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水质工程学复习总结水质工程学复习总结 一、概论一、概论 1、什么是不合格的天然原水？水体中的杂质存在情况及划分。、什么是不合格的天然原水？水体中的杂质存在情况及划分。不合格的天然原水不合格的天然原水：水体中杂质水体中杂质：天然水中存在的杂质重要来源于所接触的大气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种污染物也会进入天然水体。（1）、按水中杂质的尺寸，可以分为：溶解物、胶体颗粒和悬浮物 3 种。（2）、从化学结构上可将水中杂质分为：无机物、有机物、生物等几类。（3）、按杂质的来源可以分为：天然的和污染性的物质。2、用户对水质有哪些规定，掌握饮用水卫生标准。、用户对水质有哪些规定，掌握饮用水卫生标准。（P20）用户对水质规定用户对水质规定：（1）水中不得具有病原微生物；（2）水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康；（3）水的感官性状良好。饮用水卫生标准饮用水卫生标准：（1）微生物学指标：抱负的饮用水不应具有致病微生物和生物。（2）水的感官性状指标和一般化学指标：（3）毒理学指标：（4）放射性指标：3、地表水去除悬浮物为主的净水工艺及各部分的作用。、地表水去除悬浮物为主的净水工艺及各部分的作用。常规的地表水解决流程：以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水解决系统重要由澄清和消毒工艺组成，典型的水解决流程如下，其中混凝、沉淀和过滤的重要作用是去除浑浊物质，称澄清工艺。混凝：混凝剂和原水中的悬浮物混合，生成足够大的絮凝体。沉淀：絮凝体在其中沉淀除去。过滤：剩余的细小絮凝体进一步在滤池中被过滤除去。消毒：消灭水中剩余的病菌。4、地面水水源评价的意义与方法。、地面水水源评价的意义与方法。意义：保证水资源连续发展的前提，是水资源开发运用的基础。方法：概率与数理记录法、成因分析法、地理综合法。5、专业术语：富营养化水体、水体自净能力、反映速率、反映级数、水解决“反、专业术语：富营养化水体、水体自净能力、反映速率、反映级数、水解决“反映器”、浊度、色度、映器”、浊度、色度、NTU、JTU、SS、含砂量等。、含砂量等。富营养化水体富营养化水体：指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢过程中，水体中的溶解氧很也许呗耗尽，导致水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。水体自净能力水体自净能力：指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然减少的能力。反映速率反映速率：单位体积内液体中反映物消失的数量或生成物增长的数量（或浓度的增长减少）。即：反映级数：反映级数：设有化学反映方式（或称化学计量方程式）：xA+yBpC+qD 式中：A、B反映物 A 和 B；x、y反映物 A 和 B 的分子数；C、D生成物 C 和 D；p、q生成物 C 和 D 的分子数。若通过实验数据的整理，可得到上式 A 的反映速率：r(CA)=dCA/dCB=-kCACB，式中：K反映速率常数；（+）反映级数。dtdCiCir)(说明：（+）的值分别为零，1、2 时称为零级、一级、二级反映。水解决“反映器”：水解决“反映器”：重要是通过“水解决效应”这一概念作为解决设备的共性，可以把他们都称为水解决的“反映器”，从而能把他们统一起来。浊度浊度：指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍限度。色度色度：用来评价色质刺激，其值由色度坐标或主波长(或补色波长)和纯度拟定。NTU：指散射浊度单位，表白仪器在与入射光成 90角的方向上测量散射光强度。FNU 指福尔马肼散射法单位，同样表白仪器在与入射光成 90角的方向上测量散射光强度 JTU：杰克逊浊度计，是一个过去使用的单位，当时人们运用杰克逊浊度计目测浊度：将待测水样倒入一支竖直置于火焰正上方的玻璃管中，直到无法看清玻璃管为止。