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生产员工培训资料
第一部分 给 水 处 理
第1章 混 凝
1.1 混凝机理
简而言之,混凝就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。这一过程涉及三方面的问题：水中胶体粒子(包括微小悬浮物）的性质；混凝剂在水中的水解物种；胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。
1。1。1 水中胶体稳定性
所谓“胶体稳定性”，系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性，分“动力学稳定”和“聚集稳定"两种.
动力学稳定系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子愈小,动力学稳定性愈高。
聚集稳定系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，在布朗运动作用下,有自发地相互聚集的倾向，但是由于粒子表面同性电荷的斥力作用或者水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。不言而喻,如果胶体粒子表面电荷或者水化膜消除,便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生.因此，胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。
1。1。2 混凝机理
水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类的混凝剂以及不同的水质条件,混凝剂作用机理都有所不同。混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有3种:电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这3种作用究竟以何者为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子性质、含量以及水的PH值等。这三种作用有时会同时发生，有时仅其中1—2种机理起作用。
1.2 混凝剂和助凝剂
1。2。1 混凝剂
应用于饮用水处理的混凝剂应符合以下基本要求：混凝效果好；对人体健康无害；使用方便；货源充足，价格低廉.
混凝剂种类很多,按化学成分可以分为无机和有机两大类。无机混凝剂品种较少，目前主要是铁盐和铝盐及其聚合物，在水处理中用的最多。有机混凝剂种类很多，主要是高分子物质，但在水处理中的应用比无机少。
（1） 无机混凝剂
常用的无机混凝剂列于表1—1.
聚合铝 聚合铝包括聚合氯化铝和聚合硫酸铝等，目前使用最多的是聚合氯化铝。
聚合氯化铝又名碱式氯化铝或羟基氯化铝。它是以铝灰或者含铝矿物作为原料，采用酸溶或碱溶法加工制成。由于原料和生产工艺不同,产品规格也不一致。分子式中的m为聚合度，单体为铝的羟基配合物.例如为m=8,n=5的聚合物或多核配合物,溶于水后,即形成聚合阳离子，对水中胶粒起电性中和及架桥作用。聚合氯化铝对水的Ph值变化适应性比较强，效果较好。
常用的无机混凝剂 表1-1
名称
化学式
铝
系

硫酸铝

明矾
（钾矾)
（胺矾）
聚合氯化铝（PAC）

聚合硫酸铝（PAS）

铁
系

三氯化铁

硫酸亚铁

聚合硫酸铁（PFS）

聚合氯化铁(PFC)

