水质工程学第二版上总复习

1. 二章 绪论

1. 水质：水及其所含杂质共同表现出的物理、化学特征。
2. 杂质的来源分为：自然过程和人为因素。
3. 杂质的分类按尺寸大小分为：（1）悬浮物（重力沉降法去除）；
4. 胶体（投混凝剂去除）；
5. 溶解物（物理化学去除）。

悬浮物与胶体是产生浑浊的主要根源，是饮用水处理的主要去除对象。

1. 一般将天然水分为地表水和地下水。

地表水包括：江河水、湖泊水、水库水、海水。

地下水含盐量一般在1005000mg/L，硬度一般在100500mg/L。

1. 水质指标：表示水中杂质的种类和数量，它是判断水污染程度的具体衡量尺度。

①固体污染指标：TS ———— 总固体

TSS（SS） ———— 总悬浮固体

TDS（DS） ———— 总溶解固体

VSS ———— 挥发性悬浮固体

②有机污染指标：BOD ———— 生化需氧量

COD ———— 化学需氧量

TOD ———— 总需氧量

TOC ———— 总有机碳

BOD:微生物降解有机物所需要的氧量，mg/L。

COD:化学氧化剂氧化有机物时所需的氧量，mg/L。

1. 水质标准：是用水对象所要求的各项水质参数应达到的限制。
2. 综合指标：用来指明水在多种因素作用下的水质状况。
3. 有直接毒害作用的无机污染物：汞(Hg)、镉(Cd)、铅(pb)、铬(Cr)、砷(As)、氰化物(CN)。
4. 水体的富营养化：水体中的N、P含量较高时，导致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活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体质量恶化和水生生态环境结构破坏的现象。
5. 水体富营养化的危害：（1）使水位变得腥臭难闻；
6. 降低水的透明度；
7. 消耗水中的溶解氧；
8. 向水体中释放有毒物质；
9. 影响供水水质并增加供水成本；
10. 对水生生态的影响。
11. 水体的自净过程：指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。

自净过程：（1）物理作用：扩散、迁移、吸附沉降等，稀释其浓度，使污染物浓度降低。

1. 化学作用：氧化分解等。
2. 生物作用：对水体中有机物的氧化分解，使污染物浓度衰减。

持久性污染物的稀释扩散：

1. 描述水体自净过程的两个水质指标：BOD和DO。
2. 水质标准是水处理的依据。
3. 水质标准分为：国际标准、国家标准、地区标准、行业标准、企业标准。
4. 生活饮用水水质应符合下列要求：（1）不得含有病原微生物；
5. 化学物质不得危害人体健康；
6. 放射性物质不得危害人体健康；
7. 感官性状良好。
8. 水质标准：

《生活饮用水卫生标准》GB5749 - 2006

《地表水环境质量标准》GB3838 - 2002

《污水综合排放标准》GB8978 - 1996

《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918 - 2002

《地表水环境质量标准》GB3838 - 2002,按功能高低分五类：

Ⅰ类：主要适用于源头水，国家自然保护区；

Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场等；

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水水源地二级保护区、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

Ⅳ类：主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区；

Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

1. 水处理技术原理分为：物理化学处理法和生物处理法。

物理化学处理法：混凝、沉淀、过滤、吸附、离子交换、中和。

生物处理法：好氧法和厌氧法。

1. 厌氧处理又称消化。
2. 反应器类型：（1）间歇式反应器
3. 活塞流反应器
4. 恒流搅拌反应器
5. 水处理系统主要有澄清和消毒工艺组成。

澄清包括：混凝、沉淀、过滤

1. 典型给水处理流程：

典型的水处理流程如图所示，其中混凝、沉淀和过滤的主要作用是去除浑浊物质，称为澄清工艺。

当水源受到有机污染较严重时，需要增加预处理或深度处理工艺，如下图所示就是带有除污染工艺的典型给水处理流程。

采用膜法进行水处理是近年在逐渐推广的工艺。目前针对常规地表水应用较多的是以超滤为核心的水处理工艺。在海水淡化方面，以反渗透技术为核心的处理工艺是主流趋势。

1. 典型污水处理流程：

典型的城市污水主要来源是城市居民生活污水，主要的去除对象是有机污染物，一般用和COD为指标，主要采用生物处理方法。

1. 污染水源处理工艺流程：

处理对象：水中含有的有毒有害物，特别是“三致物质”或“三致前体物”有机污染物。主要用于饮用水处理。

预处理：置于常规处理前。主要处理方法：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物滤池、生物接触氧化池等生物氧化法，同时具有脱水、除臭味作用。

深度处理：置于常规处理后。主要处理方法：粒状活性炭吸附法；化学氧化法；超滤法；反渗透法等。

第三章 混凝

1、胶体和微小悬浮物为什么要用混凝处理？

答：因为水中含有悬浮液、胶体溶液、真溶液等物质，作为水中的胶体杂质，其粒子尺寸很小，直接进行分离处理是非常困难的，因此，为了能够在沉淀和过滤工艺中将这些杂质成分从水中分离去除，通常需要进行混凝处理。

