《给排水工程》课件.ppt

第7章 给水工程,基本要求：掌握给水系统的概念及其组成，了解用户对给水的 要求；了解主要的给水构筑物；了解原水中的杂质，熟悉给水处理常用方法；了解排水系统的体制和排水系统的主要组成部分；掌握污水的特征指标，熟悉污水处理方法。,1/81,7.1 给水系统,7.1.1 给水系统分类,给水系统：保证用水对象获得所需水质、水压和 水量的一整套构筑物、设备和管路系统的总和。,按使用目的分类：生活饮用水给水系统、生产给水 系统、消防给水系统,2.按服务对象分类：城市给水系统、工业给水系统,3.按水源分类：地表水给水系统、地下水给水系统,2/81,7.1 给水系统,7.1.2 各类用户对给水的要求,生活用水（1）生活用水是指家庭、浴池、旅馆等的饮用、洗涤、烹调和清洁卫生的用水。（2）对水质的要求：感官性状、化学指标、毒理学指标和细菌学指标等应满足国家生活饮用水卫生标准。,4.按供水方式分类：自流供水系统、水泵供水自用、混合给水系统,3/81,7.1 给水系统,2.生产用水（1）生产用水是指工业企业生产过程中使用的水。（2）对水质的要求：与生产工艺过程和产品种类有密切关系。如食品加工业用水必须满足食品工业用水标准。,3.消防用水（1）消防用水是指发生火警时从给水管网的消防栓上取用的水。（2）用水量要求：按照同时发生火灾次数和一次灭火的用水量来确定。,4/81,7.1 给水系统,7.1.3 给水系统组成,水 源,水塔、高地水池,5/81,7.1 给水系统,工业企业的给水系统分为：,（1）直流给水系统（2）循环给水系统（3）循序给水系统,7.1.4 给水系统工作情况（阅读）,6/81,7.1 给水系统,给水工程系统中统一、分区、分质或分压的选择，应根据当地地形、水源情况、城镇和工业企业的规划、水量、水质、水温和水压的要求及原有的给水工程设施等条件，从全局出发，通过技术经济比较后综合考虑确定。,7/81,7.1 给水系统,统一给水：所有用水户用一个管网，一个水处理系统。造价低，运行费高。分质给水：用户对水质要求不同，经不同深度处理，可节省净水处理费用，但每一种水质要有独立的管网，多套管网造价高。分区给水：不同用户对水压要求不同，或供水区域较大，或地形狭长，泵站数目增多，但输水管及管网供水安全性好，节省电费。,8/81,环 状 管 网,树 状 管 网,给水网线图,7.1 给水系统,9/81,7.2 主要给水建筑物,7.2.1 水塔,材料：钢筋砼、砖石、钢材等；进、出水管：分别设置；设置溢水管和排水管；水箱要保温，水箱顶盖设通气孔；水箱常为圆形。,10/81,7.2 主要给水建筑物,7.2.2 冷却塔,类型：干式冷却塔、湿式冷却塔（常用）、干湿式冷却塔。湿式冷却塔：自然通风式、机械通风式、混合通风式等。抽风式冷却塔的组成：配水系统、淋水填料、除水器和塔体,11/81,7.2 主要给水建筑物,7.2.3 管井,1.管井的构造（图7-7）,井壁管过滤器沉淀管 井室,12/81,7.2 主要给水建筑物,13/81,7.2 主要给水建筑物,2.管井的建造,（1）钻凿井孔（2）井管安装、填砾 和管外封闭（3）洗井和抽水试验,7.2.4 大口井,14/81,7.3 给水处理,水厂,15/81,7.3 给水处理,7.3.1 原水及其所含杂质,原水,是指未经过处理的水。从广义来说，对于进入水处理工序前的水也称为该水处理工序的原水。例如由水源送入澄清池处理的水称为原水。,16/81,7.3 给水处理,2.原水中的杂质,取自任何水源的水中，都不同程度地含有杂质。,无论哪种来源的杂质，从给水处理角度考虑，皆可按其颗粒直径大小分为：（1）悬浮物（其粒径一般大于 1 mm，即 1 m）（2）胶体（其粒径一般介于1 m 一 1nm 之间）（3）溶解质,17/81,7.3 给水处理,悬浮物和胶体一般是生活饮用水处理的主要去除对象。粒径大于 1/10mm 的泥沙，通常在水中可自行下沉。,颗粒较小的悬浮物和胶体，则须投加混凝剂方可去除。,天然水中的氧主要来源于空气中氧的溶解，其含量与水温、气压及有机物含量等有关。