大学课件-给水处理-给水处理概论 47页

第14章给水处理概论\n14.1水源水质14.1.1原水中的杂质14.1.2各种天然水源的水质特点14.1.3受污染水源中的杂质\n14.1.1原水中的杂质水中杂质的来源：自然过程：地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，水流对河床及地表冲刷所带入的泥砂和腐殖质等等；人为因素：工业废水、农业污水及生活污水的污染。\n水中杂质的分类：杂质溶解物（低分子、离子）胶体悬浮物颗粒尺寸|||||0.1nm1nm10nm100nm1微米分辩工具电子显微镜超显微镜显微镜水的外观透明浑浊浑浊\n悬浮物和胶体杂质:悬浮物尺寸较大,易于在水中下沉或上浮.胶体颗粒尺寸很小,在水中长期静置也难下沉.悬浮物和胶体是使水产生混浊现象的根源.是饮用水处理的主要去除对象.粒径大于0.1mm的泥砂通常在水中可很快自行下沉,去除较易.而粒径较小的悬浮物和胶体杂质,需投加混凝剂方可去除.\n溶解杂质:无机溶解物:水中所含的无机低分子和离子.主要是某些工业用水的去除对象.有机溶解物:主要来源于水源污染,也有天然存在的,如腐殖质等.在饮用水处理中,溶解的有机物已成为重点去除对象之一,也是目前水处理专家们的重点研究对象之一.\n14.1.2各种天然水源的水质特点地下水:水质清澈,不易受外界污染和气温影响,一般宜作为饮用水和工业冷却水的水源.含盐量和硬度较高,特别是铁锰含量常超标.江河水:易受自然条件影响,水中悬浮物和胶态杂质较多,浊度高于地下水.含盐量和硬度较低.湖泊及水库水:水质与河水类似,浊度较低,藻类较多.海水:含盐量高,一般需经淡化处理才可作为居民生活用水.\n14.1.3受污染水源中的杂质根据现有的检测技术,已发现给水水源中有2221种有机物,饮用水中有765种,并确认其中20种为致癌物,23种为可疑致癌物,18为促癌物,56种为致突变物,总计117种有机物成为优先控制的污染物.随着科学技术的进步和医学研究的进展,有机污染物的毒性和浓度限值将愈来愈明确.\n14.2水质标准水质标准是用水对象(包括饮用水和工业用水)所要求的各项水质参数应达到的指标和限值.随着科学技术的进步和水源污染日益严重,水质标准总是在不断修改补充之中.14.2.1生活饮用水卫生标准14.2.2工业用水水质标准\n生活饮用水卫生标准1986年实施的35项“生活饮用水卫生标准”（GB5749-85）（表14-2）目前执行的是新的国标“生活饮用水卫生标准”（GB5749-2006），从2007.7.1开始实施。共106项水质指标：包括：常规检验项目34项；非常规检验项目62项；\n卫生部2001年9月1日颁布《生活饮用水卫生规范》分类项目数量如下表：项目总数观感及化学毒理学细菌学放射性累计检验项目数9619714296其中常规检3417114234验项目数该规范与原《饮用水卫生标准》对比，增加了有机物综合指标---耗氧量；在规定的常规检验项目中，增加了铝和粪便大肠菌；提高了镉、铅和四氯化碳的限值的要求。另一重大修改是将浊度，由原3NTU改为1NTU。在非常规检验62项中，增加了有关农药、除草剂、微囊藻毒素—LR，消毒副产物：三卤甲烷、卤乙酸、亚氯酸盐、一氯胺等和其他有毒有害有机物。修改后的水质标准比85年颁布的水质标准，比原水质标准更完善。\n该标准包含了93项水质指标，新增TOC、隐孢子虫和贾第氏虫等检测项目，本标准对供水水源、水厂生产、输配水、二次供水和用户用水点水质的安全管理和监督提出了原则性要求，并且要求城市供水水质符合下列要求：水中不得含有致病微生物、水中所含化学物质和放射性物质不得危害人体健康。新标准的修订，整体上是不低于卫生部颁布的《生活饮用水水质卫生规范》，同时对一些原有项目还调高了标准。常规检验项目两者都分为四类，即感官性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标及放射性指标，这一分类方式基本上也是沿用了国家标准。《标准》将细菌学指标修改为微生物学指标，比原来的细菌学指标有了扩展。\n最新颁布的中华人民共和国国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006本标准与GB5749-85相比主要变化如下：——水质指标由GB5749-85的35项增加至106项，增加了71项；修订了8项；其中：——微生物指标由2项增至6项，增加了大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫；修订了总大肠菌群；——饮用水消毒剂由1项增至4项，增加了一氯胺、臭氧、二氧化氯；\n增加水质指标总量，提高检测频率。