1. 混凝：指通过向废水中投加混凝剂，使废水中的胶体颗粒和微小悬浮物凝聚为大的絮凝体，然后予以分离去除。
2. 凝聚：指胶体颗粒脱稳并生成微小聚集体的过程。
3. 絮凝：指脱稳的胶体颗粒或微小悬浮物聚结成更大的絮凝体的过程。
4. 混凝的作用：
5. 给水处理
6. 工业废水
7. 生活污水
8. 污泥调理
9. 水中的胶体和悬浮颗粒是使水产生浑浊的主要原因，表征水中胶体物质含量的主要水质参数是浊度。
10. 胶核与吸附层合称胶粒，胶粒与扩散层合称胶团。
11. 混凝机理：
12. 凝聚机理：压缩双电层、吸附-电中和作用、吸附架桥作用、网捕-卷扫作用
13. 絮凝机理：异向絮凝、同向絮凝
14. 胶体的稳定性：指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。
15. 胶体的动力稳定性；
16. 胶体的带电稳定性；
17. 胶体的溶剂化作用稳定性。
18. 异向絮凝：由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。
19. 同向絮凝：由外力推动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。
20. 混凝影响因素：
21. 原水性质，包括水温、pH值、碱度、水中浊质颗粒浓度、水中有机污染物的影响等。
22. 投加的混凝剂种类、数量与投加方式。
23. 使用的絮凝设备及其相关水力参数。

其中高温有利于混凝。

1. 提高低温混凝效果的方法：
2. 增加混凝剂用量；
3. 采用水温影响小的铁盐混凝剂；
4. 可加热原水。
5. 胶体之间的相互作用决定于排斥能与吸引能。
6. 一般普通混凝剂铁盐、铝盐用量为10~30mg/L，多种混凝剂的最佳投加顺序通过试验来确定，一般现投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂，高浊度（黄河）水可先加PAM（单独使用预沉淀效果很好）。
7. 水力条件对混凝的影响：水力条件两个主要控制指标是搅拌强度和搅拌时间。

在混合阶段，要求水流产生激烈的湍流，使混凝剂与废水迅速均匀的混合，为此要求G在500~1000，搅拌时间t在10~30s。

在絮凝阶段，要求水流有适当的紊流程度，为细小的矾花提供相碰接触和互相吸引的机会，因此，絮凝阶段搅拌强度和水流速度应随着絮凝体的增大而逐渐降低，避免已聚集的絮凝体被打碎而影响混凝沉淀的效果，为此要求G在20~70，t在15~30min。并应控制Gt值在~范围内。

1. 混凝剂应符合一下要求：
2. 混凝效果好；
3. 无毒害作用；
4. 货源充足；
5. 成本低；
6. 新型药剂的卫生许可；
7. 借鉴已有经验。
8. 常用混凝剂：

无机混凝剂：铁盐、铝盐或其聚合物，使用广泛；

有机混凝剂：种类较多，使用量比较少。

1. 混凝动力学要解决颗粒碰撞速率和混凝速率的问题，包括混合过程和絮凝过程的动力学。

异向絮凝： n =

同向絮凝：

1. G代表什么，其意义？

答：G是指搅拌在垂直水流方向上引起的速度差du与垂直水流距离dy间的比值，即G=

G能反映所给功率其值越大，颗粒碰撞速率越大，混凝效果越好。若太大，由于过大的水流剪力，会破坏形成的絮凝体。

1. 混凝剂投加量计算：

T =

T：混凝剂日投加量（kg/d）

a：混凝剂最大投加量（mg/L）

Q：日处理水量（）

1. 溶解池参数要求：

①投药方便，考虑防腐

为方便投药，池顶宜高出地面0.2m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件，低坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。

②溶药块

为增加溶解速度及保持均匀的浓度，一般采用水力、机械及压缩空气等方法搅拌。

溶解池的容积 ---------------为溶液池的容积

溶解池深度H =

式中：有效水深 = 0.7~1.0m；保护高不小于0.15m；储渣深度不小于0.1m。

溶解池的个数至少设2个，一用一备。

1. 溶液池设计参数要求：

溶液池容积：

：溶液池容积（）；

Q：设计处理水量（/h）；

a：混凝剂最大投加量（mg/L）；

b：混凝剂的浓度，一般采用5%~20%；

n：每日调制次数，一般不超过3次；

1. 投加设备：

溶解池搅拌设备一般采用机械搅拌，中心固定式。投加方式为重力投加和压力投加。

计量设备：q =

q：每小时加药量（/h）

t：每个配制周期的时长（h）

1. 加药间及药库：

药剂按最大投加量的30d用量储存。

各种药剂所用量：

：30天药剂用量

a：药剂投加量（mg/L）

Q：处理水量（/h）

1. 我国采用的主要混合设施：水力混合、水泵混合、管式混合、机械混合。
2. 我国采用的主要絮凝设施：机械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池。
3. 混合的基本要求：
4. 混合时间一般为1~60s；
5. 搅拌的速度梯度G一般为600~1000;
6. 混合设施距离后续处理构筑物越近越好，尽可能采用直连，距离不超过120m；
7. 混合设施与后续构筑物连接管道内的流速可采用0.8~1.0m/s。
8. 隔板絮凝池的特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大，适用于大型水厂。