,一般为 5 一 10mg/L，最高也不超过 14mg/L。,18/81,7.3 给水处理,地表水中的二氧化碳主要来自有机物的分解，其含量一般小于 20-30mg/L。,地下水中的二氧化碳除来源于有机物的分解外，还有在地层中所进行的化学反应，其含量较高（一般小于 100mg/L）。,19/81,7.3 给水处理,水中的溶解质还包括有溶解氮、硫化氢等气体和一些矿物质的溶解所形成的 Ca 2+、Na、Cl 一、SO4 2-等离子。,当天然水源受到污染时，其杂质就复杂了，甚至于接近于各种各样的污水。,20/81,富营养化,21/81,7.3 给水处理,2005年11月13日吉林石化分公司双苯厂硝基苯精馏塔发生爆炸,污染后,22/81,7.3 给水处理,7.3.2 给水处理方法,1.混凝和沉淀,原水经投药后，经过混合和反应两个混凝工艺阶段，可使水中细小的悬浮物和胶体形成大颗粒的絮凝体，而后经过沉淀池即可将其进行重力分离。,23/81,7.3 给水处理,混凝可去除的颗粒大小为胶体及部分细小的悬浮物。混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。主要去除对象：粘土（50nm-4 m）细菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）,24/81,7.3 给水处理,原水经反应池后进人沉淀池，水中的悬浮絮状体在此依靠重力的作用从水中分离出来，沉于池底。常见的为平流式沉淀池，其状如矩形水池：上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部为进水区，池后部为出水区。,25/81,西湖水厂斜管沉淀池,7.3 给水处理,26/81,7.3 给水处理,混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解 胶体与混凝剂的相互作用 1637年，我国开始使用明矾净水，1884年，西方才开始使用。,常见的澄清池就是将絮凝和沉淀综合于一体的构筑物。,27/81,7.3 给水处理,常用的混凝剂有：无机类 硫酸铝、明矾和三氯化铁、硫酸亚铁等 金属盐类；聚合氯化铝等无机高分子类。最常用的为硫酸铝，但水温低时水解困难，效果不及三氯化铁。,28/81,7.3 给水处理,有机类人工合成：阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物，国外开始增多，国内尚少；阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）；非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）；两性型：使用极少。,天然：淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等；微生物絮凝剂,29/81,7.3 给水处理,当原水碱度不足而使混凝剂水解困难时，可投加以碱类助凝剂（通常用石灰）；当使用铝盐或铁盐混凝剂产生的絮凝体细小而松散时，可投加以高分子助凝剂（如聚丙烯酞胺、活化硅酸等），以使絮凝体变得粗大而密实。,30/81,大中型水厂通常建造混凝土的溶解池并配备以搅拌装置，加速药剂的溶解。一般用耐腐泵或射流泵将溶解池中的浓药液送人溶液池中，同时用自来水将其稀释到一定浓度以备投加。整个投药系统包括溶解池、溶液池、计量设备和投加设备。,7.3 给水处理,投药后就进人了混合阶段。通过混合设备的剧烈搅拌，发生凝聚现象。,31/81,7.3 给水处理,在反应阶段，主要靠机械或水力搅拌造成小凝聚体撞碰接触，而聚集成大颗粒的絮凝体（俗称矾花）。随着絮凝体的变大，搅拌强度相应变小。,32/81,7.3 给水处理,33/81,7.3 给水处理,计量与投加方式 计量：流量计（转子、电磁）、苗嘴、计量泵 投加方式：泵前投加 高位溶液池重力投加 水射器投加 泵投加,34/81,7.3 给水处理,35/81,采用在线浊度仪 和计量泵,36/81,2.