，2003年初步调查，这个地区受氟中毒威胁的人口达1700多人。燃煤污染型氟中毒，主要分布在我国西南部地区的云南、四川、贵州、湖南、湖北等几个省的交界处。据了解，目前世界上燃煤污染型氟中毒只有我国存在，整个病区人口有3300万，贵州省是我国燃煤污染型氟中毒最严重的地方。全省87个县市有37个病区，受威胁人口1900万，氟斑牙患者1000多万，氟骨症患者64万。2001年11月，贵州省氟中毒的重灾区织金县对全县32个乡镇，8至12岁的17878名小学生进行了氟斑牙调查，平均患病率达到99.8。贵州有1000万氟斑牙患者，64万氟骨病人，以县为单位，氟中毒的人口1900万，占贵州人口的一半。我国有4000多万人“笑不敢露齿”！,氟斑牙,氟骨症,第二节 地下水除铁除锰,一、地下水除铁,（1）药剂氧化：氧化（反应沉淀）过滤法（2）接触氧化法：原水曝气接触氧化过滤法（3）自然氧化法：原水曝气氧化反应（沉淀）过滤法（4）地层除铁法,二、地下水除锰,1.除 锰 方法,2.除 锰 原 理,三、含铁含锰地下水的曝气,1.工艺流程（1）原水只含铁不含锰的除铁工艺（2）原水铁锰共存的除铁除锰工艺,四.地下水除铁除锰工艺与设备,2 曝气设备（1）水射器曝气（2）跌水曝气（3）穿孔管或莲蓬头喷淋曝气（4）曝气塔（5）叶轮表面曝气,2.设 备,第三节 水的除氟,主要是活性氧化铝法,1,第六章 消毒,第一节 概述 第二节 氯消毒第二节 其它消毒法,水传疾病病原体,水传疾病病原体,水传疾病病原体,为了保障饮用者的身体健康，防止水致疾病的传播，饮用水中不应含有致病微生物，其中主要是指细菌性病原微生物和病毒性病原微生物。,消毒目的,饮用水消毒水质标准,生活饮用水卫生标准GB5749-2006细菌总数不超过100 CFU/mL，总大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出，耐热大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出。大肠埃希氏菌（MPN/100mL或CFU/100mL）不得检出，游离余氯，在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，管网末梢水应不低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）。,饮用水中消毒剂常规指标及要求,第二节 氯消毒,一、氯消毒原理二、加氯量三、加氯点四、加氯设备和加氯间五、消毒副产物问题,一、氯消毒原理,1.液氯消毒原理 氯易溶于水（20和98 kPa时，溶解度为7160 mg/L）。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎同时发生：,次氯酸离解平衡常数 Ki=,表1 不同温度下次氯酸离解平衡常数,Ki=,图1 水中HOCl与OCl-的比例关系,水中HOCl与OCl-的相对比例取决于温度和pH值。,氯消毒原理,主要通过HOCl起作用。HOCl 为很小的中性分子，能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当HOCl 分子到达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。OCl-虽亦为具有杀菌能力的有效氯，但带有负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比HOCl差得多。生产实践表明，pH值越低则消毒作用越强，证明HOCl是消毒的主要因素。,当水中含有氨氮成分或向水中投加氨时，起主要消毒作用的依然是HOCl。氯加入水中产生如下反应：Cl2+H2O HOCl+HCl NH3+HOCl NH2Cl+H2O NH2Cl+HOCl NHCl2+H2O NHCl2+HOCl NCl3+H2O,2.氯氨消毒原理,二、加氯量,有关概念：加氯量可分为两部分：需氯量和余氯。余氯：包括自由性余氯和化合性余氯自由性余氯：Cl2、HOCl、OCl-化合性余氯：NH2Cl、NHCl2、NCl3,B,H,0,余氯（mg/L）,加氯量（mg/L）,C,a,b,化合性余氯,自由性余氯,折点加氯,A,2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2O,三、加氯设备和加氯间,五、氯化消毒副产物,三卤甲烷（trihalomethanes，THMs）:一氯二溴甲烷、三氯甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷等。