折板絮凝池与隔板式相比:水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，池体减少，絮凝时间短，但安装维修较困难，折板费用较高。

1. 沉淀

1. 沉淀的去除对象是：水中颗粒杂质。
2. 沉淀分类：（1）自由沉淀
3. 絮凝沉淀
4. 拥挤沉淀
5. 压缩沉淀
6. 水中颗粒杂质作沉降运动受下列三种力：重力G、浮力A、阻力F。
7. η=f(Re)的实验曲线：（1）层流区：η=
8. 过渡区：η=
9. 紊流区：η=0.43
10. 根据斯托克斯公式，简述影响沉淀速度的因素。

u =

影响因素：（1）沉速与密度成正比；

1. 沉速与颗粒成正比，增大颗粒直径有利于提高沉淀效果；
2. 沉速与粘度成反比，粘度取决于水质水温，水温高粘度低，有利于颗粒下沉；
3. 实际污水处理中颗粒一般非球形，不能用此公式直接用于设计，需要加非球形颗粒加以修正。
4. 拥挤沉淀分四个区：清水区、等浓度区、变浓度区、压实区。
5. 理想沉淀池：（1）颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变；
6. 水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变；
7. 颗粒沉到底就认为被去除，不再返回水流中。
8. 表面负荷q是决定沉淀池效率的主要因素。
9. 实际平流沉淀池偏离理想沉淀池条件的主要原因有两种：水流状况和颗粒絮凝过程。
10. 在平流沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R。
11. 平流沉淀池卸空时间不超过6h。
12. 平流沉淀池采用三角堰时，水面宜位于齿高的处。
13. 平流沉淀池由进水区、沉淀区、污泥区、缓冲区、出水区五部分组成。
14. 设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷率或停留时间。
15. 平流沉淀池发生短流的原因：（1）沉淀池进出水的影响；
16. 异重流的影响；
17. 风浪引起的短流（露天沉淀池）；
18. 池内存在着柱子，导流壁和刮泥设施等。
19. 简述浅池沉降高效的原理。

答：若将水深为H的沉淀池分隔为n个深为的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的时，就可以处理与原来沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。（这说明沉淀池越短，就越缩短沉淀时间）。

1. 平流沉淀池中怎样提高水流的稳定性？

答：（1）增大流速可提高水流的稳定性，一般为1020mm/s，最高可达50mm/s，但提速应有一定限度，以免流速过大，水流紊动过强，使沉下的颗粒杂质被水冲起，影响出水水质；

1. 增大水流的弗洛德数Fr可减小浑水异重流的影响，从而提高稳定性；
2. 减小沉淀池的水力半径R，也可使Fr增大，提高水流稳定性。
3. 简述斜板斜管沉淀池的优缺点。

答：优点：①沉淀面积增大，水深降低；

②沉淀效率高，产水量大；

③水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀。

缺点：停留时间短（几分钟），缓冲能力差，对混凝要求高，单位面积上的泥量增加，斜板斜管在阳光的照射下会滋生大量的藻类。

1. 沉砂池类型：（1）平流沉砂池
2. 竖流沉砂池
3. 曝气沉砂池
4. 沉淀池类型：（1）平流沉淀池
5. 竖流沉淀池
6. 辐流沉淀池
7. 沉淀效率：u≥，完全去除，η为100%

u<，部分去除，η为 η = =

1. Re = ，判别水流的紊动性，平流沉淀池Re = 4000，属紊流。（Re越小越好）

Fr = ，衡量水流的稳定性，平流沉淀池Fr ≥ ，一般为。（Fr越大越好）

1. 沉砂池个数不少于2个，沉砂池去除粒径0.2mm，密度2650kg/以上杂质。

沉砂池超高不宜小于0.3m

（沉淀池的超高一般为0.3m）

1. 辐流沉淀池池径不宜小于16m，池底坡度不宜小于5%，一般采用机械刮泥，出水堰应设浮渣挡板。

其进出水布置方式：（1）中心进水周边出水

1. 周边进水中心出水
2. 周边进水周边出水
3. 斜板斜管沉淀池的设计原则：

• 进水区高度不宜小于1.5m，以便均匀配水，进水口应考虑整流措施，整流配水孔的流速≤0.15m/s；斜管倾角一般为50°斜管分为过渡段（长度约200mm）和分离段，斜管长度为80；斜板间距采用100mm，管径用25，断面形状多为正六角形；斜板沉淀池的q = 9；R > 为斜板, R≤为斜管，斜管比斜板的水力条件更好；清水区高度一般为1m左右，总水深为4m左右，水在池中停留时间为20min左右；斜管沉淀池的q = 9，为平流沉淀池的四倍。

