给水工程 给水工程 城市给水系统-地下水源 净水厂 城市给水系统-地表水源 主要讲授内容 第一章 给水处理概论 第二章 混凝 第三章 沉淀和澄清 第四章 过滤 第五章 消毒 第六章 水的软化 第七章 水的除盐和咸水淡化 第八章 水的其他处理方法 第九章 水厂设计 第一章 给水处理概论 第一节 水源水质 第二节 用水水质标准 第三节 给水处理方法概论 第一节 水源水质 一、水的自然循环 水 蒸汽 降水。 降水的一部分再蒸发，一部分渗入地下 形成地下水，另一部分在地表汇集形成 河、湖等地面水。 水的自然循环图 自然界水的存在形式 • 大气水：大气圈中呈蒸发状态的水，包括 雨、雪、雹、霜、露等构成的大气降水和 云、雾等。 • 地表水：河流、湖泊，沼泽、海洋等。 • 地下水：地面下各种状态的水，包括水 汽、吸着水、薄膜水、毛细管水、重力 水。 二、水的社会循环 由天然水体通过人类社会的生活、工业 等的使用所产生的废水又回到天然水体的 过程称为水的社会循环。 水的社会循环图 给水工程 排水工程 （用水） （废水） 雨水 生活用水设备 污水处理厂 排水管网 排放渠 自 地 然 面 给 或 取 输水管 净 水 净 水 地 水 化 水 下 站 厂 管 站 统 体 水 网 系 生产用水设备（2） 续 源 接 或 直流系统（1） 生产用水设备（1） 土 直流系统（2） 壤 废水净化处理从厂 三、天然水中杂质的种类和性质 1. 天然水中杂质的种类 (1) 按大小分：溶解物、胶体颗粒、悬浮物； (2) 按化学结构分：无机杂质、有机杂质、生物杂 质（微生物）。 (3) 来源：大气、土壤、人类活动产生的污染物； 城市污水 大气降雨 养殖 农田径流 工业废水 水土流失 有机污染物 氮 磷 腐殖质等 藻类、浮游生物、 POPs、EDCs、 胶体保护、 嗅味、藻毒素、 药物、“三致”物 消毒副产物 亚硝酸盐、铁锰 水中杂质的尺寸与外观 溶解物 胶体颗粒 悬浮物 颗粒大小 0.1nm~1nm 1.0nm~100nm 100nm~1mm 外观特征 透明 光下混浊 混浊可见 悬浮物 尺寸较大，易于在水中下沉或者上浮。 易于下沉的一般是大颗粒泥沙及矿物质废渣； 能够上浮的一般是体积较大而密度小的有机物。 胶体物质 胶体颗粒尺寸很小，在水中具有稳定性，长 期静置也难下沉，它和悬浮物是使水产生浑浊现 象的根源。 水中存在的胶体通常有粘土，某些细菌和病 毒，腐殖质及蛋白质等。其中的有机物如腐殖质 和藻类会造成水的色和嗅味。 工业废水排入水体，会引入各种各样的胶质 或者有机高分子物质。 溶解物质 （1）溶解于水的盐 阳离子主要有Ca2 ＋，Mg2 ＋和Na＋； - 2- - 阴离子主要有HCO3 ，SO4 和Cl 。 + 2+ 2+ 2+ 3- 2- - 少量: K ，Fe ，Mn 和Cu ，HSiO ,CO3 ,NO3 等。 （2 ）溶解气体 溶解气体主要是氧、氮和二氧化碳； 未被污染过的天然水体，溶解氧含量一般为5-10mg/L， 最高不超过14mg/L 。 少量硫化氢。 2. 影响天然水水质的因素 a 降水类型 大气循环途径 自 b 大气组分 c 岩石类型 然 d 土壤形成条件 过 e 生物条件 陆地循环途径 程 f 溶质特性 g 天气特征情况 人 为 过 程 四、典型水体的水质特征 1. 地下水的形成及其水质特征 受保护 水质清 水温稳 分布广 硬度高 铁锰？ 氟砷？ 放射性？ 2. 地表水的形成及其水质特征 地表水水质特征 • 水量水质季节性变化； • 浊度、水温变化大； • 有机物、细菌含量高； • 易受污染； • 径流量大，硬度低，低铁锰。 五、地表水主要污染物 1. 微量有机污染物 •浓度低、种类多、危害大 包括持久性有机物（POPs) 、致癌、致畸、致突变 (“三致”物）、内分泌干扰物质（EDCs）、药物 等。 •来源： 杀虫剂、塑化剂、双酚树脂组分、酞酸酯（玩 具、乙烯地板、清洁剂、PVC制品）、表面活性剂 （烷基酚）、抗生素等。 EDCs的危害 生殖系统病变 发育异常 内分泌失调 神经系统出现变态反应 免疫力下降 出现癌症肿瘤 抑制激素分泌等 EDCs进入人体的途径 进入人体 2. 藻类及其代谢产物 我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有些水体几 千万个/L。 藻类在代谢过程中产生的藻毒素直接危害人体健 康。 城镇饮用水供水技术 3.嗅味 化学污染物引起的嗅味，如氯酚、硫化物等； 藻类代谢产物，如Geosmin, MIB 等； 很多嗅味有机物浓度很低(ng/L级),难于被现行常 规水处理工艺去除。 4. 致病微生物 贾第虫和隐孢子虫，体积小； 难以被水厂现行的氯消毒工艺灭活； 引起流行病爆发（如美国）。 5.浮游动物 水蚤和红虫 极度影响水感官指标，给用户造成刺激 有可能产生过敏反应，传播疾病 6. 氨氮 引起水体富营养化根本原因之一，可使藻类及其 他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，鱼类 及其他生物大量死亡。 易造成饮用水的异味，引起亚硝酸氮积累，产生 致癌物质亚硝胺。 采用氯消毒时，水中氨氮将需要消耗大量的氯，会 增加消毒副产物生成量。 六、地下水主要污染物 1. 铁、锰 铁锰与有机物络合，难于去除 使水的色度增加，影响水感官指标 过量铁危害人体肝脏，过量锰会引起慢性中毒， 可出现震颤性麻痹。 2. 氟 北方15个省市最为严重，南方在江苏、湖北、广 东、福建等省也有分布。 过量摄入氟引起机体慢性中毒的改变，使人患氟 斑牙和氟骨症。 破坏细胞壁，影响到体内很多酶的活性，造成 血管钙化，引起动脉硬化。 3.硝酸盐和亚硝酸盐 硝酸盐污染来源： 地表污水排放通过河道渗漏污染地下水； 农耕区过多施用氮肥从土壤中流失污染地下水。 硝酸盐危害： 大量硝酸盐，可使人患恶性血红蛋白症； 大气和悬浮微粒形式的硝酸盐易诱发气喘病； 亚硝酸盐和胺类反应可形成有致癌危险的亚硝 胺。 4.重金属 重金属中砷污染最为普遍； 我国目前有200多万人饮用砷超标水，主要在 台湾、内蒙古、山西、新疆、宁夏和吉林等 地区； 砷可导致人体慢性中毒，除神经衰弱综合症、 多发性神经炎、胃肠道症状外，部份人皮肤、 肺、支气管、喉癌变死亡。 第二节 用水水质标准 一、饮用水水质与健康 1. 水中的生物对人体健康的影响 细菌：志贺氏、沙门氏、致病性大肠杆菌、霍 乱弧菌、嗜肺军团杆菌、结核杆菌等。 病毒：脊髓灰质炎、柯萨奇、腺病毒、新型肠 道病毒、人类轮状病毒。 寄生虫：阿米巴、贾第氏鞭毛虫、隐孢子虫 等。 藻类：蓝藻、蓝绿藻等。 2. 水中的化学物质对人体健康的影响 微量元素及其他无机物、有机物、放射性物质、消毒 剂及副产物。 3. 水质与地方病 地砷病： 地方性氟中毒：由于长期摄入的氟量超过正常需要的水 平，而引起的以氟斑牙和氟骨症为主要症状的全身性疾 病。 地砷病-花肚皮 地砷病-手掌角化 氟斑牙 氟骨症 二、生活饮用水水质标准 1. 用水水质标准 指用水对象所要求的各项水质参数应 达到的指标和限值。 水质标准随着科学的发展，经济的发 展，水检测技术的进步将不断修改，提高 和完善。 2. 生活饮用水卫生标准 生活饮用水水质标准是为保障居民用 水安全，所规定的各项水质参数应达到的 指标和限值。 （1）我国饮用水卫生标准发展的历史： 1927，上海市饮用水清洁标准 1950，上海市自来水水质标准，16项 1954，卫生部，自来水水质暂行标准草案16项 1959，建设部、卫生部 生活饮用水卫生规程。 1972，建委、卫生部 生活饮用水卫生标准，23 项。 