第七章 离子交换 水质工程学
第七章、离子交换
第一节、水的软化
一、概述
1、水的硬度
水中所含钙、镁离子的总量称为水的总硬度，按照阳离子类别又可进一步区分为钙硬度和镁硬度。按照水中阴离子组成又可把硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度即钙和镁的重碳酸盐和碳酸盐。碳酸盐硬度在水煮沸后很容易成为沉淀物析出，故又称暂时硬度。碳酸盐以外的硬度盐类，如钙和镁的硫酸盐、氢化物等非碳酸盐硬度，用一般煮沸方法不能从水中析出，故又称永久硬度。
硬度单位目前普遍采用mg当量/L。国外也有用10mL/LCaO作为1度(德国度)，也有采用以CaCO3mg/L表示的。它们之间的换算关系为：
1mg当量/L=2.8德国度＝50mg/L CaCO3
2、水的硬度高所造成的危害
在日用水或纺织洗染用水中，硬度会浪费肥皂，降低产品质量。对于锅炉用水，由于在蒸发浓缩过程中，水中钙、镁离子不断与某些阴离子结合生成水垢(或称水锈)，附着在锅炉受热面上，从而降低锅炉效率，浪费燃料。
《生活饮用水水质标准》对总硬度的规定标准为小于450mg/L(以CaCO3计)。当水的硬度超过标准时，应进行软化处理。
3、软化的基本方法
软化处理的目的是降低水的硬度，也就是减少水中钙、镁离子含量。在不同软化水系统中，有时还可降低水中重碳酸盐含量，即降低水的碱度，或减少水中阴、阳离子含量，即降低水的含盐量。
软化的主要方法有：
（1）加热法
碳酸盐硬度为暂时硬度，可通过加热去除。
（2）药剂软化法
基于溶度积原理（即难溶化合物浓度大于其溶度积时就产生沉淀），加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物，使之沉淀析出，称为药剂软化法或沉淀软化法。
在水的药剂软化中，石灰是最常用的投加剂。
生石灰投人水中消化后即成消石灰乳浆液Ca(OH)2，当投入处理水中，即可与游离CO2和碳酸盐硬度产生下列各反应：
由于CaCO3及Mg(OH)2在水中的溶解度很小，因此可从水中以沉淀物析出。
由以上反应式可见，当投加石灰时，去除Ca2+和Mg2+要消耗等当量的HCO3-。因此，石灰软化只能除去碳酸盐硬度，亦即只能去除同HCO3-等当量的硬度。如果水中的总硬度超过总碱度，存在非碳酸盐硬度时，则需另外再投加苏打(即碳酸钠NaCO3)。此时，石灰用以降低水的碳酸盐硬度，苏打用以降低水的非碳酸硬度。
药剂软化的处理工艺形式与常规处理基本相同，也需经过混合、反应、沉淀、过滤等过程。
（3）离子交换法
基于离子交换原理，利用某些离子交换剂本身所具有的阳离子（Na+或H+）与水中钙、镁离子进行交换反应，称为离子交换软化法。
二、离子交换树脂的类型和结构特点
1、离子交换树脂的分类
离子交换树脂是由网状结构骨架(即母体)与附属在骨架上的许多活性基因所构成的不溶性高分子化合物。按其活性基团性质，可分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性四种。前两种带有酸性活性基团称为阳离子交换树脂，后两种带有碱性活性基团称为阴离子交换树脂。
在水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上的可交换离子（Na+或H+）与水中钙、镁离子之间的交换过程，即：
离子交换反应为可逆反应，遵守质量作用定律。离子交换技术就是基于等当量交换与可逆反应来进行交换与再生的。树脂失效后要进行再生，把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。
水的软化所采用的离子交换树脂常用阳离子交换树脂或磺化煤(兼有强酸性和弱酸性两种活性基团)。
2、离子交换树脂的结构和命名
离子交换树脂外观为半透明或不透明球状颗粒，颜色有黄色、褐色、白色等。树脂的粒径一般为0.3～1.2mm。
离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。
聚苯乙烯为线团状，聚苯乙烯内有交联剂、孔隙水组成白色小球，在白色小球上挂着活性基团（－SO3H），SO3-总挂在网状结构上，H+可游离出来。故写成R－SO3H，R代表母体，也可简写为R-H+，此时R-表示母体及牢固结合在母体上的固定离子。
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、产品顺序号、交联度等组成。分类名称和骨架名称见P398的表21－3和表21－4。树脂型号由三个阿拉伯数字组成，第一个数字为分类代号，第二个数字为骨架代号，第三个数字为顺序号，后面的“×”表示交联代号，其后的阿拉伯数字为交联度。例如001×7，表示凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度7％；D311表示大孔型丙烯酸系弱碱阴离子交换树脂（D表示大孔型，指孔隙20～100nm。交联剂越多，孔隙越
小）。
三、离子交换的基本原理
1、离子交换树脂的物理性能
（1）密度
）（树脂颗粒本身所占体积
湿树脂质量湿真密度mL g t /=ρ ）（树脂堆积体积湿树脂质量湿视密度mL g f /=
ρ 意义：
①t ρ多用于计算树脂层的反冲洗强度、膨胀率，并且在混合床及双层床中可用t ρ来确定再生时加酸量和加碱量，因为强酸树脂t ρ＝1.3g/mL ，强碱树脂t ρ＝1.1g/mL ，用水一冲，就会分层。
②f ρ用于计算离子交换柱内湿树脂的装填量，一般f ρ＝0.60～0.85g/mL 。
（2）交联度
工业上常用的凝胶型树脂含有2％～12％的二乙烯苯作为苯乙烯的交联剂。 ％烯质量
二乙烯苯质量＋聚苯乙二乙烯苯的质量苯乙烯树脂的交联度＝100? 交联度越大，树脂的孔隙率越小，密度越大，交换能力越小。水处理中用的离子交换树脂的交联度一般为7％～10％。
交联度的改变将引起树脂交换容量、含水率、溶胀度、机械强度等性能的改变。
（3）含水率
树脂含水率指每克湿树脂含水的百分率，即树脂中的孔隙水占整个树脂层的百分率。一般树脂的含水率为50％。
树脂的交联度越小，则含水率越大，孔隙率越大。
（4）溶胀性
干树脂浸泡水中时，体积胀大，成为湿树脂；湿树脂转型（例如阳树脂由Na 型→H 型），体积也发生变化，这种体积发生变化的现象称为溶胀。
①绝对溶胀：干树脂→湿树脂
②相对溶胀：湿树脂转型，Na 型→H 型，胀大5％～10％，Cl 型→OH 型，胀大15％～30％。
注明：溶胀是由于活性基团因遇水而电离出的离子起水合作用而生成水合离子，从而使交联网孔胀大所致，又由于水合离子半径随不同离子而异，因而溶胀后体积亦随之不同。
2、离子交换树脂的化学性能
（1）交换容量
树脂的交换容量指树脂交换能力的大小，即可交换的离子数量。干树脂的交换容量的单位为meq/g ，湿树脂的交换容量的单位为meq/mL 。
①全交换容量E t ：指单位质量树脂所具有可交换离子的总数量。
②工作交换容量E op ：指在给定条件下，单位质量树脂实际可利用的可交换离子的数量。E op ＝（60～80）％E t 。
例如强酸阳树脂的干树脂的全交换容量q m ＝4.99meq/g ，则湿树脂的全交换容量f m v q q ρη)1(-=（meq/mL ）（η为含水率）。
（2）离子交换树脂对pH 值的适应性
强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本上与pH 值无关。弱酸树脂在水的pH 值低时不电离或仅部分电离，因而只能在碱性溶液中才会有较高的交换能力；弱碱树脂则相反，在水的pH 值高时不电离或仅部分电离，只能在酸性溶液中才会有较高的交换能力。各种类型树脂的有效pH 值范围见表7－1。
（3）离子交换树脂的选择性
采用离子交换法处理时必须考虑树脂的选样性。树脂对各种离子的交换能力是不同的，交换能力的大小主要取决于各种离子对该种树脂亲和力（又称选择性）的大小。在常温下，低浓度时，各种树脂对各种离子亲和力大小可归纳如下几个规律：
1）强酸阳树脂的选择性顺序为：
Fe 3+＞Cr 3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg 2+＞K +＝NH 4+＞Na +＞H +＞Li +
2）弱酸阳树脂的选择性顺序为：
H +＞Fe 3+＞Cr 3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg 2+＞K +＝NH 4+＞Na +＞Li +
3）强碱阴树脂的选择性顺序为：
Cr 2O 72-＞SO 2-＞CrO 42-＞NO 3
-＞Cl -＞OH -＞F -＞HCO 3-＞HSiO 3-
4）弱碱阴树脂的选择性顺序为：