1. 杂质颗粒在水中自由沉淀、拥挤沉淀：
2. 自由沉淀实际只在颗粒浓度很低时才发生；
3. 当水中颗粒浓度很高，颗粒在下沉过程中相互干扰很大时，就产生拥挤沉淀，此时的沉速称为拥挤沉速。
4. 计算平流沉淀池的面积（给定流量、流速、粒径）不同的颗粒物去除率：

=

例：某水厂水量72000/d，设沉淀池，要求能全部去除沉速为0.5mm/s颗粒物时，沉淀池的面积A。并求当u = 0.8mm/s和u = 0.2mm/s的去除率。

解：72000/d = 3000 0.5mm/s = 1.8m/h

由 得： =

当时， = ，能完全过滤去除

当时， = ，去除率为40%

1. 为什么用斜管不用斜板沉淀池？

答：（1）水力半径，——————斜板

R，——————斜管

斜管比斜板的水力条件更好。

（2）斜管一般用塑料板后不锈钢粘接或压制，壁薄、重量轻、强度高、可做成组件，方便安装。

1. 沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？

答：沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速在数值上相等，但含义不同。沉淀池表面负荷指单位沉淀池表面积的产水量，而截留沉速指沉淀池能被全部去除的所有颗粒中最小颗粒的沉速。

1. 斜管沉淀池的理论依据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？

答：斜管沉淀池的理论依据是采用斜管沉淀池既可以增加沉淀面积，又可以利用斜管解决排泥问题。斜管倾角越小，则沉淀面积越大，沉淀效率越高，但对排泥不利，实践证明，倾角为60°最好。

1. 过滤

1. 慢滤池的优缺点：

优点：存在生物净水，能有效去除水的色度、嗅和味。

缺点：操作麻烦，效率低，占地面积大，寒冷季节表层易结冰。

水在慢滤池中的过滤速度一般为0.1~0.3m/h。

1. 水的过滤速度为：

V =

v：过滤速度(m/h)

Q：过滤水的流量(/h)

A：过滤面积()

1. 快滤池：快滤池的滤速可达5~10m/h，快滤池的滤速要比慢滤池高数十倍。
2. 慢滤池与快滤池的机理不同：

• 慢滤池：浊质主要集中在滤层表层，除浊主要是由于滤层表面致密滤膜上微孔的筛滤作用。快滤池：依靠整个滤层来截留浊质，浊质深入滤层内部。除浊主要是颗粒在滤料表面粘附的结果，与滤料表面积有关，与滤料粒径无关。

1. 滤料的要求：

• 具有足够的强度；具有良好的化学稳定性；具有用户要求的颗粒尺寸和粒度组成；外形接近于球状，表面粗糙而有棱角；能就地取材、价廉。

1. 滤料粒度分布：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。（用级配曲线表示）

粒径：正好可以通过某一筛孔的孔径。

1. 滤料的级配情况可通过筛分曲线获得。
2. 与的比值称为滤料的不均匀系数K = ,一般常以和K来评价滤料的粒度特征，为使滤料比较均匀一些，希望K不大于2.0 。
3. 滤料不均匀系数越大，对滤料和反冲洗有何影响？

答： ，越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，颗粒越不均匀，对过滤和冲洗都很不利。因为越大时，滤层含污能力减少；反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若为满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很好冲洗。

1. 滤料表面积： 球形滤料：a =

非球形滤料：a =

式中： a：滤料的表面积；

m：孔隙度；

α：性状系数。

d：粒径

1. 水质周期：滤池由开始进入有效过滤期到出水浊度达到泄漏值，称为水质周期。

压力周期：随着澄清过滤过程的进行，滤层的水头损失h逐渐增大，当增至最大值时，便需对滤层进行反冲洗，这时滤池的过滤周期称为压力周期。

1. 滤池的最优工作条件是使水质周期等于压力周期。即滤床的高度，应取压力周期与水质周期相等的最优工作高度。
2. 单层滤料一般为0.7m 。
3. 水力分级：反冲洗时，滤料小颗粒在上面，大颗粒永远在下面（滤料上细下粗）。

产生水力分级原因：滤料不均匀；过滤和反冲洗方向相反。

危害：①降低含污能力；②表层容易堵塞，效率变低；③产生负水头现象。

改善水力分级方法：采用均匀滤料；采用多层滤料。

1. 怎样改善非均质滤池中杂质分布不均匀现象？

答：（1）采用均质滤料滤池和多层滤料滤池，如V形滤池，降低了水力分级的程度；

1. 改变进水方式提高滤池含污能力，延长过滤周期。如采用双向流过滤方式，效果虽好但滤池构造复杂。
2. 等速过滤：即在滤池的整个周期内滤速不变也即是滤池流量保持不变。

