水质工程学复习笔记

第一章

1.天然水体是指河流、湖泊、水库等水域环境。 2.天然水体中杂质的分类：

水中杂质的尺寸，溶解物、胶体颗粒和悬浮物。 从化学结构上，无机物、有机物、生物。 杂质的来源，天然物质、污染性物质。 3.各种典型水体的水质特点：

一般可以将天然水分为地表水和地下水两大类，地表水又可以分为江河水、湖泊水库水、海水等。 ①江河水 悬浮物和胶体杂质含量较多，细菌含量和浊度高于地下水；含盐量和硬度较低，水温不稳定，色嗅味变化较大，有毒有害物质易进入水体，受自然条件影响大。

②湖泊水库水 水质类似江河水，但浊度低，一般含藻类较多，易受废水污染，含盐量和硬度较河水高。 ③海水 高含盐量。

④地下水 水清细菌少，水质和水温教稳定，含盐量和硬度高于地表水。 ⑤受污染水源 有机物种类和数量大，含重金属，对人体有害。 4.六大毒性物质：汞、镉、铅、铬、绅、氰化物。

5.生活饮用水水质标准的4大类指标：微生物学指标、水的感官性状和一般化学指标、毒理学指标、放射性指标。

6.世界卫生组织WHO 水质指标135项。

我国 2001年，颁布的《生活饮用水水质卫生规范》将水质指标分为常规检验项目34项，非常规检验项目62项。

2005年，103项，常规42 非常规61. 第二章

7.水处理方法按原理分类：物理化学法和生物方法。

物理法：沉淀，澄清分离，离心分离，浮选，过滤，吸附，磁分离，膜分离。

化学法：化学（絮凝）沉淀，氧化还原，中和，离子交换。 生物法：好养处理、厌氧处理。 8.杂质处理方法：

悬浮物、胶体：由细菌、泥沙、腐殖质等产生，采用混凝，澄清，沉淀，过滤，消毒去除。

溶解物：由盐类、微量有机物产生，采用软化、除盐、除铁、除锰、吸附、膜分离、臭氧氧化、生物预处理。

9.反应器：在化工生产过程中，都有一个发生化学反应的生产核心部分，发生化学反应的容器称为反应器。

按物料形态：均相反应器、多相反应器；

按反应器的操作情况：间歇式反应器、连续流式反应器；

连续反应器的两种完全对立的理想类型：活塞流反应器、恒流搅拌反应器。 间歇式反应器、活塞流反应器、恒流搅拌反应器、恒流搅拌反应器串联。 10.返混：即在反应器后部分的物料反向流动与反应器前部物料混合的现象。 11.将多种基本单元过程相互配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理流程。

基本出发点：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。针对不同的原水水质和不同的水质要求，会形成不同的水处理工艺流程；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。

12.给水处理的常规工艺以及特殊情况下的强化工艺： 常规处理工艺：原水→混凝→沉淀→过滤→消毒→饮用水

特殊给水处理工艺：原水→预氧化（加氧化剂，去除水中有机物）→混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒→饮用水

生活饮用水处理的常规流程是什么？当水源受到较严重污染时，在常规工艺基础上应增加那些单元才能满足生活饮用水处理的要求？

答：常规处理工艺：原水→混凝→沉淀→过滤→消毒→出水

需增加预处理或深度处理：

原水→预处理→混凝→沉淀→过滤→消毒→出水 原水→混凝→沉淀→过滤→消毒→深度处理→出水 第三章

13.凝聚和絮凝是指通过某种方法使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程，是水和废水处理工艺中一种单元操作，统称为凝聚。

凝聚：胶体脱稳并生成微小聚集体的过程；

絮凝：脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。

14.混凝的目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大的矾花，以便在后续的工艺中去处。 混你去除对象：胶体及部分细小的悬浮物。 15.胶体的稳定性（由哪些原因造成）