卤乙酸（HAAS）：共五种（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸）。,安全问题,室外给水设计规范,GB50013-2006,液氯吸收系统,安全问题事例,江苏一自来水厂发生氯气泄漏事故 近百居民中毒 2004-8-138月11日，金坛市自来水厂发生氯气泄漏事故，水厂周围近百位居民相继出现咳嗽、身体局部水肿等中毒症状。一次为上午10点左右，另一次则发生在晚上7点左右，两次泄漏共有一百多当地居民不同程度中毒。厂内工人在对废旧氯气瓶进行更换阀门时，不慎引起瓶内残留氯气泄漏，由于氯气的比重较空气大，加之当时风小，突然泄漏的氯气不易扩散，浓度较高，导致附近一些居民中毒。金坛市人民医院急诊科沈医生处了解到，昨晚，该医院门诊共接收48位中毒居民，中毒较轻的患者症状为不停地咳嗽，严重者身体局部甚至出现了水肿现象，到今天上午记者采访时，仍有少量中毒居民陆续赶到医院就诊。(扬子晚报 毛茜 肖蔚),第三节 其它消毒法,1.二氧化氯消毒2.臭氧消毒3.次氯酸钠消毒4.紫外线消毒5.高频电场消毒 6.微电解消毒,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,二氧化氯消毒,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地酶；消毒能力比氯强。ClO2的投加量约为1.02.0 mg/L。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。,副产物问题,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和亚氯酸盐ClO2-的总量规定不超过1.0 mg/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。,冷却器 干燥器空气 投加出水 空压机加压 过滤器 臭氧发生器 溶解接触器 高压放电 空压机将空气送至冷却器，然后再经过滤器加以净化，再经过12级硅胶或分子筛干燥器，将空气干燥至0点（-50C）以下，最后经臭氧发生器，通过15000-175000伏高压电，在空气中放电后产生臭氧。据报道，生产1kg臭氧，需耗电20-30kw.臭氧消毒的主要缺点：1.基本建设的投资大、电耗量大、推广受限制。2.O3不能在配水管网中保持杀菌能力，因O3在水中不稳定，容易消失。3.不能储存，需边生产边使用。4.当水量和水质发生变化时，调节投加量比较困难。,臭氧消毒,臭氧是空气中的氧通过高压放电产生的。其系统布置如下：,臭氧发生器,臭氧消毒的副产物,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，目前我国很少应用。臭氧将大分子有机物氧化成小分子，可能存在有毒物，或更易产生氯消毒副产物。臭氧消毒产生的尾气对人有危害。,紫外线消毒,紫外线,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。,紫外线消毒作用,紫外线V-UV的TOC降解及产生臭氧的功能超纯水中V-UV能够与H2O发生光学反应，产生具有强氧化能力的羟基自由基OH。空气中氧气（O2）在V-UV紫外光的照射下，发生光解作用，产生臭氧（O3）。紫外线的光催化作用水中的有机污染物在紫外光的作用下能够逐步氧化成低分子的中间产物，最终生成CO2和H2O。,1,第七章 饮用水处理厂设计,厂址选择工艺流程与主要构筑物的选择平面及高程布置生产过程监控与自动控制,7.1 厂址选择,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。,7.2 工艺流程与主要构筑物的选择,7.2.1生活饮用水处理工艺 由于水源不同，水质 各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程由多种多样。以地表水作为水源时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤及消毒。