地表水工艺处理基本知识1.doc
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1、 给水工艺处理基本知识一、城镇供水系统1.1.供水系统分类和组成1.1.1 供水系统分类:供水系统是由取水、输水、水质处理和配水等设施组成的总体工程。供水系统的分类:按水源分类,分为地表水和地下水供水系统;按供水方式,分为重力供水系统、压力供水系统和混合供水系统;按使用目的,分为生活用水、生产供水和消防供水系统;按服务对象,分为城镇供水和工业供水系统。1.1.2 供水系统组成:供水系统一般由取水构筑物、原水输水管(渠)、水处理构筑物、调节及增压构筑物、配水管网等部分组成。1. 取水构筑物:取集原水而设置的各种构筑物的总称。2. 原水输水管(渠):将取水构筑物取集的原水送入净水厂处理的管(渠)设
2、施。3. 水处理构筑物:对原水进行处理,以达到用户对水质要求的各种构筑物,通常把这些构筑物布置在水厂。4. 调节及增压构筑物:贮存和调节水量、保证水压的构筑物,如清水池、泵站等,一般设在厂内,也可在厂内外同时设置。5. 配水管网:用以向用户配水的管道系统。1.1.3 分质、分压和区供水:统一供水系统是指城镇供水系统将生活、生产、消防三者合一,统一按生活饮用水卫生标准供水。除了统一供水系统外,还可分为:分质供水系统、分压供水系统、分区供水系统。1.分质供水系统 根据不同用户对水质要求不用,采用分质供水的系统。如将水质要求较低的工业用水与城镇供水系统分开单独设置的供水系统;将海水或城市污水处再生后
3、作为厕所冲洗、绿化等杂用水供水系统。 2.分压供水系统 根据管网分压的不同要求,分别供应的系统。如城镇中某些高层建筑区,或地势较高的地区要求较高的供水压力,可采用不同的压力供水系统。 3.分区供水系统 在一个城市中由于地形不同形成分别供水的成为分区供水系统。按布置方式可分成并联供水系统(由同一泵站分别向二区单独供水);串联供水系统即高区泵站从低区取水,然后向高区供水。1.1.4 影响供水系统布置的因素1.城市规划的影响 2.水源的影响 3.地形的影响。1.2.供水水量、水质、水压要求1.2.1 供水量一般由以下各项组成:1.综合生活用水 2.工业企业用水 3.浇洒道路和绿地用水 4.管网漏损水
4、量 5.未预见用水 6 消防用水。 供水系统中水厂设计规模应按上述1-5项的最高日用水量之和确定。在净水厂各个构筑物设计时,还应考虑水厂内部生产工艺过程和其他用途所需要的用水量。1.2.2 水质要求:供水水质必须符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。标准规定的水质指标是指居民用户的龙头水要求达到的水质。1.2.3 水压要求:供水管网的最小服务水头是指城镇配水管网在用户接管点处可维持的最小水头。城市配水管网的供水水压宜满足用户接管点处服务水头28m的要求;当按直接供水的建筑层数确定供水管网水压时,其用户接管处的最小服务水头一层为10m,二层为12m,二层以上每增加一层增加4m。二、取
5、水系统2.1.供水水源2.1.1地下水源的特点:水质澄清、水温稳定、分布面广。但地下水径流量较小,有的矿化度和硬度较高,如铁、锰、氟、氯化物、硫酸盐等。2.1.2地表水源的特点:水量充沛、流量较大,由于受地面各种因素影响,水质通常表现出与地下水相反的特点。例如,河水浑浊度较高(特别是在汛期),水温变幅大,有机物和细菌含量高,地表水易受到污染。2.2.地表水取水构筑物2.2.1地表水取水构筑物的形式按水源分,有江河、湖泊、水库、海水取水构筑物;按取水构筑物的构造形式分,有固定式(岸边式、河床式、斗槽式)和活动式(浮船式、缆车式)两种。2.2.2地表水取水构筑物位置选择1.设在水质较好地带 2.靠
6、近主流,有足够的水深,具有稳定河床和河岸 3.尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮影响 4.尽量不妨碍航运和泄洪,并符合河道、湖泊、水库整体规划的要求。三、水泵与水泵站3.1.水泵的基础知识3.1.1泵的分类泵分为三类:叶片式泵、容积式泵、其他类型泵。1、叶片式泵叶片式泵是通过工作叶轮的高速旋转运动,将能量传递给流经其内部的液体,使液体能量增加的泵。(1)按工作原理分:离心泵、轴流泵、混流泵。它们的叶轮入流方向皆为轴向,所不同的是叶轮出流方向。(2)按泵轴的工作位置分为卧式泵、立式泵、斜式泵;(3)按压出室形式可分为蜗壳式和导叶式泵;(4)按叶轮的吸入方式可分为单吸式泵和双吸式泵;(5)按泵的叶
