1、给水排水工程给水排水工程Water Supply and Drainage Engineering王成贤王成贤2013年年10月月2022-8-92v水源水质水源水质 v水质标准水质标准v给水处理方法概述给水处理方法概述v反应器反应器第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论主要内容2022-8-93 第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-94水循环（Hydrological cycle）水循环的主要方式：蒸发和输运第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-95天然水体 取水 给水处理 配水废水收集 废水处理 回用与排放（二）分类（二）分类 由于天然水源所
2、处的自然地理环境不同，流经区域内人类活动也不同，因此，不同的天然水体所含有的杂质种类是有差别的，同一水源不同地段、不同季节水质也是不断变化的，所以，在讲解给水处理技术之前，了解天然水源的水质特点及变化规律，对于正确的选择处理工艺是非常重要的。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-96第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-97 第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-98第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-99（1 1）无机杂质）无机杂质 天然水中的无机杂质主要是溶解性的离子、气体和悬浮性泥沙。泥沙的存在使水产生混浊
3、，离子的存在使水表现出不同的含盐量、硬度、电导率和pH等。（2 2）有机杂质）有机杂质 天然水体中的常见的有机杂质是腐殖质类及蛋白质等。腐殖质是土壤的有机组分，是植物和动物残体在土壤分解过程中的产物，属亲水性酸性物质，分子量从几百到数百万，一般本身对人体无害，但当与其它化合物作用时，可能对人体存在潜在威胁。（3 3）生物杂质）生物杂质原生动物、藻类、细菌、病毒等，这些物质在水体中增加水的浊度、色度，产生异臭异味，还可导致各种疾病。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-910 。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-911 水质与河水类似。水质与河水类似。
4、流动性小，储存时间长，浊度较低。流动性小，储存时间长，浊度较低。含藻量高含藻量高 因为湖水浊度低，透明度高，造因为湖水浊度低，透明度高，造成藻类的大量繁殖。成藻类的大量繁殖。含盐量比河水高含盐量比河水高 因湖水不断得到补给又不因湖水不断得到补给又不断蒸发浓缩。断蒸发浓缩。海水通过淡化处理才能作为生活饮用水和工业用水.第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-912。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-913饮用水水质与健康饮用水水质与健康 水是构成人体的重要成分，体内的各种生理、生化活动都是在水的参与下完成的。水中的许多物质都对人类健康有重要作用。饮用水水
5、质不良可引发多种疾病，世界卫生组织认为，80%的成人疾病和50%儿童死亡都与饮用水质不良有关。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-914一、水体中的生物对人体健康的影响一、水体中的生物对人体健康的影响1.细菌 已经发现饮用水中能引起肠道疾病的细菌多种。例如：志贺氏菌（属）是细菌性痢疾的病原体。致病性的大肠杆菌可引发不同症状的腹泻。沙门氏菌（属）可致沙门氏菌病，可引起全身性疾病，引起毒血症，感染肝、脾等。军团菌，使肺部受损，也可使肝、肾、心等受损。霍乱弧菌可引起霍乱病。结核杆菌是人和动物结核病的病原菌。2.病毒 目前，有100多种血清性肠道病毒在水体中检出。例如有:脊髓灰质
6、炎病毒（小儿麻痹症）、甲型肝炎病毒、埃可氏病毒（胃肠炎）、柯萨奇病毒（脑膜炎）、腺病毒（胃肠炎、呼吸道感染、眼部感染）第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9153.寄生虫 人类主要有10多种寄生虫病有：隐孢子虫、兰伯氏贾第鞭毛虫、溶组织的变形虫等。4.藻类 对人体健康危害最大的是蓝绿藻，蓝绿藻中的一些藻类能产生微囊藻肝毒素，这是一种剧毒物质，对肝细胞有破坏作用，并能促进肝细胞的癌变，是引起肝癌的危险因素。饮用含有病原生物的水，可能患上相应的传染病。但由于病原体致病能力取决于它的侵袭能力、活力及人体的免疫能力等，因此，不存在容许浓度下限，一旦感染，会在人体内迅速繁殖，因此，
7、WHO推荐的饮用水标准：肠道病原菌的指示菌，100ml水样中不得检出。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-916二、水体中的化学物质对人体健康的影响水体中的化学物质对人体健康的影响 1.微量元素及其他无机物微量元素及其他无机物 微量元素虽然在人体中的含量甚微，但功能极大，构成身体的各微量元素虽然在人体中的含量甚微，但功能极大，构成身体的各个部分，调节生理功能，参与酶活动等个部分，调节生理功能，参与酶活动等。缺锌会导致抑郁、情绪不稳定、智力低下、性功能衰减等。缺锌会导致抑郁、情绪不稳定、智力低下、性功能衰减等。缺硒与大骨节病和克山病有关，还使癌症的发病几率增加。缺硒与大骨节