,当原水浊度较低（一般在50度以下）、不受工业废水污染且水质变化不大者，可省略混凝沉淀（或沉淀）构筑物，原水采用双层滤料或多层滤料滤池直接过滤，也可在过滤前设一微絮凝池，称为微絮凝过滤。,直接过滤,当原水浊度高，含沙量大时，为了达到预期的混凝沉淀（或澄清）效果，减少混凝剂用量，应增设预沉池。,增设预沉池,受污染水源还有其他处理工艺。例如有的在常规处理工艺前增加生物预处理；有的在常规处理工艺中投加粉末活性炭等。,增加生物预处理工艺,生物处理与物化处理结合,水厂总平面图,2.高程布置,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。图77为图76中构筑物高程布置图。各构筑物之间水面高差由计算确定。,1,第一节 概述第二节 药剂软化法第三节 离子交换基本原理第四节 离子交换软化方法与系统,第八章 软化,第一节 概述,一、硬度的危害,导热系数：,1515.9 卡/m2.h.,二.水中常见溶解离子与离子关系三、软化基本处理方法,锅炉钢,碳酸钙垢,硅酸钙垢,43.01 卡/m2.h.,2.93 卡/m2.h.,锅炉的压力范围,二.水中常见溶解离子与离子关系,阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+（K+）,（1）水中常见溶解离子,阴离子：HCO3-、SO42-、Cl-,HSiO32-、CO32-,三、软化基本处理方法,1.药剂软化法,2.离子交换法,石灰软化法（1）反应原理（2）特点：能除碳酸盐硬度 不能除非碳酸盐硬度（3）石灰软化设备与参数,第二节 药剂软化法,一、离子交换树脂的结构特点,第三节 离子交换基本原理,二、离子交换树脂型号与类型,三、离子交换树脂的基本性能,四、离子交换平衡,五、离子交换速度,六、树脂层离子交换过程,一、离子交换树脂的结构,一、离子交换树脂的结构特点,可交换离子,孔道,离子交换树脂的型号,0 0 1 7,活性基团代号,骨架代号,顺序号,联接符,交联度,强酸性苯乙烯型树脂,交联度7%,离子交换树脂的类型,离子交换树脂性能,1.交联度,2.含水率,3.溶胀性,4.密度,交联剂用量百分比,每克湿树脂含水百分数,树脂吸水或转型产生的膨胀,湿真密度,湿视密度,5.交换容量,全交换容量：一定量树脂所具有的活性基 团或可交换离子的数量。mol/g。一般4.5 mol/g。,树脂交换容量比较（由大到小）：弱酸性强酸性弱碱性强碱性,工作交换容量：一定量树脂在实际工作条件下可利用的交换能力，mol/L。,四、离子交换平衡,2RNa+CaCl2=R2Ca+2NaCl,交换,再生,强酸性树脂对水中离子选择顺序,条件：常温、稀浓度,Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+或=NH4+Na+H+Li+,强酸阳离子交换树脂的选择系数,五、离子交换速度,Ca2+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,离子扩散与交换过程：,1.水中离子向树脂表面扩散，并穿过树脂表面水膜,2.水中离子在孔道中扩散 到达交换位置,4.树脂离子在孔道中扩散,5.树脂离子穿过树脂表面水膜，进入水中,3.Ca2+与Na+交换,树脂表面水膜,膜扩散,孔道扩散,孔道扩散,膜扩散,六、树脂层离子交换过程,形成中的交换带,已经形成的交换带即工作交换带厚度,保护层厚度,全饱和层,正在交换的工作层,含硬度的水,第四节 离子交换软化方法与系统,一、离子交换软化方法,二、离子交换软化装置,三、离子交换软化系统的选择,四、再生附属设备,一、离子交换软化方法,Na离子交换软化法,H离子交换软化法,H-Na离子交换软化法,串联,并联,二、离子交换软化装置,离子交换系统（无顶压逆流再生）,离子交换软化装置分类,离子交换装置,固定床,单层床,连续床,双层床,混合床,移动床,流动床,浮动床,1.固定床离子交换装置,固定床,顺流再生固定床,逆流再生固定床,水,再生液,水,再生液,（1）顺流再生固定床构造,进水管,出水管,进再生液管,排再生废液管,排气管,（2）逆流再生固定床,构造,进水管,上配水装置,树脂层,下配水装置,中间排液管,压脂层,出水口,进再生液,进排气口,钠离子交换器顺流、,逆流再生盐耗量和出水水质,逆流再生固定床效果好的原因,顺流再生,逆流再生,关键：,再生时树脂层不乱,2.