过滤,7.3 给水处理,过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中杂质，从而澄清水流的工艺过程，滤池一般置于沉淀池之后。现代滤料品种较多 过滤方式也增加较多。,过滤和冲洗交错进行。从过滤开始到冲洗结束为一个工作周期，一般工作周期长为 12 一 24h。,冲洗的目的是清除滤层中所截留的污物，以恢复滤池的工作能力。按冲洗流速分，有高、中、低速冲洗三种。,37/81,7.3 给水处理,过滤池的产水量决定于滤速（以 m/h 计）。滤池负荷为单位时间、单位面积上的过滤水量，常用单位为 m3/(m2 h）。,单层砂滤池的滤速为 8 一 10m/h，双层滤料时的滤速为 10 一 14m/h。三层滤料（上层为大粒径的轻质滤料，如无烟煤；中层为中粒径的石英砂；下层为小粒径的重质滤料，如磁铁矿颗粒）时的滤速为 18 一 20m/h。,38/81,7.3 给水处理,滤池,39/81,7.3 给水处理,3.消毒,（1）氯消毒,消毒的目的是把水中的细菌性和病毒性病原微生物消减至有关标准要求的限度以内。,给水处理中最常用的就是加氯消毒法,氯容易溶解于水，并产生次氯酸 HOCI。HOCI 可以穿过细菌的细胞壁而进人到细菌内部，破坏细菌的酶系统使细菌死亡。,40/81,氯，常温下为气体加压下或低温下为琥珀色的油状液体，常将其装人钢瓶，通过加氯机来投加,漂白粉消毒时，投加于过滤后的水中，并应经过 4h 以上的消毒澄清过程。,7.3 给水处理,41/81,7.3 给水处理,（2）臭氧 O3 消毒,O3是空气中的氧通过高压放电产生的。O3特臭、极不稳定，分解时放出具有极强氧化能力的新生态氧 O，臭氧消毒靠的就是 O,O3单用于消毒过滤水时，其投加量一般不大于 1 mg/L。,（3）其他 工程上也有用紫外线（波长为 2600 A=260nm 较好）进行消毒。,在消灭湖泊、水库中的藻类时，常投加硫酸铜。,42/81,7.3 给水处理,3.其他,（1）地下水的除铁除锰,我国地下水的含铁量一般在 5 一 15mg/L 之间（饮水标准规定不应超过 0.3mg/L)；含锰量一般在 0.5 一 2.0mg/L 之间（饮水标准规定不应超过0.lmg/L）。,43/81,7.3 给水处理,常见的有药剂软化法和离子交换软化法,（2）水的软化处理,在水中投以石灰可以降低水的碳酸盐硬度，投以苏打 Na2CO3 可以降低水的非碳酸盐硬度，投以石膏CaSO4可以降低水的钠盐碱度。,44/81,7.3 给水处理,离子交换软化法,简易,45/81,7.3.3 常见的给水处理工艺流程,水源为一般地表水时的工艺流程大多为,当原水含沙量大时，应在上述流程的最前面加设以沉砂池,水源为良好地下水时，常仅经消毒即可。,如需除铁除锰，则加入前述的除铁除锰工艺流程即可。,7.3 给水处理,46/81,7.4 排水系统,功能：排除污水污水分类：生活污水、工业废水、降水（？）,7.4.1 排水系统的体制,为了排除污水而修建的收集、输送、处理、利用及排走的全部工程设施，称为排水系统。,合流制 将各种污水混合在一同一个管渠内排除的系统（图7-12）。,47/81,7.4 排水系统,2.分流制 将各种污水混合在各自独立的管渠内排除的系统（图7-13）。,分质分流清污分流,48/81,7.4 排水系统,排水管网,49/81,7.4 排水系统,7.4.2 排水系统的主要组成部分,1.城市污水排水系统的主要组成部分,*室内污水管道系统和设备*室外污水管道系统（包括庭院的或街道的）*污水泵站及压力管道*污水厂*排入水体的出水口等,50/81,51/81,2.工业废水排水系统的主要组成部分,*车间内部管道系统和设备*厂区内管道系统*污水泵站及废水处理站等,3.