水厂净水工艺.doc

工艺部分
一 沉淀
水厂净水工艺，有常规工艺和先进工艺之分：
常规工艺：沉淀 → 过滤；先进工艺：预处理+常规工艺+深度处理
以前自来水净水工艺处理的对象为水中的：胶体和悬浮物。由于环境的恶化和民众对饮用水安全卫生观念的加强，国家提出了更为严格的净水要求，各水厂处理对象在原来的基础上添加了一项——溶解性物质的处理。这在对水厂工艺提出了新的要求同时成为了各水厂引进先进工艺的初始动因。
关于浊度
1度：1 mg 二氧化硅在一升水中所形成的浑浊度，是通过测定透射光强度来获得其数值。
1 NTU：它是通过测定散射光强度来获得其NTU值。
所以浊度为1度的水与浊度为1 NTU的水其所含杂质的数量是不完全一样的。
1. 沉淀池
沉淀池大体可分为：（1）平流式沉淀池
（2）竖流式沉淀池
（3）斜流式沉淀池
（1）平流式沉淀池
平流式沉淀池应用广泛，它具有构造简单，造价低，处理效果稳定，操作管理方便等特点，并且对异重流有不错的抵抗能力。但也有缺点，比如占地面积大。
【所谓异重流是指进入较静而具有密度差异的水体的一股水流。异重流重于池内水体者，将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前行；异重流轻于水体者，将沿水面径流至出水口。密度的差别可能由于水温，所含盐分或悬浮固体量的不同所造成。若池内水平流速相当高，异重流将和池中水流汇合，影响流态甚微。这样的沉淀池具有稳定的流态。若异重流在整个池内保持者，则具有不稳定的流态，这不利于絮凝体的下沉。】
（2）竖流式沉淀池
竖流式沉淀池其异重流比较严重，冬季在气温变化大时易泛池。该类型池
于50年代从苏联引进，到了60年代已基本上不再建了。现在要做的话要往自动化方向发展，但这个困难还是挺大的。
（3）斜流式沉淀池
斜流式又分为斜板式和斜管式两种。
根据理论，在沉淀池有效溶积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。为此过去曾经把普通平流式沉淀池改建成多层多格子的池子，使沉淀面积增加。但由于排泥问题没有得到解决，因此无法推广。为解决排泥问题，斜板和斜管沉淀池才逐渐发展起来。我国使用较多的使斜管沉淀池。斜流式沉淀池在70年代到80年代中期比较盛行，日本在这块做的比较多。
2. 澄清池
絮凝和沉淀属于两个单元过程：水中脱稳杂质通过碰撞结合成相当大的絮凝体，然后在沉淀池内下沉。澄清池则将两个过程综合于一个构筑物中完成,主要依靠活性泥渣层达到澄清的目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。
泥渣层的形成方法，通常是在澄清池开始运转时，在源水中加入较多的凝聚剂，并适当降低负荷，经过一定时间运转后，逐步形成。
从泥渣充分利用的角度而言，平流式沉淀池单纯为了颗粒的沉降，池底沉泥还具有相当的接触絮凝活性未被利用。澄清池则充分利用了活性泥渣的絮凝作用。
澄清池形式很多，基本上可分为两大类：
（1）泥渣悬浮型澄清池，包括悬浮澄清池，脉冲澄清池等。
（2）泥渣循环型澄清池，包括机械搅拌澄清池，水力循环澄清等。
到90年代，澄清池的发展已逐渐不能满足现代水厂的发展要求。一方面，它操作过于复杂，而且很多操作又不能用自动化机械代替。这就使得池子的运行效果要受到一定的人为因素的影响。另一方面，澄清池在电耗上要比其他类型的池高。澄清池池高在8~9米，而平流式沉淀池池高仅在3~4米，这无形中就提高了澄清池的耗电量。
二 过虑
1. 慢滤池：
过滤水流速：0.1～0.3米/秒。慢滤池出水水质好。大概在运行3个月左右后将表层沙刮掉，无需反冲洗。
2. 快滤池：
过滤水流速：10～12 米/秒。
快滤池有两种配水系统（在反冲洗时提供冲洗水的系统）：大阻力配水系统和小阻力配水系统。
