课题名称

C市给水工程设计

院 （系）

环境学院

专 业

给水排水工程

姓 名

宋成龙

学 号

P3401090409

起讫日期

2013.2-2013.6

指导教师

邓 风

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

强化混凝在微污染水源水处理中的研究进展及应用

摘　要：本文概述了强化混凝概念、机理和影响因素;阐述了影响强化混凝的主要因素: 混凝剂种类的影响, 混凝剂投加量的影响, pH 值对混凝的影响, 碱度及原水水质的影响,以及水温与水力条件的影响。 展望了强化混凝处理技术在微污染水源水处理中的应用 。

关键词：微污染原水，强化混凝，强化混凝机理，影响强化混凝的因素

1 前言

随着人民生活质量的不断提高, 检测分析手段的进步, 人们对饮用水水质的要求将更加严格, 相应供水水质标准也要不断提高。近年来, 随着水源污染的加剧和污染物的日益复杂化, 在某些情况下, 常规的混凝工艺已经不能满足水处理的要求, 强化混凝工艺应运而生。

2 强化混凝技术

强化混凝是在常规混凝的基础上, 基于新型混凝剂的开发而发展起来的一种水处理工艺, 能有效去除污染水体中的悬浮颗粒、胶体杂质、总磷和藻类等污染物质。关于强化混凝, 有强化混凝、化学强化一级处理和强化絮凝等多种提法, 本文统称之为强化混凝[1]。其实强化混凝作用机理与常规混凝并无太大差别, 主要包括压缩双电层作用、吸附电中和作用、吸附- 架桥作用、沉析物网捕作用和特殊混凝作用等。向污染水体投入混凝剂后, 一方面通过压缩双电层和吸附电中和作用, 胶体扩散层被压缩, N电位降

低, 胶体脱稳; 另一方面通过吸附- 架桥和沉析物网捕等作用使脱稳后的胶体相互聚结成大的絮体并沉淀, 最终固液分离。新型高分子混凝剂的使用使以上作用得到强化, 它不仅具有以絮凝体吸附水中非溶性大分子有机污染物的物理吸附作用; 又能对水中溶解性低分子有机物产生很强的化学吸附和强氧化等多种净化效果, 从而可以提高污染物的去除率。但是, 要取得良好的混凝效果还和许多因素有关, 其中包括混凝剂品种、混凝剂投加量、水质、水力条件、水温、碱度和pH 等。只有优化这些反应条件, 使混凝剂在最佳条件下起作用, 才能达到强化混凝提高常规混凝效果的目的[2]。

3 微污染原水中有机物去除的必要性

近年来我国水源的微污染问题比较突出, 当前我国主要水系以有机微污染为主, 主要水体都受到不同程度的污染, 检测出多种有机物, 其中有些是EPA ( Environment Protect ion Ag ency ) 规定的优先检出物。微污染原水中的有机污染物大致可分为3 类:( 1) 天然有机物( NOM) , 包括腐殖质、生物渗出物和其它由植物组织或动物粪便溶解于水的有机物; ( 2)合成有机物( SOCS ) , 包括农药、挥发性有机物( VOCS ) 和其它由工业废水带来的各种有机物质;( 3) 在水处理过程或煮沸过程中形成或添加的化学副产物和添加剂, 例如三氯甲烷等突变物[3]。目前水中有机物的控制与去除已经成为严重影响净水水质进一步提高的问题之一。

4 强化混凝技术去除有机物的机理

强化混凝被认为是去除水中天然有机物(特别是溶解性有机物) 的一种有效方法, 其作用机理包括化学沉淀作用和固体物质表面的吸附沉淀作用[4]: 一方面带正电荷的金属离子及其水解聚合产物同有机物所带的官能团反应, 生成不溶性腐殖酸盐或配合物, 然后发生沉淀, 即化学沉淀; 另一方面, 有机物还可能混合到金属氢氧化物矾花之中或水中所含黏土矿物之中, 被吸附而发生共沉淀. 一般认为, 在较低混凝剂投加量和较低pH值条件下, 第一个机理发挥主导作用; 而在较高混凝剂投加量和较高pH 值条件下, 第二个机理发挥主导作用 。