OH -＞Cr 2O 72-＞SO 42-＞CrO 42-＞NO 3-＞Cl -＞HCO 3-＞HSiO 3-
5）螯合树脂的选择性顺序与树脂的种类有关，亚氨基醋酸型螯合树脂的选择性顺序为：
Hg ＞Cu ＞Ni ＞Mn ＞Ca ＞Mg ＞Na
位于顺序前列的离子可以取代位于顺序后列的离子。
应该指出的是，上面介绍的选择性顺序均指常温低浓度而言。在高温高浓度时，处于顺序后列的离子可以取代位于顺序前列的离子，这是树脂再生的依据之一。
离子交换是可逆反应，例如Na 型树脂去除水中钙离子的交换反应如下：
反应式的平衡常数为：[][][][]
++=222
2Ca RNa Na Ca R K
在离子交换反应中，K 称为离子交换选择系数。选择性系数K ＞1，表示钙离子的亲和力强，反应向右进行。
一般在常温低浓度下，有：①原子价、电荷数越大的离子，对树脂的亲和力越大；②对相同价数的离子，原子序数越大，水合离子的半径越小，亲和力越大。
但是，在高浓度下，是浓度起决定作用。
按选择性和离子浓度考虑，交换反应存在以下三种情况：
①K ＞1，即水中离子亲和力大于树脂中离子亲和力，且水中离子浓度较大，此时对交换都有利，进行换型。例如H 树脂转换为Na 树脂。
②K ＞1，水中离子浓度不大，则为软化或除盐。
③K ＜1，水中离子亲和力小于树脂中离子亲和力，但水中离子浓度较大，此时可进行再生。例如用NaCl 再生吸附饱和的Ca 树脂。
3、离子交换树脂层的工作过程
（1）交换过程
1）设原水中仅有Ca 2+与RNa 树脂交换
如图7－1所示，在交换柱内进行交换反应，经过一段时间后，测定树脂中吸附Ca 2+含量及饱和度，树脂饱和程度用s η表示，s η＝（80～90）％。图中所示为饱和程度曲线。
图7－1 树脂交换过程中饱和程度示意
对整个交换过程可分为两个阶段（如图7－2所示）：①交换带形成；②交换带往下推移，直到交换结束（即将漏硬，即钙泄漏），在下端形成保护层，此时交换带厚度相当于保护层厚度。
2）设原水中含有Fe 3+、Ca 2+、Na +与RH
树脂交换
①进水初期：各种离子在树脂层中有分层
现象。如图7－3所示。
②交换进行到中途：各种树脂层扩大往下
移。
③交换即将结束：Na +即将泄漏。
图7－3 Fe 3+、Ca 2+、Na +与RH 树脂交
换过程
（2）再生过程
树脂的再生过程指用一定浓度的再生溶
液通过树脂层，使饱和树脂还原为原来的状态
的过程。
R 2Ca ＋2NaCl →2RNa ＋CaCl 2
R 2Ca ＋2HCl →2RH ＋CaCl 2
R 2Ca ＋H 2SO 4→2RH ＋CaSO 4
再生程度一般为80％～90％。再生方式有
顺流再生和逆流再生。 4、离子交换速度
（1）离子交换的历程
离子交换可分为五个步骤，如图7－4所
示。
①水中的Ca 2+向树脂迁移并经过树脂表
面的水膜层（膜扩散）；
②Ca 2+经过树脂孔隙（孔隙扩散）；
③Ca 2+与Na +进行交换反应；
④Na +经过树脂孔隙；
⑤Na +经过膜扩散到溶液中。
可见，离子交换反应速度主要由膜扩散、
孔隙扩散来控制。
（2）影响因素
①交联度
交联度越大，孔隙越小，孔隙扩散慢，则孔隙扩散起控制作用。
②水中离子浓度
离子浓度＞0.1mol/L 时，膜扩散很快，孔隙扩散为控制因素；
离子浓度＜0.003mol/L 时，膜扩散很慢，膜扩散为控制因素。
③水流速度v
v 越大，水膜层越薄，膜扩散越快。v 不影响孔隙扩散。
④树脂颗粒尺寸
颗粒越小，表面积越大，孔隙通道越短，对膜扩散、孔隙扩散均有利。
⑤水温t
水温越高，扩散越快。
四、离子交换软化系统
1、钠离子交换软化系统
（1）单级
单级钠离子交换软化系统的流程见图7－5。
图7－5 单级钠离子交换软化系统
去除效果：①能去硬度，残余硬度为0.03～0.05meq/L；②不能脱碱；③出水总硬度稍有增加（因为钠的当量比钙大）。
适用：①原水硬度不太大的情况，原水硬度小于6～8meq/L；②原水碱度小于出水允许碱度；③用于低压锅炉。
（2）双级
双级钠离子交换软化系统的出水残余硬度≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。
适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。
2、H－Na离子交换脱碱软化系统
（1）H－Na并联离子交换脱碱软化系统
H－Na并联离子交换脱碱软化系统的流程见图7－6。
图7－6 H－Na并联离子交换脱碱软化系统
H 交换器和Na 交换器的流量分配为：
Q S
A A S Q Q Q Q S A A A Q A Q A Q S Q Q Q Q H Na H Na H Na
H ++=-=+-=?
?-?=?+='
'
'
式中，S ＝[SO 42-]＋[Cl -]（H 交换器整个运行期间出水呈酸性，其酸度等于S ）；
A ＝[HCO 3-]；
A ’——剩余碱度，0.3～0.5meq/L 。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性稍差。
（2）H －Na 串联离子交换脱碱软化系统
H －Na 串联离子交换脱碱软化系统见图7－7。
图7－7 H －Na 串联离子交换脱碱软化系统
H －Na 串联离子交换脱碱软化系统的流量分配并联情况一样。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且该系统运行安全可靠，能减轻Na 交换器的负荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度水。
第二节、水的除盐
一、概述
1、水的纯度
水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量。
（1）表示方法
①含盐量C：水中所含阴、阳离子总量。
江河水含盐量C＝1000～1500mg/L以下；
苦咸水含盐量C＝4000～5000mg/L；
海水含盐量C＝30000mg/L以上。
②电阻率ρ：指断面1cm×1cm，长1cm体积的水所测得的电阻。其单位为Ω·cm或MΩ·cm。
理想纯水ρ＝18.3×106Ω·cm（水温25℃）。
（2）水的纯度分类
①淡化水
高含盐水淡化处理后得到淡化水用于生活或生产。淡化水C＜1000mg/L，ρ＜0.1MΩ·cm（25℃）。
②脱盐水
脱盐水相当于普通蒸馏水，水中强电解质大部分已去除。脱盐水C＝1～5 mg/L，ρ＝0.1～1.0MΩ·cm（25℃）。
③纯水
纯水为深度脱盐水，也称去离子水，水中强电解质绝大部分去除，弱电解质也去除到一定程度。纯水C＝0.1～1.0 mg/L，ρ＝1.0～10MΩ·cm（25℃）。
④超纯水
超纯水中的导电介质几乎全部去除。超纯水的C＜0.1 mg/L，ρ＞10MΩ·cm （25℃）。
2、淡化与除盐方法
（1）蒸馏法
（2）反渗透法
（3）电渗析法
以上方法多用于海水、苦咸水淡化。
在现有的海水淡化方法中，以多级闪蒸为代表的蒸馏法居主导地位，约占62％，反渗透法占31％，电渗析法占3％，其它方法占4％。
（4）离子交换法
离子交换法适用于原水C＜500mg/L，即主要用于淡水除盐。
二、阴离子交换树脂的工艺特性
离子交换法除盐系统中，阳离子H型树脂去除水中阳离子，阴离子OH型树脂去除水中阴离子。阳树脂的特性在前面已介绍过，不同的是，强酸阳树脂软化时以漏Ca2+为失效点，除盐时以漏Na+为失效点。
阴离子交换树脂通常是在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入伯胺、仲胺、叔胺基团而构成的。胺是氨NH3中的氢原子被烃基取代的化合物。由于
阴树脂的活性基团为碱性，故为碱性基团。根据基团碱性的强弱，分为强碱性和弱碱性，表示如下：
这里R代表某些简单的脂肪烃烃基。碱性基团的可交换离子为羟基OH-，一般将阴离子交换树脂表示为ROH，此时R代表树脂母体及其所属固定活性基团。
1、强碱阴树脂的工艺特性
（1）反应式
在水的除盐过程中，经过H离子交换的出水含有各种强酸、弱酸阴离子，这些离子经过强碱阴离子交换树脂后可被去除。反应式如下：
最后出水呈弱碱性，这是由于阳床出水总有微量Na+泄漏，使阴床出水含有少量NaOH。
强碱树脂的选择性顺序为：
SO2-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-
在交换过程中，能去除SO2-、NO3-、Cl-，当HCO3-、HSiO3-以酸的形式存在时也能被去除，但HCO3-、HSiO3-以碱的形式（如NaHCO3）存在，就不能被去除。（因为NaHCO3＋ROH＝RHCO3＋NaOH，OH-抑制反应向右进行。）（2）失效点
