18章1给水处理系统

第一章1给水系统的分类:生活给水系统，生产给水系统，消防给水系统2给水系统的组成:建筑内部给水系统，一般由引入管、给水管道，给水附件、给水设施和计量仪表组成。

3水表节点是指装设在引入管上的水表及其前后设置的阀门和泄水设置的总称。

4给水管网包括干管、立管、支管和分支管，用于输送和分配用水至建筑内部各个用水点。

5水管道可采用钢管、铸铁管、塑料管和复合管。

钢管连接方法有螺纹连接、焊接和法兰连接。

6给水附件指管道系统中调节水量、水压、控制水流方向、改善水质，以及关断水流，便于管道、仪表和设备检修的各类阀门和设备。

给水附件包括各种阀门、水锤消除器、多功能水泵控制阀、过滤器、止回阀、减压孔板等管路附件。

7常用阀门：截止阀，闸阀，蝶阀，止回阀。

8配水设施：配水设施是生活、生产和消防给水系统其管网的终端用水点上的设施。

生活给水系统的配水设施主要指卫生器具的给水配件或配水嘴，生产给水系统的配水设施主要指与生产工艺有关用水设备; 消防给水系统的配水设施有室内消火栓、消防软管卷盘、自动喷水灭火系统的各种喷头等。

9增压和贮水设备：增压和贮水设备是指在室外给水管网压力不足，给水系统中用于升压、稳压、贮水和调节的设备，包括如水泵、水池、水箱、贮水池、吸水井、气压给水培设备等。

10水表的常用术语l) 过载流量(Qmux): 水表在规定误差限内使用的上限流量。

在过载流时，水表只能短时间使用而不至损坏。

此时旋翼式水表的水头损失为10kPa，螺翼式水表的水头损失为10kPa。

2)常用流量(Qn); 水表在规定误差限内允许长期通过的流量，其数值为过载流量(Qmax) 的1/2。

3)分界流量(Qt); 水表误差限改变时的流量，其数值是常用流量的品数，4)最小流量(Qmin); 水表在规定误差限内使用的下限流量，其教值是常用流量的函数。

5）始动流量(Qs),水表开始连续指示时的流量，此时水表不计示值误起但螺翼式水表没有始动流量.6) 流量范围:过载先量和最小流量之间的范围。

给排水教学大纲课程名称：给排水课程代码：（待定）课程学分：3学分授课方式：讲授、实验教学目标：1. 理解给排水系统的基本原理和组成结构，包括给水系统、排水系统、污水处理设备及系统等；2. 掌握国家有关给排水系统的政策法规和安全生产要求；3. 掌握给排水系统的材料、设备及工具选用和安装方法；4. 掌握给排水系统的日常维护和故障排除方法；5. 能够进行给排水工程设计和施工，具备一定的实践能力。

教学内容：第一章绪论1.1 给排水概述1.2 给排水系统的基本组成部分第二章给水系统2.1 给水系统概述2.2 给水系统的水源、水压和水质要求2.3 给水系统的选材、设备和工具2.4 给水系统的安装和维护第三章排水系统3.1 排水系统概述3.2 排水系统的排放标准和要求3.3 排水系统的选材、设备和工具3.4 排水系统的安装和维护第四章污水处理设备和系统4.1 污水处理设备和系统概述4.2 污水处理系统的组成和工作原理4.3 污水处理设备和系统的选材和安装4.4 污水处理设备和系统的维护和故障排除第五章给排水工程设计和施工5.1 给排水工程设计的基本原则5.2 给排水工程设计的基本计算方法5.3 给排水工程的施工技术和要求5.4 给排水工程的验收和评估教材：1.《给排水工程》（第四版）徐彰、袁军、赵涛著人民邮电出版社2.《建筑给排水工程概论》（第三版）邢文俊著清华大学出版社教学评估：1. 课堂参与及作业（20%）2. 实验报告（30%）3. 期末考试（50%）备注：本课程教师有权对本大纲进行适当的修改和调整，以便更好地满足教学需要。

《给水处理》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务“给水处理”课程是环境工程专业的本专业推荐选修课。

