《给水处理概论》PPT课件.ppt

1 第 14章 给水处理概论 14.1 水源水质 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 水中杂质分类 杂质 溶解物 胶体 悬浮物 颗粒尺寸 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1m 10m 100m 0.1mm 分辨工具 电子显微镜可见 超显微镜可见 显微镜可见 肉眼可见 水的外观 透明 浑浊 浑浊 2. 分类 悬浮物 胶体 溶解物 14.1.1 源水中的杂质 1. 杂质的来源 自然过程：所接触的大气、土壤等自然环境。 人为因素：工业废水、农业污水及生活污水。 3 水中杂质分类 4 溶解性和悬浮性的划分并不很确切， 丹麦 用孔径为 1.6微米 的过滤器 其它许多国家则使用孔径 1微米 的过滤器 还有许多国家使用 0.45微米 左右的过滤器 （ IWA（国际水协会） 建议使用 0.45微米 左右 的过滤器） 5 （ 1）悬浮物和胶体杂质 悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根 源。其中有机物，如腐殖质及藻类等，往往 会造成水的色、臭、味。 （ 2）溶解杂质 溶解杂质包括有机物和无机物两类。 无机溶解物是指水中所含的无机低分子 和离子。 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。 6 1）溶解气体 天然水中的溶解气体主要是氧、氮和二 氧化碳，有时也含有少量硫化氢。 2）离子 天然水中所含主要阳离子有 Ca2+、 Mg2+、 Na+；主要阴离子有 HCO3-、 SO42-、 Cl-。此 外还含有少量 K+、 Fe2+、 Mn2+、 Cu2+等阳离 子及 HSiO3-、 CO32-、 NO3-等阴离子。 7 14.1.2 各种天然水源的水质特点 1. 地下水 水质、水温较稳定。 由于地下水流经岩层时溶解了各种可溶性 矿物质，因而水的含盐量通常高于地表水 （海水除外）。 地下水硬度高于地表水。我国地下水总硬 度通常在 60 300mg/L（以 CaO计）之间， 少数地区有时高达 300 700mg/L。 8 2. 江河水 易受自然条件影响。水中悬浮物和胶态杂质 含量较多，浊度高于地下水。 江河水的含盐量和硬度较低。 3. 湖泊及水库水 浊度较低。 含较多藻类，水质易恶化。 易受废水污染。 含盐量比河水高。 4. 海水 含盐量高，所含各种盐类或离子的重量 比例基本一定。 9 14.1.3 受污染水源中的杂质 6070年代重视重金属污染 80年代重视有机物的污染 解决办法： 保护水源，控制污染物 强化水处理工艺 10 14.2 水质指标 水质标准：用水对象（包括饮用和工 业用水等）所要求的各项水质参数应达 到的指标和限值。 可分为国际标准、国家标准、地区标 准、行业标准和企业标准等不同等级。 11 14.2.1 生活饮用水卫生标准 生活饮用水卫生标准 ( GB 5749-2006) 2007.07.01 实施 ，代替 GB 5749-85。 水质指标由 GB 5749-85的 35项增加至 106项，增加了 71项；修订了 8项。 12 14.2.1 生活饮用水卫生标准 1. 属于感官性状方面的要求，如水的浊度、色 度、臭和味以及肉眼可见物等。 （ 1）色度 饮用水的颜色是由于带色有机物、金属 或高色度的工业废水造成。水色的存在使饮 用者不快甚至感到厌恶。衡量水中的色度用 铂钴标准比色法，规定相当于 1mg铂在 1L水 中所具有的颜色称为 1度。 “国标”规定色度不超过 15度，并不得呈现 其他异色。 13 （ 2）混浊度 混浊度本身并不直接代表水的性质，而是 综合性地反映水的混浊程度，属于感官性质。 混浊度大小与水中的悬浮物质、胶体物质的含 量有关。混浊度用白陶土标准比浊法测定，相 当于 1mg白陶土在 1L水中所产生的混浊程度作 为一个混浊度单位，用度表示。 “国标”规定不超过 1度，水源与净水技术条 件限制时为 3。 14 （ 3）臭和味 “国标”规定饮用水不得有异臭、异味。 测定水中臭气没有标准的单位表示，一般常以 水样在 40 及 60 时测者的感觉用文字定性描 述并以臭气强度表示。描述臭气强度分为 6级。 味在强度上也分为 6级。 （ 4）肉眼可见物 “国标”规定水中不得含有肉眼可见物。 15 2. 对人体健康有益但不希望过量的化学物质，如 水中钠、钾、钙、铁、锌、镁、氯等。 （ 1）总硬度 含有钙与镁离子的水叫做具有“硬度”的 水。水中钙离子与镁离子含量的综合叫做水的 总硬度。水的硬度有分为暂时硬度和永久硬度 两种，总硬度是这两种硬度之和。 “国标”规定：生活饮用水的总硬度不能大于 450mg/L（以碳酸钙计）。 （ 2）铁 铁在天然水中普遍存在，是人体不可缺少 的营养素。水中含铁量在 0.3 0.5mg/L时无任 何异味，达 1mg/L时便有明显的金属味，在 0.5mg/L时色度可大于 30度。“国标”规定： 生活饮用水中含铁不应超过 0.3mg/L。 