SS：SS 是英语（SuspendedSubstance）的缩写，即水质中的悬浮物。水质中悬浮物指水样通过孔径为 0.45m 的滤膜截留在滤膜上并于 103105烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染限度的重要指标之一，常用大写字母 C 表达水质中悬浮物含量，计量单位是 mg/l。含砂量含砂量：单位体积水体中所含的砂的比例。6、反映器的基本概念及在水解决中应用的意义。、反映器的基本概念及在水解决中应用的意义。基本概念：在化工生产过程中，都有一个发生化学反映的生产核心部分，发生化学反映的容器称为反映器。水解决应用：反映器理论的应用，2 个观点（统称为水解决反映器）水解决设备（反映器）一般在常温常压下进行，在于引用反映器理论来提高水解决理论；由于水解决中的水量较之化工中物料大的多，故结合自身特点来发展水解决反映器理论。7、常见反映动力学方程（零级、一级、二级反映）。、常见反映动力学方程（零级、一级、二级反映）。8、了解、了解 CMB、CSTR、PF 反映器的基本原理。反映器的基本原理。CMB：完全混合间歇式反映器，间歇反映是在非稳态条件下操作的，所有物料一次加进去，然后搅拌混合，反映结束后物料同时放出，无输出与输入，所有物料反映时间相同，反映物浓度随时间变化，因此化学反映速度也随时间变化，但反映器内成分永远均匀。CSTR：完全混合连续式反映器（稳态流），物料不断进出，连续流动，反映物受到极好的搅拌，因此反映器内各点浓度完全均匀，不随时间变化，反映速度亦不变。PF：推流式反映器（活塞流反映器），流体以列队形式通过反映器，液体元素在流动的方向无混合现象，反映器中每一流体元素的停留时间均相等。二、水的混凝、混凝工艺的工程设计二、水的混凝、混凝工艺的工程设计 1、专业术语：胶体的稳定性、脱稳、混凝、电位、同向絮凝、异向絮凝、最、专业术语：胶体的稳定性、脱稳、混凝、电位、同向絮凝、异向絮凝、最佳投加量、搅拌强度、佳投加量、搅拌强度、G 值、值、GT 值等。值等。胶体的稳定性胶体的稳定性：胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。脱稳脱稳：采用某种手段，使胶体粒子失去稳定性而聚结下沉的现象。因电位减少，以致失去稳定性的过程。混凝（混凝（凝聚）凝聚）：投加药剂（混凝剂），使胶体粒子失去稳定性，通过粒子间的碰撞，结合，生成大粒子的过程。（微粒之间的聚集过程）电位的作用电位的作用：减少电位，中和胶体的电性，压缩可动层，减少水膜化的厚度。异向絮凝：异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。同向絮凝：同向絮凝：由水力或机械搅拌所导致的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝 混凝剂的最佳投量：混凝剂的最佳投量：涉及理论最佳投量和最佳工艺数量。简朴的说就是以最少的混凝剂投加量达成最佳的除浊效果。搅拌强度搅拌强度 G G 值值：指速度梯度，某个方向上的一个速度差。GTGT 值值：速度梯度和反映时间的乘积。反映：G=5020s-1 1,GT=104 105 ,t=1530min 混合：G=7001000 s -1 1 ，t2min,1030s 2、混凝机理及胶体双电层结构和结构式、吸附架桥。、混凝机理及胶体双电层结构和结构式、吸附架桥。（1）基本概念 混凝（凝聚）：投加药剂（混凝剂），使胶体粒子失去稳定性，通过粒子间的碰撞，结合，生成大粒子的过程。（微粒间的聚集过程）三种假说：电中和、网络沉降、吸附架桥（2）双电层作用机理：涉及吸附、互换及压缩三种作用 （3）固定层和可动层（扩散层）称为双电层。当扩散层开的越厉害，电位越高，相反，当扩散层极度压缩，电位值接近于零，即等电状态。（4）吸附架桥机理：分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机或者无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉，此时胶体颗粒之间并不直接接触，高分子物质在两个胶体颗粒之间像桥同样将它们连接起来。