（2） 有机高分子混凝剂
有机高分子混凝剂分为天然和人工合成两类。使用最为广泛的人工合成有机高分子混凝剂(其中包括水解产品）为聚丙烯酰胺(PAM）.
1.2。2 助凝剂
当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。助凝剂通常为高分子物质.其作用往往是为了改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。
水厂常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅酸、海藻酸钠等.
聚丙烯酰胺及其水解产物是高浊度水处理中使用最多的助凝剂。投加这类助凝剂可大大减少铝盐或者铁盐混凝剂用量。
上述各种高分子助凝剂往往也可单独作混凝剂用，但是阴离子型高分子物质作混凝剂效果欠佳，作助凝剂配合铝盐或铁盐使用效果更显著.
从广义来说，凡能够提高或者改善混凝剂作用效果的化学药剂都可以称为助凝剂。
1.3 影响混凝效果的主要因素
要使杂质颗粒之间或杂质与混凝剂之间发生絮凝，一个必要条件是使颗粒之间相互碰撞。推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两方面：颗粒在水中的布朗运动；在水力或机械搅拌下造成的流体运动。由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称“异向絮凝”；由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝”。
在混合阶段，药剂快速、均匀分散于水中有利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。由于上述过程很快（特别对铝盐和铁盐混凝剂而言)，故混合要快速剧烈,通常在10~30s至多不超过2min即告完成。在絮凝过程中，絮凝体尺寸逐渐增大，由于大的絮凝体容易破碎，故自絮凝开始到絮凝结束，速度梯度（G值）应该逐渐减小。采用水力絮凝池时，水流速度应逐渐减小；采用机械絮搅拌时,搅拌强度应逐渐减小。
影响混凝效果的因素表较复杂，其中包括水温、水化学特性、水中杂质性质和浓度以及水力条件等。
1。3。1 水温影响
水温对混凝效果有明显影响，其原因主要有:1、无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难。2、低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于胶粒脱稳凝聚。同时，水的粘度大时，水流剪力增大,影响絮凝体的成长。3、水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚，而且水化膜内的水由于粘度和重度增大，影响了颗粒之间的粘附强度。4、水温和pH值有关。水温低时，水的pH值提高，相应的混凝最佳pH值也将提高。
为了提高低温水混凝效果，常用方法是增加混凝剂投加量和投加高分子助凝剂.
1。3。2 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。
1.3。3 水中悬浮物浓度的影响
从混凝动力学可知，水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞速率大大减少，混凝效果差。为提高低浊度原水的混凝效果,常采取以下措施：1.在投加铝盐或铁盐的同时，投加高分子助凝剂,如活化硅酸或者聚丙烯酰胺等。2.投加矿物颗粒（如粘土等)以增加混凝剂水解产物的凝结中心,提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密实度。3.采用直接过滤法。即原水投加混凝剂后经过混合直接进入过滤.
如果原水悬浮物含量过高，为使悬浮物达到吸附电中和脱稳作用，所需要的铝盐或铁盐混凝剂量将相应的大大增加.为减少混凝剂用量，通常投加高分子助凝剂，如聚丙烯酰胺及活化硅酸等.
1.4 混凝剂的配置和投加
1。4。1 混凝剂溶解和溶液配置
混凝剂投加分为固体投加和液体投加两种方式,固体投加方式在我国较少采用.
1。4。2 混凝剂投加
（1） 计量设备
电磁流量计；计量泵等
（2） 投加方式
常用投加方式有：
1） 泵前投加 药液投加在水泵吸水管或者吸水喇叭口处，这种方式一般适用于取水泵房距离水厂处理设施距离较近者.
2） 位溶液池重力投加
3） 水射器投加
4） 泵投加 泵投加有两种方式：一是采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵)，一是采用离心泵配上流量计.
1。5 混合和絮凝设备
1。5.1 混合设备
混合设备的基本要求是:药剂与水的混合必须快速均匀。常用的混合设备有三类：水泵混合；管式混合；机械混合。
（1） 水泵混合
水泵混合是我国常用的混合方式.药液投加在取水泵吸水管或者吸水喇叭口处，利用水泵叶轮的高速
旋转以达到快速混合目的.这种方式一般适用于取水泵房距离水厂处理设施较近者，因为当距离较远时,经水泵混合后的原水在长距离管道输送过程中，可能过早地在管道中形成絮凝体.已形成的絮凝体在管道中一经破碎,往往难于重新聚集，不利于后续絮凝,并且当管道流速低时，絮凝体还可能沉积管中。所以，水泵混合通常用于取水泵房与水处理设施距离不大于150m的情况。
（2） 管式混合
最简单的方式为：将药剂直接投入水泵压水管中以借助管中流速进行混合.管中流速不宜低于1m/s，
投药点后的管内水头损失不小于0.3-0.4m。投药点至末端出口距离以不小于50倍管道直径为宜。为了提高混合效果，可在管道内增设孔板或者文丘利管.此种混合效果不稳定.
目前广泛采用的管式混合器为“管式静态混合器”。另一种管式混合器为“扩散混合器”。
（3） 机械混合池
机械混合池是在池内安装搅拌装置，以电动机驱动搅拌器使水和药剂混合。这种方式的优点是混合效
果好，不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂，缺点是增加机械设备并相应增加维修工作.
1.5。2 絮凝设备
絮凝设备的基本要求是：原水与药剂经过混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。絮凝池形式较多，概括分为：水力搅拌式和机械搅拌式。各种絮凝池的特点见表格1—2：絮凝池的形式和特点。
絮凝池的形式和特点 表2
类型
特点
使用条件
隔板式絮凝池
往复式
优点:絮凝效果好,构造简单，施工方便；
缺点：溶剂较大，水头损失较大，转折处矾花易破碎.
水量大于30000的水厂；水量变动小者.
回转式
优点：絮凝效果好,水头损失小,构造简单，管理方便
缺点：出水流量不易分配均匀，出口处易积泥
水量大于30000的水厂;水量变动小者；改建和扩建旧池更适用。
折板式絮凝池
优点：絮凝效果好，絮凝时间短,容积较小；
缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价较高。
水量变动较小的中小型水厂

