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宁夏城乡供水工程技术方案及管材 设备选型高级研讨班 “水处理工艺”讲课题纲 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 环境工程设计院 张玉先 教授 . 博导 . 总工程师 联系电话： 13701747010. 1 给水系统和水质要求 1.1 给水系统 给水系统是能指供给城镇、工矿企业、居住区等单位用水的各设施组成的总体. 1.2 给水系统分类 1) 按照取水水源种类分类 — 地下 水，地表水 2) 按照供水能量的提供方式分类 — 重力 给水系统 、压力给水系统 ， 3) 按照供水使用目的和服务对象分类 4) 按照供水使用方式分类
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宁夏城乡供水工程技术方案及管材设备选型高级研讨班“水处理工艺”讲课题纲同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 环境工程设计院张玉先 教授.博导.总工程师联系电话：13701747010
1 给水系统和水质要求1.1 给水系统 • 给水系统是能指供给城镇、工矿企业、居住区等单位用水的各设施组成的总体
1.2 给水系统分类 1) 按照取水水源种类分类—地下 水，地表水 2) 按照供水能量的提供方式分类— 重力给水系统、压力给水系统， 3) 按照供水使用目的和服务对象分类 4) 按照供水使用方式分类 5) 按照给水系统供水方式分类
其中统一给水系统、分质给水系统是从供水水质方面考虑的给水系统。凡是提到城镇生活用水给水系统或城镇统一给水系统，其供水水质必须符合现行的生活饮用水卫生标准。其中统一给水系统、分质给水系统是从供水水质方面考虑的给水系统。凡是提到城镇生活用水给水系统或城镇统一给水系统，其供水水质必须符合现行的生活饮用水卫生标准。
【例题1-1】下列给水系统中，供水水质必须符合现行的生活饮用水卫生标准要求的是哪些？【例题1-1】下列给水系统中，供水水质必须符合现行的生活饮用水卫生标准要求的是哪些？ (A) 统一给水系统 (B) 城镇供水分压给水系统 (C) 所有分质给水系统 (D) 所有分区给水系统
【例题1-2】 下列地表水给水系统至少应包含的工程设施组合中，正确的是哪项？ (A) 取水构筑物、取水泵房、水处理构筑物、 清水池、输水管网 (B) 取水构筑物、水处理构筑物、二级泵房、 输水管网 (C) 取水构筑物、水处理构筑物、输水管渠 (D) 取水构筑物、水处理构筑物、输水管渠、 管网
1.3 供水规模和处理流量 供水规模——①生活综合用水、②工业、 ③浇洒道路绿化、④管网漏损（10%-12%）⑤未预见水量（8%-12%） 设计流量或处理能力——原水输水流量——自来水输水流量——
1.4 供水构筑物流量水压（1）日变化系数Kd—— • （2）时变化系数Kh——
（3）供水构筑物流量 取水构筑物流量—— 处理构筑物流量—— 供水管网流量—— 清水输水干管流量—— 二级泵房流量——
（4）供水构筑物水压 取水泵房压力—— 供水管网压力——ALQ1.852计算 清水输水干管压力——ALQ2计算 二级泵房压力——
（5）输水管设置 输水管数量 输水管流量保证率 交联管设置
1.5 水质与人体健康关系与人体健康有关的常量元素O2、C、H2、N2、Ca、P、K、S、Na、Mg、Cl2 11种为人体必须的常量元素。
与人体健康有关的微量元素 • Fe、Zn、Cu、I、Mn、Se（硒）、F、Mo • （鉬）、Co（钴）、Cr （铬） 、Ni（镍）、V（钒）、Sn（锡）、Si 14种为人体微量元素
安全自来水：原水： CODＭｎ＜4 mg/L自来水： CODＭｎ＜2 mg/L TOC ＜5 mg/L UV254＜0.08