给水处理是水工程学科的重要组成部分，该课程系统介绍了生活给水、工业给水及特殊水质给水处理的理论、技术、设备与工程经验。

通过该课程的学习，使学生掌握给水处理工艺流程及原理，熟悉相应的工艺设计计算，了解给水处理厂或净水站的运行维护，了解给水处理技术发展的新动态；丰富与补充学生在水工程学科方面的知识，为后续专业课程学习及环境工程实践奠定基础。

本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5、6和11。

三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求绪论第一节水源水质第二节给水水质标准1. 生活饮用水卫生标准2. 工业用水水质标准第三节给水处理方法概述习题要点：给水处理方法种类，给水预处理，给水深度处理第四节反应器1. 理想反应器模型2. 非理想反应器习题要点：CSTR反应器与PF反应器中反应物浓度变化本章重点、难点：原水中的杂质，反应器中反应物浓度变化。

本章教学要求：了解给水处理的对象；熟悉CSTR反应器与PF反应器中反应物浓度变化规律；掌握给水处理主要方法。

第一章混凝第一节混凝机理第二节混凝剂和助凝剂1. 混凝剂2. 助凝剂习题要点：给水处理中常用的混凝剂与助凝剂第三节混凝动力学1. 异向絮凝2. 同向絮凝3.混凝控制指标习题要点：混凝控制指标第四节影响混凝效果主要因素第五节混凝剂的配置与投加习题要点：混凝剂投加量的控制第六节混合和絮凝设备习题要点：混合设备种类，絮凝池的主要种类本章重点、难点：混凝机理，混凝控制指标，影响混凝效果的主要因素，混合和絮凝设备。

本章教学要求：了解混凝动力学，了解混凝剂的配置与投加；熟悉混凝控制指标，熟悉混凝设备；掌握混凝机理，给水处理中常见的混凝剂和助凝剂，掌握混凝效果的主要影响因素。

第二章沉淀和澄清第一节悬浮颗粒在静水中的沉淀1. 悬浮颗粒在静水中的自由沉淀2. 悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀习题要点：悬浮颗粒在静水中的自由沉淀规律第二节平流式沉淀池1. 非凝聚性颗粒的沉淀过程分析2. 凝聚性颗粒的沉淀过程分析3. 影响平流式沉淀池沉淀效果的因素4. 平流式沉淀池的构造5. 平流式沉淀池的设计计算习题要点：理想沉淀池，影响平流式沉淀池沉淀效果的因素第三节斜板与斜管沉淀池习题要点：斜板与斜管沉淀池的特点第四节澄清池1. 澄清池特点2. 澄清池种类习题要点：澄清池工作原理；主要的澄清池类型本章重点、难点：悬浮颗粒在静水中的自由沉淀、拥挤沉淀规律，理想沉淀池，影响平流式沉淀池沉淀效果的因素，斜板与斜管沉淀池的工作原理与适用场合，澄清池工作原理及主要类型。

十四章：6、3种理想反应器的假定条件是什么？研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用。

答：3种理想反应器的假定条件如下1）完全混合间歇式反应器中的反应：不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出、且假定是在恒温下操作。

2）完全混合连续式反应器：反应器内物料完全均匀混合且与输出产物相同的假定，且是在恒温下操作。

3）推流型反应器：反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用，这种流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。

4）在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。

在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。

许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。

例如，氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。

介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。

7、为什么串联的CSTR型反应器比同体积的单个CSTR型反应器效果好？(8’)答：如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，则第2只反应器的输入物料浓度即为第1只反应器的输出物料浓度，以此类推。

设为一级反应，每只反应器可写出如下公式：01C C =t k +11；12C C =t k +11；……1-n n C C =t k +11 所有公式左边和右边分别相乘：tk t k t k t k C C C C C C C C n n ++∙∙+∙+=∙∙-111111********* nt k C Cn ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=110 式中t 为单个反应器的反应时间。

总反应时间t n T =。

串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数∞→n 时，所需反应时间将趋近于CMB 型和PF 型的反应时间。

8、混合与返混合在概念上有何区别？返混合是如何造成的？答：CMB 和CSTR 反应器内的混合是两种不同的混合。

给水管网部分：第一章给水系统由哪几部分组成？试分析在何种情况下可省去其中某些部分？组成：取水构筑物；水处理构筑物；泵站；输水管渠和管网；调节构筑物。

可省去：大城市通常不用水塔，中小城市或企业为了贮备水量和保证水压，常设置水塔。

以地下水为水源的时候，一般可省去水处理构筑物而只需加氯消毒1、给水系统布置的影响因素有哪些？如何理解？因素：城水规划、水源条件、地形，用户对水量、水质和水压的要求。