浮动床,进水,出水,进再生液,再生废液,特点,1.逆流再生,2.清洗须在体外,3.流速高,4.不须顶压,5.树脂层易乱,3.流动床,三、离子交换软化系统的选择,1.Na离子交换软化,2.H离子交换软化,3.H-Na离子交换软化,串联,并联,低压锅炉用水,不单独成系统,原水硬度高、碱度大,四、再生附属设备,1.食盐系统,2.酸系统,3.除二氧化碳器,1.食盐系统,2.酸系统,1,第九章 水的除盐与咸水淡化,第一节 概述,第二节 离子交换除盐方法与系统,第三节 电渗析法,第四节 反渗透与超滤,第五节 蒸馏法,第一节 概述,一、水的纯度概念 电阻率：1cm1cm1cm体积的水所测得的电阻（cm）1.淡化水：生活及生产用的淡水 2.脱盐水：含盐量为15mg/l，强电解质大部分去除（普通蒸馏水）25电阻率 0.11.0106cm 3.纯水：去离子水，含盐量为0.1mg，强电解质绝大部分被去除，弱电解质也去除到一定程度25，0.11.0106cm。.高纯水：超纯水，导电介质几乎全被去除，水中胶粒，微生物，溶解气体和有机物等亦去除到最低程度。含盐量0.1mg/L，25，10106cm,二、海水淡化与水的除盐方法,海水淡化方法与能耗,离子交换,第二节 离子交换除盐方法与系统,一、阴离子交换树脂的交换特性,二、复床除盐,三、混合床除盐,四、离子交换双层床,五、树脂的沾污与复苏处理,第三节 电渗析法,电渗析系统,第四节 反渗透与超滤,血透用纯水工艺流程示意图,混合床构造,进水,进碱,进酸,出水,中间排水排废液,进压缩空气,1,第十章 水的冷却,第一节 冷却构筑物类型第二节 冷却塔的工艺构造第三节 水冷却的理论基础,一、循环冷却系统,1.生产设备中的热交换器2.冷却构筑物3.循环水水泵及水池,第一节 冷却构筑物类型,一、循环冷却系统,地表水、地下水、海水、自来水,冷却水系统的水源,冷却水系统的形式,直流式冷却水系统,最简单的冷却水系统,混合式冷却水系统,水温较低且系统较小,利用喷水池的冷却水系统,机械通风冷却塔循环系统,气候比较干燥地区的小型系统,应用最广泛的冷却水系统,1.水面冷却池（1）水面面积有限的水体（2）水面面积很大的水体,二、冷却构筑物类型,2.喷水池,3.冷却塔,湿式干式,1.水面冷却池,2.冷却塔,3.湿式冷却塔,自然通风冷却塔,自然通风式冷却塔是利用空气自然对流来使水冷却的，水流运动形式有喷淋、溅滴等多种.主要有进水管、出水管、分配水管、喷头和通风百叶窗等部件组成。,缺点是：占地面积大；冷却效率低；冷却效果不稳定，易受风速和风向的影响，水被吹散的损失大,优点是；构造简单；设备投资少；运行维护方便。,机械通风冷却塔,冷却塔水系统,通风式冷却塔需要消耗电能，而且维护管理比较复杂。但是它的冷却效率高，结构紧凑，占地面积小，适用范围广,抽风式机械通风横流钢制冷却塔,逆流式机械通风冷却塔,（1）,在塔内空气和水通过填料时的流动方向是相逆的：热水从上向下淋洒，而空气从下向上流动。冷却效果比较好，横断面积相对较小，其缺点是配水不够均匀，而且塔体高度较大。,（1）配水系统（2）淋水填料（3）风机（4）风筒（5）空气分配装置（6）除水器（7）集水池（8）塔体,第二节 冷却塔的工艺构造,1.冷却塔的组成部分,机械通风逆流冷却塔,（1）配水系统,2.冷却塔各组成部分作用与要求,均匀分配热水,(1)配水管系,（2）淋水填料,点滴式淋水填料,是冷却塔的关键部分。要有大的比表面积，使水与空气有大的接触面积，阻力小,（3）通风及空气分配装置,风机,均匀分配空气,（4）其他装置,百叶窗,（4）其他装置,收水器,风筒,形成风的自然对流,流线形，小阻力，有一定的高度。,集水池,塔体,集水、排污、补水,支撑作用。,一.湿空气的性质,（1）湿空气的压力 P=Pg+Pq P=RT10-3 Pg=gRg10-3 Pq=gRqT10-3Pg、Pq干空气和水蒸汽在其本身分压下的密度，Kg/m3。Rg干空气的气体常数，Rg=287.145J/（KgK）。Rq水蒸气的气体常数，Rq=461.53J/KgK,1.湿空气的热力学参数,第四节.水冷却的理论基础,（2）饱和水蒸气分压力,当空气在一定温度下，吸湿能力达到最大时，空气中的水蒸气处于饱和状态。水蒸气的分压称为饱和水蒸汽压（Pq）。湿空气的饱和水蒸气分压只与温度有关，与大气压力无关。0PqPq,（3）绝对湿度,绝对湿度每M3湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的绝对温度。