涡流式絮凝池
优点：絮凝时间短，容积小，造价较低；
缺点:池子较深，池底施工较困难,絮凝效果较差.
水量小于30000的水厂

网格、栅条絮凝池
优点：絮凝效果好，水头损失小,可适应水质、水量的变化；
缺点:末端池底易积泥

机械絮凝池
优点：絮凝效果好，水头损失小，可适应水质、水量的变化；
缺点：需机械设备和经常维修
大小水量均适用，能适应水量变动较大者
悬浮絮凝池加隔板絮凝池
优点：絮凝效果好，水头损失小，造价较低;
缺点：斜挡板在结构上处理较困难,重颗粒泥砂易堵塞在斜挡板底部
中小型水厂
第2章 沉淀和澄清
2。1 悬浮颗粒在静水中的沉淀
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。给水处理中，常遇到两种沉淀，一种是颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀；另一种是颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。
2。1。1 悬浮颗粒在静水中的自由沉淀
颗粒在静水中的沉淀速度取决于：颗粒在水中的重力和颗粒下沉时所受水的阻力。
2.1。2 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀
当大量颗粒在有限的水体中下沉时，被排挤的水便有一定的速度,使颗粒所受到的水阻力有所增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉速称为拥挤沉速。
悬浮颗粒在静水中的拥挤沉速一般用实验方法来测定。
2。2 平流式沉淀池
2.2.1 非凝聚性颗粒的沉淀过程分析
所谓理想沉淀池,应符合以下3个假定：
1。 颗粒处于自由沉淀状态；
2。 水流沿着水平方向流动；
3。 颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水中.
平流式沉淀池为矩形水池.按照上述假定，理想沉淀池工作情况如图2—1.原水进入沉
淀池，在进水区被均匀分配在截面A-B上，其水平流速为：
(2-1）
式中 ——水平流速，
-—流量,
-—水流截面A—B的高度，
B—-水流截面A-B的宽度，
如图2—1,直线I代表从池顶A点开始下沉而能够在池底最远处点之前沉到池底的颗粒的运动轨迹；直线II代表从池顶A开始而不能沉到池底的颗粒的运动轨迹；直线III代表从池顶A点开始下沉而刚好沉到池底最远处点的运动轨迹.设沉淀池的水平流速为,按直线III运动的颗粒的响应沉速为,于是，凡是沉速大于的一切颗粒都可以沿着类似直线I的方式沉到池底；凡是沉速小于的颗粒，如果从池顶A点开始下沉，肯定不能沉到池底而沿着类似直线II的方式被带出池外；可以看出，直线III所代表的颗粒沉速具有特殊意义，一般称为“截留沉速”。实际上它反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速，因为凡是沉速等于或者大于沉速的颗粒能够全部被沉掉。
对于直线III所代表的一类颗粒而言，流速和都与沉淀时间有关：
（2-2)
（2—3）
式中 ——沉淀区的长度，
—-沉淀区的水深，
——水在沉淀区中的停留时间，
-—颗粒的截留沉降速度，
——水平流速，
令式(2—2）与（2-3）相等，并以式（2—1)代入,整理得下式：
（2—4）
上式中是沉淀池水面的表面积，因此上式的右边就是单位沉淀池表面积的产水量，可以用下式表示：
（2-5）
式中，一般称为“表面负荷”或“溢流率”。式（2-5)表明：表面负荷在数值上等于截留沉速，但含义不同.后者代表自沉顶A开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。
为了求得沉淀池的总的沉淀效率，先讨论某一特定颗粒即具有沉速的颗粒的去除百分比。需要指出的是，此特定颗粒的沉速必定小于。
利用图2-1，可以求得沉速为的颗粒的去除率应为：
（2—6）
另外，因为三角形和三角形相似，所以有：
，即 (2—7）
同理有： （2-8）
将式(2-7)和（2-8）代入式（2—6)，得到某特定颗粒的去除率公式为：
(2-9）
将式(2—5)代入式(2-9）,得到下式：
(2—10)
由式(2—10)可知：悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关，而与其他因素(如水深、池长、水平流速和沉淀时间）均无关.这一理论早在1904年已由哈真(Hazen）提出。
需要指出的是，在实际沉淀池中，除了表面负荷以外，其他许多因素对去除率还是有一定影响的，这将在后面讨论。
公式（2—10)反应下列两问题:
（1）当去除率一定时，颗粒的沉速越大则表面负荷也越高，亦即产水量越大；或者当产水量和表面积不变时，越大则去除率越高。颗粒沉速的大小与混凝效果有关，所以生产上一般均重视混凝工艺。
（2）颗粒沉速一定时，增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些,去除率可以高些，此即“浅池理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
以上讨论的是某一种特定的“具有沉速的颗粒”（<）的去除率。实际上，原水中沉速小于的颗粒众多，这些不同的颗粒的总的去除率是个别颗粒去除率`的总和。
理想沉淀池总的去除率的计算为：
（2-11)
式中 ——所有沉速小于截留沉速的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；
--能够在沉淀池内去除的，沉速小于的所有颗粒重量占全部颗粒重量的百分率;
-—理想沉淀池的截留速度；
——小于截留沉速的颗粒沉速；
——所有沉速小于的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；
——具有沉速为的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率.
2.2.2 影响平流式沉淀池沉淀效果的因素
实际平流式沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要原因有：
（1） 沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。
实际沉淀池会因为: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；风浪引起的短流；池内存在的导流壁和刮泥设施等原因而产生的短流而偏离理想沉淀池条件。
短流:一部分水通过沉淀区的时间小于理想沉淀池理论时间，另一部分水流则大于理想沉淀池理论时间的现象。
（2） 凝聚作用的影响
原水通过絮凝池后，悬浮杂质的絮凝过程在平流式沉淀池内仍继续进行，这导致实际沉淀池偏离理想沉淀池的假定条件.
第3章 过滤
3.1 过滤概述
在常规水处理过程中，过滤一般指一石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。滤池进水浊度一般在10度以下，滤后水浊度必须达到饮用水标准。当原水浊度较低(一般在100度以下），且水质较好时，也可用原水直接过滤。过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度的降低而被部分去除。至于残留在滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被消灭,这就为滤后消毒创造了良好条件。
滤池工作过程：过滤—冲洗。从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为滤池工作周期;从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。
滤池有多种形式.常用滤池的特点及适用条件见表3—1。
常用滤池特点及适用条件 表3-1
名称
性能特点
使用条件
进水浊度
规格
普通块滤池