答：①胶体的动力稳定性：由于胶体尺寸很小，强雷的布朗运动使其可以克服重力的作用而不下沉，能够均匀地分散在水溶液中。

②胶体的带点稳定性：胶体颗粒间的静电斥力能够对抗其间的范德华力，使胶体颗粒保持分散状态而稳定。

③胶体的溶剂化作用稳定性：胶体颗粒与分散介质水分子发生作用，使胶体颗粒周围形成一层水分子有规律定向排列的水化层，当两个胶体颗粒靠近时，水化层中的水分子被挤压变形而产生反弹力，阻碍两胶体颗粒进一步接近，使胶体颗粒保持分散状态而稳定。 疏水胶体稳定性主要原因：带电稳定性，动力稳定性。

亲水胶体稳定性主要原因：水化作用稳定性占主导地位，带电稳定性则处次要地。 16.混凝机理

胶体的凝聚机理包括：压缩双电层，吸附—电中和作用，吸附—架桥作用，网捕—卷扫作用。 胶体的絮凝机理包括：

异性絮凝：有布朗运动所引起的两个胶体颗粒向不同的方向运动而发生碰撞聚集的情况。特点：水中颗粒数量浓度或单位体积水中颗粒数减少，而颗粒总质量不变，由布朗运动造成的颗粒碰撞速率与水

温和颗粒的速度浓度成正比，而与胶体颗粒尺寸无关。

同向絮凝：由水力或机械搅拌推动水流运动引起的脱稳颗粒间的碰撞絮凝。 17.影响混凝效果因素

答：①水温的影响 水温过高过低都对混凝不利，最适宜水温20—30度之间。 ②水的pH值的影响 不同混凝剂的最佳水解反应所需要的pH值范围不同。

③水的碱度的影响 当原水碱度低或混凝剂投加量较大时，通常需要加入一定量的碱度药剂，如石灰等来提高混凝效果。

④水中有机污染物的影响 有机物存在条件下胶体颗粒比没有有机物时更难以脱稳，需要增加混凝剂投加量才能获得较好的混凝效果，混凝剂投加量大幅度增加。 ⑤混凝剂种类与投加量的影响：

⑥水力条件影响：水利条件包括水力强度和作用时间两方面。 ⑦水中杂质颗粒浓度的影响。

⑧混凝剂投加方式的影响：干投和湿投。硫酸铝以稀溶液方式为好，三氯化铁以干投或浓溶液投加方式为好。

18.混凝剂分类：按作用分：混凝剂、絮凝剂、助凝剂

按化学组成分：无机混凝剂、有机混凝剂 按分子量大小分：低分子混凝剂、高分子混凝剂 按来源分：天然混凝剂、喝成混凝剂。

19.无机混凝剂特点：硫酸铝：矾花较小，经济易得腐蚀性较弱，PH5--8 三氯化铁：形成的絮凝体较密实，但腐蚀性较强，有颜色，适用范围好。PH：5—11.

20.凡是不能在某一特定的水处理工艺流程中单独用作混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善凝聚和絮凝效果的化学药剂均可成为助凝剂、

21.混凝剂选用原则：1混凝效果好 2无毒害作用 3货源充足 4成本低 5新型药剂的卫生许可 6借鉴已有经验。

22.速度梯度G 可以用来判断混合和絮凝的程度

混凝过程：G=700—1000/s，时间通常在10-30s，一般小与2分钟

絮凝过程：平均G=20-70/s，GT=10000-100000

23.混凝剂的投加方式：按混凝剂的状态分：固体投加（干投）和溶液投加（湿投） 按混凝剂投加到原水中的位置：泵前投加、泵后投加 按药液投加到原水中的动力来源：重力投加、压力投加 压力投加有水射器投加和泵投加。

