给水处理讲稿绪论、混凝机理.docx

水质工程 A
第1篇 总论
第1章 水的循环和水质工程学科的任务

第2篇 给水处理
第3章 水源水质和水质标准
3.1 水源水质
水中杂质的分类：
悬浮物: 1μm----1mm 浊、色、臭、味、菌
杂质 胶体*（稳定性）： 10nm----100nm —生活水处理
常见: Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- SO42- HCO3-
溶解杂质： 自然：F- 锰、铁

污染：Pd+ Hg+
3.2 水质标准
1.生活饮用水水质标准
1）生活饮用水卫生标准GB 5749—85
① 感官性状和一般化学指标：浊度＜3度
② 毒理学指标：氟化物、氰化物、砷、汞等
③ 细菌学指标：细菌总数 不 > 100个/ml
总大肠菌数不 > 3个/l
游离余氯 接触30min 不＜ 0.3mg/l
管网末梢 不＜ 0.05mg/l
④ 放射性指标：总α放射性 0.1Bq/L; 总β放射性 1 Bq/L
2）生活饮用水水质卫生规范 （卫生部 2001年）
水质常规检验项目34项，非常规检验项目 62项
① 浊 度 不超过l度(NTU) ，特殊：不超过3度(NTU)
② 细菌总数 80(CFU/mL) （CFU为菌落形成单位）
总大肠菌群 每100mL水样中不得检出；粪大肠菌群 每100mL水样中不得检出
（总大肠菌群：适宜温度25oC，37oC仍可生长，44.5 oC不再生长
粪大肠菌群：习惯温度37o，44.5 oC仍可生长）
③ 耗氧量(CODMn法，以O2计) 3 (mg／L)，特殊：不超过5mg／L
（高锰酸盐指数是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定的条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量，为了与重铬酸钾耗氧量(CODcr,)相区别，又称其为高锰酸钾耗氧量或锰法COD(简写CODMn )。有的书上干脆简称为耗氧量，英文简称OC ）

3）城市供水水质标准 （建设部 2005年）
水质常规检验项目42项，非常规检验项目 61项
① 浊 度 不超过l NTU ，特殊：不超过3 NTU
② 细菌总数 80(CFU/mL) （CFU为菌落形成单位）
总大肠菌群 耐热大肠菌群
粪型链球菌群 每100 mL水样不得检出
（粪大肠菌群 / 粪型链球菌群≥ 4 ： 污染来源于人类
粪大肠菌群 / 粪型链球菌群≤0.7：污染来源于温血动物）
③ 两虫：贾第鞭毛虫 <1（个/10L）
隐孢子虫 <1（个/10L）
（贾第鞭毛虫：人类或动物肠道原生动物；隐孢子虫：细胞内原性寄生虫）

4）生活饮用水卫生标准GB 5749—2006
① 浊 度 不超过l NTU ，特殊：不超过3 NTU
耗氧量 （高锰酸盐指数/CODMn ）3 mg/L；氨氮 0.5 mg/L
② 菌落总数 100(CFU/mL)
总大肠菌群 耐热大肠菌群 大肠埃希氏菌: 每100 mL水样不得检出
贾第鞭毛虫 隐孢子虫
③ 消毒剂常规指标:
氯气及游离氯（游离氯,mg/L） 出厂水 4 余氯 ≥ 0.3
一氯胺（总氯，mg/L） 3 ≥ 0.5
臭氧（O3，mg/L） 0.3
二氧化氯（ClO2，mg/L） 0.8 ≥ 0.1

2.工业用水标准：食品，饮料，锅炉，电子

3.3 给水处理方法概述
一、生活饮用水处理方法
1、常规处理方法：
澄清(降浊) 消毒（杀菌）
≤1NTU
10~15NTU
细菌总数≯100cfu/ml
大肠菌群≯ 0/100ml

混凝
沉淀
消毒
过滤
余 氯>0.3mg/l

地表水

消毒
过滤
沉淀
混凝
预处理
高浊水

加药
消毒
过滤
低浊水

消毒
地下水
2、 生活饮用水特殊处理方法：

1） 除臭、除味：对于有机物产生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化法去除；因藻
类繁殖而产生臭和味可用微滤或气浮法去除藻类等；

2） 除铁、锰、氟：多用氧化法和离子交换；
2）
3） 预处理、深度处理

预处理+常规处理 或 常规处理+深度处理
预处理、深度处理原理：氧化；吸附；生物降解；膜滤
二. 工业水处理方法
电渗析、反渗透、离子交换
去除阴、阳离子

除盐
电渗析、反渗透、离子交换
降低阴、阳离子
淡化
药剂、离子交换
去除 Ca2+ Mg2+
软化
工 艺
目 的
方 法

第四章 混凝
4.1混凝机理
混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。
工艺：投药、凝聚、絮凝
这一过程涉及三个方面的问题：水中胶体粒子的性质、混凝剂在水中的水解物种以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。

一、 水中胶体稳定性
胶体的稳定性：胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
沉降稳定性：指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；
聚集稳定性：胶体颗粒之间不能相互聚集的特性。静电斥力和水化膜是其发生的主要因素。
1. 微粒的布朗运动
布朗运动是胶体稳定的一个因素；布朗运动又是胶体不稳定的因素。
2. 静电斥力
① 胶体的带电性
双电层特点： 1）反离子浓度不均； 2）反离子吸附强度不同
电位：1）总电位φ—胶核表面带电
2）ξ电位—电动电位