2、地表水处理工艺 2.1 地表水水源水质特点 （1）天然水源中的杂质 按照其化学结构划分，可分为无机物、有机物和水生物； 按照尺寸大小区分，可分成： 悬浮物100μm ~1mm 胶体10nm ~100nm 溶解杂质0.1nm ~1nm
水中的悬浮物和胶体颗粒是产生浑浊度的根源。水中的悬浮物和胶体颗粒是产生浑浊度的根源。 浊度的高低不仅和胶体颗粒、细小悬浮颗粒杂质的含量有关，还和这些杂质的分散程度有关。
水中的有机物，如腐殖质及藻类等、往往会造成水的色、臭、味增加。随生活污水排入水体的病菌、病毒及原生动物等病原体会通过水体传播疾病。水中的有机物，如腐殖质及藻类等、往往会造成水的色、臭、味增加。随生活污水排入水体的病菌、病毒及原生动物等病原体会通过水体传播疾病。 悬浮物和胶体颗粒、藻类以及吸附在胶体颗粒上的有机污染物是饮用水处理的主要去除对象。粒径大于0.1mm的泥砂去除较易，通常在水中可很快自行下沉。而粒径较小的悬浮物和胶体杂质，需投加混凝剂方可去除。
溶解气体 天然水体中的氧主要来源于空气中氧的溶解，部分来自藻类和其他水生植物的光合作用。不受工业废水或生活污水污染的天然水体，溶解氧含量一般为5~10mg/L。最高含量不超过14mg/L。当水体受到废水污染时，溶解氧含量降低。严重污染的水体，溶解氧甚至为零。
江河水中的CO2含量一般小于30mg/L，地下水中CO2含量约每升几十毫克至几百毫克，海水中CO2含量很少。水中CO2约99％呈分子状态，仅1％左右与水作用生成碳酸。江河水中的CO2含量一般小于30mg/L，地下水中CO2含量约每升几十毫克至几百毫克，海水中CO2含量很少。水中CO2约99％呈分子状态，仅1％左右与水作用生成碳酸。 天然水中所含主要阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+；主要阴离子有 HCO3、SO4、Cl-。此外还含有少量K+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等离子
（2）受污染水源中常见污染物 有直接毒害作用的无机污染物主要是氰化物、砷化物和汞、镉、铬、铅、铜、铊、镍、铍等重金属离子。地表水中这类无机污染物主要来源于工业废水的排放。 目前主要污染物是COD、NH3-N
（3）黄河水源水质特点 我国黄河上游和其它高浊度水源，泥沙含量高、曾达370kg/m3. 且粒径大于0.03mm的颗粒占有30%以上，容易淤积在絮凝池和沉淀池底部难以清除，通常采用预沉处理。
常用的预沉池有两种形式：一是结合浑水调蓄用的调蓄池，同时作为预沉池。二是辐流式预沉池。常用的预沉池有两种形式：一是结合浑水调蓄用的调蓄池，同时作为预沉池。二是辐流式预沉池。 调蓄预沉池容积根据河流流量变化、沙峰延续时间和积泥体积确定。预沉时间一般10天以上。调蓄预沉池大多不设置排泥系统，采用吸泥船清除积泥。
要用于去除水中粒径较大的泥沙颗粒的沉淀构筑物称为沉沙池。要用于去除水中粒径较大的泥沙颗粒的沉淀构筑物称为沉沙池。 沉沙池在污水处理中广泛应用。为去除水源水中粒径为0.1mm以上的泥沙，减小后续处理构筑物负荷和调蓄水库沙峰负荷，可在预沉池或沉淀池前设置沉沙池。给水处理和污水处理中的沉沙池，去除泥沙的原理和构造基本相同。考虑到所处理的水质差别，设计时应注意以下两点：
1）给水处理中所需去除的泥沙来自天然水源，沙粒表面附着的有机物很少；污水处理中所需去除的沙粒表面通常附有约15%左右的有机物。因此，给水处理一般采用平流式沉沙池或水力旋流沉沙池，不采用曝气沉沙池。1）给水处理中所需去除的泥沙来自天然水源，沙粒表面附着的有机物很少；污水处理中所需去除的沙粒表面通常附有约15%左右的有机物。因此，给水处理一般采用平流式沉沙池或水力旋流沉沙池，不采用曝气沉沙池。