24.混凝设施分四类：水力混合、水泵混合、管式混合、机械混合。

25.絮凝设施1力絮凝反应设施：隔板絮凝池、折板絮凝池、栅条（网格）絮凝池、穿孔旋流絮凝池 2机械絮凝反应设施：水平轴搅拌絮凝池、垂直轴搅拌絮凝池。

絮凝剂投加方式：1泵前投加 2水射器投加 3高位溶液池重力投加 4泵投加 26.投药流程：药剂--溶液池--计算设备--投加设备--混合设备 27.容积计算 第四章

1. 沉淀的分类：自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀、压缩沉淀。

2.理想沉淀池假定①进水均匀地分布于沉淀区的始端，并以相同的流速水平的流向末端。 ②进水中颗粒杂质均匀的分布于沉淀区末端，并在沉淀区内进行这等速自由沉降。 ③凡能沉降至沉淀区底的颗粒杂质便认为已被除去，不再重新悬浮浸入水中。 对于理想沉淀区，表面负荷=截留沉速

3.实际平流沉淀池沉淀效果影响因素：水流、混凝作用。

4.影响平流式沉淀池沉淀效率的因素/改进沉淀池去除效率可采取的措施：

①适当增加沉淀池的水平流速 水平速度增加Fr随之增大，水流的稳定性也得到增强，可减少浑水易重流的影响，同时也可减少其他上述各种水流的不良影响。目前平流沉淀池一般的流速为10—20mm/s，最高可达50mm/s。但水平流速增加，水流紊动程度增加，因此过大的水平流速，也不利于沉淀。 ②减少沉淀池水力半径R 可以使Re减小，Fr增加，即使流态趋向层流，又能提高水流的稳定性。具体做法可在平流沉淀池中设置多余导流墙，通过增加水流断面的湿周，而使R减小。

③浅池理论：在保持截留沉速u。和水平流速u不变的条件下，减少沉淀池的深度，减少沉淀时间。 5.影响斜板、斜管沉淀效率的因素：雷诺数、弗洛德数、浑水异重流、

6.辐流沉淀池特别适用于悬浮物浓度高、沉淀泥量大的沉淀处理，如用做高浊度水沉淀池、污水处理厂第一沉淀池和第二沉淀池等。

7.将杂质颗粒粘附于气泡上，就能加快分离速度，在较短的时间里实现固液分离，这称为气浮法。 8.气浮法分类：加压溶气气浮法、散气气浮法、溶气气浮法、电解气浮法。应用：气浮池、空气饱和器、释放器。 第五章

1.对滤料的要求——石英砂是最常用的滤料①具有足够的机械强度②具有良好的化学稳定性③具有用户要求的颗粒尺寸和粒度组成

2.反粒度过滤的基本原理：理想的滤层构造适应是沿过滤水流方向滤料的粒径由粗变细，称为反粒度过滤。

使水首先进入粗滤料层，粗滤料的单位体积滤层的滤料表面积较小，单位体积滤层进入滤层中截留的杂质比较少，从而使滤层孔隙被堵塞的比较慢，未被表层截留的杂质增长的较慢，滤池过滤周期增长，滤层含污能力增大。

3.提高滤池效果的手段：①采用分层滤 ②使用粗制均匀滤料

③提高反冲洗效果：气水反冲洗，表面助冲，表面扫洗 如何提高滤池的含污能力 ①提高滤料颗粒的均匀性

②由单层滤料改为双层滤料或三层滤料 ③改变水流方向，采用上，下双向水流过滤

4.反冲洗配水系统类型、特点、原理/滤池常见的反冲洗配水系统分类、作用。

反冲洗配水系统有：大阻力配水系统和小阻力配水系统两种基本形式。还有中阻力配水系统。 大阻力配水系统：①常见的是“穿孔管大阻力配水系统”