7、轮级数目可分为单级泵和多级泵。2、容积式泵容积式泵是通过工作室容积周期性变化,将能量传递给流经其内部的液体。按工作室容积变化的方式又可分为往复式泵和回转式泵。属于往复式的有活塞泵;属于回转式泵有齿轮泵、螺杆泵。3、其他类型泵其他类型泵工作原理各异,如射流泵、水锤泵、气升泵等。它们基本上都是利用工作液体传递能量来输送液体。3.1.2泵站分类:按其在城镇供水中的作用可分为一级泵站、二级泵站、加压泵站。一级泵站的功能:将水从水源输送到净水构筑物的泵站,又称进水泵站、浑水泵站。二级泵站的功能:将净化后的水输送到管网、用户或水塔的泵站,又称送水泵站、清水泵站。加压泵站的功能:在管网中提高水压的泵站,又称
8、中途泵站。3.1.3. 离心泵离心泵的工作过程是离心泵在启动之前,应先用水灌满泵壳和吸水管道,然后驱动电机,使叶轮和水做高速旋转运动,此时,水收到离心力的作用被甩出叶轮,经蜗形泵壳中的流道流入水泵的压水管道,由压水管道输入到管网中去;与此同时,水泵叶轮中心处由于水被甩出而形成真空,吸水池中的水在外界大气压的作用下,通过吸水管而源源不断地流入水泵叶轮,水又受到高速转动叶轮作用,被甩出叶轮而输入压水管道。这样就形成了离心泵的连续输水。3.1.4泵的主要零件组成(1)叶轮:叶轮的作用是将动力机的机械能通过叶轮的高速旋转传递到液体,使被抽液体获得能量;叶轮常由盖板、叶片、轮毂组成。叶轮有封闭式、敞开式
9、、半开式之分,一般都用封闭式。(2)泵轴:用来旋转泵的叶轮,常材料是碳素钢和不锈钢。叶轮和轴之间用建来连接,泵中一般采用平键。(3)泵壳:泵壳通常铸成蜗壳型。泵壳顶上设有充水和放气的螺孔,以便在泵启动前用来充水和排出泵内空气。泵壳底部设有泄水螺孔,当泵停车检修时用来放空积水。(4)泵座:泵座上有与底板或基础固定用的法兰孔。在泵座的横向槽底设有泄水螺孔。以便随时排出由填料盒内流出的水滴。(5)填料函:在泵轴穿出泵壳时,泵轴与泵壳之间存在着间隙,有间隙就会泄露,就必须采用轴封措施。填料盒就是一种起着阻水或阻气作用的轴封手段。3.2.水泵的运行和维护3.2.1泵的运行:1启动前检查:(1)盘车检查。
10、用手转动联轴器,感觉是否灵活、是否均匀、有无受阻和异常声响。(2)轴承和填料函检查。检查轴承中润滑脂或润滑油是否清洁、适量、油位是否符合标准线;填料函水封冷却阀是否打开,填料压盖扣紧程度是否合适。(3)水位与闸门检查。检查吸水井水位是否足够,吸水管侧闸门是否全开、压力管侧闸门是否全闭;(4)仪表检查。电流表、电压表是否处在合适位置,真空表、压力表是否正常;(5)外部条件检查。供配电设备、电动机是否完好,真空吸水条件是否成熟,周围环境是否正常。2开泵(1)灌水或抽真空。都应先打开泵顶上抽气阀,当进行一段时间后,如发现水泵上水标管已显示有水或真空表上已达到额定真空度时,则表示水泵和吸水管已充满水,
11、此时可开泵。(2)向值班调度报告。水泵真空完成后,即向值班调度或能决定开泵的负责人报告,得到明确启动命令后,即可启动。(3)启动。启动前要注意现场人员不要距电机、水泵太近。启动按钮开关时,要沉着、果断,目光要注意真空表和压力表的读数。(4)开启出水闸门。水泵启动后压力读数开始上升,当水压已达到零流量的封闭扬程时,即可徐徐启动出水闸门。(5)检查启动后的情况。再次对电机、电气设备、轴承、填料函、各项仪表做一次全部检查。(6)填写开泵记录。每次开泵后都要认真在值班日志薄上填写开泵记录。3.运行中的检查(1)查看仪表。水泵、电机的压力表、真空表、电流表、电压表直接反映了水泵电机是否正常工作,检查时如
12、果超过水泵额定值,则属不正常、要仔细追查原因。(2)音响和振动。在正常运行时,机组应平稳、声音应正常、连续而不间断。(3)注意温升。泵与电动机轴承温升一般不得超过周围温度35,最高不超过75。(4)观察滴水。水泵填料函处一般经验应以每分钟60滴左右速度一滴滴地淌水。4.停泵(1)首先徐徐关闭出水阀;(2)切断电源开关,停止电机运转;(3)停泵后,关闭真空表、压力表及冷却水管的闸阀,对没有底阀靠真空泵启动的,则打开真空破坏阀,使泵内水放回吸水井中;半地下室的泵房,还需关好吸水管的阀。(4)做好泵体清洁卫生,与周围环境的清扫;(5)填写停泵记录。3.2.2泵的故障与排除水泵一般常见的故障原因如下所