2）给水处理中所要去除沙粒径较小，一般在0.1mm以上，而污水处理所需去除的沙粒径较大，一般在0.2mm以上。因此，用于给水、污水处理的沉沙池沉淀时间有所不同。一般说来，给水处理的沉沙池体积大于污水处理中的沉沙池体积。用于高浊度水的沉沙池可与预沉池合在一起。
（1）粉沙胶体结构 胶核总电位——Ø电位 吸附层表面电位——ζ电位=-15～-30mv 扩散层表面0电位
ζ电位的高低和水中杂质成份、粒径有关。同一种胶体颗粒在不同的水体中，因附着的细菌、藻类及其它杂质不同，所表现的ζ电位值不完全相同。 由于无法把吸附层中的反离子层分开，只能在胶粒带着一部分反离子吸附层运动时，测定其电泳速度或电泳迁移率换算成ζ电位。
（2）带有ζ电位的憎水胶体颗粒在水中处于运动状态，并阻碍光线透过而使水体产生浑浊度。水的浑浊度高低不仅和含有的胶体颗粒的重量浓度有关，而且和胶体颗粒的分散程度（即粒径大小）有关。（2）带有ζ电位的憎水胶体颗粒在水中处于运动状态，并阻碍光线透过而使水体产生浑浊度。水的浑浊度高低不仅和含有的胶体颗粒的重量浓度有关，而且和胶体颗粒的分散程度（即粒径大小）有关。
（3）胶体颗粒聚集稳定性 稳定性因素——电荷、布朗运动 不稳定性因素——引力、布朗运动
2.3、水的混凝(1) 混凝原理 通过投加电解质使水中胶体颗粒及细小的悬浮颗粒相互聚结的过程称为混凝 亲水胶体、憎水胶体颗粒和水组成的分散系的性质取决于胶体颗粒粒度分布。 • ①电性中和 ② 吸附架桥 ③沉淀网捕
【例题2-1】粉砂形成的胶体颗粒在水中不稳定的主要原因是（）。【例题2-1】粉砂形成的胶体颗粒在水中不稳定的主要原因是（）。 A、表面电斥力作用 B、表层水化膜作用 C、相互之间的引力作用
（2）水温影响水温对混凝效果有明显的影响。我国气候寒冷地区，冬季从江河水面以下取用的原水受地面温度影响，到达水处理构筑物时，水温有时低达0～2℃。通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散。（2）水温影响水温对混凝效果有明显的影响。我国气候寒冷地区，冬季从江河水面以下取用的原水受地面温度影响，到达水处理构筑物时，水温有时低达0～2℃。通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散。
（3）水的pH值和碱度影响水的pH值对混凝效果的影响程度，视混凝剂品种而异。对硫酸铝而言，水的pH直接影响Al3+的水解聚合反应。用以去除浊度时，最佳pH值在6.5～7.5之间（3）水的pH值和碱度影响水的pH值对混凝效果的影响程度，视混凝剂品种而异。对硫酸铝而言，水的pH直接影响Al3+的水解聚合反应。用以去除浊度时，最佳pH值在6.5～7.5之间
用以去除水的色度时，pH值宜在4.5～5.5之间、pH＝7.5时的硫酸铝投加量，约比pH＝5.5时的投加量增加一倍。 采用三价铁盐混凝剂时，适用的pH值范围较宽。 高分子混凝剂的混凝效果受水的pH值影响较小。对水的pH值变化适应性较强。
（4）水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞率大大减小，混凝效果差。（4）水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞率大大减小，混凝效果差。
现状 混合不均匀—— 水头损失偏小—— 堵塞、构造不合理—— 絮凝时间较短——
(5)提高混凝效果的措施之一选用混凝剂 1）复合型无机高分子 含有铝、铁、硅成份的聚合物。所谓“复合”，即指两种以上具有混凝作用的成份和特性互补集中于一种混凝剂中。例如，用聚硅酸与硫酸铝复合反应，可制成聚硅硫酸铝（PSiAS） 分子量10万道尔顿
这类混凝剂的分子量较聚合铝或聚合铁大很多，且当各组分配合适当时，不同成份具有优势互补作用这类混凝剂的分子量较聚合铝或聚合铁大很多，且当各组分配合适当时，不同成份具有优势互补作用