城市规划：水源选择、给水系统布置和水源卫生防护地带的确定，都应以城市和工业区的建设规划为基础。

给水系统的布置，应密切配合城市和工业区的建设规划，做到统盘考虑分期建设，既能及时供应生产、生活和消防用水，又能适应今后发展的需要。

水源的影响：任何城市都会因水源种类、水源距给水区的远近、水质条件的不同，影响到给水系统的布置。

给水水源分地下水和地表水。

不同水源取水方式不同，管网布置也不同。

地形的影响：中小城市如地形比较平坦，而工业用水量小、对水压又无特殊要求时，可用统一给水系统。

大中城市被河流分隔时，两岸工业和居民用水一般先分别供给，自成给水系统，发展后成为多水源的给水系统。

取用地下水要考虑就近凿井取水原则，分地区供水的系统。

地形起伏较大的城市可采用分区给水或局部加压的给水系统。

2、给水系统的类型有哪些？分别说明其特点。

（1）按照水源种类：地表水（江河、湖泊、蓄水库、海洋等）、地下水（浅层地下水、深层地下水、泉水）给水系统（2）按供水方式：自流系统（重力供水）、水泵供水系统（压力供水）和混合供水系统（3）按使用目的：生活用水、生产给水和消防给水系统（4）按服务对象：城市给水和工业给水系统；工业分循环系统和复用系统第二章设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？（1）综合生活用水，包括居民生活用水和公共建筑及设施用水（2）工业企业生产用水和工作人员生活用水（3）消防用水（4）浇洒道路和绿地用水（5）未预计水量及管网漏失水量3、生活用水定额如何确定？城市居民生活用水量由城市人口、没人每日平均生活用水量和城市给水普及率等因素确定。