5 强化混凝的影响因素

影响强化混凝的因素比较复杂[5], 其中主要包括: 混凝剂的种类及投加量、pH 值、混凝水力条件、水源水水质、水温等。

5.1 混凝剂种类的影响

对强化混凝而言, 无机混凝剂要比合成有机物混凝剂效果好[6]。通常认为, 在合成有机物混凝剂在天然水的混凝过程中, 由于无法提供有机物的吸附位, 只能产生电中和作用参与腐殖酸的沉淀, 所以混凝效果很不理想。相比之下, 无机混凝剂( 如铝

盐、铁盐等) 既具有电性中和、形成难溶络合物, 其氢氧化物又能提供表面使有机物发生吸附等优势, 所以使NOM 去除效率较高。文献调研表明, 在去除天然有机物时, 铁盐的混凝效果比铝盐好。高分子絮凝剂单独作为混凝剂时, 它的效果不如无机金属盐类混凝剂, 因为它不能有效地去除溶解性有机物( DOM) , 但当被用作助凝剂时, 则可发挥其提高固液分离的功能, 有效地提高TOC 的去除率[7] 。

5.2 pH 值

一般认为低pH 值有利于有机物的去除，这与强化混凝的作用机理有关。在低pH 值、高混凝剂用量的强化混凝条件下能形成大量金属氢氧化物,改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升；同时低pH 条件会影响有机物离解度和改变水中有机物的存在形态,有机物质子化程度提高,电荷密度降低,进而降低其溶解度及亲水性,成为较易被吸附的形态, 吸着到大量存在的金属氢氧化物颗粒上共沉淀,这样可提高水中溶解态有机物的去除率,进而提高水中有机物总的去除率[8]。

强化混凝的最佳pH 值因混凝剂的不同而有差异。Dempsey 等人认为,对于铝盐混凝剂,去除有机物的最优pH 值在5 附近, 而对于铁盐混凝剂, 则在4附近[9]。在实际生产过程中，控制pH 值在最优的pH值范围内可减少混凝剂的消耗量和污泥的产生量,从而降低水处理成本。对pH 值的调节，一般可通过向水中投加硫酸来实现。

5.3 混凝剂投加量的影响

通常, 混凝剂的投加量越大, TOC 去除率越高。黄晓东等[10] 以微污染水库水为原水, 对增加聚合氯化铝( PAC)投量的强化混凝与常规混凝的处理效果进行了对比。试验结果显示, 增加PAC 的投加量,TOC 去除率提高24% , 藻类去除率也较常规混凝提高了1817% 。但过量混凝剂会引起胶体重新稳定,处理成本增加和污泥处理问题。适量的投加量应根据水源水质特点和处理后水质要求来确定。

5.4 原水水质

原水水质影响混凝效果极大, 当原水中的有机物主要由有机颗粒和大分子有机物组成时, 强化混凝可以有效地去除水中的TOC [11]。混凝剂对NOM的去除效果还与NOM 胶体的电荷密度以及有机物与金属盐水解产物结合的化学键种类有关。憎水性越强,分子链越大,化学键结合部位越多，去除率就超高。通过混凝,尤其是强化混凝,能去除绝大部分分子量大、憎水性强的NOM[12]。

5.5 碱度的影响

给水中的大量总有机碳( TOC) 通常源于水源中的腐殖质, 一般只有小于10% 的部分是合成有机化合物。这些有机物的含量与加氯后形成的氯化有机物量之间呈正相关关系, 即TOC 含量高时, 三卤甲烷总生成量也相应增多。因此, 可用TOC 去除率来衡量DBP 前驱物质的去除效率。

D/ DBP 条例[13]规定了原水不同TOC 浓度和碱度情况下有机物的去除率 。说明若原水的TOC 越高、碱度越低, 所要求的TOC 的去除率就越高, 需要投加的混凝剂量就相对较大, 反之则要求的TOC 去除率越低, 混凝剂投药量相对较小。

5.6 水温的影响

水温对混凝的影响国内外已经有大量研究。根据Knock e 在不同水温( 2~ 22e ) 的小型试验显示, 水温在TOC去除上没有区别, 但是, 低温可以降低THM 形成的速率和范围[14]。