关于配水系统，其主要作用在于保证进入滤池的冲洗水，能够均匀分布在整个滤池面积上，但在过滤时，它也起了均匀集水的作用，因此配水系统是滤池构造的关键问题。当配水系统不能起均匀配水作用时，会产生两个不利的现象：
一个现象是由于冲洗水没有均匀分布在整个滤池面积上，在冲洗水量小的地方就冲洗得不干净，这些不干净的滤料，逐渐会胶结起来，长大成团。形成“泥球”或“泥饼”。“泥球”和“泥饼”又进一步影响冲洗的效果，将会影响过滤的水质，甚至被迫将整个砂层运出滤池进行清洗。
另一个现象是在冲洗水量大的地方，流速很大，会使承托层发生冲动，引起滤料和承托层混合现象，使砂子漏入过滤水中，产生“走砂”现象。这个现象还同样会对水的不均匀分布起恶性循环的作用。上述两个现象所引起的严重问题是很明显的，因此，配水系统的设计必须考虑冲洗时配水均匀的条件。
要解决这个问题有两种途径：第一，加大配水管孔眼的阻力系数，其结果是通过孔眼的水流速度提高。第二，减小管道的水力阻抗使配水系统上所有孔眼处的压力近于相等。
（1）大阻力配水系统
大阻力配水系统在生产实践中，工作可靠，采用最广，是主要的配水型式。不过现在的趋势使倾向发展小阻力配水系统。
（2）小阻力配水系统
小阻力配水系统优点是配水均匀性好，但结构复杂；，孔口水头损失大，冲洗动力消耗大；管道易结垢。此外冲洗手头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用，小阻力配水系统可以克服上述缺点。
3. V型滤池
V型滤池现在在大面积推广。其水流速在6～8米/秒。
V型滤池的主要特点是：
（1）可采用较粗滤料及较厚滤层以增加过虑周期。由于反冲洗时滤层不膨胀，顾整个滤层在深度方向的粒径分布基本均匀，不发生水力分级现象，使滤料含污能力提高。（低膨胀率意味着单位体积中砂颗粒更多，这使得砂摩擦次数增多，摩擦多也就意味着冲洗时污泥更不易附着。大小阻力配水系统在冲洗时都是高膨胀率）
（2）气水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。
三 预处理和深度处理
对于不受污染的天然地表水而言，饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物：对此，常规处理工艺是十分有效的。但对于污水源而言，水中溶解性有毒有害物质，特别是具有致癌、致畸、致突变的有机污染物（简称“三致物质”）或三致前体物（如腐植酸等）是常规处理方法难以解决的。于是，便在常规处理基础上增加预处理和深度处理。
1. 预处理
我们工艺上讲的预处理这一概念的提出大部分是源自于废水处理。
预处理方法主要有：粉末活性炭吸附法（成本大）；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物氧化法等。他们在去除有机物的同时也具有除味、除臭及除色作用。除此一些方法外还有生物曝气法、氧化塘法（大面积水塘）。
臭氧有一定毒性，使用臭氧到底有多安全，现在还没有定论。国外使用臭氧的水厂并不多，70％水厂还是采用液氯。这可能与他们源水水质较好无需臭氧有一定的关系。
2. 深度处理
深度处理方法主要有：粒状活性炭炭吸附法；臭氧－粒状活性炭联用法或生物活性炭法；化学氧化法；光化学氧化法及超身波－紫外线联用等物理化学氧化法；膜过虑法等。下面简要谈谈臭氧－粒状活性炭联用法。
活性炭吸附方式有：流动床吸附和固定床吸附，现在应用主要为后者。活性炭除了具有吸附作用外，随着炭的使用而在炭表面滋生的微生物还具有生物讲解作用。由于这一作用，使得采用了活性炭滤池工艺后就不能再投加前道氯。因为投加前道氯会对炭滤池中微生物的生长构成威胁。炭滤池也有气冲、水冲。但没有气水反冲（因为这会将炭冲出）。冲洗周期可以是10天、15天，这与滤池的运行情况有关。