13、述:(1) 充水或启动困难:故障原因一般是底阀和吸水管有漏水;水泵底部放空螺丝或阀门关闭;水泵或吸水管漏气、真空泵抽不成真空等。(2) 水泵启动后不出水或水量过小:故障原因一般是泵壳中存有空气;或电压、频率太低;吸水管有堵塞,有空气带入水泵等。(3) 振动和噪声:故障原因一般是水泵安装不完善;泵与电机安装不同心;进入空气或发生气蚀;轴承损坏或磨损。(4) 水泵开启不动或开动后轴功率过大:故障原因一般是轴承安装不良;联轴器间隙太小或电压过低等。(5) 轴承发热:故障原因一般是轴承安装不良;轴承缺油或油太多;油质不良,不干净等。(6) 电机过负荷:故障原因一般是转速过高,流量过大,电机或水泵机械损
14、失过大等。(7) 填料函发热:故障原因一般是填料压盖太紧;填料函位置安装不对;水封环位置不对或冷却水不足;填料函与轴不同心等。四、饮用水常规处理4.1概论4.1.1原水中的杂质 原水中都不同程度地含有各种各样的杂质。这些杂质不外乎两种来源:一是自然过程;二是人为因素即工业废水、农业污水及生活污水的污染。这些杂质按尺寸大小可分为悬浮物、胶体和溶解物。杂质溶解物(低分子、离子)胶体悬浮物颗粒尺寸0.1nm 1nm 10nm 100nm 1m 10m 100 m 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图4-1 水中杂质分类1. 悬浮物和胶体杂质悬浮物尺寸较大
15、,易于水中下沉或上浮。下沉的一般是大颗粒泥砂及矿物质废渣等;上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物。胶体颗粒尺寸很小,在水中长期静置也难下沉。水中所存在的胶体通常有黏土、某些细菌、病毒、腐殖质及蛋白质。天然水中胶体一般带负电荷,有时也含有少量带正电荷的金属氢氧化物胶体。悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。也是饮用水的主要去除对象。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。当前在饮用水处理中,溶解的有机物已成为重点去处对象之一。4.1.2各种天然水源的水质特点 1.地下水 水在地层渗滤过程
16、中,悬浮物和胶质已基本上或大部分去除,水质清澈,且水源不易受到外界污染和气温影响,因而水质、水温较稳定,一般以作为城镇饮用水的水源。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。地下水硬度高于地表水。含铁地下水分布较广,地下水中的锰与铁共存,但含量比较少。2.江河水 江河水易受自然条件影响,水中悬浮物和娇态杂质含量较多,浊度高于地下水。其最大缺点是:易受工业废水、生活污水及其他各种人为污染,因而水的色、臭、味变化较大,有毒有害物质易进入水体。水温不稳定,夏季不能满足工业冷却用水要求。3.湖泊及水库水湖泊及水库水,主要由河水供给,水质与河水类似。但由于湖水流动性小,储
17、存时间长,经过长期自然沉淀,浊度较低。只有在风浪时以及暴雨季节由于湖底沉积物或泥沙泛起,才产生浑浊现象。水的流动性小和透明度高又给水中浮游生物特别是藻类的繁殖创造了良好条件。因而湖水中一般含藻类较多。同时,湖底积存大量腐殖质,一经风浪泛起,湖水也易受废水污染。4.1.3生活饮用水卫生标准 现行的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)是从2007年7月1日起实施的。全部指标最迟于2012年7月1日实施,为强制性标准。几种常见的生活饮用水指标及限值如下:1.微生物指标:总大肠菌群(MPN/100ml或CFU/100ml)、耐热大肠菌群(MPN/100ml或CFU/100ml)、大肠埃希氏菌(