针对我国水源水质受污染较严重的现状，大幅度增加了水质指标总量，加强了微生物和毒理指标的检控，适应了国际水质标准的发展和我国公众健康的需求。由表1表明，新国标水质指标达106项，比老国标35项多了71项，老国标35项中，与人体健康有关的指标为20项，占57%；新国标106项中，与人体健康有关的水质指标为86项，占106项的80%。指标标准号微生物消毒剂毒理感官性状和一般化学性放射性共计GB5749—85211515235GB5749—20066474202106\n——毒理指标中无机化合物由10项增至21项，增加了溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、锑、钡、铍、硼、钼、镍、铊、氯化氰；并修订了砷、镉、铅、硝酸盐；毒理指标中有机化合物由5项增至53项，增加了甲醛、三卤甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯丁二烯、二氯乙酸、三氯乙酸、三氯乙醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、2,4,6-三氯酚、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、丙烯酰胺、微囊藻毒素-LR、灭草松、百菌清、溴氰菊酯、乐果、2,4-滴、七氯、六氯苯、林丹、马拉硫磷、对硫磷、甲基对硫磷、五氯酚、莠去津、呋喃丹、毒死蜱、敌敌畏、草甘膦；修订了四氯化碳；\n——感官性状和一般理化指标由15项增至20项，增加了耗氧量、氨氮、硫化物、钠、铝；修订了浑浊度；——放射性指标中修订了总α放射性。——删除了水源选择和水源卫生防护两部分内容。——简化了供水部门的水质检测规定，部分内容列入《生活饮用水集中式供水单位卫生规范》。——增加了附录A。——增加了参考文献。为准备水质净化和水质检验条件，贾第鞭毛虫、隐孢子虫、三卤甲烷、微囊藻毒素-LR等4项指标延至2008年7月1日起执行。\n水质项目可分成以下几类:感官性状方面的要求:对人体健康有益但不希望过量的化学物质,如水中钠、钾、钙等;对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质,如挥发酚类、阴离子合成洗涤剂等;有毒物质，如砷、汞、镉、氰化物等等;细菌学指标：细菌总数，总大肠菌数和余氯\n新水质标准的进展：在常规检验项目中：增加了耗氧量作为水质指标增加了铝（0.2mg/l）增加了粪大肠菌群（每100ml水样中不得检出）。浊度由3NTU改为1NTU；镉由0.01mg/l改为0.005mg/l；铅由0.05mg/l改为0.01mg/l；四氯化碳由0.03mg/l改为0.002mg/l\n新水质标准的进展：在非常规检验项目中:增加了有关的农药、除草剂、微囊藻毒素－LR、消毒副产物：三卤甲烷、卤乙酸，亚氯酸盐、一氯胺等有毒有害有机物。\n14.2.2工业用水水质标准工业用水的水质优劣,与工业生产的发展和产品质量的提高关系极大。各项工业用水对水质的要求由有关工业部门制订。\n14.3给水处理方法概述给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中的杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质。水处理的方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。\n给水处理方法概述澄清和消毒：处理对象主要是水中的悬浮物和胶体杂质。“混凝－沉淀－过滤－消毒”－－饮用水的常规处理工艺除臭、除味：处理方法取决于水中臭和味的来源。除铁、除锰和除氟：\n软化：处理对象主要是水中的钙、镁离子方法有药剂软化法和离子交换法。淡化和除盐：处理对象是水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。水的冷却：作为冷却介质的水通过换热器等设备后温度升高，必须经过冷却处理使水再恢复原先温度后，才能循环使用。水的腐蚀和结垢控制：在循环冷却水系统中对水质进行控制，使水即不结垢也不腐蚀。生活饮用水预处理和深度处理：\n常规处理（混凝、沉淀、过滤）能有效地去除较清洁水源水中的悬浮物和胶体杂质。对于污染水源而言，水中溶解性的有毒有害物质是常规处理难以解决的。在常规处理基础上增加预处理和深度处理。