给水工程下册各章节内容考试复习重点1.给水处理的任务：用不同的方法与装置改变原水的主要质量指标以满足用户的要求，提高水的质量，解决原水不能满足用户要求的矛盾.2.原水中的杂质：（1）悬浮物：尺寸较大，易于在水中下沉或上浮.（2）胶体杂质：颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉；天然水中的胶体一般带负电荷. （3）溶解杂质：包括有机物和无机物两类.3.（1）水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值.（2）水质参数指能反映水的使用性质的量，但不涉及具体数值.4.生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）（1）感官性状和一般化学指标（2）毒理学指标（3）微生物指标（4）放射性指标5.给水处理方法概述：水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定.①悬浮杂质：沉淀法去除②胶体状态存在水中的杂质：混凝沉淀过滤去除③离子、分子状态存在水中的杂质：生成沉淀物将这种杂质去除④有机物：用活性炭吸附⑤微生物、细菌等：消毒方法----以地表水为水源的水厂采用的常规处理工艺：混凝——沉淀——过滤——消毒6.（1）澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤.处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质.（2）消毒是消除水中致病微生物的致病作用.7.除铁、除锰和除氟（第19章）：主要针对地下水而言.----常用除铁、锰的方法是：自然氧化法和接触氧化法.----当水中含氟量超过1.0mg/L时，需采用除氟措施：a.投入硫酸铝等使氟化物沉淀；b.利用活性氧化铝等进行吸附交换.8.软化（第21章）：处理对象主要是水中的钙、镁离子.-----软化方法有：离子交换法和药剂软化法.9.生活饮用水预处理和深度处理：主要处理对象是水中的有机污染物.-----处理原理：吸附、氧化、生物降解、膜滤.第15章混凝一、混凝机理1.（1）混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称.（2）凝聚：胶体失去稳定性的过程.（3）絮凝：脱稳胶体相互聚集.----混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用.（4）胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性.-----胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种.-----动力学稳定：指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力.（无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强.）-----聚集稳定：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性.包括：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）.注：在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定对胶体稳定性的影响起关键作用.2.DLVO理论：PPT6，P255.胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥势能与吸引势能，分别由静电斥力与范德华引力产生.3.混凝机理:(1)电性中和作用机理:①压缩双电层：----要使胶体脱稳，相互碰撞结合，必须消除或降低排斥能峰，即是消除或降低ζ电位. ----有效措施：投加混凝剂→压缩扩散层→微粒间相互聚集.----混凝剂是正离子→进入胶体的吸附层和扩散层→压缩其厚度→ζ电位减小→胶体脱稳，相互粘结.：②吸附－电性中和：这种现象在水处理中出现的较多.主要是指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位.----其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号.（2）吸附架桥：吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥.----高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；②但投加过多，会出现“胶体保护”现象，（3）网捕或卷扫：金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫.所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然.4.硫酸铝的混凝机理：不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同.何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等.实际上，几种可能同时存在：pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用；pH=4-5 多核羟基络合物起吸附电性中和；pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥.二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂：主要分为无机混凝剂和有机混凝剂.应用于饮用水处理的混凝剂应符合的基本要求有：混凝效果好，对人体健康无害，使用方便，货源充足，价格低廉.主要分为无机混凝剂和有机混凝剂.表15-12.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.助凝剂通常是高分子物质.机理：高分子物质的吸附架桥.作用：（1）调节和改善混凝条件，加速混凝过程；（2）加大絮凝体的密度和重量，使它迅速下沉；（3）在絮凝体之间起吸附架桥和沉淀网捕作用.----助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝.----广义上可分为以下几类：① 酸碱类：调整水的pH ，如石灰、硫酸等；② 加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2·nH2O ）、骨胶、高分子絮凝剂；③ 氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物.如投加Cl2、O3等.三、混凝动力学1.基本概念.混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴.颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：①颗粒在水中的布朗运动；②在水力或机械搅拌所造成的流体运动.异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集.同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集.2.异向絮凝颗粒的碰撞速率可按费克（Fick ）定律计算：28n dD N Bp π= υρπd KT D B 3= 式中：D B ——布朗运动扩散系数；K 为波兹曼常数，1.38×10-16；T 为温度； ν为水的运动粘度； ρ为水的密度.