3、铝盐和铁盐水解的过程及影响因素。、铝盐和铁盐水解的过程及影响因素。铝盐和铁盐混凝剂是水解决中的两类常用药剂。其中铝盐有：硫酸铝，明矾（Al2(SO4)3K2SO424H2O）、氯化铝、铝酸钠(NaAlO2)和新出现的 PAC、PAS 等。铁盐有：氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁和新出现的 PFC、PFS 等。硫酸铝的水解硫酸铝的水解：pH4 Al2(SO4)3 2Al3+3SO42-Al3+6H2O Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+H+pH5 pH=78 Al(OH)4(H2O)2-H+pH8.5 事实上在 pH=4.5，那些水合离子又可络合成高价的离子被吸附于胶粒表面即可中和电量使之脱稳，所以按照电位学说，应在 pH=4-5 条件下最佳，用于除色可达较好的效果。腐殖酸+2Al(OH)2+Al2腐殖酸(OH)2 硫酸亚铁的水解硫酸亚铁的水解：当水的 pH 值大于 8.0 时，加入水中的亚铁易被水中的溶解的氧氧化成三价铁，当原水的 pH值较低时，可将硫酸亚铁与石灰、碱性条件下活化的硅酸等碱性药剂一起使用，可促进二价铁离子氧化。当原水 pH 值较低并且溶解氧局限性时，可通过加氯来氧化二价铁：6FeSO4+3Cl2=2Fe2(SO4)3+2FeCl3 根据以上反映式，理论上硫酸亚铁与氯的投加量之比约为 8:1，但实际生产中，为使亚铁氧化迅速充足氧化，可根据实际情况略增长氯的投加量。影响因素影响因素：投加量、pH、温度等。4、混凝剂投配的关键设施（配置、计量、投加等）。、混凝剂投配的关键设施（配置、计量、投加等）。混凝剂投加设备涉及计量设备、药液提高设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。1、计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等 2、投加方式 （1）泵前投加：安全可靠，一般合用取水泵房距水厂较近者，水封箱是为防止空气进入。（2）高位溶液池重力投加：合用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加：设备简朴，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损。（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有助于药剂与水混合。3、配制方式：（1）药剂溶解：需要设立溶解池，并且设立搅拌装置，搅拌方式有：水力搅拌、机械搅拌、压缩空气搅拌。（2）溶液稀释：将已溶解好的混凝剂浓溶液稀释成生产投加时所需要的浓度，通常直接在溶液池中进行，溶液池至少需两个交替使用。为保证溶液稀释过程中混合均匀，与溶解池同样需要设立搅拌装置。5、反映动力学的基本原理。、反映动力学的基本原理。6、工程上常见的混合设备及反映池基本形式，设计要点与环节。、工程上常见的混合设备及反映池基本形式，设计要点与环节。混凝剂投加设备涉及计量设备、药液提高设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。1、计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等 2、投加方式 （1）泵前投加：安全可靠，一般合用取水泵房距水厂较近者，水封箱是为防止空气进入。（2）高位溶液池重力投加：合用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加：设备简朴，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损。（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有助于药剂与水混合。