四 排放问题
相城水厂设计要求是零排放。排泥水到污泥浓缩池：；反冲洗水可作为源水进行重新净化。
排泥水→污泥浓缩池→污泥平衡→脱水机房
污泥脱水形式：
（1） 带式（挤干），含固率 20％左右。该形式的作业机房臭味中，袋子清洗起来比较麻烦。
（2） 板框式（相城现在所用），含固率 35％～50％。
（3） 离心机式，含固率 30％左右，噪声大。
成本：带式＜离心机式＜板框式

原理部分
一．混凝
当前，看法比较一致的是，混凝剂对水中胶体离子的混凝作用主要有3种：
（1） 电性中和
简单讲就是投加的带正电荷金属离子压缩了胶体双电层——为保持胶体电中性所要求的扩撒层厚度，从而使胶体失去稳定性（既脱稳）发生聚集作用。
（2） 吸附架桥
不仅带异性电荷的高分子物质与胶粒具有强烈吸附作用，不带电甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用：当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒－高分子－胶粒”的絮凝体。
（3） 网捕或卷扫
当铝盐或铁盐混凝剂投加量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离。这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与源水杂质含量成反比。
天然水的pH值一般在6.5～7.8之间，铝盐的混凝作用主要是吸附架桥和电性中和。
影响混凝的因素很多，如：浊度、温度、pH值、氨氮、好氧量等。
（1） pH
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值直接影响铝盐水解产物的存在形态。铝盐投加水体最佳pH值范围为：6.5～7.5，三氯化铁投加水体最佳pH值范围为：6.0～8.4。
（2） 水温
水温对混凝效果有明显影响。无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难。特别是硫酸铝，水温降低10度，水解速度常数约降低2～4倍，当水温在15度左右时，硫酸铝水解速度已及其缓慢。同时水温降低还会导致水粘度增大、胶粒水化作用增强、水pH升高等不利混凝因素作用的增强。
（3） 水力条件
混凝过程为：脱稳→絮凝→凝聚。
脱稳时，在投矾的控制上，除了对投加量有要求外，还要求矾投下去后能快速分散到水体中去，这就需要要有一定的水力强度。絮凝是形成细小矾花的过程，此时需要恰当的水力条件。凝聚时要求要较慢的水力条件。
判断矾花形成的好坏，可以从下面三方面来观察判断：
（1） 矾花的极限是否明显（颗粒与颗粒是否分清楚），界限明显为好。
（2） 颗粒间的水色是否透明，透明为好。
（3） 颗粒的外围是否包围着一层水，包着为好。
二．沉淀
沉淀：水中的固体由于重力作用在水中沉降的过程。
沉淀分为：自然沉淀和混凝沉淀
下面以使用广泛的平流池为为例。平流式沉淀池多位矩形，上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区。
为便于讨论，先从理想沉淀池出发。所谓理想沉淀池，有几个假定：
（1） 颗粒处于自由沉降状态。
（2） 水流沿着水平方向流动。
（3） 颗粒沉到池底即认为已被除去，不再返回水中。
则颗粒在池中的停留时间t为：

其中：L——沉淀区长度；
V——水平流速；
h——沉淀区水深；
u——颗粒的截留沉降速度。
三．过虑
滤池过滤机理：
（1） 沉降作用
（2） 隔滤作用
（3） 接触絮凝
隔滤其实就相当于机械筛的作用，阻止水中颗粒透过滤池。但隔滤作用解释不了滤后水细菌数的减少，其实细菌的减少主要是靠接触絮凝的生物作用。
以前使用的滤石的尺寸在：Φ0.5～1.2 mm之间，现在的观点是趋向于使用大颗粒滤石。相城水厂使用的滤石尺寸在：Φ0.95～1.4 mm间。
关于双层滤料过虑，以前公司也采用过。滤料分为两层，上层为无烟煤，下层为石英砂。这种双层滤料在冲洗时存在问题，煤和砂都能冲洗干净，但是在煤和砂的结合处却难以冲洗干净。
快滤池滤料的厚度，相城为0.7米。对于V型滤池，其滤料厚度要比快滤池厚点，其厚度在1.35～1.5米左右。
四．消毒
氯溶于水，其发生的反应有：

消毒作用的机理，一般认为主要通过次氯酸HClO起作用。HClO为很小的中性分子，只有它才能扩散到带负电荷的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当HClO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。加氯消毒在有机物存在时会生成三至物质，即致癌、致畸、致突变物质。
水力学
一． 静力学

1 MPa =10g公斤力/厘米2＝100米水柱。一个大气压数值上相当于33米水柱产生的压力大小。
日常所讲管道内水的流速，这个流速指的是平均流速，。而启动流速是指能将管道中脏东西带动的水流速。启动流速一般＞0.4米/秒，不沉流速一般＞0.7米/秒。
经济流速，顾名思义就是指管网内水在这个流速下，整输送水成本能最省。这个成本包括管道施工费用、管道运行费用。一下为几种管径所对应的经济流速：
DN2000 mm 1.8~2.0 m/s
DN1000 mm 1.5 m/s
DN100 mm 1.0 m/s
二．动力学
伯努利方程：

H1:位能；P1/ρ:压力能；V2/2g:动能；hw:局部损失和沿程损失。
在管道水力计算时所分的长管计算与短管计算，其中长短并非仅指管道的长度。具体为：长管计算，指以沿程损失为主的水力计算。短管计算，指以局部损失为主的水力计算。
三．二泵房
变频技术的作用：
（1） 平衡调度，变频技术在生产上的应用不但可以减少水对管网的冲击，还可以减少开车的次数。
（2） 衡压供水。

国内外净水工艺的现状及趋势
一．混凝沉淀工艺上
国内源水较差，因此国内在预处理上的研究比较多。投加药剂上没有太大不同。国内在新型混凝剂研究上比较滞后；沉淀工艺上区别也不大，只是国外在反应池的选择上空间比外有更大。
二．澄清池
澄清池现在提的比较多的是高密度澄清池。
三．过滤
趋势：V型滤池。国内国外在此上的不同主要体现在滤料上。
四．变频技术
广泛采用变频技术。
国外与国内相比，工艺上没有多大的差别。他们的水厂普遍比较小，而且他们不提倡水厂超负荷运转，他们水厂的预能力为1/3，我国要求预留能力在15％。
关于国外水厂，有资料统计：
（1） 有预处理的水厂占总数的15％
（2） 有深度处理的占20％
（3） 采用液氯下毒的占70％
另外在监控设备使用上，国外比我们要更系统化。在药剂选择和投加的控制上要比我们严格，比我们谨慎。