强碱阴树脂以硅酸泄漏为失效点。可通过测定电导率（电导率K＝1/ρ）来控制硅酸泄漏，终点时电导率瞬时下降，因为水中存在H2SiO3和NaOH，则有：H2SiO3＋NaOH→Na2SiO3
Na2SiO3的导电性能较差，故以电导率瞬时下降作为终点信号。见图7－8。
图7－8 强碱阴离子交换器的运行过程曲线
（3）除硅条件
①进水呈酸性。
②要求H离子交换器减少漏Na+量。若漏Na+量增加，则阴床出水碱度增大，会对除硅不利。
③要求OH离子交换器再生程度高。因为再生程度高，则工作交换容量就大，就有利于吸附硅酸。
2、弱碱阴树脂的工艺特性
弱碱树脂的选择性顺序为：OH-＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-
弱碱阴树脂能以强酸阴离子起交换反应，并且强酸根离子必须以酸的状态存在，而不是以中性盐状态存在。所以，除盐系统中，弱碱阴床往往设于强酸阳床之后。
（1）反应式如下：
（2）失效点
弱碱阴床以强酸根离子泄漏为失效点。正常出水中含有少量碳酸、硅酸及H
交换器泄漏的Na+。电导率没有瞬时下降的情况，以电导率迅速上升为终点信号。
见图7－9。
图7－9 弱碱阴离子交换器的运行过程曲线
（3）特点
①交换容量大。因为树脂单体结合的活性基团多，则交换容量较大。
②再生容易，再生液比耗较小。
③抗有机物污染。
一般可将弱碱阴床设在强碱阴床之前，吸附有机物，吸附强酸根，使强碱阴床主要用于除硅。这样可减轻强碱阴床的负荷，免受有机污染。
三、复床除盐
复床指阳离子、阴离子交换器串联使用的除盐系统。
1、强酸－脱气－强碱系统
强酸－脱气－强碱系统见图7－10。
图7－10 强酸－脱气－强碱系统
强碱阴床设于强酸阳床之后的原因在于：
（1）进水先经过阴床，容易生成CaCO 3、Mg(OH)2沉积在树脂层内，使强碱树脂交换容量降低。
（2）阴床在酸性介质中易于进行离子交换，若进水先经过阴床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差得多。
（3）原水先经过阴床，本应由除二氧化碳器去除的H 2CO 3，也由阴床承担，从而增加再生剂耗用量。
（4）强酸树脂抗污染能力比强碱树脂强。
2、强酸－弱碱－脱气系统
强酸－弱碱－脱气系统适用于无除硅要求的场合。
3、强酸－脱气－弱碱－强碱系统
强酸－脱气－弱碱－强碱系统见图7－11。
图7－11 强酸－脱气－弱碱－强碱系统
该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。
四、混合床除盐
混合床除盐指阳离子、阴离子交换树脂装填在同一交换器内的除盐系统。混合床除盐系统的出水纯度高，电阻率ρ＝5～10M Ω·cm 。
再生时将阳树脂、阴树脂分层再生，再生结束后将其均匀混合再进行离子交换。
下面用离子交换平衡的观点解释混床除盐出水纯度高的原因。
RH ＋ROH ＋NaCl ＝RNa ＋RCl ＋H 2O
平衡常数为：
[][][][][][][][][][][][][][][][][][]O H Cl OH Na H K K K OH H O H Cl ROH OH RCl Na RH H RNa ROH RH Cl Na O H RCl RNa K 222?=??==-+--++-+
式中，O H K 2—— 水的电离常数。水温22℃时，O H K 2＝1.6×10
－16。
Na H K —— 阳树脂的选择性系数。Na H K ＝1.5。 Cl OH K —— 阴树脂的选择性系数。Ⅰ型阴树脂Cl OH K ＝15，Ⅱ型阴树脂
Cl OH K ＝2。
所以，K ＝1.5×15÷（1.6×10－16）＝1.4×1017。
可见，K ＞＞1，反应进行很彻底，反应物能全部变成生成物，故混床出水纯度高。
五、双层床除盐
双层床除盐系统指在同一交换器内装填两种同性不同型的离子交换树脂，借助树脂湿真密度的差别，反洗分层后形成双层床。
双层床有两种：
（1）阳离子交换双层床。上层为弱酸树脂（111），湿真密度为1.12～1.15；下层为强酸树脂（001×7），湿真密度为1.27～1.30。
（2）阴离子交换双层床。上层为弱碱树脂（301×7），湿真密度为1.04；下层为强碱树脂（201×7），湿真密度为1.09。
再生时均采用逆流串联再生。
《水质工程学Ⅰ》学习指南
《水质工程学》学习指南 目录 一、学习水质工程学Ⅰ所需预备知识 (2) 二、学习水质工程学II所需预备知识 (4) 三、学习水质工程学Ⅲ所需预备知识 (6) 四、水质工程学Ⅰ内容提要 (7) 五、水质工程学Ⅱ内容提要 (28) 六、水质工程学Ⅲ内容提要 (30) 七、与本课程学习相关的规范标准 (33) 八、学习本课程相关教材、辅导书 (35) 九、学习本课程相关手册图集 (37) 附件、大学专业课程学习指南手册 (39)
一、学习水质工程学Ⅰ所需预备知识 1、学习本课程所需的水力学知识 学习第二章2.3混凝动力学需要水力学方面关于布朗运动，菲克定律，层流流速分布，等基础知识； 学习第二章2.6混合和絮凝设备需要水力学方面关于局部和沿程水头损失的计算， 学习第三章3.1悬浮颗粒在静水中的沉淀需要水力学方面关于浮力计算，沉速公式，相似原理等基础知识。 学习第三章3.2 平流式沉淀池需要水力学方面关于雷诺数，弗劳得数判别，出口堰，淹没式孔口出流，变水头放空容积公式等基础知识。 学习第三章3.3 斜管与斜板沉淀池需要水力学方面关于水力半径，雷诺数，弗劳得数，层流，紊流等基础知识。 学习第三章3.4 澄清池需要水力学方面关于拥挤沉淀水力学规律，孔口出流公式，孔口面积计算等基础知识。 学习第四章 4.2 过滤理论需要水力学方面关于惯性力，扩散理论，水动力学，水流剪力，粘附力，管渠水头损失，测压管水头等基础知识。 学习第四章 4.4 滤池冲洗需要水力学方面关于沿途泄流穿孔管水力计算，穿孔管大阻力配水系统，孔口出流，小阻力配水系统的计算，水泵扬程等基础知识。 学习第四章 4.6无阀滤池需要水力学方面关于虹吸管，虹吸管道的水力计算，谢才公式等基础知识。 2、学习本课程所需的水分析化学知识
水质工程学 考试方式
一、理论教学 ●考核形式 本门课程教学方式以课堂讲授为主，辅以少量自学和讨论。作业：主要根据授课内容安排少量相关习题。布置的作业要求在一周内完成。 成绩评定：平时成绩占20%（其中，作业占10%，出勤率占10%）、考试占80%。 考试形式：闭卷考试，笔答，考试时间为90分钟，试卷满分为100分。 内容覆盖面达90％。分数分布如下：按教学要求需要“掌握”的知识点占85％、需要“理解”的知识点占10％、需要“了解”的知识点占5％；按难度级：“容易”的知识点占80％，“中等”的知识点占10％，“难”的知识点占10％。 ●内容及所占比重 本课程的基本内容中上标****、***、**、△的意义如下： ****：掌握；***：理解；**：了解；△：自学或粗讲 （1）水质工程学（上） 绪论△ 简述水处理技术的历史与发展趋势、水的循环（自然循环和社会循环）等。 第一篇水质与水处理概论 第一章水质与水质标准*** 1.1 天然水中杂质的种类与性质*** 包括各种天然水体与各类污水中的杂质等。 1.2 水体的污染与自净*** 包括水中常见污染物与来源、水体自净的基本规律及计算方法**** （含耗氧、复氧溶解氧平衡规律及氧垂曲线等）、富营养化产生、危害与控制等。 1.3 饮用水水质与健康** 包括水质与水传染病、水中的物质与健康（元素、微生物、地方病等）等。 1.4 用水水质标准** 包括各类用水的水质标准的概念、水质标准的制定原则、国内外饮用水和工业用水水质标准（发展与现状）、其他常见水水质标准等。 1.5 污水的排放标准** 第二章水的处理方法概论 2.1 主要单元处理方法*** 包括单元处理方法的分类、单元处理方法的基本功能、单元处理方法的组合——水处理流程的基本概念等。 2.2 反应器的概念及其在水处理中的应用** 2.3 水处理工艺流程*** 给水处理流程***：包括各种给水处理常见工艺流程：城市给水（地表水、地下水）、饮用水除污染、优质饮用水等的流程简介。 污水处理流程***：包括城市污水、各种工业废水、回用水等的常见处理流程简介等。
水质工程学计算实例