雨水排水系统的主要组成部分,*房屋的雨水管道系统*庭院或厂区内的雨水管渠系*街道雨水管渠系统*排洪沟及其出水口等,7.4 排水系统,52/81,雨水收集设施,53/81,7.4 排水系统,7.4.3 排水系统的布置规划,影响排水系统规划布置的因素主要有：地形 地质 河流情况 工厂及街道的交通线路情况 地下电缆及人防工程情况 污水的种类及污染程度等,54/81,7.4 排水系统,具体进行规划布置时，应注意以下几点：,（1）总的说，应贯彻执行“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、造福人民”的方针。,（2）在地势高差悬殊的地区，可采用分区布置形式，即让高地区的污水自流进人污水厂，而让较低地区的污 水抽送至污水厂。,（3）注意利用本厂或厂际的废水、废气、废渣，采用循环利用和重复利用系统。,55/81,7.5 污水的特征指标,7.5.1 水质污染指标,1.氨氮：即氨态氮（NH3 一 N）。水中氨氮的含量高，表示水臭、在不久之前受过严重的有机物污染。,2.酸碱度：一般用 pH 值表示。pH 值大于 7 时水呈碱性，小于 7 时水呈酸性。一般鱼类都不能在 pH 值低于 5 和大于 9 的水中生存。,56/81,7.5 污水的特征指标,3溶解氧 水中溶解的氧叫溶解氧，简称 DO。其来源有二：一是空气中的氧；二是水生植物光合作用放出的氧。当水中 DO 很少时，嫌气性细菌就繁殖并活跃起来，使有机物腐败、水体发黑发臭、鱼类难以生存。,57/81,7.5 污水的特征指标,有机物可以通过以下两种途径进行分解：由好氧微生物参与分解，这种分解进程快，产物都是无色、无臭和无害的；由厌氧微生物参与分解，这种分解进程慢，产物既有色、发臭还有毒。所以应防止有机物发生厌氧分解。,4.生物化学需氧量 简称 BOD，系Bio-chemical Oxygen Demand 之缩写。,58/81,7.5 污水的特征指标,现在广泛使用 BOD 这一指标来表示水体被有机物污染的程度。,BOD 是指在温度、时间一定的条件下，微生物在分解氧化水中有机物的过程中，所消耗的游离氧数量，其单位为 mg/L。,水温对 BOD 值影响很大，一般以 20 0C 为标准。有机物生物降解的全过程很长（约需百日以上），其前五日的生化需氧量可用 BOD5 表示。,59/81,7.5 污水的特征指标,5.化学需氧量 简称 COD。系有机物在强氧化剂的作用下，氧化为 H2O 和CO2时的化学需氧量。,COD 测定需时短，而且不受水质限制（对于不具备微生物繁殖条件的某些生产污水，无法测定其 BOD）。,COD 值大于 BOD5，其差值可概略的表示不能为微生物所降解的有机物的含量。生活污水的 BOD5 与 COD 的比值约为 0.4 一 0.8。,60/81,7.5 污水的特征指标,6.总有机碳 简称 TOC(Total Organic Carbon）。将污水水样置高温 900 0C 下燃烧，污水中的有机碳即被氧化为 CO2，用红外线测定仪测出 CO2即可求得碳的含量。,生活污水的 TOC 约为 100 一 350mg/L，略高于 BOD5。,61/81,7.5 污水的特征指标,7.总需氧量 简称 TOD。将污水水样置高温 900 0 C 下燃烧，其完全氧化所消耗的氧即为总需氧量。,8.其他 污水中亦常含有酚、氰、铬、汞、砷、铅、锡等有毒物质，其量可以用水质分析中的方法测出，常用单位为 mg/L。,62/81,7.5.2 污水的水质评价,水质评价是根据由监测取得的大量资料，对水体的水质所作出的综合性的定量评价，是环境质量评价的主要内容之一。,综合污染指数 K,Coi 各种污染物在地面水体中的最高允许浓度,Ci 各种污染物的实测浓度,Ck 地面水体各种污染物的统一最高允许指标，一般可考虑取为 0.1。,K=0.1-0.2时为轻度污染，K 0.3 时为重度污染。,7.5 污水的特征指标,63/81,7.6 污水处理,7.6.1 污水处理方法,1.水体自净,污染物进入水体后，通过一系列物理（如扩散、稀释、沉淀等）、化学（如氧化、还原等）、物理化学和生物化学反应，污染物被分解，水体可基本上或完全恢复到原来的状态，这个过程称为水体自净。