水处理讲义3.1
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第3节水质标准一、饮用水卫生标准回顾历史,改善的方向:注重水的外观、预防传染病―去除重金属――去除微量有机物----内分泌紊乱物质。
有关的内分泌紊乱物质的提出始于90年代初野生动物学者的会议上。
96年美国开始食品、饮用水中内分泌紊乱物的筛控方法研究。
然后欧洲经济协力开发组织开始研究。
97年日本,定出被怀疑的物质67, 包括:(1)杀虫剂、除草剂,45种;(2)工业原料,有机氯化合物;(3)副产物,如二恶英。
国际上:♦有现代意义的饮用水标准是在本世纪初在美国出现――《公共卫生署饮用水水质标准》1914年,只针对细菌数量由此大大减少了伤寒病死亡的人数。
到1962年期间,有过修订,但主要是针对化学物质、生物学指标和感官指标♦1974年通过了《安全饮用水法》(Safe drinking water act),♦1975年颁布了《国家暂行饮用水基本规则》(National Interim primary drinking water regulations)――美国饮用水水质标准上的里程碑增加了6种有机物的限制♦1979年修改《国家暂行饮用水基本规则》♦1986年提出了《安全饮用水法修正案》(Safe Drinking Water Act Amendments)《暂行规定》 《国家饮用水基本规定》(National Primary Drinking Water Regulations)提出了达到该标准的最佳可行技术(Best available technology)。
以后,不断改进,增加限制有机物的种类。
美国等的情况代表了国际上先进水平水质标准的发展趋势。
有机物指标的数目超过了水质指标总数的2/3,特别是消毒副产物项目的增加。
国内情况:1956年制订了第1个「生活饮用水卫生标准(试行)」,16项水质指标1976年项目修订增加到23项1986 年「――――」GB5749-85共35项,关于有机物指标只有6项2001年6月新标准[生活饮用水卫生规范]二、工业与其它用水标准1.工业用水标准2.其它:游泳、渔业、灌溉三、废水排放标准1.地表水环境质量标准首次发布1983年第1次修订1988年第2次修订1999年GHZB1-1999,2000年1月1日起实施。
绪论水资源日趋紧张已成为国际性话题,所以工业水的再利用、排水的有效处理已成为当务之急。
天然水中的杂质及工业用水处理(一)各种天然水都是由水和杂质组成。
所谓的水质是水和其中杂质共同表现的综合特性。
水的杂质很多,按其性质分:无机物、有机物、微生物。
按颗粒大小分:悬浮物、胶体、离子和分子(溶解物质)。
悬浮物悬浮物颗粒较大,易除去。
水静止时,相对密度较小的悬浮物会浮于水面,主要是腐殖质等一些有机化合物。
相对密度较大的则下沉,主要是沙子、黏土类无机化合物。
胶体胶体是许多分子和离子的的集合体,这些微粒由于其表面积很大,因此有很强的吸附性,在其表面常吸附很多离子而带电,结果使同类胶体因带有同性电荷而相互排斥,在水中不能相互结合形成更大的颗粒,只稳定在微小的颗粒状态下,这些颗粒不能依靠重力自行沉降。
在天然水中这些胶体主要是腐殖质及铁、铝、硅等化合物。
溶质物质天然水中溶解物质多数是离子和一些可溶性气体。
(1)各种离子钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、重碳酸根(HCO3-)、氯离子、硫酸根、铁及铁化合物、锰及锰化合物、硝酸根、硅酸根。
(2)各种可溶性气体各种可溶性气体有CO2 、O2、H2S。
地表天然水中混入的悬浮物、胶体、有机物构成水的浊度,不除去就不能作工业使用,通常用混凝沉淀、过滤等方法去除。
装置区地网管线说明WR 工业水给水管线W1 生活水管线W2 生产水管线W3 回收水管线W4 二次水管线W6 消防水管线W6a 喷淋水管线W7 一循环冷却水给水管线W8 一循环冷却水回水管线W7a 二循环冷却水给水管线W8a 二循环冷却水回水管线W9 生产、生活污水管线W10 雨水排水管线W11 外排高盐水管线W12 厂前区洗浴热水给水管线W13 厂前区洗浴热水回水管线SL 污泥管线WW 事故水排水管线3如果把人比作一部机器的话,水就是人体内奔流的血液,血液为人体提供养分和维持生命所必须的氧气,水同样为机器设备供给动力、传递能量。
第一章水质概述第一节天然水及其分类一、水源水是地面上分布最广的物质,几乎占据着地球表面的四分之三,构成了海洋、江河、湖泊以及积雪和冰川,此外,地层中还存在着大量的地下水,大气中也存在着相当数量的水蒸气.地面水主要来自雨水,地下水主要来自地面水,而雨水又来自地面水和地下水的蒸发。
因此,水在自然界中是不断循环的。