单层
滤料
优点：1.运行管理可靠，有成熟的运行经验
2。池身较浅
缺点:1。阀门较多
2.一般为大阻力冲洗，需设冲洗设备
一般不超过20度

1。大、中、小型水厂均可适用
2。单池面积一般不大于100㎡
双层
滤料
优点：1.滤速较其他滤池高
2。含污能力较大（约为单层滤料的1.5-2.0倍），工作周期较长；
3。无烟煤作滤料易取得
缺点：1.滤料粒径选择较严格
2.冲洗时操作要求较高，常因煤粒不符合规格,发生跑煤现象；
3。煤砂之间易积泥
一般不超过20度。
个别时间不超过50度
1。大、中、小型水厂均可适用
2.单池面积一般不大于100㎡
3.用于改建旧厂普通快滤池(单层滤料）以提高出水量
接触双层滤料滤池
优点：1.可一次性净化原水，处理构筑物少,占地少；
2.基建投资低
缺点1。加药管理复杂
2.工作周期较短
3.其他缺点同双层滤料普通快滤池
一般不超过150度
据目前运行经验,用于5000以下小水厂较合适
虹
吸
滤
池
优点：1.不需大型闸阀，可节省阀井
2。不需冲洗水泵或水箱
3。易于实现自动化控制
缺点：1.一般需设置抽真空的设备
2。池深较大，结构较复杂
同单层滤料普通快滤池
1。适用于大、中型水厂
2。一般采用小阻力配水，每格池面积不易大于25㎡
无
阀
滤
池
重
力
式