8、病和克山病有关，还使癌症的发病几率增加。缺镁可引起心肌病变、骨质脆弱、牙齿生长障碍等。缺镁可引起心肌病变、骨质脆弱、牙齿生长障碍等。这些元素大部分存在于自然界的天然水体中，饮水是补充这些元这些元素大部分存在于自然界的天然水体中，饮水是补充这些元素的重要途径。素的重要途径。许多常量元素具有与微量元素相似的功能，更是人体所必须的，如：许多常量元素具有与微量元素相似的功能，更是人体所必须的，如：钙、镁、纳、磷等。天然水体除含有有益杂质以外，钙、镁、纳、磷等。天然水体除含有有益杂质以外，还含有一些还含有一些无机有害成分，如：无机有害成分，如：汞、铅、铬、硝酸盐、亚硝酸盐汞、铅、铬、硝酸盐、亚硝酸盐等。
9、等。2.有机物有机物 农药农药 致癌、干扰内分泌水平。酚类化合物酚类化合物 达到一定的量促癌，低量长期饮用会使人头晕、贫血、失眠等。芳香烃类化合物芳香烃类化合物 引起造血功能障碍、损伤神经、致癌等。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-917 这是和水处理工艺有关的一类物质。常用氯气消毒，氯会这是和水处理工艺有关的一类物质。常用氯气消毒，氯会同水体中的天然有机物、腐殖酸的结合，形成三氯甲烷（同水体中的天然有机物、腐殖酸的结合，形成三氯甲烷（THMsTHMs）等，有极强的致突变性和致癌变特性。等，有极强的致突变性和致癌变特性。三、水质与地方病水质与地方病 甲状腺肿甲状腺肿缺碘
10、缺碘 心血管发病率心血管发病率碘含量碘含量 冠心病冠心病高硬度水高硬度水 心血管和癌症心血管和癌症氟氟 克山病克山病缺硒缺硒 大骨节病大骨节病腐殖酸腐殖酸3.放射性物质放射性物质 引发皮肤癌、肺癌、白血病等引发皮肤癌、肺癌、白血病等 。4.消毒及其副产物消毒及其副产物第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-918第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-919第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-920 ，如：铁、锰、挥发酚等是如：铁、锰、挥发酚等是从感官性状出发规定这些物质的最高允许值。从感官性状出发规定这些物质的最高允许值。第第1414
11、章：给水处理概论章：给水处理概论 pH pH值是水中氢离子浓度倒数的对数值。是衡量水中酸值是水中氢离子浓度倒数的对数值。是衡量水中酸碱度的一项重要指标。碱度的一项重要指标。pHpH值为值为6.5-8.56.5-8.5。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-922（1010）铜）铜 水中含铜量达水中含铜量达1.5mg/L1.5mg/L时就会有明显的金属味，超过时就会有明显的金属味，超过1mg/L1mg/L的水，可以使衣服器皿及白瓷器染成绿色。但铜的水，可以使衣服器皿及白瓷器染成绿色。但铜也是人体需要的微量元素之一。也是人体需要的微量元素之一。“国标国标”规定主要从感规定主要从
12、感官出发官出发，不应超过，不应超过1.0 mg/L1.0 mg/L。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-923第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9242 2）微生物学指标）微生物学指标 微生物的污染可能造成传染病的爆发。为了保证饮用水微生物的污染可能造成传染病的爆发。为了保证饮用水不含有致病微生物和生物，以一些指示菌为指标来表征，并规不含有致病微生物和生物，以一些指示菌为指标来表征，并规定了消毒剂的残留量。定了消毒剂的残留量。（1 1）细菌总数）细菌总数（2 2）大肠菌群）大肠菌群（3 3）甲第鞭毛虫和隐孢子虫）甲第鞭毛虫和隐孢子虫 （4 4）消毒
13、剂）消毒剂第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9253 3）毒理学指标）毒理学指标 由于饮用水中含有众多的化学物质，应该选择那些作为由于饮用水中含有众多的化学物质，应该选择那些作为毒理学指标，主要根据化学物质的毒性、在饮用水中的浓度毒理学指标，主要根据化学物质的毒性、在饮用水中的浓度及检出率以及是否有充分依据设立限值等条件确定。及检出率以及是否有充分依据设立限值等条件确定。这些物这些物质的限值都是根据毒理学研究和人群流行病学调查所获得资质的限值都是根据毒理学研究和人群流行病学调查所获得资料而制定的料而制定的。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-926
14、第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-927第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-928第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论溴酸盐溴酸盐 国标国标”规定饮用水中溴酸盐为规定饮用水中溴酸盐为0.01mg/L0.01mg/L。国标国标”规定饮用水中甲醛为规定饮用水中甲醛为0.9mg/L0.9mg/L。国标国标”规定饮用水中亚氯酸盐为规定饮用水中亚氯酸盐为0.7mg/L0.7mg/L。国标国标”规定饮用水中氯酸眼为规定饮用水中氯酸眼为0.7mg/L0.7mg/L。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9304 4）放射性指标）放射性