3、配制方式：（1）药剂溶解：需要设立溶解池，并且设立搅拌装置，搅拌方式有：水力搅拌、机械搅拌、压缩空气搅拌。（2）溶液稀释：将已溶解好的混凝剂浓溶液稀释成生产投加时所需要的浓度，通常直接在溶液池中进行，溶液池至少需两个交替使用。为保证溶液稀释过程中混合均匀，与溶解池同样需要设立搅拌装置。三、静水自然沉降、动水沉降分离三、静水自然沉降、动水沉降分离 1、泥沙颗粒在水中发生沉淀的几种类型。、泥沙颗粒在水中发生沉淀的几种类型。（1）非凝聚性自由沉降（高散颗粒的沉淀）：颗粒的沉降不受其他颗粒和容器器壁的影响，颗粒保持其原始的大小形状的沉降（2）凝聚性沉降：在水体中投加一种药剂，帮助水中小颗粒凝结成大颗粒使其沉降。（3）干扰沉降：颗粒沉降受到其他颗粒干扰，重要是颗粒浓度达成一定数量级，互相影响，沉速变慢。（4）成层沉降：当颗粒浓度继续增大到一定期，就产生一界面，发生界面沉降 （5）化学沉降：投加某种药剂，使溶解在水中的杂质结晶为沉淀物。2、运用因次分析法建立胶体颗粒在水中运动的数学模型。、运用因次分析法建立胶体颗粒在水中运动的数学模型。3、Stoke 公式的应用（含义、条件）。公式的应用（含义、条件）。层流区的斯托克斯（Stokes）公式 假设：1）颗粒不受周界干扰；2）水是静止的；3）水膜与水体之间的滑动（故水体对颗粒的摩擦是均匀的）；4）颗粒为刚性的（大小、密度不改变），且为圆形。注：为了便于理解，假设颗粒不动的，而包围它的水是向上流动的，水的流速恰好是 u如右图。由此得出：颗粒在水中的重力 F 重=F 阻 （1 1）颗粒在水中的重力为：）颗粒在水中的重力为：-（4-2）（2 2）水流对颗粒所产生的阻力为：）水流对颗粒所产生的阻力为：-（4-3）式中：式中：d d 颗粒直径；颗粒直径；U U 沉速；沉速；s s 颗粒密度；颗粒密度；l l 粒径长度（选用粒径长度（选用 d d）;水的密度水的密度;水的动力水的动力粘滞性系数。粘滞性系数。根据因次分析法求得：-（4-4）根据牛顿第二定律求解，简化后可得：-（4-5）（4-5）式为颗粒沉降的一般通式，但不便于应用，因 CD 难于拟定，为此将（4-5）式改写成：，认为纵坐标，lgRe 为横坐标，绘制实验曲线：实验曲线可知：Re 1 之前为直线型，而斜率为 45。故有：-（4-6）则斯笃克斯公式（Stokes）：-（4-7）上式合用于 Re 1，相称于 d0.1mm 的颗粒，但当颗粒 d1.54）颗粒约筛.13.0%，小粒径（d0.44）颗粒约筛除 19.0%。8、反冲洗水力学理论基础。、反冲洗水力学理论基础。（P150）一般对滤层都是用反向水流自下而上进行冲洗的，对过滤层进行反冲洗，一般都用滤后水，若滤层冲洗得好，滤层的初期水头损失便较小，可以获得较长的工作周期，是保证滤池经济有效工作的有效条件。特别是，假如滤层长期冲洗不净，污泥淤积其中，会使滤层固结成块，严重影响过滤效果。9、配水系统基本原理及作用。、配水系统基本原理及作用。（P160）基本原理基本原理：滤池的配水系统在滤池过滤时，能将过滤的水聚集起来引出池外，在滤池反冲洗时，能将反冲洗水均匀分布于整个滤池平面面积上，系统一般都按反冲洗的规定进行设计。作用：作用：（1）反冲洗时，均匀分布反冲洗水；（2）过滤时，均匀集中。10、各种滤池的特点及工作原理。、各种滤池的特点及工作原理。（P172）（1）粗滤料滤池（粗滤料滤池（V 型滤池）型滤池）特点：对滤层进行反冲洗时，由于滤料粒径较粗，水的反冲洗强度局限性以使之悬浮，所以不致产生水力分级现象，从而使滤层过滤时不易被堵塞，过滤周期较长，含污能力较高。工作原理：滤池的进水经池两侧的 V 型渠道流入，V 型渠道下部有水平的配水孔，进水一方面经配水孔流入池内，另一方面经渠道上部流入。进水经滤层自上向下过滤，滤后的水由下部长柄滤头收集，流入滤板下部的底部空间，进入中心配水渠，最后经出水管流出池外。（2）无阀滤池）无阀滤池 特点：一般用于中、小型水厂 优点：不需大型阀门，冲洗完全自动，造价较低，操作管理较为方便，过滤过程中不会出现负水头现象。缺陷：池体结构较复杂，滤料装卸困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应抬高了滤前解决构筑物如沉淀池的标高，从而给水厂解决构筑物的总体高程布置带来困难。