减速过滤：即在滤池的整个周期内滤速是逐渐减少的。

无阀滤池与虹吸滤池是典型的等速过滤滤池。

1. 什么是等速过滤？什么是变速过滤？为什么说等速过滤实质上是变速的，而变速过滤却接近等速？

答：等速过滤是指滤池过滤速度保持不变，即滤池流量保持不变。认为是变速是因为对于滤层孔隙内来说，水流速度是一个增速。

变速过滤是指滤速随时间而逐渐减小的过滤。认为是等速过滤是因为对于整个滤池的出水来说是不变的；其次，滤池组中，各个滤池处于过滤状态时，各个滤池的滤速不变。

1. 减速过滤与等速过滤相比：

• 与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下，减速过滤后的出水水质较好，产水量较大。这可能因为在过滤周期后期，减速过滤滤速较低，同样在过滤后期，等速过滤出水浊度较高，而减速过滤由于滤速较低，出水水质较好；在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。过滤初期，滤速较大可使悬浮物深入下层滤料；过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤则不具备这种调节功能。

1. 过滤机理：悬浮颗粒必须经过迁移和吸附两个过程才能完全去除的过程，迁移是由下列五种基本作用：
2. 沉淀
3. 惯性
4. 截阻
5. 扩散
6. 水动力效应
7. 常用的反冲洗方法：
8. 单水高速反冲洗；
9. 气-水联合反冲洗；
10. 表面助冲加高速水流反冲洗。
11. 反冲洗强度：

q =

q:滤层的反冲洗强度，L/(s·)；

Q：滤层的反冲洗水流量，L/s；

A：滤层的平面面积，。

1. 滤层的膨胀率：

e =

e：滤层的膨胀率；

：反冲洗前的滤层的厚度；

L：反冲洗时滤层的厚度。

滤层因部分或全部悬浮于上升水流中而使滤层厚度增大的现象，称为滤池的膨胀。滤层增厚的相对比率，称为滤层的膨胀率。

1. 常见的配水系统有哪些？其作用以及危害？

答：常见配水系统有大阻力配水系统、中阻力配水系统、小阻力配水系统。

作用：①反冲洗时，均匀分布反冲洗水；

②过滤时，聚集过滤水引出池外。

反冲洗时配水不均匀的危害：①滤池中砂层厚度分布不同；

②过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；

③可能导致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。

1. 反冲洗水在池中分布的均匀程度，常以池中反冲洗强度的最小值和最大值的比值表示：

为达到上述均匀分布反冲洗水的要求，可采用两个途径：

1. 加大水力阻抗s2，使s1和s2相比甚小，则式中阻抗比便能趋近于1，从而使流量比/也接近于1。所以，只要选择适当的s2值，就能满足的要求。这种配水系统称为大阻力配水系统。
2. 尽量减小水力阻抗s1，使s1与（s2+s3）相比甚小，也能使阻抗比趋近于1，从而使/也接近于1，这种配水系统称为小阻力配水系统。
3. 试述大阻力配水系统和小阻力配水系统的优缺点？并说明哪一个配水系统均匀性好一些，为什么？

（一）大阻力配水系统的优缺点：

优点：配水均匀性好、工作可靠、采用最广、冲洗干净；

缺点：结构复杂；管道容易结垢；增加检修困难；孔口水头损失大，因而要求反冲洗水压高，需冲洗水箱或水泵冲洗时动力消耗大。

1. 小阻力配水系统的特点：

优点：反冲洗水头小，配水系统压力较均匀；

缺点：配水均匀性较大阻力配水系统为差；滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。

大阻力配水系统均匀性好于小阻力配水系统，原因是大阻力配水系统具有以巨大孔口阻力加以控制的能力

1. 反冲洗废水的排除装置：

冲洗排水槽（大中型滤池）、排水口（小型滤池）

冲洗排水槽平面总面积不大于滤池面积的25%；

排水口的直径一般不小于反冲洗水排除管管径的2倍。

x为模数，x = 0.475

排水槽边缘距滤层表面的高度：

H = e+2.5x(m)

2.5x为五角形排水槽的高度；

e：滤层的膨胀率；

：反冲洗前滤层的厚度。

1. 反冲洗的供给：

• 水泵冲洗特点：投资省；但操作较为麻烦；在冲洗的短时间内耗电量大。冲洗水塔或水箱冲洗特点：造价高；但操作简单；专用水泵小，耗电量均匀。

1. 反冲洗水的计算：

滤池所需反冲洗水的流量，等于反冲洗强度q与滤池面积A的乘积：

Q = qA

反冲洗水的总水头损失为：

Σh = ++

：反冲洗水在管道中的水头损失（包括沿程和局部水头损失）；

：反冲洗水在配水系统中的水头损失；

：反冲洗水在承托层中的水头损失，按 = 0.022qL计算，L为承托层的厚度；

：反冲洗水在悬浮滤层中的水头损失。

若反冲洗水由水泵供给时，水泵的扬程可按下式计算：

H = +Σh+

：几何给水高，其值为排水槽顶至吸水井最低水位的标高差；

：备用水头，取1.5m。

若反冲洗水由水箱供给时，水箱的箱底距排水槽顶的高度为：

H = Σh+

1. 几种常见滤池：
2. 普通快滤池

• 设计滤速一般为810m/h。滤池总面积:

F =

• 滤池的个数不得小于两个，一般单池面积不大于100。单个滤池面积：

f =

因此滤池的总深度一般为3.03.5m。当滤池数小于5个时，采用单行排列，超过5个时，采用双行排列，管廊位于两排滤池的中间。

1. V形滤池

优点：采用均质滤料过滤，避免了级配滤料过滤时可能产生的一些缺点；滤料层含污容量大，出水水质较好，过滤周期较长，过滤速度较高；采用气-水联合反冲洗，冲洗耗水量小，冲洗效果好；容易实现自动过滤与冲洗。

缺点：对冲洗操作要求严格，需要鼓风机等机械；滤池施工要求严格。

1. 无阀滤池

优点：不需要大型阀门，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。

缺点：池体结构复杂，滤料装卸困难，冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，从而给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难。

1. PPT习题

1. 大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义及原理是什么？各有何优缺点？

答：“大阻力”一词的含义是指配水系统中孔口阻力较大。其优点是配水均匀性好；但结构复杂，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”一词的含义是指配水系统中孔口阻力较小。其优缺点刚好与大阻力配水系统相反。对于冲洗水头优先的虹吸滤池和无阀滤池适用。

1. 设滤池平面尺寸为4m x 3m，滤层厚=70cm，冲洗强度q=14L/(s)，滤层膨胀度e=45%。采用2条排水槽，槽长=3m，中心距=2m，排水槽断面如图所示，槽底厚=0.05m。

求：（1）标准排水槽断面尺寸；

（2） 排水槽顶距砂面高度；

（3）校核排水槽在水面上总面积是否符合设计要求。

1. 吸附

1. 吸附：在两相界面层中，某物质能够自动地发生富集的现象。
2. 吸附法：是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。
3. 吸附剂：具有吸附能力的物质。
4. 吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。
5. 吸附和脱附的速度一般随着吸附质浓度的增大而增大。
6. 吸附分为：物理吸附和化学吸附。

低温有利于物理吸附，是可逆的；高温有利于化学吸附，具有选择性，是不可逆的。

1. 影响吸附剂吸附量的主要因素包括溶液的浓度和温度。
2. 吸附等温线：

1. Freundlich吸附等温式：

式中： ：饱和吸附容量；

：溶液平衡浓度；

K和是一常数。

越小，吸附性能越好； = 0.1，容易吸附； > 2，则难吸附。

K值越大吸附容量越大，反之，吸附容量小。

1. Langmuir吸附等温式：
2. 吸附速度：指单位重量的吸附剂在单位时间内吸附的物质的量。
3. 吸附速度决定于吸附剂对吸附质的吸附过程。吸附过程一般分为3个阶段：
4. 颗粒外部扩散阶段
5. 颗粒内部扩散阶段
6. 吸附反应阶段

活性炭的吸附速度大小受下列因素影响：

1. 溶液浓度C增加，则吸附速度V增加；
2. 颗粒直径d减小，则吸附速度V增加。所以粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小；
3. 加强搅动，则吸附速度V增加。
4. 活性炭的制造可分为碳化及活化两步。
5. 活性炭的重要特征是具有发达的孔隙结构。
6. 活性炭的物理性质：

巨大的比表面积达到1000/g，分为微孔、中孔、大孔。

1. 微孔

尺寸<12nm，小孔容积一般为0.150.90mL/g，表面积占比表面积的95%以上。

作用：活性炭小孔的表面积占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以微孔吸附为主。

1. 中孔

尺寸>12,<25nm，过渡孔容积一般为0.020.10mL/g，其表面积占比表面积的5%以下。

作用：表面积占比表面积5%以下，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。即为吸附质的扩散提供通道，促使吸附质通过它扩散到小孔中去。

1. 大孔

尺寸>25nm，大孔容积一般为0.20.5mL/g，表面积只有0.52/g。

作用：占比表面积很小，吸附量小，提供通道。它主要为吸附质的扩散提供通道，使吸附质通过此通道扩散到中孔和小孔中去。

1. 为什么粉末炭比粒状炭好？

答：因为粉末炭颗粒小，与吸附质接触充分，因而吸附速度快，吸附效果好。然而粉末炭因其粒度大小而难以回收和再利用，粒状碳则有利于再生。

1. 影响活性炭吸附性能的因素：
2. 吸附剂的性质
3. 吸附质的性质
4. 废水的pH值
5. 共存物质
6. 温度
7. 接触时间
8. 活性炭与水处理化学药剂的反应
9. 穿透曲线：