2）有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂又分为天然和人工合成两类。在给水处理中，人工合成的日益增多。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许多链节组成且常含带电基团，故又被称为聚合电解质。2）有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂又分为天然和人工合成两类。在给水处理中，人工合成的日益增多。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许多链节组成且常含带电基团，故又被称为聚合电解质。
3）助凝剂用以提高混凝效果的辅助药剂称为助凝剂。常用的助凝剂多是高分子物质。从广义上而言，凡能提高混凝效果或改善混凝剂作用的化学药剂都可称为助凝剂。用以改善絮凝体结构，促使细小而松散的颗粒聚结成粗大密实的絮凝体。3）助凝剂用以提高混凝效果的辅助药剂称为助凝剂。常用的助凝剂多是高分子物质。从广义上而言，凡能提高混凝效果或改善混凝剂作用的化学药剂都可称为助凝剂。用以改善絮凝体结构，促使细小而松散的颗粒聚结成粗大密实的絮凝体。
活化硅酸由水玻璃加酸活化制取活化硅酸，最重要的是控制加酸量和活化时间，即控制中和度及活度。中和度直接关系到活化硅酸的凝冻时间，并对活化硅酸的长期保存有重要影响。活化硅酸由水玻璃加酸活化制取活化硅酸，最重要的是控制加酸量和活化时间，即控制中和度及活度。中和度直接关系到活化硅酸的凝冻时间，并对活化硅酸的长期保存有重要影响。
【例题2-2】下列有关助凝剂的作用叙述中，正确的是何项？【例题2-2】下列有关助凝剂的作用叙述中，正确的是何项？ A：聚丙烯酰胺助凝剂既有助凝作用又有混凝作用； B：石灰、氢氧化钠主要促进混凝剂水解聚合，没有混凝作用； C：投加氯气破坏有机物干扰，既有助凝作用又有混凝作用； D：投加粘土提高颗粒碰撞速率，增加混凝剂水解产物凝结中心，既有助凝作用又有混凝作用。
(6) 提高混凝效果措施之二 • ——改善混合絮凝条件1）混合设备 迅速分散混凝剂，使其在水中的浓度保持均匀一致，，一般取10-30s，最多不超过2min。
水泵混合 • 采用水泵混合时，混凝剂调配浓度取10～20%，均匀程度达95%以上，距絮凝池不宜大于120m • 管式混合 • 利用水厂絮凝池进水管中水流速度变化，均匀程度达90%左右
2)絮凝（反应）构筑物根据大多数水源的水质情况分析，取絮凝时间T=15～30min，起端水力速度梯度100s-1左右，2)絮凝（反应）构筑物根据大多数水源的水质情况分析，取絮凝时间T=15～30min，起端水力速度梯度100s-1左右， • 末端10～20s-1，GT值=104～105，可保证较好的絮凝效果。
【例题2-3】混凝剂投入水中不同的混合特点叙述中，正确的是何项？【例题2-3】混凝剂投入水中不同的混合特点叙述中，正确的是何项？ A：水泵混合迅速均匀不必另行增加能源 B：管式静态混合是管道阻流部件扰动水体 发生湍流的混合，不耗用能量； C：机械搅拌混合迅速均匀，需要另行增加 设备，耗用能量； D：水力混合池混合是利用水流跌落或改变 水流速度、方向产生湍流的混合，不耗用 能量。
2.4、黄河水源水沉淀、澄清和气浮1) 沉淀分类 • 在水处理工艺中，水中悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离出来的过程称为沉淀。当颗粒的密度大于水的密度时，则颗粒下沉；相反，颗粒的密度小于水的密度时，颗粒上浮。 • 未经预沉的高浊度水属于拥挤沉淀—— • 经过预沉的高浊度水属于自由沉淀——
2) 常用的自由沉淀构筑物 ①平流沉淀池