②能定量地控制反冲洗水分布的均匀程度，工作比较可靠，但水头损失较大。

小阻力配水系统：①分布水的均匀程度较差，但反冲洗时消耗的水头损失很小，为滤池反冲洗提供了便

利条件，常用于中小型设备。

②常用的是：格栅、孔板、穿孔渠、滤头

③小组里配水系统的孔眼流速越高，均匀配水的可靠性也越高适用的滤池面积也越大。 配水系统的均匀程度可以孔眼最小流量与最大流量之比表示：

qmin≥Q Q=0.9-0.95 qmax5.V型滤池的主要特点：V型滤池因两侧（或一侧也可）进水槽设计成V字形而得名。

其主要特点是：①滤料粒径较粗，均匀性好，反冲洗不致产生水力分散现象，滤层不易堵塞，故过滤周期长。

②气、水反冲洗再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。 6.表面溢流率/表面负荷：单位沉淀面积上承受的水量。

7.什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”？不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？“均质滤料”的涵义是什么？

答：滤料有效粒径（d10）是指通过滤料重量10%的筛孔孔径，滤料不均匀系数（K80）是指通过滤料重量80%的筛孔孔径。滤料不均匀系数过大，过滤时滤层含污能力减小；反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒可能得不到很好的冲洗。均质滤料是指滤料均匀，K80等于1。

9.滤层膨胀率e：在滤层的反冲洗中，滤层因部分或全部悬浮于上升水流中而使滤层厚度增加的现象，称为滤层膨胀。滤层增厚的相对比率，为滤层膨胀率 e=(L-L0)/L×100%

10.反冲洗强度：用水对滤层进行反冲洗时，经滤层单位面积上流过的反冲洗水量。q=Q/A

11.什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”。 (8’)

答：等速过滤是指滤池滤速保持不变的过滤；变速过滤是指滤速随过滤时间而逐渐减少的过滤。在滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温一定时，如果孔隙率减小，水头损失保持不变，则滤速将减小，利用这一原理产生了变速过滤；反之，滤速保持不变，则水头损失将增加，利用这一原理就可以形成等速过滤。变速过滤在过滤初期，滤速较大可以使悬游杂质深入下层滤料，过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤不具备这种自然调节功能，并可能产生负水头现象。虹吸滤池和无阀滤池属于等速滤池。

12.强制滤速：水厂中部分滤池因进行检修或翻炒，而停运时，在总水量不变的情况下其他运行滤格的滤速。

13.滤池分类：快滤池、慢滤池。 14.均质滤料：滤料为球形、粒径都相等。

15.提高滤池截污能力的途径：上向流、双向流、改变滤料。

16.恒水头过滤：于反冲洗过滤的初期，滤层最清洁，阻力最小，滤速将会最高。 17.变速过滤：与恒速过滤比较，产水量大，过滤水质较好。 18.斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°

答：斜管沉淀池的理论依据是采用斜管沉淀池既可以增加沉淀面积，又可以利用斜管解决排泥问题。斜管倾角愈小，则沉淀面积愈大，沉淀效率愈高，但对排泥不利，实践证明，倾角为60°最好。 19.澄清池的基本原理和主要特点是什么？

答：澄清池是主要依靠活性泥渣层达到澄清的效果。当脱稳态杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。澄清池最大特点是充分利用了活性泥渣的絮凝作用。澄清池的排泥措施，能不断排除多余的陈旧泥渣，其排泥量相当于新形成的活性泥渣量。 第六章

1.在亮相界面层中，某物质浓度能够自动的发生富集的现象被称为吸附。

物理吸附：作用力为分子间作用力即范德华力，其吸附热较低、吸附速度快而且没有选择性。 化学吸附：吸附力为化学键力，其吸附热较高，吸附速度根据化学键的类型不同而有较大的差别，且具有一定的选择性。

2.与吸附相对的过程称为脱附，即吸附在吸附剂表面的吸附物质从吸附剂表面脱落。 3.三个等温吸附模型：弗里德里希吸附等温式 朗格谬吸附等温式

4.活性炭吸附的物理性质：比表面积大、孔隙结构发达

5.活性炭吸附性质：能表示的参数有典值、糖蜜值、四氯化碳吸附值、亚甲基蓝指数、苯酚吸附值。 6.活性炭的功能：嗅和味的去除、总有机碳的去除、消毒副产物前驱物的去除、挥发性有机物的去除、人工合成有机物的去除。