因此： 238KTn Np υρ=故Np 只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关.但当颗粒的粒径大于1m ，布朗运动消失.从上式可以看出，T ↑会引起Np ↑，所以在水处理不好时，可在原水中加入少量粘土，加大n ，使碰撞加剧，从而使Np 加大.3.同向絮凝（1）层流理论：颗粒的碰撞速率按下式计算： G d n N 32340= z u G ∆∆= G --速度梯度，s-1；△u --相邻两流层的流速增量，cm/s ；△z --垂直于水流方向的两流层之间距离，cm.在公式中，n 和d 均属原水杂质特性，而G 是控制混凝效果的水力条件.故在絮凝设 备中，往往以速度梯度G 作为控制参数之一.在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受剪而扭转的隔离体△x ·△y ·△z ，设在时间△t内，隔离体扭转了θ角度，于是角速度△ω为：G:速度梯度；s-1p:单位体积流体所耗功率，W/m3; μ:水的动力粘度，Pa ·s.当采用机械搅拌时，p 由机械搅拌器提供.当采用水力絮凝池时，p 应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：gQh pV ρ= QT V = 故采用水力絮凝池时: T gh G ·ν= （甘布公式） 式中：g--重力加速度，9.8m/s2; h--混凝设备中的水头损失，m ；ν--水的运动粘度，m2/s;T--水流在混凝设备中的停留时间，s. （2）同向紊流理论①外部施加的能量形成大涡旋；②大涡旋将能量输送给小涡旋；③小涡旋将能量输送给 更小的涡旋；④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞. Gz u z t l t =∆∆=∆•∆∆=∆∆=∆1θωμp G =28n dD N Bp π=式中，紊流扩散系数 λλu D =，λu 为相应于λ尺度的脉动速度，为：得： λελv u 151= ε:单位时间、单位体积流体的有效能耗；υ：水的运动粘度；λ：涡旋尺度.4.混凝控制指标自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程.相应设备 有混合设备和絮凝设备.混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳.平均G ＝700 ～ 1000s-1，时间通常在 10～30s ，一般＜2min.此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝.絮凝过程：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主.同向絮凝效果不仅与G 有关，还与时间有关.在絮凝阶段，通常以G 值和GT 值作为控 制指标.平均G ＝20 ～ 70s-1，时间为15 ～ 20min ，GT ＝1～104－105 . 随着絮凝的进行，G 值应逐渐减小.四、影响混凝效果的主要因素1.影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：① 原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；② 投加的凝聚剂种类与数量；③ 使用的絮凝设备及其相关水力参数.2.水温影响水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差.其原因有： ① 无机盐水解吸热，低温水混凝剂水解困难；② 温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；④水温与水的pH值有关.克服水温低效果差的措施：①增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件.②投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速.3.水的pH和碱度影响（1）水的PH对混凝效果影响很大，对一般的浑浊水，投硫酸铝的最佳PH范围为6.5-7.5.（2）三价铁盐水解反应同样受PH值的控制. (FeCL36H2O)三价铁盐混凝剂适应的PH值范围较宽，最优PH值大约在6.0-8.4之间.（3）使用 FeSO4·7H2O 时： Fe2+ + H2O<----> Fe(OH)+ + H+Fe(OH)+ + H2O<---->Fe(OH)2 + H+Fe(OH)2溶解度较大，且Fe2+只能形成较简单的络合物，混凝效果较差，因此要把Fe2+氧化成Fe3+，就和FeCl3一样了.（4）氧化的方法：----利用溶解氧氧化： 4FeSO4+O2+10H2O<---->4Fe(OH)3+4H2SO4要求：PH>8.5，这样氧化时间才能短，因此投 FeSO4 同时投加CaO提高原水的PH. PH<8.5时氧化过程缓慢，很难在净化构筑物内完成.----加Cl2氧化： 6FeSO4+3Cl2<---->2Fe(SO4)3 + 2FeCl3（5）从铝盐和铁盐水解反应式可以看出，水解过程中不断产生的H+必然导致水的 PH 值的下降，天然水中含有一定的碱度. HCO3- + H+<---->CO2 + H2O①当投药量较少，原水的碱度又较大时，由于水中的碳酸化合物的缓冲作用，水的PH 值略有降低，对混凝效果不会有大的影响.②当投药量较大，原水的碱度小时，水中的碱度以不足已中和水解产生的酸时，水的 PH将大幅度下降，以至降至最优混凝条件以下.这时便不能获得良好的混凝效果.为了保持水的 PH 值在混凝过程中始终处于最优范围内须向水中投加碱剂，即对水进行碱化，一般投加CaO.AL2(SO4)3 + 3H2O + 3CaO = 2AL(OH)3 + 3CaSO42FeCL3 + 3H2O + 3CaO = 2Fe(OH)3 + 3CaCL2石灰投量按下式估算：[CaO] = 3[a] – [x] + [δ]式中 [CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L；[a]：混凝剂投量，mmol/L；[x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25～0.5mmol/L（CaO）.一般石灰投量通过试验决定.4 水中悬浮物浓度的影响（见P271）杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差.可采取的对策有：①加高分子助凝剂；②加粘土；③投加混凝剂后直接过滤.如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂.如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂.五、混凝剂的配制与投加1.混凝剂的溶解和溶液配制（1）混凝剂投加分固体和液体投加两种方式.我国常用的是液体投加，即将固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中.当直接使用液态混凝剂时，不用溶解池.溶解设备决定于水厂规模和混凝剂品种.溶解池、搅拌设备及管配件等，均应有防腐措施或采用防腐材料.（2）溶解池设计要求：（见PPT）搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌、水力搅拌等.⑥中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶.（3）溶解池容积W1：W1=（0.2～0.3）W2式中W2为溶液池容积.（4）溶液池是配制一定浓度溶液的设施.