15、指标 人类的某些活动可能使环境中的天然辐射强度提高，特别人类的某些活动可能使环境中的天然辐射强度提高，特别是核能技术和同位素技术的发展和应用。很可能产生放射性物是核能技术和同位素技术的发展和应用。很可能产生放射性物质对水环境的污染问题，因此，将放射性指标纳入饮用水的常质对水环境的污染问题，因此，将放射性指标纳入饮用水的常规检测中。规检测中。（1）总放射性 （2）总放射性 1 在制定饮用水标准时，除了考虑用水安全这一主要因素外，还要考虑社会经济的发展水平，以及所选择指标及限值的可测性，现有水处理工艺水平，用水者经济的承受能力等。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9312
16、2生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准国际情况国际情况n 有现代意义的饮用水标准是在本世纪初在美国出现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公共卫生署饮用水水质标准19141914年，只针对细菌数量年，只针对细菌数量,由此大大减少了伤寒病死亡的人数。由此大大减少了伤寒病死亡的人数。n 19621962年期间，主要是针对化学物质、生物学指标和感官指标有年期间，主要是针对化学物质、生物学指标和感官指标有过修订。过修订。n19741974年通过了年通过了安全饮用水法安全饮用水法（Safe drinking water actSafe drinking water act
17、）。）。n19751975年颁布了年颁布了国家暂行饮用水基本规则国家暂行饮用水基本规则（National Interim National Interim primary drinking water regulationsprimary drinking water regulations）美国饮用水水质标准上的美国饮用水水质标准上的里程碑里程碑,增加了增加了6 6种有机物的限制种有机物的限制 n 19791979年修改年修改国家暂行饮用水基本规则国家暂行饮用水基本规则 n19861986年提出了年提出了安全饮用水法修正案安全饮用水法修正案（Safe Drinking Water Safe
18、Drinking Water Act AmendmentsAct Amendments）规定了）规定了国家饮用水基本规则国家饮用水基本规则（NationalNational第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论Primary Drinking Water RegulationsPrimary Drinking Water Regulations），该规则即为现行），该规则即为现行美国饮用水水质标准，还提出了达到该标准的最佳可行技术美国饮用水水质标准，还提出了达到该标准的最佳可行技术（Best available technologyBest available technology）。）
19、。同时，还制定了同时，还制定了国家二级饮用水规则国家二级饮用水规则主要对引起皮肤或感官的参数提出主要对引起皮肤或感官的参数提出非强制性标准。非强制性标准。以后，不断改进，增加限制有机物的种类。以后，不断改进，增加限制有机物的种类。美国等的情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的数目超过了水质指标总数的2/32/3，特别是消毒副产物项目的，特别是消毒副产物项目的增加。增加。WHO,1992年提出的“饮用水水质指南第2版”，包括水质指标135项，其中微生物2项，化学物质指标131项（无机物36项
20、，有机物31项，农药36项，消毒剂及消毒副产物28项），放射性2项。其中有指导值的95项。欧共体1998年修订的EEC饮用水指令中列出48项水质参数（微生物2项，化学物质26项，指示参数18项，放射性2项）第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9333 3生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准国内情况国内情况 1927年 上海公布了第1个地方性饮用水标准，称为“上海市饮用水清洁标准”。1937年 北京市自来水公司制定了“水质标准表”，包含11项水质指标。1950 年 上海市颁布了“上海市自来水水质标准”有16项水质指标。1956年 我国颁布了第1个“生活饮用水卫生标准”（试行
21、），16项水质指标。1976年 “生活饮用水卫生标准”（TJ20-76）项目修订增加到23项。1985 年 颁布了修订的“生活饮用水卫生标准”（GB5749-85）有共35项，关于有机物指标只有6项。2001年6月卫生部颁布了“生活饮用水水质卫生规范”，该规范将水质指标分为常规检测验项目和非常规检验项目两类，其中，常规检验项目34项，非常规检验项目62项，对水源水也有相应的规定。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9342005年6月1日建设部颁布实施了城市供水水质标准，机污染物的检测由过去的两种增加到27种，与现行的生活饮用水卫生标准相比，检测项目由35项增加到93项，
22、包括一些分量检测，总项目达101项，其中常规检测项目42项，非常规检测项目59项。其中，新增项目主要是对有机污染物和农药的检测、对消毒副产物和原虫类病毒体的检测。2006年卫生部、标准化委员会发布生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。该标准2007年7月1日实施。该标准 检测项目106项，与国标GB5749-85相比，增加71项，修订8项。其中，生物学指标6项，消毒剂指标4项，毒理学指标74项（增加59项），感官性状指标20项（增加5项），放射性2项。二、其他用水的水质标准二、其他用水的水质标准1食品及饮料水质标准食品及饮料水质标准2城市杂用水质标准城市杂用水质标准GB/T18920-