我国供水水质标准的发展 2006年国家《生活饮用水卫生 一类水司水质 国 标准》 （GB5749-2006 ） 考核指标106项 家 供 2005年建设部 一类水司水质 水 《城市供水水质标准》 考核指标103项 水 质 2001年卫生部 一类水司水质 标 《生活饮用水卫生规范》 考核指标96项 准 1992年建设部《城市供水行业 一类水司水质 不 2000年技术进步发展规划》 考核指标88项 断 提 我国1985年颁布的《生活饮用 饮用水水质检 高 水卫生标准》（GB5749-85） 测项目为35项 生活饮用水卫生标准的基础要求 （2 ）生活饮用水卫生标准的基础要求 保证流行病学安全，即要求生活饮用 水中不得含有病原微生物，应防止介水传染 病的发生和传播； 水中所含化学物质和放射性物质不得对 人体健康产生危害，不得产生急性或慢性中 毒及潜在的远期危害（致癌、致畸、致突 变）； 生活饮用水必须确保感官性状良好，能 被饮用者接受。 生活饮用水水质指标 （3）生活饮用水水质指标 主要分四大类： 感官性状指标和化学指标 毒理学指标 细菌学指标 放射性指标 生活饮用水水质指标 感官性状指标 又称为物理性状，是指水中的某些物质对人的视觉， 味觉和嗅觉的刺激。 清洁的水无色，无嗅和无味。 当水中含有浮游生物、腐殖质或受污染时，会使水产 生颜色、异嗅和异味。 它虽然不属于影响人体健康的直接指标，但色、 嗅、味的存在给使用者带来厌恶感。同时，色、嗅与味严 重时，也可能预示着水中含有有害于人体健康的物质。 生活饮用水水质指标 我国规定浊度小于1度。 浊度超过10度就能使人产生不快，而且，病 菌、病毒以及其它有害于人体健康的物质往往吸附于产生浊度 的悬浮物上。 降低水的浊度，不仅为满足感观形状的要 求，对于抑制水中的病菌、病毒以及其它有害物 质的含量，也具有积极的意义。 生活饮用水水质指标 化学指标 水中存在的某些化学物质，对人体健康有益 但不希望过量，如钠、钾、钙、铁、锌、镁、氯 等是人体必须的化学元素，但含量过多，往往会 对生活使用产生种种不良影响。 还有一些化学物质对人体健康无益但一般情 况下毒性也很低的物质，如挥发酚类、阴离子合 成洗涤剂等。 生活饮用水水质指标 毒理学指标 有毒物质一般是由于水源污染造成的，如 砷、汞、镉、铬、氰化物、氯仿等。 实际上水中各种化学物质与健康的关系相 当复杂，有些至今仍然不很清楚。 生活饮用水水质指标 细菌学指标 标准中细菌学指标包括菌落总数、总大肠菌 数、大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫 和隐孢子虫 。 放射性指标 总α放射性、总β放射性。 三、其他用水水质标准 1. 食品及饮料类水质标准 2. 城市杂用类水质标准 3. 游泳池用水 4. 工业用水水质标 第三节 给水处理方法概述 一、水传播疾病与给水处理的历史 1. 水传播疾病 1850s, 最早提出流行病和水可能有关； 1880s， Pasteur 细菌的理论，使介水疾病 得到了很好的解释； 1880s，伦敦， Broad Street Well霍乱大流 行， Dr. John Snow ，著名的流行病学理论：未 消毒的水是传播途径； 霍乱是第一个被认定的介水疾病。 2. 给水处理历史 公元前4000年，人类开始了净水处理，主要 是为了去除影响水的感官的物质，如浊度、色 度、嗅和味等。 使用的方法有：过滤，太阳下暴晒，煮沸 等。 公元前1500，埃及人开始使用铝盐澄清水。 18世纪初，人们认识到过滤可以去除水中的 颗粒状物质； 19世纪初，慢滤池开始在欧洲普遍的使用。 给水处理历史 19世纪中叶-末期，人们认识到水中的危险物质可能还 有一些肉眼看不到的。 1855年，Dr John Snow提出了伦敦霍乱大流行是由 于水源井被下水道污水污染所致； 1880s末，Louis Pasteur 提出了细菌理论； 尽管列文胡克早在1673年就用显微镜对微生物进行了 描述，但直到200年后，当人们用更高倍数的显微镜观察 这些微生物时，才知道这些小东西可以给人类健康带来巨 大的影响。 