预处理：置于常规处理之前的处理工艺深度处理：置于常规处理之后的处理工艺\n预处理方法处理对象：主要是水中的有机物方法有：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物氧化法等等；\n深度处理方法：处理对象：水中有机污染物处理方法：颗粒活性炭吸附法；臭氧－活性炭法（生物活性炭法）；光化学氧化法；超声波－紫外线连用法；膜滤法等等。\n14.4反应器反应器是化工生产过程中的核心部分。反应器模型应用于水处理中，推动了水处理工艺的发展，提供了一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。许多水处理的设备和池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至纯物理过程等等。\n14.4.1物料衡算和质量传递物料衡算方程变化量＝输入量－输出量＋反应量式中：V－反应器内液体体积；Q－流入或流出反应器的流量；C0－组分i的流入浓度；Ci－反应器内组分i的浓度；\n物料衡算方程的几点说明如果在反应区内，组分i的浓度不随时间而变化，则〔浓度变化速率〕＝0，称稳定状态。物质的输入和输出，是由质量传递引起的。反应速率一般指化学反应速率，由化学反应动力学决定.\n质量传递物质的输入和输出是质量传递的结果。传递机理可分为：主流传递分子扩散传递紊流扩散传递\n主流传递物质随水流主体而移动，称为主流传递，它与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。\n分子扩散传递：如果存在浓度梯度，高浓度区的i组分总是向低浓度区迁移，最终趋于均匀分布状态，使浓度梯度消失。如果属于稳定状态，则扩散不断进行，而浓度梯度保持不变。Fick第一定律给出了分子扩散的经验表达式：\n式中：J－物质扩散通量。即单位时间，通过单位面积的物质量。〔摩尔/面积/时间〕DB－分子扩散系数，〔面积/时间〕Ci－组分i的浓度，〔摩尔/体积〕x－浓度梯度方向的坐标。\n紊流扩散传递在紊流状态下，液体质点不仅具有随水流前进的运动，还具有上下左右的脉动，伴有涡漩。紊流扩散传质速率也与浓度梯度成正比：式中Dc称紊流扩散系数。\n稳定扩散如果在扩散过程的起端不断由外界投入新的扩散物质而在终端不断将扩散物质输出，扩散将不断进行下去，空间各点浓度分布将始终保持不变，这就是稳定扩散。\n14.4.2理想反应器模型\n（1）完全混合间隙式反应器(CMB)在整个反应过程中，不存在有物质迁移而导致的物质输入和输出，物料平衡方程可写成：当t＝0时，Ci＝C0，将上式积分，得到：\n如果反应速率已知，可以求出物质i从进口浓度C0变化至Ci所需的时间t，从而根据生产需要，求出所需反应器容积。若为一级反应，代入上式，得到：CMB，通常用于实验室实验或少量的水处理。\n(2)完全混合连续式反应器（CSTR）当反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的物料达到完全均匀混合。物料平衡方程：通常按稳定状态考虑，即在进入反应器的i物质浓度C0不变的条件下,反应器内的i浓度Ci不随时间而变化，即\n得到：只要反应速率已知，即可求出反应时间t,根据设计流量Q，则可求出反应器的容积V＝Qt。设为一级反应，将代入上式得到为平均停留时间。\n如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，则第二个反应器的输入物料浓度为第一个反应器的输出物料浓度。设为一级反应，每个反应器可写出：所有公式左边和右边分别相乘，得到式中：为单个反应器的反应时间，总反应时间为\n(3)推流型反应器（PF）反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿液流方向将发生变化。对长度为dx的微元体积列物料平衡方程\n在稳定状态下，沿液流方向各断面处的物料浓度Ci不随时间而变，即上式可简化为：边界条件x＝0，Ci＝C0；x＝x，Ci＝Ci；积分得到：\n14.4.2非理想反应器\n一般概念返混：停留时间不同的物料的混合，在化学反应工程上称之为“返混”。由于返混程度不同，将引起物料在反应器内停留时间分布不同，而返混程度又是衡量实际反应器偏离理想条件的一种尺度。因此利用停留时间分布来判断设备的流型究竟接近于PF型还是CSTR型，是一种合理而简便的方法。\n纵向扩散模型（PFD）在推流型的基础上加一个纵向（或称轴向）混合。\n