溶液池容积W2：cn aQ cn aQ W 41710001000100242=⨯⨯= 式中：W2——溶液池容积，m3；Q ——处理的水量，m3/ h ；α——混凝剂最大投加量，mg/L ；b ——溶液浓度，一般取10%～20%；n ——每日调制次数，一般不超过3次.溶液池一般设二个，一用一备.2混凝剂投加（1）对投药设备的基本要求：① 投量准确、易调节.② 设备简单、工作可靠、操作方便.（2）混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等.①计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等.②投加方式：（1）泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中（P273）水封箱是为防止空气进入.（2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高.（3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损.（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合.六 混合和絮凝设备1.混合设备：我国常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合、机械混合.（见P276）2.絮凝设备：分为两大类：水力搅拌式、机械搅拌式.（1）隔板絮凝池：分往复式和回转式.----隔板絮凝池的设计参数:(见P278)----优点：1.适用于大型水厂，因为 Q 小 b 小，不便于施工和维护；2.构造简单、管理方便、效果较好，回转式比往复式效果好，水头损失小 3040%. ----缺点：1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大；2.流量变化大时，效果受影响.（2）折板絮凝池 (图见P280.)通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板.折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称“异波折板”.----优点：①无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果.②在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反应器.所以折板絮凝池接近推流型.③与隔板絮凝池相比，水流条件大大地改善，在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高.所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小.----缺点：①因板距小，安装维修较困难；②折板费用较高，一般常用于中小型水厂.③采用波纹板缺点就更突出.3.机械絮凝池(图见P281)搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式.水平轴式一般适用于大型水厂，垂直轴式一般适用于中小水厂.----第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积.4.穿孔旋流絮凝池 (图见P284)----优点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用.----缺点是受流量变化影响较大，故絮凝效果欠佳，池底也容易产生积泥现象.5.网格、栅条絮凝池图见P284网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式.每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制.前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅.特点：网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象.其设计参数见P285表15-3.第16章沉淀和澄清一、悬浮颗粒在静水中的沉淀1.水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀.按水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类：（1）自然沉淀：颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度.（2）混凝沉淀：在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状和密度，这种过程称为混凝沉淀.（3）化学沉淀：在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为沉淀物，称为化学沉淀.2.给水处理中，常遇到两种沉淀：P288（1）自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变.（2）拥挤沉淀：颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）.当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀.3.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的直径，同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认为自由沉淀，此时的沉淀速度称为自由沉淀速度.以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻力三种力的作用.重力和浮力：gdF p)(36111ρρπ-=ρp及ρ1：颗粒及水的密度.阻力：422212duCF Dπρ•=CD:阻力系数，与雷诺数有关.得：246)(21331s d s s v d c d g dt dv m ρππρρ--= 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs 增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉.dvs/dt=0 令上式左边为零，加以整理，得均匀下沉速度vs,简称沉速u. d C g u p D 1134ρρρ-= 上式为沉速基本公式，式中虽不出现Re ，但是，式中阻力系数cD 却与Re 有关. νud Re = ν—水的运动粘度.阻力系数cD 与雷诺数Re 的关系通过实验得出，见图：（1）层流区Re ≤1： eDR c 24= 带入斯笃克斯公式得： 2)1(18d s g u ρρμ-=斯笃克斯公式的适用条件:①10-4＜Re ≤1，颗粒d ≤0.1mm 适用；②浓度＜5000mg/L,与容器壁间距大于50d ；③非絮凝颗粒；④对于非球形的颗粒，d 要乘球形系数（ ＜1)（2）过渡区1≤Re ≤1000： e D R c 10=代入公式，得阿兰公式：<这个公式适用于d ≤2mm 的砂粒.>d g u s 3122)()2254(11⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=μρρρ（3）紊流区1000≤Re ≤2500：<这个公式适用d ＞2mm 的砂粒.>此时CD 接近于常数0.4，代入前式得牛顿公式： dg u s1183.1ρρρ-=------给水沉淀池中的泥沙颗粒的沉淀一般属于层流沉降状况.给水处理主要研究对象是0.1mm 以下的颗粒的去除问题.