优点：1。一般不设闸阀
2。管理维护较简单，能自动冲洗
缺点：清砂较为不便
同普通快滤池
1.适用于中、小型水厂
2.单池面积一般不大于25㎡
压
力
式

优点:1。可一次净化，单独成一小水厂
2.可省去二级泵站
3.可作小型、分散、临时性供水
缺点：轻砂较为不便
其他缺点同接触双层滤池
同接触双层滤池
1.适用于小型水厂
2。单层面积一般不大于5㎡
移动冲洗罩滤池
泵
吸
式
优点：1.一般不设闸阀
2。易于实现自动化控制，连续过滤
3。构造简单，占地省，池身浅
4。减速过滤
缺点：1.管理、维修要求高
2。施工精度要求高
3。设备复杂,反冲罩易坏
一般不超过10度，个别不超过15度
1.适用于大、中型水厂
2.单层面积一般不大于10㎡
虹
吸
式
优点：1。一般不设闸阀
2.不需冲洗水泵或水箱
3。易于实现自动化控制，连续过滤
4.构造简单，占地省，池身浅
5.减速过滤
缺点：1.管理、维修要求高
2.施工精度要求高
3.设备复杂,反冲罩易坏
一般不超过10度，个别不超过15度
1.适用于大、中型水厂
2。单层面积一般不大于10㎡
压力滤池
优点：1.滤池多为钢罐,可预制
2.移动方便,可作临时性给水
3。用作接触过滤时,可一次净化原水省去二级泵站
缺点：1.需耗用钢材
2。清砂不够方便
3。用作接触过滤时，缺点同接触双层滤池
同普通快滤池（单层）或接触双层滤池
1.适用于小型水厂及工业给水
2。可与除盐、软化交换床串联使用
V-型滤池
优点：1.均粒滤料，含污能力高
2.气水反洗、表面冲洗结合，反洗效果好
3.单池面积大
缺点：1。池体结构复杂,滤料贵
2。增加反洗供气系统
3。造价高
一般不超过20度
大、中型水厂均适用
滤池工作过程：过滤—冲洗。从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为滤池工作周期；从过滤开始到过滤结束称为过滤周期。
3。2 过滤理论
3.2.1 过滤机理
过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。
滤料层含污能力规律见图3-1。
滤料层分类：单层滤料，双层滤料，三层滤料，均质滤料
双层滤料：上层采用密度较小，粒径较大的轻质滤料(如无烟煤），下层采用密度较大、粒径较小的重质滤料（如石英砂）。
三层滤料：上层采用密度较小，粒径较大的轻质滤料（如无烟煤),中层为中等粒径、中等密度的滤料（如石英砂)，下层为密度大、粒径小的重质滤料（如石榴石）。
均质滤料：所谓“均质滤料"，并非指滤料粒径完全相同（实际上很难做到），滤料粒径仍存在一定程度的差别(差别比一般单层级配滤料小），而是指沿整个滤层深度方向的任一横断面上,滤料组成和平均粒径均匀一致。要说明的是：要做到这一点，必要条件是反冲洗时滤料层不能膨胀。
3.2.2 过滤水力学
过滤水力学所阐述的即是过滤时水流通过滤层的水头损失变化及滤速的变化。
（1） 清洁滤层水头损失
介绍卡曼—康采尼公式:
（3—1）
式中 ——水流通过清洁滤层水头损失，
——水的运动粘度，
——重力加速度,
—-滤料孔隙率，
——与滤料体积相同的球体直径，
——滤层厚度,
——率速；
--滤料颗粒球度系数
说明：对于此公式，主要是了解水头损失和哪些因素有关。实际滤层为非均匀滤料，需
要对公式进行修正。
（2） 等速过滤中的水头损失变化
当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池产水量保持不变时，称为等速过滤。虹吸滤池和无阀滤池即属于等速过滤的滤池。
总水头损失为：
（3—2）
式中 -—清洁滤层水头损失，
——配水系统、承托层及管（渠)水头损失之和，
——在时间为时的水头损失增值，
（3） 变速过滤中的滤速变化
滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”或“减速过滤"。移动罩滤池即属于
变速过滤的滤池。普通快滤池可以设计成变速过滤，也可以设计成等速过滤.
（4） 滤层中的负水头
在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便出现负水头现象.
负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效果滤面积，使过滤时的水头损失及滤层中孔隙流速增加，严重时会影响滤后水质；二是气囊会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出,破坏滤层结构.反冲洗时，气囊更易将滤料带出滤池.
避免出现负水头的方法是增加砂面上水深，或令滤池出口位置等于或高于滤层表面.
3.3 滤料和承托层
3。3。1 滤料
滤料必须符合下述要求：
1. 具有足够的机械强度
2。 具有足够的化学稳定性
3。 具有一定的颗粒级配和适当的空隙率