当水连续地通过吸附装置时，随着时间的推移，出水中污染物质的浓度逐渐上升，这称为污染物的“穿透”现象。

以时间为横坐标，以出水中污染物浓度为纵坐标，将出水中污染物浓度随时间变化作图，得到的曲线称为穿透曲线。

1. 空床接触时间：

EBCT =

Q：进水流量

V：反应器的有效吸附体积

1. 活性炭的利用率：

CUR =

：活性炭质量

：所处理的总水量

1. 粉末活性炭的应用：

粉末炭由于粒度小、接触面积大，所以吸附速度快、效果好。但是再生困难，因而运行费用较高。投加量一般为2投加方式为干投和湿投。

1. 粒状活性炭的应用：

适用于饮用水原水收到比较严重污染需要长期使用活性炭，或者为了活性炭能够再生时用粒状活性炭滤池。

滤前吸附、滤后吸附、过滤吸附

吸附装置形式：重力式、压力式

一般大型水厂采用重力式。

1. 活性炭再生的目的：

在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂的细孔中除去，以便能够重复使用。

1. 活性炭再生方法：

加热再生法：由脱水、干燥、炭化、活化、冷却等5步组成。

脱水：使活性炭和输送液体进行分离；

干燥：加热到200℃，将细孔中的水蒸发出来；

炭化：加热到300℃，高沸点的有机物由于热分解，另一部分被炭化，留在活性炭的细孔中；

活化：用活化气体进行气化，达到重新造孔的目的；

冷却：活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。

22、ppt习题：

1. 吸附、吸附剂、吸附质的含义。吸附类型有哪几种？影响吸附性能的因素有哪些？

答：吸附：在两相界面层中，某物质能够自动地发生富集的现象。

吸附剂：具有吸附能力的物质。

吸附质：被吸附在吸附剂表面的物质。

吸附分为：物理吸附和化学吸附。

影响活性炭吸附性能的因素：吸附剂的性质、吸附质的性质、废水的pH值、 共存物质、温度、接触时间、活性炭与水处理化学药剂的反应。

1. 吸附等温线的物理意义和实用意义是什么？

答：物理意义：单位吸附剂的吸附容量和平衡溶液浓度之间的关系曲线。

实用意义：寻找吸附剂对特定吸附质的吸附容量；用于计算吸附剂的孔径、比表面积等重要物理参数。

1. 简述活性炭再生方法与影响因素。

答：影响活性炭吸附性能的因素：吸附剂的性质、吸附质的性质、废水的pH值、 共存物质、温度、接触时间、活性炭与水处理化学药剂的反应。

活性炭再生方法：

加热再生法：由脱水、干燥、炭化、活化、冷却等5步组成。

脱水：使活性炭和输送液体进行分离；

干燥：加热到200℃，将细孔中的水蒸发出来；

炭化：加热到300℃，高沸点的有机物由于热分解，另一部分被炭化，留在活性炭的细孔中；

活化：用活化气体进行气化，达到重新造孔的目的；

冷却：活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。

1. 氧化还原与消毒

1. 按化学药剂的投加点不同，可将氧化分为预氧化、中间氧化、后氧化。

1. 常见的氧化剂：氯、臭氧、二氧化氯、过氧化氢、高锰酸盐、高铁酸盐等。
2. 目前国内以液氯消毒为主，液氯的优缺点：

优点：消毒效果好，成本较低，可在官网中保持一定的余量；

缺点：氯与水中的一些有机物作用产生对人体有害的副产物。

衡量消毒剂的消毒效果一般要确定所使用的消毒剂对微生物的灭活速率，最终决定有效接触时间及投药量。

氯氧化与消毒

1. 氯气是一种黄色气体，密度为3.2kg/，极易被压缩成琥珀色的液氯。氯气容易溶解于水，在20℃和98kPa时，溶解度为7160mg/L。

通常认为，起消毒作用的主要是次氯酸（HOCl）。HOCl浓度随pH和温度而变化，氯消毒效果也会受到温度和pH的影响，pH越低则消毒作用越强。

1. （习题）什么是自由性氯？什么是化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。

答：（1）自由性氯消毒是C、HOCl、OC的统称。

1. 当水中所含的氯以氯胺形式存在时，称为化合性氯。

区别：自由性氯的消毒效果比化合性氯高得多，但是自由性氯消毒的持续性不如化合性氯。化合性氯的持续消毒效果好，但是会产生臭和味。因为二氯胺和三氯氨会产生臭和味。三种氯胺中以二氯胺的消毒效果最好。

消毒原理：

自由性氯消毒：一般认为，起消毒作用的主要是次氯酸HOCl。次氯酸HOCl和次氯酸跟OC均具有氧化能力。HOCl是中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并渗入细菌体内，通过氧化作用破坏细菌体内的酶，进而使细菌死亡。