在实际应用上，常常以沉速代表某一特点颗粒而无需求出颗粒的直径.沙粒粒径：d ＞0.1mm u ＞7.5mm/s 去除容易d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除d=0.001mm 胶体，不能自行下沉 必须混凝去除4.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的摩擦阻力有所增加，颗粒处于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀速度称为拥挤沉速. 一般讲，当原水含沙量增到一定数量，泥沙即处于拥挤沉淀状态 ，含沙量再大时，在沉淀过程中会产生浊度相差悬殊的清水区和浑水区，两区交界面清晰可见，称为浑液面，该面缓缓下降，直至泥沙完全沉积为止.具体分析见P290-291.二、平流式沉淀池上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区.经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区.水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥连续或定期排出池外.1.非凝聚性颗粒沉淀过程分析（1）理想沉淀池应符合以下三个假定：①颗粒处于自由沉淀状态：即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不再凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变.②水流沿着水平方向流动.在过水断面上，各点流速相等，在流动过程中，v 始终不变. ③颗粒沉到池底即认为已被去除.（2）分析：原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B 截面上其水平流速为： B h Q v 0= 考察流线III ：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度（沉淀池能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速）.u ≥ u0的颗粒可以全部去除，u< u0的颗粒只能部分去除.又可得： 即： LB Q u =0 A Q u =0Q/A 一般称为“表面负荷”或“溢流率”.表面负荷在数值上等于截留速度u0，但含义不同.设原水中沉速为ui （ui<u0）的颗粒的浓度为C ，沿着进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC ，沿着m 点以下的高度为hi 的截面进入的颗粒的数量为hiBvC （见图)，则沉速为ui 的颗粒的去除率为：A Qu E i = 哈真公式.式中： E —沉淀效率.（3）理想沉淀池理论： 即哈真公式. 悬浮颗粒在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关.这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾，阐明了决定沉淀效率的主要因素,反应了下列两个问题：①当E 一定时ui 越大，q 也越高，亦即产水量越大，或当Q 、A 不变时ui 越大、E 越高. ui 的大小与混凝效果有关.因此，生产上一定要重视絮凝工艺.② ui 一定，A 增加、E 提高.当W （容积）一定时，池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池理论”.斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论.（4）理想沉淀池的总去除率：i p dp u u p P i ⎰+-=000)1( 式中：p0—所有沉速小于理想沉淀池截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；u0—理想沉淀池的截留沉速；ui —小于截留沉速的颗粒沉速；pi —所有沉速小于ui 的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率； dpi —具有沉速为ui 的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率.（4）非凝聚性颗粒的沉淀实验分析.(P295.)2.凝聚性颗粒的沉淀实验分析.(P296)3.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素（1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响. 主要为短流的影响，产生的原因有： ①进水的惯性作用；②出水堰产生的水流抽吸；③较冷或较重的进水产生的异重流；④风浪引起的短流；⑤池内存在的导流壁和刮泥设施等.----水流状况的判别指标-----紊动性和稳定性①紊动性----雷诺数Re 判别.该值表示水流的惯性力与粘滞力两者的对比.υvR R e =v--水的流速； R--水力半径；υ--水的运动拈滞系数.一般认为，在明渠流中，Re ＞500时，水流是紊流状态，平流沉淀池中水流的 Re 一般为 4000～15000，属紊流状态. 在沉淀池中，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降. ②稳定性----弗劳德数Fr.该值表示水流的惯性力与重力两者的对比.Rg r F 2ν=Fr高，惯性力作用相对增加，重力相对减少.水流对温差、密度异重流及风浪等影响的抵抗的能力强，使沉淀池中的水流流态保持稳定，一般认为平流沉淀池中Fr ＞10-5.-----在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R，平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的.（2）絮凝过程的影响(P300)实际生产性沉淀池的沉淀时间和水深均影响沉淀效果.实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件.4.平流沉淀池的构造平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分.（1）进水区进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水的截面上，并尽量减少扰动.一般在絮凝池和沉淀池之间设置穿孔花墙分布进池浑水. 配水孔眼直径取100mm左右，在沉淀区均匀分布，以求将浑水在宽度和深度两个方向上都能均匀分配.孔眼的总面积由孔眼中的水流速度决定，孔眼速度v大，配水均匀性好，但大颗粒絮凝体经过孔眼会被打碎，相反地，v选小，配水均匀性差，但絮凝体被破坏就轻些，所以v≯0 .15~0.2 M/S .（2）沉淀区采用导流墙对平流沉淀池进行纵向分格可以减小水力半径R达到改善水流条件的目的.沉淀池的高度与其前后有关净水构筑物的高程布置有关，一般约3~4米，沉淀区的长度L决定于水平流速和停留时间T，即：L= vT，其中：v=0.01~0.025m/s，停留时间T=1~3h（一般水为1~2h，高温高色度水位2~3h）.沉淀池的宽度决定于流量Q、池深H和水平流速即：B=Q/Hv ，沉淀区的L、B、H之间互相关联，为获得良好的效果，沉淀池应具有合理的构造形式，一般认为狭长型较好.一般认为：长宽比不小于4；长深比宜大于10，宽深比不大于3-4,每格宽度宜在3-8m. （3）出水区（见PPT54）①溢流堰出水；②溢流堰出水；③不淹没孔口出水；④淹没孔口出水（4）存泥区和排泥措施（见PPT59）沉淀池排泥方式有：泥斗排泥、穿孔排泥管、机械排泥等.。