水分子(H2O)是由两个氢原子和一个氧原子组成,可是大自然中很纯的水是没有的,因为水是一种溶解能力很强的溶剂,能溶解大气中、地表面和地下岩层里的许多物质,此外还有一些不溶于水的物质和水混合在一起.水是工业部门不可缺少的物质,由于工业部门的不同,对水的质量的要求也不同,在火力发电厂中,由于对水的质量要求很高,因此对水需要净化处理。
电厂用水的水源主要有两种,一种是地表水,另一种是地下水。
地表水是指流动或静止在陆地表面的水,主要是指江河、湖泊和水库水。
海水虽然属于地表水,但由于其特殊的水质。
二、天然水中的杂质:天然水中的杂质是多种多样的,这些杂质按照其颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。
悬浮物:悬浮物的表示方法:通常用透明度或浑浊度(浊度)来表示。
颗粒直径约在10—4毫米以上的微粒,这类物质在水中是不稳定的,很容易除去。
水发生浑浊现象,都是由此类物质造成的.胶体:颗粒直径约在10—6—--10-4毫米之间的微粒,是许多分子和离子的集合体,有明显的表面活性,常常因吸附大量离子而带电,不易下沉。
溶解物质:溶解盐类的表示方法:1.含盐量:表示水中所含盐类的总和.2.蒸发残渣:表示水中不挥发物质的量.3.灼烧残渣:将蒸发残渣在800℃时灼烧而得。
4.电导率:表示水导电能力大小的指标。
5.硬度的表示方法:硬度是用来表示水中某些容易形成垢类以对于天然水来说,主要指钙、镁离子。
硬度按照水中存在得阴离子情况。
划分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两类。
6。
碱度和酸度:碱度表示水中含OH —、CO32-、HCO3-量以及其它一些弱酸盐类量得总和.碱度表示方法可分为甲基橙碱度和酚酞碱度两种。
水处理基础知识课件第一节:水质与水质指标水质指标:表示水中各种杂质或污染物的重要标志,是水质状况的综合反映。
给水处理→杂质污水处理→污染物水中杂质的来源污水及分类水中杂质的分类及特性污水的处置途径水源的类型及特性污染物分类及污水的水质指标水中杂质的来源自然过程:降水、渗透、冲刷等人为因素:使用中污染水中杂质的分类悬浮物特性动水中呈悬浮状,静水中可下沉或上浮。
包括泥砂、大颗粒粘土、矿物废渣等无机易沉悬浮物和草木、浮游生物体等有机易浮悬浮物。
通常用重力沉降法去除。
胶体特性尺寸小,在水中长期静置不会下沉。
包括粘土、细菌、病毒、腐殖质、蛋白质等,造成水的色、臭、味。
须投加混凝剂方可去除。
溶解物特性稳定均匀分散在水中,外观清澈透明。
包括阴阳离子(Ca2+、Mg2 + 、Na + 、K + 、Hco3- 、SO42 - 、Cl –等)和溶解气体(O2、CO2等)。
须用化学或物化等特殊方法去除。
天然水源的类型地下水江河水湖泊及水库水海水地下水特点水质较清,细菌较少,水温和水质较稳定,但含盐量和硬度高于地表水。
一般宜作饮用水和工业冷却水的水源。
江河水特点悬浮物和胶态杂质含量较多,细菌含量和浊度高于地下水。
含盐量、硬度较低。
水的色、臭、味变化较大,有毒、有害物质易进入水体,水温不稳定。
受自然条件的影响较大。
湖泊及水库水特点水质类似于河水,但浊度较低,一般含藻类较多,易受废水污染,含盐量较河水高。
分淡水湖和咸水湖,咸水湖含盐量在1000mg/l以上,不宜作为生活饮用水。
海水特点含盐量高,约3500mg/l左右,且各种盐类或离子的重量比例基本一定。
其中氯化物含量最高,约占89%左右,其次为硫化物、碳酸盐,其他盐类含量极少。
须经淡化处理后方可作为居民生活用水。
污水及其分类污水:人类在自己的生活、生产活动中用过,并为生活或生产过程所污染的水。
分类:污水最终处置途径排放水体:污水的自然归宿,可充分利用环境容量,但易造成水体污染。
第三章沉淀与澄清
第1节沉淀原理与分类
一、原理
利用颗粒与水的密度之差,比重>1,下沉
比重<1,上浮
沉淀工艺简单,应用极为广泛,主要用于去除100um以上的颗粒给水处理――混凝沉淀,高浊预沉
废水处理――沉砂池(去除无机物)
初沉池(去除悬浮有机物)
二沉池(活性污泥与水分离)
二、分类
自由沉淀:离散颗粒、在沉淀过程中沉速不变
(沉砂池、初沉池前期)
絮凝沉淀:絮凝性颗粒,在沉淀过程中沉速增加
(初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀)
拥挤沉淀:颗粒浓度大,相互间发生干扰,分层
(高浊水、二沉池、污泥浓缩池)
压缩沉淀:颗粒间相互挤压,下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出,污泥得到浓缩。
第2节 自由沉淀(discrete particle settling)
一、颗粒沉速公式(Stokes ’ law )
假设沉淀的颗粒是球形
所受到的重力为F1= 1/6 π d 3 (ρp - ρl ) g
所受到的水的阻力F2=C D ρl u 2/2 π d 2/4