其数值等于水蒸汽在分压Pq和湿空气温度T时的密度。(q),（4）相对湿度,=q/q=Pq/Pq,（5）含湿量,在含有1 kg干空气的湿空气混合气体中，其所含水蒸汽的质量x（kg）称为湿空气含湿量，也称为比湿，单位为kg/kg(干空气),（6）湿空气的密度,（7）湿空气的比热（Csh）,使总质量为（x）kg的湿空气（包括kg干空气和x kg水蒸汽）温度升高所需的热量，称为湿空气的比热，用Csh表示。Cshg+Cq x Csh=1.00+1.84x Csh一般采用.KJ/(kg),（8）湿空气的焓 i,湿空气的焓等于Kg干空气和含湿量x公斤水蒸汽的含热量之和。iigxig以的水的热量为零：水蒸汽的焓以两部分组成：a.汽化热r0=2500kJkgb.1kg干空气由升至所需的热量。,焓是相对的,二、湿球温度和水的冷却理论极限,干、湿球温度是空气的主要热力学参数，干球温度为一般温度计测得的气温。测定湿球温度时：）纱布必须完全包住水银球）风速m/s以上。,湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，也即冷却构筑物出水温度的理论极限值。,水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则是两者作用的结果。（1）当tf时 H=H+H（2）当tf时 H=H（3）当tf时 H=H-H（4）当tf时 H=0,三、水冷却的原理,传热过程：蒸发、接触、辐射,湿球温度：冷却的理论极限,水的冷却示意,1,第十一章 循环冷却水水质处理,第一节 循环冷却水水质特点和处理要求第二节 循环冷却水的积垢和腐蚀第三节 循环冷却水水质处理第四节 微生物与污垢的防止 第五节 综合处理,一、水质特点,1.循环冷却水的浓缩作用2.冷却水中CO2的散失和O2的增加3.循环冷却水的水质污染 4.水温变化,第一节 循环冷却水水质特点和处理要求,二、循环冷却冷却水的处理要求,敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标,1、基本概念,腐蚀率概念(2)点蚀参数点蚀时，腐蚀可用点蚀参数反应。点蚀系数越大，对金属危害越大。(4)缓蚀率污垢热阻。热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。,2、循环冷却水结垢控制指标,影响因素：盐分浓缩：CaCO3、CaSO4、MgSO4结垢。悬浮固体及有机物浓度。热交换器提高了水温的影响。水处理药剂。,第二节 循环冷却水的积垢和腐蚀,一、结垢,1.循环冷却水蒸发浓缩作用,2.循环冷却水CO2的散失,3.水温变化,4.化学反应产生的难溶物质,5.水质污染,二、腐蚀,1.化学腐蚀 2.电化学腐蚀(1)析氢腐蚀(2)吸氧腐蚀(3)浓差腐蚀 3.微生物腐蚀,三、污垢,1.微生物及其分泌物2.腐蚀产物(1)析氢腐蚀(2)吸氧腐蚀(3)浓差腐蚀 3.空气中的杂质进入水中,四、循环冷却水结垢和腐蚀的判别,1.极限碳酸盐硬度法,2.饱和指数法,IL=pH0-pHS,3.稳定指数法,IR=2pHS-pH0,IL=0 稳定,IL0 结垢倾向,IL0 腐蚀倾向,IR=,4.0-5.0严重腐蚀5.0-6.0轻微腐蚀6.0-7.0基本稳定7.0-7.5显著腐蚀7.5-9.0严重腐蚀,五、循环冷却水及沉积物成分分析,1.水质监测,2.设备监测,第三节 循环冷却水水质处理,控制：1.腐蚀 2.结垢 3.微生物,一、结垢控制,（1）控制循环水的浓缩倍数,（2）处理补充水,（3）提高水的极限碳酸盐硬度,（4）投加阻垢剂,阻垢剂,（1）与水中离子形成螯合物或络合物,聚磷酸盐,（2）阴离子或非离子型聚合物吸附于微晶粒表面,有机磷酸盐,（3）高分子聚合物凝聚架桥作用，将胶体颗粒结成微小絮体，悬浮在水中。,混凝剂类,二、腐蚀控制,（2）除去水中易产生腐蚀的杂质,（3）阳极保护,（1）投加缓蚀剂,（4）改进设备材质,缓蚀剂类型与缓蚀原理,（2）水中离子沉淀膜型缓蚀剂,（3）金属离子沉淀膜型缓蚀剂,（1）氧化膜型缓蚀剂,（4）吸附膜型缓蚀剂,三、除污垢与微生物控制,2.旁滤,1化学药剂法 1）氧化型杀菌剂 2)非氧化型杀菌剂 3）表面活性剂杀菌剂,四、综合处理-复方稳定,复方缓蚀阻垢剂,五、设备预膜,1表面清洗化学清洗剂清洗、冲洗,2.预膜,1,