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1水质工程 A 第1篇 总论第1章 水的循环和水质工程学科的任务2第2篇 给水处理第3章 水源水质和水质标准3.1 水源水质水中杂质的分类:悬浮物: 1m-1mm 浊、色、臭、味、菌杂质 胶体 *(稳定性): 10nm-100nm 生活水处理常见: Ca 2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- SO42- HCO3- 溶解杂质: 自然:F - 锰、铁污染:Pd + Hg+3.2 水质标准1.生活饮用水水质标准1)生活饮用水卫生标准 GB 574985 感官性状和一般化学指标:浊度3 度 毒理学指标:氟化物、氰化物、砷、汞等 细菌学指标:细菌总数 不 100 个/ml 总大肠菌数不 3 个/l游离余氯 接触 30min 不 0.3mg/l管网末梢 不 0.05mg/l 放射性指标:总 放射性 0.1Bq/L; 总 放射性 1 Bq/L2)生活饮用水水质卫生规范 (卫生部 2001 年) 水质常规检验项目 34 项,非常规检验项目 62 项 浊 度 不超过 l 度(NTU) ,特殊:不超过 3 度(NTU) 细菌总数 80(CFU/mL) (CFU 为菌落形成单位)总大肠菌群 每 100mL 水样中不得检出;粪大肠菌群 每 100mL 水样中不得检出(总大肠菌群:适宜温度 25oC,37 oC 仍可生长,44.5 oC 不再生长粪大肠菌群:习惯温度 37o,44.5 oC 仍可生长) 耗氧量(COD Mn 法,以 O2 计) 3 (mgL),特殊:不超过 5mgL (高锰酸盐指数是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为:在一定的条件下,用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质,由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量,为了与重铬酸钾耗氧量(CODcr ,)相区别,又称其为高锰酸钾耗氧量或锰法 COD(简写 CODMn )。有的书上干脆简称为耗氧量,英文简称 OC ) 3)城市供水水质标准 (建设部 2005 年) 水质常规检验项目 42 项,非常规检验项目 61 项 浊 度 不超过 l NTU ,特殊:不超过 3 NTU 3 细菌总数 80(CFU/mL) (CFU 为菌落形成单位)总大肠菌群 耐热大肠菌群 粪型链球菌群 每 100 mL 水样不得检出(粪大肠菌群 / 粪型链球菌群 4 : 污染来源于人类粪大肠菌群 / 粪型链球菌群 0.7:污染来源于温血动物) 两虫:贾第鞭毛虫 0.3mg/l42)预处理、深度处理预处理+常规处理 或 常规处理+ 深度处理预处理、深度处理原理:氧化;吸附;生物降解;膜滤二. 工业水处理方法第4章 混凝4.1混凝机理混凝:水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。工艺:投药、凝聚、絮凝这一过程涉及三个方面的问题:水中胶体粒子的性质、混凝剂在水中的水解物种以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。一、 水中胶体稳定性胶体的稳定性:胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。沉降稳定性:指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力;聚集稳定性:胶体颗粒之间不能相互聚集的特性。静电斥力和水化膜是其发生的主要因素。1. 微粒的布朗运动布朗运动是胶体稳定的一个因素;布朗运动又是胶体不稳定的因素。2. 静电斥力 胶体的带电性双电层特点: 1)反离子浓度不均; 2)反离子吸附强度不同电位:1)总电位 胶核表面带电2) 电位电动电位电渗析、反渗透、离子交换去除阴、阳离子 除盐电渗析、反渗透、离子交换降低阴、阳离子 淡化药剂、离子交换去除 Ca2+ Mg2+ 软化工 艺目 的 方 法5静电斥力:胶粒间的静电斥力 F 的大小与 电位有关, 电位愈大,F 愈大; 电位的大小与扩散层厚度有关,d 愈大, 愈大。结论:1)胶核带电愈多,总电位 愈大。2)电位表示颗粒间静电斥力的大小。d愈大,愈大, F愈大。2.DLVO理论斥力:F 1 / X2 ERK 1 e-K2x引力:E A 1/ X2 布朗:E b=1.5KT 假若: Eb Emax 凝聚实际: Eb Emax 分散3.