C D 与颗粒大小、形状、粗造度、沉速有关。
平衡时:F1=F2
可得到沉速(terminal velocity)计算公式(对球形颗粒):
对于非球形颗粒:
φ:形状系数
C D 与Re 有关。
Re<1, C D = 24/Re
μ:水的动力粘度,Pa s
该公式难以反映实际,因为实际中颗粒大小不一,不是球形。
但可以了解u 的影响因素。
此外,一般d 难以测定,在层流区,颗粒太小。
可以通过测定u ,算出d (注意是名义上的)。
d C g u l
l p D ρρρ-=342
181gd u l p μρρ-=d C g u l l p D ρρρφ-=34
二、颗粒沉淀实验
1. 在t i 时,从底部取样,测定Ci
2. 计算
ti ⇒ ui = h/ti
Ci ⇒ pi = Ci/C 0
p i :沉速小于u i 的颗粒占全部颗粒的比重
3. p -u 曲线(颗粒粒度分布曲线)
4.颗粒去除率
t=0 t=ti u=h/t
在t 0 时,
u ≥u
0 的颗粒全部去除
u<u 0 的颗粒部分去除
hi/h = u i t 0/(u 0t 0) = u/u 0
通过实验可绘制以下曲线:
E-t 曲线 u 曲线(与水深无关)
中部取样法:
P= (C 0-C)/C 0 *100%
三、理想沉淀池
假设:
1. 颗粒为自由沉淀
2. 水流水平流动,在过水断面上,各点流速相等。
3. 颗粒到底就被去除。
⎰+-=0
0/1)01(p i
i dp u u p P
水平流速v=Q/(h0 B) B: 池宽
考察顶点,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。
u u0的颗粒可以全部去除
u<u0的颗粒只能部分去除
去除率为E=u i/u0 = u i/(Q/A)
q=Q/A =u0 表面负荷或溢流率
对于颗粒沉速小于u0的颗粒来讲,去除率为
E=ui/u0 = ui/(Q/A)
由上式可知,颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关,而与其它因素(如水深、池长、水平流速、沉淀时间)无关。
(Hazen 理论,1904年)
但实际沉淀池是偏离理想沉淀池。
从上式反映以下两个问题:
1)E一定,ui越大,表面负荷越大,或q不变但E增大。
u i与混
凝效果有关,应重视加强混凝工艺。
2)u i一定,增大A,可以增加产水量Q或增大E。
当容积一定时,增加A,可以降低水深――“浅层理论”。
第3节絮凝沉淀(flocculent settling)
一、特点
在沉淀过程中,颗粒变大,沉淀变大。
悬浮物的去除率不仅与沉速有关,而且与深度,时间有关。
无理论描述公式,只能通过沉淀实验预测沉淀效果。
二、沉淀实验
沉淀柱高度=实际沉淀池深度
1)在时间ti,不同深度测Ci
2) 计算各深度处的颗粒去除百分率p=(C0-Ci)/C0 *100%
3)绘制去除百分率等值线
4)计算颗粒去除率
方法1:按自由沉淀来类推
方法2:中部取样法
P =(C 0-C )/C 0*100% C :h/2处的浓度
三、沉淀效率、表面负荷和停留时间之间的关系
要求一定的去除率---- 设计停留时间和表面负荷
假定不同的水力停留时间t------计算总去除率 P
得出相应的表面负荷 q
绘制三者之间的关系曲线
注意:曲线与水深有关。
第4节 拥挤沉淀 (Hindered (Zone) settling) 一、特点 发生在SS 浓度较高的情况 分层沉淀,出现清水-浑水交接面 出现4个区,参见图16-2。
...)(/)(/340
02230012+-+-+=p p u t h p p u t h p P 停留时间 表面负荷
沉淀效率
A:清水区
B:等浓度区(与原水颗粒浓度相同)或称受阻沉降层
颗粒沉速等于界面(1-1面)沉降速度,等速下降(Vs)
C:变浓度区
颗粒浓度由小变大
D:压实区
颗粒沉速从大――小
悬浮物缓慢下沉是这一区内悬浮物缓慢压实过程
界面(2-2面)以一定速度上升
沉淀开始,1-1面下降,2-2面上升
当t=tc时,1-1面和2-2面相遇时,临界沉降点
当再延长沉降时间,污泥层就会发生压实。
分区的条件:最大颗粒粒径/最小颗粒粒径<6
发生在:混凝后的矾花(>2-3g/L)
活性污泥>1g/L
高浓度泥沙>5g/L
二、沉降过程曲线
以1-1界面的高度为坐标,可以作出沉降过程曲线。
b-c的斜率代表1-1界面的等速沉降
Cc为临界点
最后压实高度为H
沉降过程曲线的相似性,与水深无关(当原水颗粒浓度一样时)。
OA1/OA2=OB1/OB2
由一个水深的沉降过程曲线可以作出其它水深条
件下的曲线
证明见:Kynch 理论
● 界面沉降速度Vs 与颗粒浓度有关
Vs= f(C)
对于活性污泥
Vs=a c -n (n>1)
● 临界点图解近似求解法。