16 （ 3）锰 锰也是人体需要的微量元素之一。水中含 锰量如超过 0.15mg/L时，水就会产生金属涩味。 毒性较小，“国标”规定不应超过 0.1mg/L， 是从感官和危害角度提出的。 （ 4）锌 当水中含锌量达 10 mg/L时，水是浑浊的， 在 5 mg/L时水中有金属涩味。“国标”规定不 应超过 1.0 mg/L也是根据感官性状要求制定的。 17 3. 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。 （ 1）挥发酚类 酚分为挥发酚与不挥发酚，水中含酚主 要来自工业废水污染，特别时炼焦和石油的 工业废水，其中以苯酚为主要成分。“国标” 规定：根据感官要求，定为饮用水中挥发酚 类含量不应超过 0.002 mg/L。 （ 2）阴离子合成洗涤剂 其化学性质稳定，较难分解和消除，毒 性极低。“国标”规定为不应超过 0.3 mg/L。 18 4. 有毒物质，如砷、汞、锅、铬、氰化物、氯仿、 苯并 (a)篦等。 （ 1）砷 水中的砷化物有毒，“国标”规定不应超 过 0.01 mg/L使安全的。 （ 2）汞 汞，是剧毒物质。汞化合物分为有机汞与 无机汞，无机汞中的氯化汞和硝酸汞的毒性较 高，汞在人体内蓄积性高，残毒性久，浓缩性 大。“国标”规定不得超过 0.001 mg/L。 19 （ 3）镉 镉是有毒元素，食用镉污染的食物可能会蓄积于 体内造成慢性中毒。“国标”规定饮用水中镉含量不 超过 0.005 mg/L。 （ 4）铬 铬的化合物有二价、三价和六价，其中六价铬毒 性最大，可引起皮肤、粘膜、肝、胃、肾、口腔、血 液部分的疾患，并有导致肺癌的可能。“国标”规定 为不得超过 0.05mg/L。 （ 5）氰化物 水中氰化物有剧毒，氰化物使水呈杏仁气味，其 嗅觉阈浓度为 0.1 mg/L。“国标”采用一定安全系数， 规定饮用水中氰化物不得超过 0.05 mg/L（以游离氰根 计）。 20 （ 6）氯仿 当水源被污染，原水中含有机物或腐殖质 时，加氯消毒就可能生成许多有机氯化合物， 其中以氯仿为最常见。世界卫生组织 饮用水 水质准则 中推荐氯仿在饮用水中得建议值为 30g/L，考虑到我国国情，“国标”建议饮用 水中氯仿含量标准为 60g/L。 （ 7）苯并（ ）芘 凡是含碳物质在燃烧（特别试 400 900 ）时都能产生苯并芘等多环芳烃。“国 标”推荐饮用水中苯并（ ）芘含量得试行标 准为 0.01g/L。 21 指 标 限 值 1、微生物指标 总大肠菌群 不得检出 耐热大肠菌群 不得检出 大肠埃希氏菌 不得检出 菌落总数（ CFU/mL） 100 22 饮用水中消毒剂常规指标及要求 消毒剂名称 与水接触时 间 出厂 水 中限 值 出厂 水 中余 量 管网末梢 水中余量 氯气及游离氯制剂（游 离氯 ,mg/L） 至少 30min 4 0.3 0.05 一氯胺（总氯， mg/L） 至少 120min 3 0.5 0.05 臭氧（ O3， mg/L） 至少 12min 0.3 0.02 如加氯， 总氯 0.05 二氧化氯（ ClO2， mg/L） 至少 30min 0.8 0.1 0.02 23 14.2.2 工业用水水质标准 工业水质由生产工艺而定，水质标准的要求由 有关工业部门制定。 24 14.3 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 去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使 用所要求的水质、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。在给水处 理中，有的处理方法除了具有某一特定的处 理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处 理效果。为了达到某一处理目的，往往几种 方法结合使用。 25 14.3.1 澄清和消毒 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。原水加药后， 经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝 体，而后通过沉淀池进行重力分离。过滤是 利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物，用以 进一步降低水的浑浊度。 2. 消毒 是灭活水中致病微生物，通常在过滤以 后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂 以杀灭致病微生物。 26 14.3.2 除臭、除味 1. 原因：当原水中中臭和味严重而采用澄清和 消毒工艺系统不能达到水质要求时。 2. 方法取决于水中臭和味的来源。 14.3.3 除铁、除锰和除氟 1. 除铁、除锰的方法：自然氧化法和接触氧化 法。还可采用药剂氧化、生物氧化法和离子 交换法。 2. 