5.7 水力条件的影响

水力条件对混凝效果有重要影响, 在混合阶段,要求药剂迅速而均匀地扩散到水中, 为此被处理水应在短时间内进行激烈紊动; 到了反应阶段, 要求水的紊动程度逐渐减弱, 停留时间延长, 以创造足够的碰撞机会和良好的吸附一条件, 使微小的絮体继续成长。刘海龙[15] 等在对配水进行强化混凝条件的选择试验中, 考察了混凝剂种类和快速搅拌时间及强度等对强化混凝效果的影响。通过测定絮凝指数( FI)以及沉淀后水的浊度及DOC等发现: 混凝剂的扩散过程和快速混合碰撞过程对混凝效果起着至关

重要的作用, 一定的搅拌强度和时间可以实现对有机物的较好去除。

6 结语

合理地控制混凝条件，可达到较好的有机物去除效果，而且成本较低、工艺简单。强化混凝可充分利用现有工艺，是适合我国国情的控制水厂出水有机物含量最经济、最实效的手段。针对当前微污染水源水的处理，强化混凝技术具有较高的推广价值。

参考文献:

[1]吴耀国，姜向春，吉青杰.强化混凝技术的研究进展[J].工业水处理,2005,25(10):10-13.

[2]陈文伟.强化混凝技术的应用方法与实践[J].甘肃科技，2006,22(11)：200-202.

[3]陈威,朱雷,梁华杰.强化混凝法去除微污染原水有机物的研究与发展[J].国外建科技,2005,26（6）：23-25.

[4]齐雪梅,刘永昌.强化混凝技术去除水中有机物的研究进展[J].上海电力学院学报 , 2007,23(4):355-358.

[5]刘启承.强化混凝技术在水处理工程中的研究进展[J].化工文摘,2009-1:35-36.

[6]姜瑞雪,王龙，张丽.强化混凝在微污染水源水处理中的应用[J].水资源保护, 2006,22(5):69-73.

[7]卢静芳，孔祥媚，赵瑞斌.强化混凝去除微污染湖泊水浊度及TOC的研究[J] .环境科学与技术，2010,33(3):77-79

[8]龚云峰,吴春华,丁桓如.强化混凝在给水处理工程中的应用[J].中国给水排水，2000，16（12）：29-31.

[9]张声,谢曙光，张晓健，王占生.利用强化混凝去除水源水中天然有机物的研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2003,4（8）：19-22.

[10]黄晓东,孙伟,庄汉平等.强化混凝处理微污染源水[J].中国给水排水, 2002, 18(12): 45-47.

[11]邓忠良,朱云,肖锦.强化混凝用于微污染水源水处理[J].工业水处理，2002，22 （8）：4-6.

[12]曹春秋.强化混凝法去除饮用水中天然有机物质评介[J]. 给水排水，1998，24 （6）：65-70.

[13]游晓宏,陈晓琼.混凝技术及其发展[J].工业水处理,2002, 22(11):7O9-710.

[14]何斐,李磊,徐炎华.强化混凝去除微污染水源水中有机物的研究进展[J].安徽农业大学学报,2008,35(1):119-123

[15]刘海龙,王东升,王敏等.强化混凝对水利条件的要求[J].中国给水排水,2006, 22(5):1-4.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

