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1、 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
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
3、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
4、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
5、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
6、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.
7、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
8、 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
9、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
10、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∝K
11、1 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
12、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] + H3
13、O + 聚合反应： 羟基架桥 OH 2[AL(OH)( H2O)5] 2+ [( H2O)4─AL AL─( H2O)4] 4++ 2H2O
14、 OH OH OH n[AL(OH)( H2O)5] 2+ [─ AL─( H2O)4─AL ─] 2n++ nH2O OH OH 水解
15、
[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
16、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
17、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
18、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
19、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
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