3 物理处理单元工艺设计计算 3.1格栅 格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止阻塞排泥管道。 3.1.1 设计参数及其规定 ○ 1水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵要求确定。 ○ 2污水处理系统前格栅栅条间隙，应符合：(a)人工清除25～40mm ；(b)人工清除16～25mm ；(c)最大间隙40mm 。 污水处理厂亦可设置两粗细两道格栅，粗格栅栅条间隙50～150mm 。 ○ 3如水泵前格栅间隙不大于25mm ，污水处理系统前可不再设置格栅。 ○ 4栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：(a)格栅间隙16～25mm ，0.10～0.06m 3/103m 3 (栅渣/污水)； (b)格栅间隙30～50mm ，0.03～0.01m 3/103m 3 (栅渣/污水)。 栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m 3 。 ○5在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅(每日栅渣量大于0.2m 3)，一般应采用机械清 渣。 ○ 6机械格栅不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。 ○ 7过栅流速一般采用0.6～1.0m/s 。 ○ 8格栅前渠道内水流速度一般采用0.4～0.9m/s 。 ○ 9格栅倾角一般采用45o～75o。国内一般采用60o～70o。 ○ 10通过格栅水头损失一般采用0.08～0.15m 。 ○ 11格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m 。工作台上应有安全设施和冲洗设施。 ○ 12格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m 。工作台正面过道宽度：(a)人工清除不应小于 1.2m (b) 机械清除不应小于1.5m 。 ○ 13机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。 ○ 14设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。 ○ 15格栅间内应安设吊运设备，以进行格栅及其他设备的检修和栅渣的日常清除。 3.1.2 格栅的计算 【例题】 已知某城市污水处理厂的最大污水量Q max =0.2m 3 /s ，总变化系数K z =1.50，求格栅各部分尺寸。 【解】 (1) 栅条的间隙数(n) 设栅前水深h=0.4m ，过栅流速v=0.9m/s ，栅条间隙宽度b=0.021m ，格栅倾α=60o。 max 260.0210.40.9 Q n bhv ==≈??(个) (2) 栅槽宽度(B) 设栅条宽度S=0.01m 。 B=S(n-1)+bn=0.01×(26-1)+0.021×26=0.8(m) (3) 进水渠道渐宽部分的长度
水质工程学复习题整理
BOD —容积负荷率：为单位曝气池容积m3,在单位时间d 内接受的有机物量. 单位:[质量][体积] [时间] = = = 2 污泥沉降比 SV ：混合液在量筒内静置 30 分钟后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。 混合液悬浮固体浓度 MLSS ：在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量。 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS ：混合液中活性污泥有机性固体物质部分的浓度。 BOD 污泥负荷率：曝气池内单位重量（kg ）的活性污泥，在单位时间（d ）内接受的有机物量（kgBOD ）。有时也以 COD 表示有机物的量，以MLVSS 表示活性污泥的量。 单位：kgBOD/（kgMLSS·d ） 公式Ns=F/M=QS 0/VX 污泥容积指数：从曝气池出口处取出的混合液，经过 30min 静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容积。 单位 mL 公式 SVI=SV/MLSS 氧转移效率 (EA)：通过鼓风曝气转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比。 活性污泥的比耗氧速率：单位重量的活性污泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量， 单位为mgO 2/(gMLVSS·h)或mgO 2/(gMLSS·h) 污泥龄：在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需要 的时间。从工程上来说，在稳定条件下，就是曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比。 污泥回流比：污泥回流比（R ）是指从二沉池返回到曝气池的回流污泥量 QR 与污水流量 Q 之比。 -1 d -1 污泥解体：当活性污泥处理系统的处理水质浑浊，污泥絮凝体微细化，处理效果变坏等为污泥解体现象。 污泥膨胀：污泥的沉降性能发生恶化，不能在二沉池内进行正常的泥水分离的现象。 污泥上浮：污泥(脱氮)上浮是由于曝气池内污泥泥龄过长，硝化进程较高，但却没有很好的反硝化，因而污泥在二沉池 底部产生反硝化，硝酸盐成为电子受体被还原，产生的氮气附于污泥上，从而使污泥比重降低，整块上浮。另，曝气池 内曝气过度，使污泥搅拌过于激烈，生成大量小气泡附聚于絮凝体上，或流入大量脂肪和油类时，也可能引起污泥上浮。 氧垂曲线：水体受到污染后，水体中的溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程。 同步驯化法：为缩短培养和驯化时间，把培养和驯化这两个阶段合并进行，即在培养开始就加入少量工业废水，并在培 养过程中逐渐增加比重，使活性污泥在增长过程中，逐渐适应工业废水并具有处理它的能力。 生物膜法：生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化，使 废水获得净化，同时，生物膜内的微生物不断生长与繁殖。 生物转盘：一种好氧处理污水的生物反应器，由许多平行排列浸没在氧化槽中的塑料圆盘（盘片）所组成，圆盘表面生 长有生物群落，转动的转盘周而复始地吸附和生物氧化有机污染物，使污水得到净化。 生物转盘容积面积比(G)：又称液量面积比，是接触氧化槽的实际容积 V(m3)与转盘盘片全部表面积 A(m2)之比， G=(V/A)*1000 (L/m2)。当 G 值低于 5 时，BOD 去除率即将有较大幅度的下降。所以对城市污水，G 值以介于 5 至 9 之间 为宜。 稳定塘：是人工适当修正或人工修建的设有围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生物净化功能。污水在池塘内流动 缓慢，贮存时间较长，以太阳能为初始能源，通过污水中存活的微生物的代谢活动和包括水生植物在内的多种生物的综 合作用，使有机污染物的易降解。 污水土地处理：污水有节制的投配到土地上，通过土壤-植物系统的物理的、化学的、生物的吸附、过滤与净化作用和自 我调控功能，使污水可生物降解的污染物得以降解净化，氮磷等营养物质和水分得以再利用，促进绿色植物增长并获得 增产。 慢速渗滤处理系统：将污水投配到种有作物的土地表面，污水缓慢的在土地表面流动并向土壤中渗滤，一部分污水直接 为作物所吸收，一部分则渗入土壤中，从而使污水达到净化目的的一种土地处理工艺。 消化池的投配率：投加量和总量的比数，每天需要投加的投加量和消化池的有效容积的比就是投配率。 熟污泥：消化污泥。在好氧或厌氧条件下进行消化，使污泥中挥发物含量降低到固体相对不易腐烂和不发恶臭时的污泥。 污泥含水率（计算公式）：污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。 P1,V1,W1,C1—污泥含水率为 p2 时的污泥体积、重量与固体物浓度； P2,V2,W2,C2—污泥含水率变为 p2 时的污泥体积、重量与团体物浓度; 有机物负荷率（ S ）：有机物负荷率是指每日进入的干泥量与池子容积之比。 V 1 V 2 W 1 W 2 100 p 2 100 p 1 C C 1 挥发性固体和灰分：挥发性固体, 即 VSS ，通常用于表示污泥中的有机物的量；灰分表示无机物含量。 湿污泥比重：湿污泥比重等于湿污泥量与同体积的水重量之比值。 填空 活性污泥法有多种处理系统，如 传统活性污泥法、 吸附再生活性污泥法、 完全混合性污泥法、 分段进水活性污泥法、 渐减曝气活性污泥法。 活性污泥法对营养物质的需求如下，BOD 5:N:P ＝100:5:1。 活性污泥微生物增殖分为 适应期、对数增殖期、稳定期、内源呼吸期。