给水处理历史 19世纪末-20世纪初，人们开始重视水中微生物的去除 1880s，Koch 发现氯能灭活细菌。 1902，比利时一小镇，首次连续加氯； 1908，美国，Jersey city, New Jersey,次氯酸钙； 1941，美国，＞85%水消毒； 自从水处理工艺引入了过滤和消毒，介水疾病被较好 地控制。 1911-1915， Niagara Falls, NY, USA, 伤寒导致的死 亡率从每 100,000死亡185 下降至0。 给水处理历史 全世界内，广泛采用氯消毒； 但 1974, 荷兰以及美国学者发现了氯消毒会形成副产物 三氯甲烷trihalomethanes (THMs) ；其他消毒副产 物， disinfection byproducts (DBPs)：卤化物；微 污染问题； 1980s，贾第虫； 近年来，隐孢子虫。 二、给水处理的详细的细节内容 1. 去除水中的悬浮固体 2. 去除水中的溶解性固体 3. 去除水中对用水有危害的某种或某几种溶解 成分 4. 去除水中的有机物 5. 去除水中的溶解性气体 6. 降低冷却水的温度 7. 对水质加以调整，改善水质，防止使用中产 生危害 8. 对水处理过程产生的污水污泥处理和处置 三、水处理工艺流程的概念 单一的水处理单元方法难以满足净水要求， 所以将多种基本单元过程互相配合，组成一个水 处理工艺过程，称为水处理工艺流程。 选择水处理流程的基本出发点是： 以较低的成本、安全稳定的运行过程； 获得满足水质要求的水； 水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术经 济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程的选 择。 多级屏障 多级屏障的概念： 从原水变成成品水的处理过程中，为了确认和保证 水质的安全性，应设置多级不同的处理单元，每 一单元均对水中的目标物质具有一定的去除效 果，使有害健康的成分没办法进入到成品水中。 三、典型的给水处理工艺流程 1. 原始水处理 原始水处理示意图 2.典型地表水处理流程 常规的地表水处理以去除水中的浑浊物 质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由 澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程 如下图所示。 混凝剂 消毒剂 原水 混合 絮疑沉淀池 滤池 清水池 二级泵房 用户 澄清池 地表水源给水处理的典型流程 气浮 混凝剂 直接过滤 沉淀 快速混合 絮凝池 氯化消毒 氯化消毒 过滤 过滤 供水管网 清水池 5 3.地下水处理流程 地下水源含铁、锰较多时，可采用接触氧化 法过滤除铁除锰工艺。 消毒剂 地下水 曝气 过滤 曝气 过滤 清水池 二级泵房 含氟地下水处理流程 地下水源含氟较高时，可采用活性氧化铝吸 附工艺。 消毒剂 地下水 空气分离器 活性氧化铝过滤 清水池 二级泵房 用户 主要参考书 1. 严煦世，范瑾初主编，《给水工程》第四版， 中国建筑工业出版社。 2. 李圭白，张杰主编，《水质工程学》，中国建 筑工业出版社。 3. 许保玖，安鼎年著，《给水处理理论与设计》， 中国建筑工业出版社。 4. 韩洪军、杜茂安主编，《水处理工程设计计 算》，中国建筑工业出版社。 思考题 1. 天然水中杂质按尺寸大小分为哪几类？ 各类杂质的大多数来自、特点及一般去除方 法？ 2. 了解生活饮用水卫生标准的基本要求。

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