,注意：水体的自净能力是有限的。,64/81,7.6 污水处理,2.物理处理法,污水物理处理法的去除对象主要是悬浮的污染物。,常用的物理处理方法有：筛滤截流 重力分离（自然沉淀、自然上浮、气浮等）离心分离等,65/81,7.6 污水处理,使用的处理设备有：格栅 筛网 滤池 沉砂池 沉淀池 除油池 气浮装置 离心机 旋流分离器等,66/81,7.6 污水处理,3.活性污泥法,生物处理法：是指创造有利于微生物生长、繁殖的环境，以提高微生物氧化分解有机物的一种污水处理方法。主要用于去除无水肿的溶解性和胶体性的有机物质，也可用于处理含酚、醛等有毒物质的生产污水。,活性污泥法是好氧性生物处理法之一，是最主要的生物处理法。,67/81,7.6 污水处理,（1）活性污泥 活性污泥是指用物理处理法处理过的生活污水，被注入空气后，污水中所生成的絮凝体及其沉淀物。,污泥的组成：活性的微生物 微生物自身氧化的残留物 吸附的不能为微生物所降解的有机物和无机物,68/81,7.6 污水处理,活性微生物由各种细菌、真菌、原生动物和后生动物等组成。其中细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心。,影响活性污泥的环境因素：溶解氧 2mg/L 营养物：BOD:N:P=100:5:1 pH值：6.59.0 水温：2030 其他：重金属、H2S、氰、酚等对细菌有毒害作用，对其浓度 应有限制。,69/81,7.6 污水处理,（2）曝气,将空气中的氧溶解到污水中去的现象称为曝气。,方式：鼓风曝气 压缩空气 机械曝气,70/81,（3）活性污泥法处理污水的工艺流程,7.6 污水处理,71/81,7.6 污水处理,（4）活性污泥法的问题及发展,问题：构筑物庞大、基建投资与占地面积过大、耗电多、管理复杂、处理成本高等。,发展：1）纯氧曝气法 2）高压曝气法 3）粉末碳-活性污泥法,72/81,7.6 污水处理,4.生物膜法,生物膜法是一种好氧性生物处理法之一。有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法,（1）生物转盘的构造（图7-16）,73/81,7.6 污水处理,（2）转盘生物膜,转盘盘片上形成生物膜，生物膜上栖息着大量的微生物。,（3）生物转盘优缺点,优点：微生物属种多，有脱氮作用；耗电少；不需污泥会留设备；噪音小，易管理缺点：占地面积大；散发臭味较重,74/81,7.6 污水处理,5.污水的土地处理法污水灌溉,（1）污水灌溉的意义 为农作物提供水分、肥料；通过土壤净化污水。,（2）灌溉旱田时的污水净化过程 非溶解杂质被地表土壤所过滤与截流，并逐渐被微生物分解；渗至地下的污水被土壤所吸附，在好氧条件下细菌对其分解、吸收，一部分成为细菌原生质，一部分成为作物易于吸收的养料；不易分解的有机质，经过一系列长期的反应，会形成新的腐殖质。,75/81,7.6 污水处理,（3）污水灌溉的水质要求,一般生活污水经过沉淀池（或污水库）的去粗悬浮物、浮油、细菌和寄生虫卵的沉淀处理，即可满足灌溉水质的要求。,生产污水和生产污水所占比例较大的城市污水，成分复杂，需要预处理，达到农田灌溉水质标准方可进行污水灌溉。,（4）污水灌溉应注意的问题,居民区周围建立卫生防护带（树木）；清污轮灌；卫生防疫；地下水为较高的砂质土壤灌区不宜采用污水灌溉；渠道防渗；修建污水库。,76/81,7.6 污水处理,6.污泥处理,（1）污泥的类型及浓缩 污泥：以有机物为主要成分的 沉渣：以无机物为主要成分的污泥的含水量很高，体积亦大，需进行浓缩：重力浓缩 气浮浓缩,77/81,7.6 污水处理,（2）污泥的消化处理（厌氧消化法）,78/81,7.6 污水处理,（3）污泥的脱水与干化,自然脱水机械脱水焚烧,7.6.2 污水处理系统,污水处理分级 一级处理：主要去除悬浮状的固体污染物 二级处理：大幅去除BOD 三级处理：去除特定的污染物如N、P等,79/81,7.6 污水处理,2.污水处理系统,80/81,去除甲醛,81/81,