静电斥力：胶粒间的静电斥力F的大小与ξ电位有关， ξ电位愈大，F愈大；
ξ电位的大小与扩散层厚度有关，d愈大,ξ愈大。

结论：1）胶核带电愈多，总电位φ愈大。
2）ξ电位表示颗粒间静电斥力的大小。d愈大,ξ愈大， F愈大。

2.DLVO理论
斥力：F∝ 1 / X2 ER∝K1 e-K2x
引力：EA∝ 1/ X2
布朗：Eb=1.5KT
假若: Eb > Emax 凝聚
实际： Eb《 Emax 分散

3.水化膜
⑴憎水胶体
ξ愈大，水化膜作用越大
ξ 稳定
⑵亲水胶体
水化膜 稳定

胶体稳定性讨论结论：
① 胶体状态取决于静电斥力、布朗运动、范德华引力的相对大小；

② 静电斥力 稳定；

③ 颗粒凝聚 ξ减小；

二、硫酸铝在水中的化学反应
AL2(SO4) ·18H2O [AL(H2O)6] 3+ 水合铝离子

水解反应： 羟基铝离子
[AL(H2O)6] 3+ + H2O [AL(OH)( H2O)5] 2+ + H3O +
[AL(OH) (H2O)5] 2+ + H2O [AL(OH)2(H2O)4] + + H3O +
[AL(OH)2 (H2O)4] + + H2O [AL(OH)3(H2O)3] + H3O +

聚合反应：
羟基架桥
OH
2[AL(OH)( H2O)5] 2+ [( H2O)4─AL AL─( H2O)4] 4++ 2H2O
OH
OH OH
n[AL(OH)( H2O)5] 2+ [─ AL─( H2O)4─AL ─] 2n++ nH2O
OH OH
水解
[AL(OH)3 (H2O)3] n

pH与铝离子水解产物含量关系：
铝水解产物[ALX(OH) y](3x-y)+相对含量
pH<3 AL3+
4<pH<5 [AL2(OH)2] 4+ , [AL2(OH)4] 5+, [AL2(OH)2] 4+ （一般投量）,……
6.5<pH<7.5 [AL (OH)3]
pH>8.5 [AL (OH)4]-

三、混凝机理
1、电性中和
① 压缩双电层
投电解质C0 增大 C扩增大 C吸增大 ξ减小 脱稳
等电状态：ξ=0
临界电位：ξk= ξEmax =0

叔采-哈代法则：反离子价数越高，混凝剂投量越小
[M]+: [M]2+: [M]3+=1: (1/2)6: (1/3)6
压缩双电层作用机理解释港湾沉积现象。
压缩双电层作用机理不能解释下列混凝现象：
① 混凝剂投量多，发生胶体变号、再稳；
② 投非反离子，也有好的混凝效果；
③ 实际ξ > 0 比ξ = 0 混凝效果更好。

（2）吸附-电性中和
吸附
胶粒 异号物质 ξ减小 胶粒脱稳

异号物质：离子、带正电小胶粒、高分子带正电部位
吸附作用：静电引力、范德华引力、氢键、共价键

吸附-电性中和与压缩双电层对比
胶体变号，再稳
胶体不变号
投药过量
静电、范德华引力、氢键、共价键
静电平衡
作用机理
脱稳能力强
脱稳能力弱
投量适中
C12H25NH3+
Na+

例：钠离子、十二烷基铵离子做脱稳实验

高价电解质的吸附脱稳作用
吸附强度：羟基铝离子分子量越大, 吸附能力越强.
[Al13O4(OH)24]7+ > [Al3(OH)4]5+ > [Al2(OH)2]4+
特点：1）分子量大的羟基铝优先吸附；2）分子量大的羟基铝置换分子量小者。

2. 吸附架桥
高分子特点：
Ø 链状，线性结构；
Ø 具有吸附性 (共价键、氢键、范德华力）。
与电性中和不同点：
Ø 胶粒不必脱稳；
Ø 高分子链长 > 颗粒之间距离。

注意: 投量，胶体保护

高分子混凝剂分类： 阳离子型，R-A+ （带正电基团）;
阴离子型, R-A- （带负电基团）;
非离子型（不带可离解的基团） ；
两性型（带正、负电基团） 。

3. 沉淀物的卷扫（网捕作用）
当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。
这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。

电性中和与吸附架桥作用比较
搅拌
强度从大变小
搅拌
强度从大变小
絮凝
不必脱稳
要求脱稳（快速）
混合
投高分子
投反离子
投药
吸附架桥
电性中和
工艺

硫酸铝混凝特点：
pH<3 AL3+ 压缩双电层
投药 4<pH<5 [AL2(OH)2]4+ 吸附-电性中和 微絮粒 絮凝体
[AL3(OH)4]5+
6.5<pH<7.5 [AL (OH)3]n 吸附架桥，效果好
控制pH：6.5-7.5，假如pH < 6.5-7.5，加碱
校核:原水pH，碱度
投药 再稳
投药 网捕
复+回转；机械+隔板