水质工程学
水质工程学
water quality engineering
水的物理化学处理理论与应用
第一篇、水质与水处理概论
第一章、水质与水质标准
第二章、水的处理方法概论
天然水中的杂质
杂质的来源
杂质的分类
水中杂质分类···
分类 无机物 溶解物 0.05～1nm 溶解气体和离 子 胶体 1nm～0.2μm 悬浮物 0.2μm～1mm 粘土、金溶胶、 细泥、细砂、中砂、 硅溶胶等 灰尘等
有机物
染料、谷氨酸、 腐殖质、 DNA 、 纸浆纤维、红血球、 蔗糖、·甲酸等 酶、蛋白质等 头发等 病毒 质子显微镜 透明 电子显微镜、超 显微镜 浑浊 细菌、藻类、病原 菌等 普通显微镜、肉眼 浑浊
微生物 观测方法 水体外观
水处理的目的在于去除水中不符合要求的杂质， 对于不同类型的杂质，其去除方法也不尽相同:
1
大部分悬浮颗粒通过重力沉降去除； 2 胶体物质采用物理化学方法去除；
3
溶解物质一般通过离子交换与膜技术等方法去除; 4 针对不同水质，应采用不同水处理方法。
各种天然水源 的水质特点
地下水
浊度和色度很低， 微生物较少， 水质清澈。 水质不易受外界污染， 有利于卫生防护， 水质、水温较稳定， 水温较低。 含盐量较高 。 硬度较大 。
地表水
（1）江河水 含盐量少，硬度较低， 但水的浊度高， 易受人为污染， 水质、水温不稳定。 （2）湖泊水库水 水的浊度较低， 但藻类较多， 腐殖质含量高， 湖水含盐量比河水高
水质工程学实习报告
第一章新城区污水处理厂 1.1水厂概况 平顶山新城区南邻波烟浩淼的白龟山水库，北依佛教名刹香山寺。西有古应国遗址，东接老城区。依山傍水，风景秀美，地理人文，得天独厚。 为了充分保护大自然赐予我们的这片风水福地，新城区的决策者们在建设之初，即制定了详细的环境污染防治措施。根据新城区建设渐进式的特点，在积极筹建中远期大型污水处理厂的同时，先建设了一座日处理能力5000吨的临时污水处理站。并于2006年12月12日成立了新城清源污水净化有限公司。目前，日处理能力6万吨污水的远期工程，一期日处理污水量3万吨，二期项目已投入生产。 平顶山新城清源污水净化公司位于平郏路西侧，乌江河以北，规划占地面积120.2亩。已建成厂区面积3712㎡，现有职工20人，四班三运转。截止2009年12月底，已累计处理污水475万吨，为新城区的环境保护做出了巨大的贡献。 1.2简单SBR处理工艺 污水经城市管网收集后，进入集水井，经提升泵提升，通过机械旋转格栅，去除污水中的较大悬浮物，污水再进入水解酸化池，利用水解酸化菌，对污水进行水解酸化处理，提高污水的可生化性，为后续的好氧生化处理创造条件。在水解酸化池中加有搅拌装置，可以使污水与酸化菌充分混合，使整个池内酸化菌浓度得以平均分配，充分利用池容。 经水解酸化后的污水由潜污泵提升至两座好氧生化池，每座SBR生化池每天运行三个周期，每个周期8小时，日处理污水约2700吨/天。污水处理后排入清水池，经二氧化氯杀菌消毒后外排。 酸化池和SBR生化池内的剩余活性污泥，定时排入污泥浓缩池中。经浓缩提升后，进入带式压滤机进行脱水，脱水后泥饼含固率约为18%，泥饼外运后进行填埋处理。 工艺简介 本工程近期设计处理能力为3万吨/天，分为两组生产线，每组1.5万吨/天。 河南城建学院
水质工程学课程设计说明书
水质工程学(一)课程设计说明书 1设计任务 此课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规X等基本技能上得到初步训练和提高。 1.1设计要求 根据所给资料，设计一座城市自来水厂，确定水厂的规模、位置，对水厂工艺方案进行可行性研究，计算主要处理构筑物的工艺尺寸，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。 1.2基本资料 1.2.1城市用水量资料 1.2.2原水水质及水文地质资料
(1) 原水水质情况：水源为河流地面水 ⑵水文地质及气象资料 ①河流水位特征 最高水位-1m,，最低水位-5m，常年水位-3m ②气象资料 历年平均气温16.00C，年最高平均气温390C，年最低平均气温-30C，年平均降水量1954.1mm，年最高降水量2634.5mm，年最低降水量1178.7mm。常年主导风向为东南风，频率为78％，历年最大冰冻深度：20cm。 ③地质资料 第一层：回填、松土层，承载力8kg/cm2, 深1～1.5m 第一层：粘土层，承载力10kg/cm2, 深3～4m 第一层：粉土层，承载力8kg/cm2, 深3～4m 地下水位平均在粘土层下0.5m 2水厂选址
厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑以下几个方面： ⑴厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载力较大、湿陷性等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。 ⑵水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。否则应考虑防洪措施。 ⑶水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。 ⑷当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案，一是将水厂设置在取水构筑物附近；另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。 根据综合因素考虑，将水厂设置在取水构筑物附近，水厂和构筑物可集中管理，节省水厂自用水的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除。 3水厂规模及水量确定 Q生活=240×52000×10-3=12480m3/d Q工业=12480×1.78=22214.4m3/d Q三产=12960×0.82=10233.6m3/d Q工厂=0.5+0.8+0.6+1.1=30000m3/d
水质工程学下册试题
作业一 BOD：由于微生物的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量，称为生化需氧量。 COD：在酸性条件下，将有机物氧化成CO2与水所消耗氧化剂中的氧量，称为化学需氧量。 TOC：在900℃高温下，以铂作催化剂，使水样氧化燃烧，测定气体中CO2的增量，从而确定水样中总的含碳量，表示水样中有机物总量的综合指标。 TOD：有机物主要组成元素被氧化后，分别产生二氧化碳，水，二氧化氮和二氧化硫所消耗的氧量称总需氧量TOD。 水体富营养化：水体富营养化是指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到地表水体，使藻类等水生生物大量地生长繁殖，破坏水生生态平衡的过程。 水体自净：污水排入水体后，一方面对水体产生污染，另一方面水体本身有一定的净化污水的能力，即经过水体的物理、化学与生物的作用，使污水中污染物的浓度得以降低，经过一段时间后，水体往往能恢复到受污染前的状态，并在微生物的作用下进行分解，从而使水体由不洁恢复为清洁，这一过程称为水体的自净过程 污泥沉降比：污泥沉降比（SV）是指混合液在量筒内静置沉淀30分钟沉淀污泥与所取混合液之体积比为污泥沉降比（%）。 MLSS：混合液悬浮固体浓度表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量。
MLVSS：混合液挥发性悬浮固体浓度表示的是混合液中活性污泥有机性固体物资部分浓度。 氧转移效率 (EA)：是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%） BOD 污泥负荷率（标明公式，单位）：表示曝气池内单位重量（kg）的活性污泥，在单位时间(d)内接受的有机物量（kgBOD）。P14 污泥容积指数（SVI）：指从曝气池出口处取出的混合液经过30分钟静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容积。SVI=SV(ml/L)/MLSS(g/L) 活性污泥的比耗氧速率:是指单位质量的活性污泥在单位时间内的耗氧量。 泥龄:是指在曝气池内，微生物从其生长到排出的平均停留时间。 污泥回流比：是指从二沉池返回到曝气池的回流污泥量Q R与污水流量Q的比值。 BOD—容积负荷率（标明单位）：表示为单位曝气池容积（m3）在单位时间(d)内接受的有机物的量。P14 1、什么是活性污泥法？活性污泥法正常运行必须具备哪些条件？答：往生活污水中通入空气进行曝气，持续一段时间以后，污水中即生成一种褐色絮凝体，该絮凝体主要由繁殖的大量微生物所构成，可氧化分解污水中的有机物，并易于沉淀分离，从而得到澄清的处理出水，这种絮凝体就是活性污泥。具备的条件：P2