题目：c市给水工程设计

一、 毕业设计（论文）的内容和要求

(一)设计资料

1.本工程设计规模为10万吨/天，要求出厂水压达到50米水柱。

2.城市自然状况

（1）气温

气温资料

（2）降雨量

降雨资料

（3）主导风向

夏季东南风，冬季东北风。

无自发性震源，强度在4级以下。

3.河流水文及水质资料

以地表水为供水水源。水源地地处顺直河岸，岸边边坡较陡，河床与河岸稳定。工程地质良好，水中漂浮物较少。水厂平均黄海标高为49 m。

（１）水源地取水口处水位

水源地区取水口水文资料

（２）水质资料

水源水有富营养化现象，部分水质指标超过Ⅲ类地表水环境质量标准，常规水质资料如下表所示：

水源水水质资料

（３）水温

多年统计月平均3.1~25.6℃。

水厂出水要求满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。

４.其它资料

电源：分别由城市两座变电站供给10KV高压电源。

（二） 设计任务

给水工程毕业设计内容包括取水工程和净水厂设计，完成计算说明书一份，主要内容包括：

1.取水工程

（1）设计计算取水泵站。

（2）取水构筑物设计与水力计算。

2.净水工程

（1）选择水厂处理工艺流程及净水构筑物或设备类型和数量。

（2）净水构筑物及设备工艺设计计算。

（3）水厂内各构筑物、建筑物以及各种管渠总体布置。

（4）绘制净水厂平面图及高程布置图。

（5）绘制主要的单体净水构筑物工艺构造图。

3.送水工程

设计计算二泵站。

4.工程投资估算。

一、 毕业设计（论文）图纸内容及张数

图纸要求：

（1）水处理厂总平面图及高程布置图；

（2）主要净水构筑物平、立、剖面图；

（3）二泵站工艺图；

（4）加药及消毒管线图；

（5）污泥处理工艺流程图。

二、 实验内容及要求

课题研究目标、内容、方法和手段

1、毕业设计的目标

通过对C市给水工程的研究和设计，使水厂出水满足《生活饮用水卫生标准》(GB_5749-2006)。满足用户用水需求。

2、毕业设计内容

1.取水工程

（1）设计计算取水泵站。

（2）取水构筑物设计与水力计算。

2.净水工程

（1）选择水厂处理工艺流程及净水构筑物或设备类型和数量。

（2）净水构筑物及设备工艺设计计算。

（3）水厂内各构筑物、建筑物以及各种管渠总体布置。

（4）绘制净水厂平面图及高程布置图。

（5）绘制主要的单体净水构筑物工艺构造图。

3.送水工程

设计计算二泵站。

4.工程投资估算。

3、方法和手段

通过查询工具书，设计规范，咨询指导老师和使用QQ等通讯工具。进行项目设计。

4、工艺选择

据原水水质分析结果，查规范《生活饮用水卫生标准》(GB_5749-2006)可知：原水中色度、浊度、臭和味、总硬度、总固体、总大肠菌群、细菌总数、耗氧量（COD Mn）超标。但是超标不严重，属于轻微污染，则可采用常规处理工艺。

初步拟定如图1。

混凝剂

↓

原水→混合→絮凝→沉淀→过滤→消毒→清水池→二级泵房→用户

图1水工艺流程粗拟定图

4.1 方案比较

（1）混合池的类型及比较见表1。

表1 混合池的类型及特点

根据以上各种混合池的特点以及我国的实际情况并进行比较，本设计选用管式（静态）混合器。

（2）絮凝池类型及比较见表2。

表2 絮凝池的类型及特点

根据以上各种絮凝池的特点以及实际情况:本工程设计规模为10万吨/天并进行比较，本设计选用隔板式絮凝池。

沉淀池类型及比较见表3。

表3 各种形式沉淀池性能特点和适用条件

原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。设计采用平流式沉淀池。

（4）滤池类型及比较见表4。

表4 滤池的类型及特点

综上，此设计选择V型滤池。

4.2 最终方案

综上所述，最终确定的工艺方案如图1。

原水→预臭氧接触池→平流沉淀池→V型滤池→提升水泵房→后臭氧接触池→生物活性炭滤池→消毒池及清水池→二级泵房→用户

图1 水厂工艺流程图

一、 参考文献

1.给水工程（第四版），严煦世、范瑾初编，中国建筑工业出版社，1999

2.水质工程学，李圭白等编，中国建筑工业出版社，2005

3.水处理工程设计计算，韩洪军等编，中国建筑工业出版社，2006

4.给水排水设计手册（第二版）（第1、3、9、10、11册）

5.给水厂处理设施设计计算，崔玉川等编，化学工业出版社，2003

6.给水排水工程快速设计手册（第1册）

7.给水排水工程专业毕业设计指南，李亚峰等编，化学工业出版社，2003

8.室外给水设计规范（(GB50013-2006)

9.给水排水制图标准（GB-T50106－2001）

10.微污染水源饮用水处理，王占生等编，中国建筑工业出版社，1999

11.微污染水源净水技术及工程实例，周云等编，化学工业出版社，2003

指导教师意见：

1．对”文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年 月 日

所在专业审查意见：

负责人：

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