18、MPN/100ml或CFU/100ml):不得检出;菌落总数(CFU/ml):100;2.毒理指标:指标限值指标限值氟化物(mg/l)1.0硝酸盐(以N计,mg/l)103. 感官性状和一般化学指标:色度(铂钴色度单位)15铁(mg/l)0.3浊度(NTU-散射浊度单位)1锰(mg/l)0.1PH6.58.5氯化物(mg/l)250铝(mg/l)0.2溶解性总固体(mg/l)1000总硬度(以CaCO3计,mg/l)450耗氧量(CODmn,mg/l)3 4.饮用水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余量氯气及游离氯制剂(游离氯,mg/l)至少30min
19、40.30.05一氯胺(总氯,mg/l)至少120min30.50.05二氧化氯(ClO2,mg/l)至少30min0.80.10.024.1.4供水处理方法概述 1.常规处理工艺以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺通常包括混凝、沉淀、过滤。处理对象是水的悬浮物和胶体杂质。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,用以进一步降低水中的浑浊度。根据原水水质不同,在上述澄清工艺系统中还可以适当增加或减少某些构筑物,但过滤是必不可少的。消毒是灭活水中致病微生物,通常在过滤后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以杀灭致病微生物
20、。我国普遍采用的消毒剂是氯,也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧消毒也是一种消毒方法。“混凝沉淀过滤消毒”可称之为生活饮用水的常规处理方法。2.除臭、除味当原水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方可采用。对于水中有机物所产生的臭和味,可用活性炭吸附或氧化法去除;对于溶解性气体或挥发性有机物所产生的臭和味,可采用曝气法去除;因藻类繁殖而产生的臭和味,可采用微滤机或气浮法去除,也可在水中投加除藻剂去除;因溶解盐类所产生的臭和味,可采用适当的除盐措施去除。3.除铁、除锰和除氟当地下水中的铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准时,需采用除铁、除锰技术。常用的方法:自然氧化法和接触氧
21、化法。前者通常设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池;后者通常设置曝气装置和接触氧化滤池。还可采用药剂氧化、生物氧化法及离子交换法等。通过上述方法(离子交换法除外)可使溶解性二价铁和锰分别转成三价铁和四价锰沉淀物而去除。4.预处理和深度处理工艺对污染水源来说,水中溶解性的有毒有害物质,特别是具有致癌、致畸、致突变的有机污染物(简称“三致物质”或“三致”前体物(如腐殖酸)是常规处理方法难以解决的。于是,在常规处理基础上增加预处理和深度处理,前者置于常规处理前,后者置于常规处理后,即:预处理+常规处理+深度处理。预处理的方法主要有:粉末活性炭吸附法;臭氧或高锰酸钾氧化法;生物接触氧化法等。各种预处理法除
22、了去除水中有机污染物外,还具有除味、除臭及除色作用。深度处理主要有以下几种方法:活性炭吸附法;臭氧活性炭联用法;膜过滤法等。4.2混凝4.2.1混凝机理 混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种:电性中和、吸附架桥、卷扫作用。1.电性中和作用主要是降低或消除排斥能峰。一般投加高价电解质或聚合离子。2.吸附架桥作用。理论认为不仅带异性电荷的高分子物质与胶粒具有强烈吸附作用,不带电甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也有吸附作用。当高分子链的一段吸附了某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,形成“胶粒高分子胶粒”的絮凝体。高分子起到了胶粒与胶粒之间相结合的桥梁作用,故称为吸附架桥作用。3.网捕或卷扫作用
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