化合性氯消毒：当水中有氨存在时，氯加入含有氨氮的水中后会发生可逆反应，并生成一氯胺、二氯胺、三氯氨。氯胺的消毒也是依靠次氯酸HOCl。

1. 加氯量与余氯之间的关系：

1. 理想状况下，水中不存在消耗氯的微生物、有机物和还原物质时，这时所加入水中的氯都不被消耗，即加氯量等于余氯，如图所示的虚线①。
2. 天然水中存在着微生物、有机物以及还原物质，投氯后，有一部分氯被消耗掉（即需氯量）。氯的投加量减去消耗量即得到余氯，如图所示的实线②。
3. 需氯量和余氯量：

需氯量指用于灭活书中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的加氯量；

余氯量指为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，官网中尚需维持少量剩余氯。

1. 折点加氯法：

OA段：水中杂质把氯消耗光；

AH段：氯与氨反应，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，其主要成分是一氯胺；

HB段：仍然是化合性余氯，加氯量继续增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而减少；

BC段：消耗氯的物质已经基本反应完全，余氯基本为自由性余氯。该区消毒效果最好。

加氯量超过折点需要量时称为折点氯化。

当原水游离氨<0.3mg/L时，加氯量控制在折点后。

当原水游离氨>0.5mg/L时，加氯量控制在峰点前。

1. 三卤甲烷(THM)和卤乙酸(HAA)被认为是氯化消毒过程中形成的两大类主要副产物。
2. 目前控制水中氯化消毒副产物的技术有三种：
3. 强化混凝
4. 粒状活性炭吸附
5. 膜过滤
6. 加氯点：

• 滤后加氯滤前加氯------混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。官网中途加氯------一般设在加压泵或水库泵站内。

1. 自来水厂清水池的作用：

• 提供接触时间；平衡一、二泵站的水量。

1. 氯气气源间漏气有三处：

• 阀门泄露；氯气瓶针形阀慢性泄露；氯气瓶表体泄露。

解决的办法：在气源间设置氯气吸收装置。

氯气吸收系统原理：将泄露至厂房的氯气，用风机送入吸收系统，经化学物质吸收而转化为其他物质，避免氯气直接排入大气、污染环境。

1. 加氯量要求：

一般水源的滤前加氯量为1.02.0mg/L,滤后加氯量为0.51.0mg/L。

加氯量计算：q = Qb

1. 清水池：

清水池应尽量靠近滤池，特别是应与二级泵站靠近，有地下式、半地下式和地面式三种类型，并设在地形的最低处。有圆形清水池和矩形清水池，当容量大于2000时，往往采用矩形清水池。

1. 臭氧消毒的优缺点：

优点：消毒效果好，且剂量小、作用快，不会产生三卤甲烷等有害物质，也可改善水的口感和感观性能。

缺点：臭氧消毒生产设备复杂，投资较大，电耗也较高。

饮用水投加臭氧剂量一般为0.21.5mg/L。

1. 高级氧化工艺：任何以产生羟基自由基OH为目的的过程均是高级氧化工艺。

特点：①反应速率快；②氧化效率高。

目的：利用OH的强氧化性，保证高效、彻底的氧化水中的微污染有机物。

1. Fenton试剂反应：即诱导产生羟基自由基的反应。（过氧化氢和亚铁离子）

其诱导反应：

Fenton氧化法处理对象：酚类化合物、多氯联苯、硝基苯、二硝基氯化苯、印染及垃圾渗滤液。

作用：Fenton试剂一般在酸性条件下使用，此条件下有利于产生羟基自由基，强化分解有机污染物，此时水中的铁以胶体形式存在，具有凝聚、吸附的能力，可去除水中部分悬浮物和杂质。

1. 影响UV/氧化反应的因素有：的浓度、有机物的初始浓度、紫外线光强度、溶液的pH、反应温度和时间等。
2. 高程布置的意义：
3. 确定各处理构筑物和泵房的标高；
4. 确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；
5. 确定计算各部分的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间畅通地流动，保证污水处理厂的正常运行。
6. （PPT习题）

• 目前水的消毒方法有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？简述折点加氯的过程？折点加氯的意义？

答：当水中存在有机物且有机物主要是氨和氮化合物时，水中起始需氯量满足后，加氯量增加，剩余氯也增加，当继续加氯时，虽然加氯量增加了，余氯量反而下降，随着加氯的进一步增加，剩余氯又上升了。这就称为折点加氯。

出现折点的原因：水中存在氨和氮的化合物。

意义：当原水受到严重污染，一般的加氯量不能解决问题时，采用折点加氯可取得明显的效果，它能降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物的含量，能提高混凝效果。

• 制取Cl有哪几种方法？写出它们的化学反应式并简述Cl消毒原理和主要特点。水的pH值对氯消毒作用有何影响？为什么？

答：氯消毒作用的机理，主要是通过次氯酸HOCl起作用。因为其消毒作用的是HOCl，而HOCl与OC的相对比例取决于温度和pH值。

pH较高时，OC居多，pH>9时，OC接近100%；

PH较低时，HOCl较多，pH<6时，HOCl接近100%，

当pH=7.54时，HOCl与OC的量相当。所以，要保持好的消毒效果，需要调整pH值。

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