水质工程学2教学大纲合工大
《水质工程学（Ⅱ）》教学大纲 学时：40 学分：2.5 教学大纲说明 一、课程教学目的与任务 《水质工程学（Ⅱ）》是给水排水专业的主干课程之一，是给水排水专业的必修课程。本课程的主要任务是，使学生掌握水处理基本原理，全面系统地了解水在社会循环中的性质、城市污水的水质特征与水质标准、水体污染与自净等基本概念与理论，较扎实地掌握水处理的基本概念、基本理论、基本方法及其发展状况，基本掌握水处理的工程技术与方法、应用条件以及新工艺与新技术，为将来从事本专业的工程设计、科研及运行管理工作奠定必要的理论和应用基础。培养学生具有设计、计算水质工程中的各构筑物、工艺系统的初步能力。为将来从事本专业的水工程设计、科研及运行管理工作等奠定必要的理论和应用基础 二、课程的基本要求 1. 了解水的污染指标、污水排放标准、污水处理的目标和我国现行法规对污水处理技术提出的要求； 2.了解水体污染的原因和危害、水体自净过程规律、水污染防治措施； 3.掌握城市污水处理方法和工艺技术原理、设计计算方法；了解新工艺与新技术的应用条件，培养学生具有水质工程设计、运行管理与科学研究的基本能力； 4.熟悉污泥处理与处置设施的设计的设计原理与设计方法； 5. 基本掌握城市污水处理工程的设计、运行管理与科学研究的技能。 三、与其它课程的联系与分工 学习本课程前，学生应掌握高等数学、水力学、水文学、工程地质学、水泵与水泵站、水分析化学、水处理生物学等课程的相关内容。
教学大纲内容 第1章水体污染与自净 污水的分类、城市污水的特征与污染指标；排放标准。 水体污染及危害、水体自净的基本规律。河流氧垂曲线方程的建立及应用，水环境容量。教学提示：掌握污水的分类、城市污水中污染物特征及污染指标、污水排放要求。 重点掌握水体自净的基本规律，河流氧垂曲线方程，控制水体污染方法，城市污水处理系统的组成。 第2章物理处理 物理处理单元及构筑物的工作原理，设计及计算方法。 教学提示：本章重点格栅、沉砂池、初沉池、二沉池的功能、工作原理、基本构造、主要设计参数、设计要点等。学生能正确地选型，及掌握基本的设计方法。如何强化和改进沉淀池的沉淀效果。 第3章生物处理概论 微生物代谢与底物降解、生物处理工艺概述、生物处理的生化反应动力学基础。 教学提示：本章重点微生物的生长规律、微生物增长与产率系数关系；生物处理工艺分类、生物处理的应用与发展；生物处理动力学基本方程。 第4章活性污泥法 活性污泥法的基本原理、活性污泥法反应动力学公式、曝气的原理与曝气设备、活性污泥法的运行方式、传统活性污泥法系统的工艺设计计算、活性污泥处理系统的运行管理。 教学提示：本章重点让学生了解活性污泥处理污水的基本原理，掌握有机物降解与微生物反应动力学关系，介绍目前活性污泥法运行方式及优缺点，根据曝气理论及微生物需氧理论设计曝气系统，重点掌握传统活性污泥处理系统工艺设计原理及设计计算方法。介绍活性泥处理系统的发展动向。 第5章生物膜法 生物膜法基本原理与基本流程。介绍几种生物膜工艺如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等设计原理、构造、及设计方法。 教学提示：重点让学生了解生物膜法处理污水的原理、与活性污泥法工艺的区别和特点。介绍生物膜法需氧量的计算、生物滤池和生物接触氧化的工艺设计计算方法。 第6章厌氧生物处理 介绍污水厌氧生物处理基本理论和基本概念：净化机理、工艺流程、影响因素、应用条件、发展趋势。污水厌氧生物处理工艺设计参数及设计计算，两级厌氧与两相厌氧生物处理教学提示：重点掌握厌氧生物处理影响因素，厌氧接触法工艺系统设计方法；上流式厌氧污泥床基本构造与设计方法。 第7章自然生物处理系统 稳定塘、土地处理和湿地处理系统净化污水的原理、基本工艺流程、基本设计方法。稳定塘类型。土地处理系统应用中应注意的问题。 教学提示：重点介绍稳定塘的类型及设计方法，湿地处理系统设计时应注意的问题。 第8章污水深度处理与利用
水质实习报告
污水处理工程实习报告 学院：市政与环境工程学院 专业：给排水科学与工程 姓名： 学号： 指导教师：余、毛、何、吴 完成时间：2013年1月日 河南城建学院 2013年1月日
前言 本次的实习是《水质工程学》课程的实习，经过三年多的学习，我们已经有了多次实习经验，对于实习的重要性大家都很明白，因为仅有理论知识的学习是远远不够的，只有理论联系实际才能让我们掌握真正的知识与技术。所以大家对于这次实习还是充满了热情。实习不仅是一种实践环节的学习，也正是一种锻炼。虽然我们曾经参观过污水处理厂，对污水处理的基本工艺已经有了初步的认识与了解。然而这一次，大家更加深入地熟悉污水厂的工艺流程。观察并比较各种处理工艺，处理设施的共同点和不同点，明白各个工艺的优缺点和适用情况。 这次实习我们分别参观了新城区污水处理厂，七星公司污水处理厂和河南城建学院人工湿地。从处理工艺，装备设施，日处理能力，设计风格，出水水质等方面进行了比较认识和学习。通过这三个地点的实习，就是要加深我们对各个处理工艺的认识，学会分析比较各个处理工艺的优缺点，达到学以致用的目的。学而知不足，当然仅通过一次实习，我们尚不能完全掌握相关的知识。希望在老师和同学们的帮助下，今后能够对掌握的知识更加充实和完善。
Foreword The internship is " Water Quality Engineering " training course , after three years of study , we have several internship experience for everyone to understand the importance of practice , because only theoretical knowledge of learning is far enough, only the theory and practice so that we can grasp the true knowledge and technology. So everyone for this internship was full of enthusiasm. Internship is not only a practical aspects of learning , it is also a kind of exercise . Although we have visited the sewage treatment plant, the basic process of sewage treatment has had preliminary knowledge and understanding . This time, however , we more deeply familiar with wastewater treatment plant process. Observe and compare similarities and differences treatment process , treatment facilities , understand the advantages and disadvantages of each process and application . This internship we visited the new urban sewage treatment plants, sewage treatment plants and seven companies , Henan University of Urban Construction wetland . From the treatment process, equipment and facilities , daily processing capacity , design, water quality and other aspects of cognition and learning were compared . These three sites through internships , is to deepen our understanding of the various treatment processes , analysis and comparison of the advantages and disadvantages of each treatment process to learn , to achieve the purpose