除氟的方法 投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化 物产生沉淀； 利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。 27 14.3.4 软化 1. 处理对象：主要是水中钙、镁离子。 2. 软化方法：离子交换法和药剂软化法。 14.3.5 淡化和除盐 1. 淡化：将高含盐量的水处理到符合生活饮用 或某些工业用水要求时的处理过程。 2. 除盐：制取纯水及高纯水的处理过程。 3. 淡化和除盐主要方法有：蒸馏法、离子交换 法、电渗析法及反渗透法等。 14.3.6 水的冷却 采用冷却塔，喷水冷却池或水面冷却池的。 14.3.7 水的腐蚀和结垢控制 加入缓蚀剂和阻垢剂。 28 14.3.8 生活饮用水预处理和深度处理 1. 处理对象：水中有机污染物。 2. 预处理方法：粉末活性炭吸附法；臭氧 或高锰酸钾氧化法，生物氧化法等。 深度处理方法：粒状活性炭吸附法；臭 氧 粒状活性炭联用法或生物活性炭法； 化学氧化法；光化学氧化法及超声波 紫外线联用法等物理化学氧化法；膜滤 法等等。 29 给水处理方法应根据水源水质和用户对 水质的要求确定 悬浮杂质 沉淀方法去除； 胶体状态存在水中的杂质 混凝、沉淀、过 滤去除； 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； 有机物 用活性炭吸附； 微生物、细菌等 消毒方法。 以上各种方法可以单独使用，也可几种方法结合使用， 以形成不同的处理系统，就是所谓的水处理流程。 30 给水处理的基本流程 以地面水为水源 地 面 水 水 源 混 凝 沉 淀 过 滤 消 毒 饮 用 水 31 以地下水为水源 地 下 水 水 源 消 毒 饮 用 水 或根据水的特殊性质进行：除铁、除锰、除硬、除 盐等等 32 发展方向 水源水的有机污染 特别是 80年代以后，对有机物的污染特别关注。 已发现在给水水源中有机物种类在 2000种以上；饮 用水中有 700多种。 美国确立了 117种优先控制有机物。 我国也确定了 12类， 58种。 病原微生物 ：新的病原微生物：如贾第虫 （ Giardia Lamblia）、隐孢子虫等。 管网水二次污染 ：细菌繁殖 水质变差、管道堵塞 33 14.4 反应器 14.4.1 物料衡算和质量传递 （ 1）物料衡算方程 设在反应器内某一指定部位，任选某一物料组 分 i，根据质量守恒定律： 变化量输入量输出量反应量 当变化量为零时，称为稳态，即： 输入量输出量反应量 0 （ 2）质量传递 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊 流扩散传递。 1）主流传递：物质随水流主体而移动。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。 34 2）分子扩散传递：由于浓度梯度而存在的传递。 式中 : J物质扩散通量 DB分子扩散系数 Ci组分 I的浓度 x浓度梯度方向的坐标 3）紊流扩散传递： 紊流扩散通量可写成类似于分子扩散通量式。 dx i dCDJ B dx i dC cDcJ 35 14.4.2 理想反应器模型 包括完全混合间歇式反应器（ CMB型）、 完全混合连续式反应器（ CSTR型）、推流式 反应器（ PF型） 反应物 反应物 产物 反应物C 0 产物 (1)CMB 型 (2)CSTR 型 (3)PF 型 图1 4- 1 理想反应器图示 产物 36 （ 1）完全混合间歇式反应器（ CMB型）； 物料衡算式为： t=0， Ci=C0； t=t， C=Ci，积分上式得： 设为一级反应， r（ Ci） = kCi，则 )( iCrdt idC ic oc iCr idCt )( iC C k ic oc ikC idCt 0ln1 37 设为二级反应， r（ Ci） =-kCi2，则 （ 2）完全混合连续式反应器（ CSTR型）； 物料衡算式为： 按稳态考虑，即 ，于是： 设为一级反应， r（ Ci） = kCi，则 0 2 111 0 CCkCk dC t i C C i ii )(0 ii i CrVCQCQ dt dCV 0)(0 CiVrQCQC i 00 ii Vk CQCQC 0dtdCi 38 因 ，故 （ 3）推流式反应器（ PF型） 现取长为 dx的微元体积，列物料平衡式： 稳态时， ，则 dxwCrdCCvwCvwdtdCw d x i )()( iiii tQV )1(1 0 iC C k t 0dtidC )( iCrdx idCv 39 x=0， Ci=C0； x=t， C=Ci，积分上式得 14.4.3 水处理中常见的反应器 iC C i i Cr dC v xt 0 反应器 期望的反应器设计 反应器 期望的反应器设计 快速混合器 完全混合 软化 完全混合 絮凝器 局部完全混合的活塞流 加氯 活塞流 沉 淀 活塞流 污泥反应器 局部完全混合的活塞流 砂滤池 活塞流 生物滤池 活塞流 吸 附 活塞流 化学澄清 完全混合 离子交换 活塞流 活性污泥 完全混合及活塞流