7.臭氧-生物活性炭的作用：完成生物消化作用、生物氧化、增加水中溶解氧、防止藻类在水中生长。 8.投加少量臭氧的目的：①氧化了部分有机物②使水中大部分大分子有机物转化为小分子有机物，改变其分子形态，提供了有机物进入较小孔隙的可能性。

9.活性炭再生的方法：熱再生法、化学药剂再生法、化学氧化再生法、生物再生法、湿式氧化再生法、超声波再生法。

再生：即采用一些特殊的方法，可以是物理方法、化学方法、生物方法等等，将吸附在活性炭表面的吸附物质除去，恢复活性炭吸附能力。

10.沸石作为水处理吸附剂的作用：吸附金属离子、有机污染物吸附剂、氨氮去除剂、作为离子交换剂使用、废水滤料。 第七章

1.常见的吸附剂有氯、臭氧、二氧化氯、过氧化氢、高锰酸盐、高铁酸盐。

2.按化学药剂在水处理过程中的投加点的不同和产生的作用不用，可将氧化分为预氧化、中间氧化、后氧化。

作用效果：①预氧化：对水中藻类、悬浮生物、色度、嗅、味、有机物、铁、锰等具有显著的去除作用，同时可破坏氯化消毒副产物的前驱物质。②将氧化后形成的可生化性较高的小分子有机物、有毒有害中间产物及消毒副产物前驱物等进一步去除。③后氧化：消毒，即灭活水中的致病微生物。 3.CT值：C为消毒剂浓度，T为消毒剂与水的接触时间

大多数饮用谁出来规定某种消毒剂所允许的最小CT值，以确保用水安全。

4.臭氧预氧化对水处理效果的影响：预氧化能有效地灭活水中各种细菌、病毒、孢子及一些致病微生物，并能去除水中大部分的铁锰、嗅、味、色度和藻类物质。主要表现为：除藻除嗅、控制氯化消毒副产物、氧化助凝以及其他一些氧化副产物等。

5.臭氧中间氧化：可以氧化常规工艺难以清除的微量有机污染物，同时将大分子有机物分解成可生物降解的小分子有机物，增加出厂水中生物可同化有机碳的浓度。

6.臭氧消毒（氧化剂、消毒剂）经臭氧消毒后水中病毒可在瞬间失去活性，细菌和病原菌也会被消灭，游动的壳体幼虫在很短时间内也会被彻底消除。

消毒效果强弱顺序：臭氧>二氧化氯>氯>氯胺。从消毒后谁的致突变活性看：氯>氯胺>二氧化氯>臭氧。 7.二氧化氯的两种制备方法：

8.高级氧化：即任何一产生羟基自由基-OH为目的的过程均是高级氧化工艺。特点：①许多与臭氧分子反应缓慢的有机物，都可以与OH 以很快的速率反应 ②氧化效率高，对有机物的氧化彻底。 9.什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？折点加氯有何利弊？

答：（1）当水中存在有机物且有机物主要是氨和氮化合物时，水中起始需氯量满足后，加氯量增加，剩余氯也增加，当继续加氯时，虽然加氯量增加，余氯量反而下降，随着加氯量的进一步增加，剩余氯又上升了。这就称为折点加氯。

1区：无余氯，消毒效果不可靠；

2区：氯与氨反应，有余氯的存在，所以有一定的消毒效果，但是主要是化合性氯，主要是NH2Cl； 3区：2NH2Cl+HOCl N2 +HCl+H2O，有效氯减少，NH2Cl被氧化成没有消毒作用的化合物，最后到达折点B；