给排水生产实习报告
给排水生产实习报告 20xx年11月1日《生产实习》实习报告第1页共14页 生产实习报告 本次生产实习主要有八个项目，分别是参观校本部电信大楼的生活给水系统及消防给水系统，参观校本部泵站、了解校本部给水排水管网分布状况，参观兰州安宁污水处理厂，参观兰州威立亚水务公司四水厂，参观兰州威立亚水务公司四水厂取水点，参观甘肃第六建筑公司承建的经济适用房工地，参观甘肃第六建筑公司承建的商业、住宅综合楼工地，参观西校区给水排水工程实验室。 一、参观校本部电信大楼的生活给水系统及消防给水系统 此次参观的地点是校本部16层的电信大楼，目的是对高层建筑的生活给水系统和消防给水系统有一个全面的了解。 建筑物的生活给水系统主要供给人们日常生活的用水，其水质必须符合国家规定的饮用水水质标准。由于该建筑为16层建筑，属于高层建筑，又位于比较高的地势，所以采用的是分区供水形式，5层以下采用市政管网直接供水，5层以上采用设水泵、贮水池、高位水箱联合供水方式，管网的
布置方式为上行下给式。该系统的具体工作原理是：由于市政管网的压力使水可以达到5层的高度，故5层以下采用的是市政管网直接供水的方式。 对于5层以上的区域，水通过埋设在地下的引入管从市政管网进入位于该建筑地下室的贮水池，因为水泵从市政管网直接取水会造成市政管网的水压不足，从而造成管内水压不稳定，对管道造成一定的损害，所以不允许水泵从市政管网直接取水，要在水泵前设置贮水池。 兰州理工大学土木工程学院给水排水工程 20xx年11月1日《生产实习》实习报告第2页共14页贮水池的进水管要连接在其的上部，出水管要连接在其另一侧的下部，原因是要使贮水池内的水能够整体循环起来，避免存留“死水”，在贮水池内产生污垢。为防止贮水池内进水过多导致水从池顶溢出，要在贮水池的最高水位出安装溢流管，溢流管上不允许安装阀门，多余的水从溢流管流出，流入下水道，同时为了清洗和维修贮水池时需要将水排空，还要在贮水池最低水位处安装排水管。贮水池后设置两台型号相同的水泵，为并联布置。水泵将水从贮水池中吸出，送入位于顶层的高位水箱。除此之外，还设有一台手摇泵，主要是考虑爆发战争时断电的情况下使用。与贮水池一样，水箱的进水管要连接在水箱的上部，出水管要连接在水箱另一侧的下
武汉理工大学水质工程学I课设
1.设计任务及资料 1.1设计原始资料 长垣镇最高日设计用水量为近期5万吨/天，远期10万吨/天，规划建造水厂一座。已知城区地形平坦，地面标高为21.00米；水源采用长江水；取水构筑物远离水厂，布置在厂外。管网最小服务水头为28.00米；二级泵站采用二级供水到管网系统，其中最大一级供水量占全天用水量的百分数为5.00%，时间为早上6：00～晚上10：00，此时管网系统及水厂到管网的输水管的总水头损失为11.00米；另一级供水时管网系统及水厂到管网的输水管的总水头损失为5.00米。常年主导风向：冬季为东北风、夏季为东南风。水厂大门朝向为北偏西15°。 1.2设计任务 1、设计计算说明书1本。 内容包括任务书、目录、正文、参考资料、成绩评定表等，按要求书写或打印并装订成册。 其中正文内容主要包括：工程项目和设计要求概述，方案比较情况，各构筑物及建筑物的形式、设计计算过程、尺寸和结构形式、各构筑物设计计算草图、人员编制、水厂平面高程设计计算和布置情况以及设计中尚存在的问题等。 2、手工绘制自来水厂平面高程布置图1张（1号铅笔图，图框和图签按标准绘制）。要求：比例选择恰当，图纸布局合理，制图规范、内容完整、线条分明，字体采用仿宋字书写。
2. 设计规模及工艺选择 2.1设计规模 根据所提供的已知资料：最高日用水量为近期5万吨/天，远期10万吨/天。 d Q=Q α α为自用水系数，取决于处理工艺、构筑物类型、原水水质及水厂是否设有 回收水设施等因素，一般在1.05-1.10之间，取α =1.07，则水厂生产水量 近期：Q 0=1.07Q d =1.07×50000=53500m 3/d=2229.2m 3/h 远期：Q 0=1.07Q d =1.07×100000=107000 m 3/d=4458.3m 3/h 水处理构筑物的设计，应按原水水质最不利情况时所需供水量进行校核。 2.2水厂工艺流程选择 2.2.1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要求的水质。给水处理工艺方法和工艺的选择，应根据原水水质及设计生产生产能力等选择，由于水源不同，水质各异，生活饮用水处理系统的组成和工艺流程也多种多样。 2.2.2水处理流程选择 水处理方法应根据水源水质的要求确定。所给的设计资料中指出，水源采用 长江水，其水质应该较好，采用一般传统的水处理工艺，即：混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒。混凝剂采用硫酸铝，设溶解池和溶液池，计量泵投加药剂，管式静态混合器混合。絮凝池采用水平轴机械絮凝池。沉淀池采用平流沉淀池。滤池采用普通快滤池。
完整版水质工程学重点
1、水质标准：水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的限值。各种用户都对水质有特定的要求，就产生了各种用水的水质标准。水质标准是水处理的重要依据。此外，水质标准同其他标准一样，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。 2、胶体双电层：胶体表面带电后, 由于静电力的作用, 会吸引水溶液中的反号离子, 使固－液相界面两侧形成电荷符号相反的双层结构, 称为胶体双电层. 3、气浮工艺：在水中形成高度分散的微小气泡，粘附废水中疏水基的固体或液体颗粒，形成水- 气- 颗粒三相混合体系，颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，形成浮渣层被刮除，从而实现固液或者液液分离的过程。 4、微絮凝过滤：直接过滤的过滤池，不设沉淀设备，原水经过混凝过程后直接进入过滤池，即将沉淀澄清和过滤由两步合成一步，称为直接过滤、徽絮凝过滤、接触过滤等。 5、混合床：为了完全除掉水中所含的离子，可以先经过阳离子交换剂渗滤，再经过阴离子交换剂渗滤，也可以用一个由强的阳离子交换树脂与强的阴离子交换树脂按等当量密切混合而组成的床层进行渗滤。这种床层叫做混合床。 1、生活饮用水水质标准包括哪几大类指标？针对每一大类，试分别列举1?2项指标加以说明。感官性状和一般化学指标、毒理学指标和细菌学指标. 2、为何低温低浊水难于处理？应对措施有哪些？ 随着水温的降低,水的粘滞度增加,絮凝速度降低,颗粒沉速减速减慢.原水浊度的减少,使絮凝过程中颗粒碰撞的机率降低,影响絮凝过程的进行. 因此,低温低浊水的处理较常规水的处理困难.即使加大混凝剂的投加量, 仍难以达到要求的水质目标. 低温低浊水处理的关键是选择合适的混凝剂和助凝剂以强化絮凝过程,其次是选择合适的澄清及过滤形式. 低温低浊水处理的混凝剂一般可采用聚合氯化铝或硫酸铝.实践表明, 聚合氯化铝对各种水质的适应性较强.助凝剂则多采用活化硅酸（水玻璃）. 3、为什么斜管沉淀池，澄清池均能获得大于平流沉淀池的表面负荷？试从机理角度加以分析。对一座沉淀池来说，当进水量一定时，它所能去除的颗粒的大小也是一定的。在所能去除的颗粒中，最小的颗粒沉速正好等于该沉淀池的水力表面负荷。因此，水力表面负荷越小，所能去除的颗粒越多， 4、图示说明为何无烟煤，石英砂双层滤料滤层含污能力优于石英砂单层滤料。沉淀效率越高；反之水力表面负荷越大，沉淀效率越低。 在单层、双层及多层层滤料滤池设计中，滤池的优化设计是以滤池运行处于最佳工作条件为原则。为此可调整各种工艺参数，使滤池的压力周期等于它的水质周期。以调整滤层厚度为例，增加滤层厚度会提高整个滤层的含污能力，延长水质周期。但滤层水头损大也相应增大，从而缩短了压力周期。无烟煤滤料一双层滤料滤池因其显而易见的优点, 含污能力强，而广泛地应用于给水处理工艺。现今，甚至研制三层滤料滤池，以期更大程度地利用整个滤层的含污能力。这是单层滤料所无法比拟的。但是，有一利必有一弊，双层滤料、三层滤料滤池也有其不足之处：1 、滤层构造复杂2、对各层滤料筛分要求精确，操作麻烦，如级配不当，投产后常有煤砂混杂现象发生。3、施工中，对垫层、各层滤 料装填要求严格，操作也麻烦。使用中，滤层一旦翻混或定期更换滤料更是令人头疼。4、运行中要 求更高的管理水平。如管理不当，反冲洗强度控制不好，会产生清新牌无烟煤滤料严重流失现象。要经常补充新的滤料。 5、为何臭氧、紫外线等消毒工艺后还需要加氯进行消毒？