滤料应尽量就地取材,货源充足，价廉。石英砂是使用最广泛的滤料。
(1）滤料粒径级配
滤料粒径级配是指滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例,粒径是指正好可通过某一筛孔的孔径.一般采用下面两种方法表示：
1. 有效粒径和不均匀系数法：以滤料有效粒径和不均匀系数表示滤料粒径级配。
（3-3）
式中 —-通过滤料重量10%的筛孔孔径
—-通过滤料重量80%的筛孔孔径
2。 最大粒径、最小粒径和不均匀系数法：采用最大粒径、最小粒径和不均匀系数来控制滤料粒径分布,这是我国规范中所采用的滤料粒径级配法。以滤料有效粒径和不均匀系数表示滤料粒径级配.
3.3.2 承托层
承托层的作用,主要是防止滤料从配水系统中流失,同时对均布冲洗水也有一定作用。
3。4 滤池冲洗
冲洗的目的是清除滤层中截留的污物，使滤池恢复过滤能力。滤池冲洗方法有以下几种：高速水流反冲洗;气、水反冲洗；表面助冲加高速水流反冲洗.
冲洗时控制参数主要有:冲洗强度;滤层膨胀度;冲洗时间。
“最小流态化冲洗流速”:反冲时滤料刚刚开始开始流态化的冲洗流速.
配水系统
配水系统的作用在于使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布，配水均匀性对冲洗效果影响很大。配水系统有“大阻力配水系统”和“小阻力配水系统”.
大阻力配水系统涵义：减小孔口面积以增大孔口阻力系数，从而削弱承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响.大阻力配水系统配水均匀性较好。不过结构较为复杂；孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。
小阻力配水系统涵义：小阻力配水系统基本原理可从大阻力配水系统原理上引伸出来，即指配水系统中孔口阻力较小。
第4章 消毒
为了防止通过饮用水传播疾病,在生活饮用水处理中，消毒是必不可少的。消毒并非要把水中微生物全部消灭，只是要消除水中致病微生物的致病作用。致病微生物包括病菌、病毒及原生物胞囊等.
水的消毒方法很多,包括氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外线消毒以及某些重金属离子消毒等。氯消毒经济有效，使用方便，应用历史最久也最广泛。但是自20世纪70年代发现受污染水源经氯消毒后往往产生一些有害健康的副产物，例如三卤甲烷等后，人们便重视了其它消毒剂或者消毒方法的研究,比如对二氧化氯消毒的日益重视.然而，氯消毒仍是应用最广泛的一种消毒方式。
4.1 氯消毒
4。1。1 氯消毒原理
氯容易溶解于水。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎瞬时发生:
（4-1）
次氯酸HOCl部分离解为氢离子和次氯酸根：
（4-2)
其平衡常数为：
（4-3)
在不同温度下次氯酸根离解平衡常数见表4—1。和的相对比例取决于温度和pH值。
次氯酸根离解平衡常数 表4—1
温度(）
0
5
10
15
20
25
（mol/L）
2.0
2.3
2。6
3.0
3.3
3.7
氯消毒作用的机理，一般认为主要通过次氯酸起作用，为很小的中性分子，只有它才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。虽亦具有杀菌能力，但是带有负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比差得多。生产实践表明,pH值越低则消毒作用越强，证明是消毒的主要因素。
以上讨论是基于水中没有氨氮成分。实际上，很多地表水中，由于有机污染而含有一定的氨氮。氯加入这种水中，产生如下反应：
（4—4)
（4—5)
(4-6)
（4—7）
从上述反应可见：次氯酸、一氯胺、二氯胺、三氯胺都存在，它们在平衡状态下的含量比例决定于氯、氨的相对浓度、pH值和温度。一般讲,当pH值大于9时,一氯胺占优势；当pH值为7.0时，一氯胺和二氯胺同时存在，近视等量;当pH值小于6.5时，主要是二氯胺;三氯胺只能在pH值低于4。5时才存在。
从消毒效果而言，水中有氯胺时，仍然可以理解为依靠次氯酸起消毒作用。从式(4-5）到式(4-7）可见:只有当水中的因消毒而消耗后，反应才向左进行，继续产生消毒所需要的。因此当水中存在氯胺时，消毒作用比较缓慢,需要长时间的接触时间。
比较三种氯胺的消毒效果,要胜过，但是前者具有臭味。当pH值低时， 所占比例大，消毒效果较好。三氯胺消毒作用极差，且具有恶臭味（到0。05mg/L含量时,已经不能忍受）。一般自来水中不太可能产生三氯胺,而且它在水中溶解度很低，不稳定而易气化.
水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性氯或结合氯。自由性氯的消毒效能比化合性氯要高得多。为此，可以将氯消毒分为两大类：自由性氯消毒和化合性氯消毒。