水化膜憎水胶体 愈大,水化膜作用越大 稳定6亲水胶体水化膜 稳定胶体稳定性讨论结论: 胶体状态取决于静电斥力、布朗运动、范德华引力的相对大小; 静电斥力 稳定; 颗粒凝聚 减小;二、硫酸铝在水中的化学反应AL2(SO4) 18H2O AL(H2O)6 3+ 水合铝离子水解反应: 羟基铝离子AL(H2O)6 3+ + H2O AL(OH)( H2O)5 2+ + H3O +AL(OH) (H2O)5 2+ + H2O AL(OH)2(H2O)4 + + H3O +AL(OH)2 (H2O)4 + + H2O AL(OH)3(H2O)3 + H3O +聚合反应: 羟基架桥 OH 2AL(OH)( H2O)5 2+ ( H2O)4AL AL( H 2O)4 4+ 2H2O OH OH OH nAL(OH)( H2O)5 2+ AL( H 2O)4AL 2n+ nH2O OH OH 水解 AL(OH)3 (H2O)3 n 7pH与铝离子水解产物含量关系:铝水解产物ALX(OH) y(3x-y)+相对含量pH8.5 AL (OH)4-三、混凝机理1、电性中和 压缩双电层投电解质 C0 增大 C 扩 增大 C 吸 增大 减小 脱稳等电状态:=0临界电位: k= Emax =0叔采-哈代法则:反离子价数越高,混凝剂投量越小M+: M2+: M3+=1: (1/2)6: (1/3)6压缩双电层作用机理解释港湾沉积现象。压缩双电层作用机理不能解释下列混凝现象: 混凝剂投量多,发生胶体变号、再稳; 投非反离子,也有好的混凝效果; 实际 0 比 = 0 混凝效果更好。8(2)吸附-电性中和吸附胶粒 异号物质 减小 胶粒脱稳异号物质:离子、带正电小胶粒、高分子带正电部位吸附作用:静电引力、范德华引力、氢键、共价键吸附-电性中和与压缩双电层对比例:钠离子、十二烷基铵离子做脱稳实验高价电解质的吸附脱稳作用吸附强度:羟基铝离子分子量越大, 吸附能力越强.Al13O4(OH)247+ Al3(OH)45+ Al2(OH)24+特点:1)分子量大的羟基铝优先吸附;2)分子量大的羟基铝置换分子量小者。2. 吸附架桥高分子特点: 链状,线性结构; 具有吸附性 (共价键、氢键、范德华力) 。与电性中和不同点: 胶粒不必脱稳; 高分子链长 颗粒之间距离。注意: 投量,胶体保护 高分子混凝剂分类: 阳离子型,R-A+ (带正电基团);阴离子型, R-A- (带负电基团);非离子型(不带可离解的基团) ;两性型(带正、负电基团) 。3. 沉淀物的卷扫(网捕作用)胶体变号,再稳胶体不变号投药过量静电、范德华引力、氢键、共价键静电平衡作用机理脱稳能力强 脱稳能力弱投量适中C12H25NH3+Na+9当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时,可以网捕、卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离,称卷扫或网捕作用。这种作用,基本上是一种机械作用,所需混凝剂量与原水杂质含量成反比,即原水胶体杂质含量少时,所需混凝剂多,反之亦然。硫酸铝混凝特点:pH3 AL3+ 压缩双电层投药 4pH5 AL 2(OH)24+ 吸附-电性中和 微絮粒 絮凝体AL3(OH)45+6.5pH7.5 AL (OH)3n 吸附架桥,效果好控制pH:6.5-7.5,假如pH 6.5-7.5,加碱校核:原水pH,碱度投药 再稳投药 网捕4.2 混凝动力学混凝速度:混凝过程中,单位体积水体中颗粒数的减少速率。碰撞动力 布朗运动异向絮凝; 流体运动同向絮凝一、 异向絮凝碰撞: dKTDB3凝聚: 23421KTnNpdtn例 1 . 已知:水源 A ,n A=1018 个/L,t A=25oC;水源 B ,n B=1010 个/L,t B=25oC求:两种原水异向絮凝凝聚速率之比。解: 162082)(34)/( BBnKTvdt例 2 . 已知:水源 A,t A =25oC;水源 B,t B =5oC,且两种原水的颗粒数量浓度相同, 求:两种原水异向絮凝凝聚速率之比。28dB10解:= t A=25oC, A=8.9 .10-4 P .S ,T A=273+25 =298K vtB=5oC, B=1.52 .10-3 Pa .S ,T B=273+5 =278K 83.109.278534)/( 4A2 BBAATnKvdtn二、同向絮凝1. 层流下的同向絮凝碰撞: 凝聚: ZudnGN323204 Gdnt322. 紊流下的同向絮凝碰撞: 机械搅拌; 水力搅拌uPdn323204 uPGTgh凝聚: Gt各向同性紊流理论:大涡旋 能量传输, 颗粒均布紊流小涡旋颗粒碰撞 无方向性 布朗运动D=D 紊 + D 布D 紊 15Dud紊流: 230815Nnd层流 : 2304Pu三 异向絮凝与同向絮凝的作用例:混合阶段,d=0.1m,G=1000 S -1,t=25oC,问: 异向絮凝/同向絮凝占主导地位?絮凝阶段,d=10m,G=10 S -1,t=25oC, 问: 异向絮凝/同向絮凝占主导地位?解:=8.9 .10-4 P .S ,T=273+25 =298K ,K=1.38 .10-23混合阶段: (异)1082938.12)0()/( 643KTGdtnO混混混11絮凝阶段: (同)1082938.12)(0)/( 3643KTGdtnPO
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