自来水加氯后，氯气与水反应生成的次氯酸有强氧化性，能杀菌消毒，成本较低．自来水加氯消毒后会产生各种氯化物，典型的如三氯甲烷，它被世界卫生组织确定为严重的致癌物．在用自来水烧开水，要煮沸3 分钟，让有害氯化物挥发一些，但不能煮沸过久，易产生亚硝酸盐等有害物质．优点：有消毒杀菌作用，成本低；缺点：5、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？自由沉淀是指颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用的沉淀；而拥挤沉淀是指颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰的沉淀；利用絮凝剂使水中悬浮杂质形成较粗大的絮凝体，再通过自由沉淀的沉淀称为絮凝沉淀。 6若原水铁锰较高，采用超滤工艺能否达到处理效果？为什么？（1）直接超滤工艺对水中浊度、 藻类、细菌等污染物质有着较好的去除能力，去除率达到了97%以上。通过超滤膜的截留作用， 其出水浊度也仅为0.1 NTU左右，超滤工艺并不能有效的改善水中有机污染的状况。因此直接超滤出水完全可以保证对水中浊度、藻类、细菌、大肠菌群的去除。但对有机物消毒副产物去除效果有限，膜污染严重。6、理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度
水质工程学下复习提纲
一、名词解释4×5分 1、MLSS（混合液悬浮固体浓度）：表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量。11页 MLSS=Ma+ Me+ Mi+ Mii ①具有代谢功能活性的微生物群体（Ma）（有活性的微生物） ②微生物内源代谢、自身氧化的残留物（Me）（微生物自身氧化残留物） ③由污水挟入的并被微生物所吸附的惰性有机物质（含难为细菌降解的惰性 有机物）（Mi）（吸附在活性污泥上未被微生物所降解的有机物） ④由污水挟入的无机物质（Mii）(无机悬浮物固体) 2、MLVSS（混合液挥发性悬浮固体浓度）：、混合液中活性污泥有机性固体物质部分的浓度。MLVSS=Ma+ Me+ Mi 11页 MLVSS与MLSS 的比值用f表示，即f=MLVSS/MLSS;f 值一般取0.75左右。 3、SV(污泥沉降比又称30min沉降率）：混合液在量筒内静置30min后形成沉淀污泥的容积占混合液溶剂的百分率，以“%”计。在一定条件下能够反映曝气池中的活性污泥量。12页 4、SVI污泥指数：是从曝气池出口处取出的混合液，经过30min静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容积，以“mL”计。能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能。12页 5、SRT污泥龄（生物固体平均停留时间）：指在曝气池内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是曝气池内的微生物全部更新一次所需要的时间。从工程上来说，在稳定条件下，就是曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比。14页 6、HRT（水力停留时间）：指污水进入曝气池后，在曝气池的平均停留时间，也称曝气时间。 7、Lv（BOD容积负荷率）：单位曝气池容积在单位时间内接受的有机物量。 P 14 8、Ls（BOD污泥负荷率）：曝气池内单位重量的活性污泥，在单位时间内接受的有机物量。 P14
水质工程学考试复习题
水质工程学考试复习题 一、选择题： 1 给水工程的规划应在服从城市总体规划的前提下，近远期结合，以近期为主进行设计。近期设计年限宜采用( )年，远期规划年限宜采用( )年。 ( A ) A.5～10；10～20 B.5～10；15～20 C.5～10；10～15 D.10～20；20～30 2 设计供水量应根据下列各种用水确定( C )。 (1)综合生活用水 (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)未预见用水量及管网漏失水量。 (6)公共建筑用水 A.全部 B.(1)、(2)、(4) C.(1)、(2)、(3)、(4)、(5) D.(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6) 3 药剂仓库的固定储备量，应按当地供应、运输等条件确定，一般可按最大投药量的( B )天用量计算。其周转储备量应根据当地具体条件确定。 A.5～10 B.7～15 C.15～30 D.10～20 4 设计沉淀池和澄清池时应考虑( A )的配水和集水。 A.均匀 B.对称 C.慢速 D.平均 5 设计隔板絮凝池时，絮凝池廊道的流速，应按由大到小的渐变流速进行设计，起端流速一般宜为( B )m／s，末端流速一般宜为0.2～0.3m／s。 6 异向流斜管沉淀池，斜管沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于( A )m；底部配水区高度不宜小于1.5m。 A.1.0 B.1.2 C.1.5 D.0.8 7 快滤池宜采用大阻力或中阻力配水系统。大阻力配水系统孔眼总面积与滤池面积之比为( C )。 8 地下水除铁一般采用接触氧化法或曝气氧化法。当受到硅酸盐影响时，应采用( A )氧化法。 A.接触 B.曝气 C.自然 D.药剂 9 当采用氯胺消毒时，氯和氨的投加比例应通过( C )确定，一般可采用重量比为3：1～6：
水质工程学课程设计计算书
水质工程学课程（下）设计计算说明书（生活污水处理构筑物设计） 设计题目：某市生活污水处理工艺初步设计 班级：排水082 姓名：张健 学号：0803120234 指导教师：杨世东 2011年12月
污水处理构筑物的设计计算 1 格栅计算 格栅设在处理构筑物之前，用于拦截水中较大的悬浮物和漂浮物，保证后续处理设施的正常运行 1) 栅条的间隙数 设栅前水深为h ＝0.6m , 过栅流速V=0.8m/s , 栅条间隙宽度b=0.02m ，格栅倾角α＝60° n 105Q bhv ==≈个 2) 栅槽宽度 设栅条宽度s ＝0.01m {B}=s （n －1）+bn ＝0.01×（105-1）+0.02×105＝3.14m 3) 进水渠道渐宽部分的长度 设进水渠宽B 1＝1.0m ，其渐宽部分展开角为α1＝30° L 1＝（B-B 1）/2tg α1＝（3.14-1.0）/2tg30°＝1.85m 4) 出水槽与出水渠道连处的渐窄部分长度 L 2＝L 1/2=1.85/2＝0.925m 5) 通过格栅的水头损失 m k g v b s h o 081.0360sin 6 .198.002.001.042.2sin 223423 4=?????? ???=????? ? ???=∑αβ 式中 β——形状系数，其值与栅条断面形状有关，取2.42 k ——系数，格栅受物物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3 6) 栅槽总高度 H ＝h+h 2+∑h ＝0.6+0.1+0.3＝1.0m
式中 h 2——栅前渠道超高，一般取0.3m 7) 栅槽总长度 L ＝l 1+l 2+0.5+1+H 1/tg60°＝4.8m 式中 H 1——栅前槽高，H 1＝h+ h 2＝0.6+0.3＝0.9m 8) 每日栅渣量 3186400 5.5/1000 Q W W m d K ??==?设计总 式中 W1——栅渣量，本设计取为0.08m 3栅渣/103m 3污水 K 总——生活污水流量总变化系数，为1.3 2 沉砂池 目前我国应用广泛的沉砂池有多种，并各自有其各自的特点，结合本设计实际情况综合考虑，决定选用平流沉砂池。采用平流沉砂池其优点是：污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单，截留无机颗粒效果好的优点。 (1) 池子的长度：设v=0.30m/s ，t=30s. L=vt=0.30×30=9m. (2) 水流断面积：A=Qmax/v=1.04/0.30=3.5 m 2 (3) 池总宽度： 设n=2格，.每格宽度b=2.0m B=nb=2×2=4m (4) 有效水深：2A 3.5h 0.875m B 4 === （5）沉砂室所需容积： 设T=1d. X 城市污水沉沙量，一般采用30 m 3/ 610 m 3 V=6max 8640010 Q XT Kz ? =6 1.04301864001.310????