4。1。2 加氯量
水中加氯量,可以分为两部分:需氯量和余氯。需氯量指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分。为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖,管网中尚需要维持小量剩余氯。我国饮用水标准规定出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于0。3mg/L，在管网末梢不应低于0。05mg/L.
以下分析不同情况下加氯量和剩余氯量之间的关系：
（1)如水中无微生物、有机物和还原性物质等,则需氯量为零，加氯量等于剩余氯量，如图4-1中所示的虚线①,该线与坐标轴成45度角.
（2）事实上天然水或多或少受到有机物和细菌等污染,氧化这些有机物和杀灭细菌要消耗一定的氯量,即需氯量。加氯量必须超过需氯量才能保证一定的剩余氯。当水中有机物较少，而且主要不是游离氨和含氮化合物时，需氯量0M满足后就会出现余氯，如图4—1中的实线②。这条曲线和横坐标交角小于45度,原因为：
I、水中有机物与氯作用的速度有快慢。有测定余氯时，有一部分有机物尚在继续与氯作用中；
II、水中余氯有一部分会自行分解,如次氯酸由于受水中某些杂质或者光线的作用，产生如下催化分解：
(4-8）
(3)当水中的有机物主要是氨和氮的化合物时，情况比较复杂.当起始的需氯量0A满足以后（图4—2），加氯量增加,剩余氯也增加（曲线AH段）,但是后者增长的慢一些.超过H点加氯量后，虽然加氯量增加，余氯量反而下降，如HB段,H点称为峰点。此后随着加氯量的增加,剩余氯又上升，如BC段，B点称为折点.
图4-2中，曲线AHBC与斜虚线间的纵坐标值b表示需氯量；曲线AHBC的纵坐标值a表示余氯量。曲线可以分为4区，分述如下：
在第1区，即0A段，表示水中杂质把氯消耗光，余氯量为零，需氯量为b1，这时消毒效果不可靠.
在第2区，即曲线AH段，加氯后,氯与氨发生反应,有余氯存在，所以有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，主要成分是一氯胺.
在第3区，即曲线HB段，仍然产生化合性余氯，加氯量继续增加，开始下列化学反应:
（4—9)
反应结果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物，余氯反而逐渐减少，最后到达折点B。
超过折点B后，进入第4区，即曲线BC段。此后已经没有消耗氯的杂质了，出现自由性余氯。该区消毒效果最好.
从整个曲线看，到达峰点H时，余氯最高,但这是化合性余氯而非自由性余氯.到达折点时,余氯最低。如继续加氯，余氯增加，此时所增加的是自由性余氯。加氯量超过折点需要量时称为折点氯化。
上述曲线的测定，应结合生产实际进行。
当原水受到严重污染，采用普通的混凝沉淀和过滤加上一般加氯量的消毒方法都不能解决问题时，折点加氯法可取得明显效果，它能降低水的色度,去除恶臭,降低水中有机物含量；还能提高混凝效果。需要说明的是:折点加氯法过去常常应用,但自从发现水中有机污染物能与氯生成三卤甲烷后，采用折点加氯来处理受污染水源已引起人们担心，所以,现在正在寻求去除有机污染物的预处理或者深度处理和其它消毒法，并且已经取得一些成绩。
4。1。3 加氯点
在过滤后加氯，因为消耗氯的物质已经大部分去除，所以加氯量少。
在加混凝剂时同时加氯，可氧化水中的有机物，提高混凝效果。用硫酸亚铁作为混凝剂时，可以同时加氯，将亚铁氧化成三价铁，促进硫酸亚铁的凝聚作用。这些氯化法称为滤前氯化或预氯化。预氯化还能防止水厂内各类建筑物中滋生青苔和延长氯胺消毒的接触时间,使加氯量维持在图中的AH段，以节省加氯量。对于受污染水源，为避免消毒的副产物产生，滤前加氯或预氯化应尽量取消.
当城市管网延伸很长，管网末梢的余氯难以保证时,需要在管网中途补充加氯。
4.1。4 加氯设备、加氯间和氯库
现在一般采用自动检测和自动加氯技术.所以加氯设备包括加氯机、氯瓶、自动检测和自动控制设备，还有真空调节器，水射器等。
加氯间是安置加氯设备的操作间,氯库是储备氯瓶的仓库。由于氯气是有毒气体,所以要采取措施确保安全加氯，加氯间和氯库在建筑上的通风、照明、防火、保温等应特别注意，还应设置一系列安全报警、事故处理设施等。有关加氯间和氯库设计要求应严格按照相关设计规划和手册进行。
4.2 其它消毒法
除了加氯消毒，还有许多其它消毒方法。每一种方法都有其优点和不足之处，具体采用何种消毒法应当结合水质、经济、供水要求等条件来选择。
其它消毒法主要包括：二氧化氯消毒；氯胺消毒；漂白粉消毒;次氯酸钠消毒；臭氧消毒。
附录5：生活饮用水卫生标准（包括1986年和2006年两个版本)
生活饮用水水质标准 (GB5749—85） （1986-10-01实施)
项目
标准