工作原理：当无阀滤池过滤时，水由流量分派堰流入进水箱，再通过进水管，到达滤池顶部；水流经挡水板均匀地分派到滤层上，进行自上而下的过滤，水中的浊质便被截留在滤层中；滤后水通过承托层和小阻力配水系统，进入底部空间，再通过连通管向上流至冲洗水箱中；当冲洗水箱的水位高出滤后水管的溢流口时，水即流入清水池。（3）表面过滤）表面过滤 特点：采用硅藻土过滤器，孔隙率较高，密度低，比表面积大，不可压缩性和化学稳定性好，无毒、无味等。工作原理：运用过滤介质上小孔的筛滤作用，将颗粒物截留在过滤介质的表面，从而使之由水中除去。（4）纤维过滤池）纤维过滤池 特点：表面积大，孔隙率高，含污能力高。工作原理：以长纤维作为过滤材料，由于纤维层所受的纵向压力沿水流方向依次递增，所以纤维层沿水流方向被压缩弯曲的限度也依次增大，滤层孔隙率和过滤孔径沿水流方向由大到小分布，这样就达成了高效截留悬浮物的抱负床层状态。11、V 型滤池的基本构造及特点。型滤池的基本构造及特点。（P172 图）基本构造：基本构造：滤池平面为矩形，池中心设双层渠道，渠道上层用以排除反冲洗废水，渠道下层用以分派反冲洗水和压缩空气，渠道两侧为粗滤料层，滤料一般采用石英砂，粒径为0.91.5mm，d10 为 0.95mm 左右，K60 为 1.21.5，滤层厚度为 0.91.5m。滤层下部为长柄滤头配水系统，上部为溢流堰，以便使反冲洗废水均匀地排入排水渠道，溢流堰顶做成 45斜坡形，以便随水出流的滤料颗粒可以沉淀下来，减少流失。优点：优点：（1）采用均粒滤料，含污能力很高；（2）气水反冲洗，表满冲洗结合，反冲洗的效果比其它滤池好；（3）反冲洗布气布水均匀；（4）单个池子的面积很大；（5）合用于各种水厂，特别是大、中型水厂。缺陷：缺陷：（1）池体结果复杂，滤料较贵；（2）增长了反冲洗的供气系统。六、水的消毒六、水的消毒 1、氯的基本性质。、氯的基本性质。（P209）基本性质：氯气是一种黄色气体，有刺激性，密度为 3.2kg/m3,极易被压缩成琥珀色的液氯。液氯常温下极易气化，气化时需要吸热，长采用淋水管喷水供能。氯气易溶解于水，在 200C 和 98kPa 时，溶解度为 7160mg/L。2、氯的消毒原理。、氯的消毒原理。消毒原理：氯易溶于水中，在清水中，发生下列反映：Cl2+H2O HOCl+H+Cl-HOCl H+OCl-HOCl 和 OCl-的比例与水中温度和 pH 有关。PH 高时，OCl-较多，HOCl 和 OCl-都有氧化能力，但细菌带负电，故消毒过程中重要通过次氯酸 HOCl 起消毒作用。当 HOCl 分子达成细菌内部时，与有机体发生氧化作用而使细菌死亡。OCl-虽有氧化性，但由于静电斥力难于接近带负电的细菌，因而在消毒过程中的作用是有限的。生产实践表白，PH 值越低，消毒作用越强，从而证明了 HOCl 是起消毒作用的重要成分。3、加氯量与余氯量的关系。、加氯量与余氯量的关系。（P211 图）加氯量与剩余氯量之间的关系如下：（1）抱负状况下，水中不存在消耗氯的微生物、有机物和还原性物质时，这时所有加入水中的氯都不被消耗，即加氯量等于剩余氯量。（2）天然水中存在着微生物、有机物以及还原性无机物质。投氯后，有一部分氯被消耗（即需氯量），氯的投加量减去消耗量即得到余氯。4、加氯方法的拟定。、加氯方法的拟定。折点加氯法 水中加氯量，可以分为两部分，即需氯量和余氯。需氯量：指用于灭活水中微生物、氧化有机物和无机还原物质等说消耗的氯。当水中余氯为游离态余氯时，消毒过程迅速，并能同时除臭和脱色，但有氯味残留。当余氯为化合性氯时，消毒作用缓慢但持久，氯味较轻。5、其他消毒方法。其他消毒方法。化学消毒：（1）臭氧消毒：臭氧具有很高的氧化电位，容易通过微生物细胞扩散，通过氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链式结构而导致细胞死亡。（2）二氧化氯氧化与消毒：一般认为，二氧化氯在与微生物接触时通过一些列过程起到消毒作用：一方面附着在细胞壁上，然后穿过细胞壁与含巯基的酶反映而使细胞死亡。（3）高锰酸钾 物理消毒：紫外线消毒