4区：胺与HOCl反应完，自由性余氯增加。

（2）出现折点加氯的原因是：水中存在氨和氮的化合物

（3）折点加氯的利弊：当原水受到严重污染，一般的加氯量，不能解决问题时，采用折点加氯可取得明显的效果，它能降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物的含量，能提高混凝效果。但是，当发现水中有机物能与氯生成THMs后，折点加氯来处理水源水引起人们担心，因而人们寻求去除有机物的预处理和深度处理方法和其它消毒方法。 10.什么叫余氯？余氯的作用是什么？

答：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚须维持少量剩余氯，这部分剩余氯称做余氯。即加氯量超过需氯量时，剩余的那部分氯称做余氯。

作用：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖。 第八章

1.离子交换是一类特殊的固体吸附过程，一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，他能够

从电解质中吸取某种阳离子或阴离子，而把本省所含的另外一种带相同电荷符号的离子等当量的交换下来并释放到溶液中。

2.有机合成离子交换树脂的结构：离子交换树脂是一类带有活性基团的基体，分两部分：①离子交换树脂的骨架，它是高分子化合物的基体②带有可交换离子的活性基团。 3.阴离子交换树脂的强弱顺序：

阳离子交换树脂的强弱顺序：

4.离子交换树脂的命名：

5.离子狡猾树脂的物理性质：外观、粒度、交联度、密度（湿真密度、湿视密度）、含水率、膨胀性和转型体积改变率、耐磨。

6.离子交换树脂的化学性质：选择性、交换容量

全交换容量单位质量的离子交换树脂全部离子交换集团的数量，为固定常数

部分交换容量一定的工作条件以及水利条件下，一个固定周期中单位体积树脂实现的离子交换容量，是实际工程运转中所利用的交换容量。

7.只有工作层的下缘移至与交换剂最底部重叠时，钠离子就会出现在出水中，成为穿透和泄露。 8.离子交换历程：边界水膜内的扩散、交联孔内的扩散、离子交换、交联网孔内的扩散、边界水膜内的扩散。

9.固定床式离子交换器：顺流再生离子交换器、逆流再生离子交换器。

10.离子交换水处理是利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子把水中的钙、镁离子交换出来。这一过程称为水的软化过程。

11.离子交换除盐是指把水中强电解质盐类的全部或大部分加以去除的过程。

12.原水只一次相继通过强酸H离子和强碱OH离子交换器进行除盐的工艺称一级复床除盐。 第九章

1.膜滤过程是以选择性透过膜为分离介质，在其两侧施加某种推动力，使原料侧组分选择性地透过膜，从未达到分离的目的。动力：压力差、温度差、浓度差、电位差。

2.膜滤过程的性能参数：①截留率R 表示膜脱出溶质或盐的性能 ②参透通量 单位面积膜上单位时间内物质的透过量 ③通量衰减系数

3.膜污染是指在过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附沉淀造成膜孔径变小或堵塞等作用，使膜产生透过通量与分离特性不可逆变化的现象。 膜的劣化是指膜自身的结构发生了不可逆变化。 4.微滤操作模型：死端过滤、错流过滤

超滤操作模型：重过滤、间歇错流操作、连续错流操作、

5.在浓度梯度作用下，溶质由膜表面流向主体溶液反向扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致水的透过通量下降，这中现象称为浓差极化。

6.渗透：用一选择性透过溶剂水的半透膜将纯水和咸水隔开，开始时两边液面等高，即两边等压、等温，则水分子将从纯水一侧自发流动，结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，这一现象叫渗透。 7.在高于渗透压的压力作用下，咸水中的水的化学位升高并超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧方向地通过膜透过到纯水的一侧，此即反渗透。

8.反渗透的条件：①选择性透过溶剂的膜 ②膜两边的静压差必须大于其渗透压差。 9.电渗析基本原理：

10.电渗析过程：电解过程、反离子迁移、同名离子迁移、电渗失水、渗析、渗透、渗漏、极化。 11.极化是指在一定电压的下迫使膜夜界面上的水离解为氢离子与氢氧根离子的现象。

12.避免极化与结垢的措施：

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