23、2002GB/T18920-20023 3游泳池用水符合生活饮用水标准游泳池用水符合生活饮用水标准4 4工业用水水质标准工业用水水质标准第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-935第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-936 第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-937第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-938第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-939原水加药混合反应沉淀过滤消毒澄清池第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-941 反应器是化工生产过程概念，在上个世纪70年
24、代，将反应器理论引入水处理中，推动了水处理工艺的发展。反应器设计的基本内容v选择合适的反应器的型式v确定最佳的操作条件及其控制方式v计算所需的反应器体积反应器设计的基本方程v描述浓度变化的物料衡算式v描述温度的变化的能量衡算式v描述压力变化的动量衡算式第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-942第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-943dxidCDJB 第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-944dxidCcDcJ第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-945反应物反应物产物反应物C0产物(1)CMB型(2)CST
25、R型(3)PF型图14-1 理想反应器图示产物第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-946)(iCrdtidC icociCridCt)(iCCkicocikCidCt0ln1 )011(12CiCkicociCkidCt 第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-947)(0iiiCrVCQCQdtdCV0 dtdCi0)(0 CiVrQCQCi00 iiVkCQCQCtQV)1(10 iCCkt第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9480 dtidCdxwiCridCiCvwiCvwdtidCwdx )()()(iCrdxidCv
26、x=0，Ci=C0；x=t，C=Ci，积分上式得，积分上式得 icociCridCvxt)(第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-949理想反应器的物质在不同反应级时的平均停留时间 反应级 CMB反应器 PF反应器CSTR反应器012niCCk01iCCk01iCCk01ioCCkln1ioCCkln11ln1ioCCk1ln10ioCCkC1ln10ioCCkC1ln1ioiCCkC1ln1111nionoCCCnk1ln11ioniCCkC1ln1111nionoCCCnk第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-9501一般概念 PF型和CSTR型反应
27、器是两种极端的、假想的流型。下图表示两种理想反应器自进口端至出口端的浓度分布。实际反应器中流动状况由于流速分布不均匀造成流体在反应器内的停留时间有长有短；由于分子扩散及涡流扩散的存在而造成流体粒子的混合，从而使停留时间偏离理想流动的情况。造成流动状况偏离理想状况的原因有以下几个方面：第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-951+CSTR0图14-2推流式反应器内物料变化图 14-3理想反应器中浓度分布第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-952（1）滞留区的存在 滞留区是指反应器中流体流动极慢以至于几乎不流动的区域，因此，又称为死区。（2）沟流与短流的存
28、在 在固定化细胞的反应器中，由于颗粒分布不均匀，形成低阻力通道，使部分粒子快速从此通道流过，形成沟流和短流。有沟流和短流的反应器E(t)分布存在两个峰。并且其平均停留时间小于设计的停留时间。（3）循环流的存在 E(t)分布有多峰现象。对于非理想的实际反应器中的流动，我们可以用CSTR串联模型、轴向扩散模型和组合模型等模拟。第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论2022-8-953一维纵向分散模型的介绍（一维纵向分散模型的介绍（PFDPFD）其基本设想是在推流型模型的基础上加上一个纵向混合。其基本设想是在推流型模型的基础上加上一个纵向混合。纵向混合可以用纵向分散系数纵向混合可以用纵向分散系数D1D1来表征它的特性：来表征它的特性：该模型假设：流体以恒定的流速通过系统；在垂直于流体的运动方向的横截面上径向浓度分布均一；由于分子扩散、涡流扩散以及流速分布而产生的扩散，仅发生在流动方向。根据以上假设，可建立轴向扩散模型的数学方程式。在水处理中，沉淀池、氯消毒池、生物滤池、冷却塔等，均可作为PFD型反应器来进行研究第第1414章：给水处理概论章：给水处理概论