感官性状和
一般化学指标
色
浑浊度
臭和味
肉眼可见物
ｐＨ
总硬度（以碳酸钙计）
铁
锰
铜
锌
挥发酚类（以苯酚计）
阴离子合成洗涤剂
硫酸盐
氯化物
溶解性总固体
色度不超过15度并不得呈现其他异色
不超过3度，特殊情况不超过5度
不得有异臭、异味
不得含有
6。5～8。5
450 mg/L
0。3 mg/L
0.1 mg/L
1。0 mg/L
1.0 mg/L
0.002 mg/L
0.3 mg/L
250 mg/L
250 mg/L
1000 mg/L

毒理学指标
氟化物
氰化物
砷
硒
汞
镉
铬（六价)
铅
银
硝酸盐(以氮计)
氯仿*
四氯化碳＊
苯并（a)芘＊
滴滴涕*
六六六*
1.0 mg/L
0.05 mg/L
0。05 mg/L
0。01 mg/L
0。001 mg/L
0。01 mg/L
0.05 mg/L
0.05 mg/L
0。05 mg/L
20 mg/L
60 mg/L
3 mg/L
0。01 m g/L
1 mg/L
5 mg/L

细菌学指标
细菌总数
总细菌总数
游离余氟
100 个/mL
3 个/L
在与水接触30min后应不低于0.3 mg/L。
集中式给水除出厂水应符合上述要求
外，管网末梢水不应低于0.05 mg/L。
放射性指标
总α放射性
总β放射性
0。1 Bq/L
1 Bq/L
生活饮用水水质标准
(GB5749—2006）
表1 水质常规指标及限值
指 标
限 值
1、微生物指标①
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
菌落总数(CFU/mL)
100
2、毒理指标
砷（mg/L）
0.01
镉（mg/L）
0。005
铬（六价,mg/L）
0。05
铅（mg/L）
0.01
汞（mg/L）
0.001
硒（mg/L）