地表水的净化
出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《制浆造纸手册：第十二分册供水与供汽》第12页（6616字）
地表水净化的典型流程：取水构筑物→水泵→混凝沉淀→澄清→过滤→清水池→水泵→配水管网。
1．混凝和絮凝
(1)混凝剂和助凝剂：为了消除水体的颜色、浊度、悬浮物质，有时向水中加入混凝剂，使可沉淀的，特别是非沉淀性的悬浮物质和胶体物质结合在一起，形成快速沉降的聚集体或絮凝物，以达到易于过滤，沉淀去除的目的。混凝使胶态粒子迅速聚集在一起，这一过程发生在混凝剂加入水中后几分钟之内，所以在化学品施加点必须要混合均匀，以实现快速混合及凝聚。絮凝是指凝聚的粒子集合为絮粒。混凝和絮凝很大程度上受物理和化学力量的影响，诸如粒子上电荷、交换能力、粒子大小和浓度、pH值、水温和电解质浓度等。通常用的混凝剂有：
①硫酸铝：硫酸铝混凝的最佳pH值(表14-1-13)
表14-1-13
当pH值＞8．2时、Al(OH)3离解成溶于水的铝酸盐，所以用石灰作为软化剂时，不宜用硫酸铝作混凝剂。
混凝作用在10～15℃以下，所生成的Al(OH)3絮粒，是无定形的松散体，不易沉淀。
一般浊度(＜2．000mg／L)采用25～120mg／L，用于脱色时，色度与硫酸铝的关系可按下式求出：
式中C——色度
②三氯化铁：三氯化铁作混凝剂时，pH值在5～7范围内，Fe(OH)3絮粒即可迅速形成，但在pH值等于6．1～6．4时絮凝状况最佳。一般地FeCl3浓度为5～30mg／L，用量视浊度大小而定。
③硫酸亚铁：硫酸亚铁加入水中后，当pH值＞8时，由于水中溶解氧的作用，被氧化成Fe(OH)3，一般认为二价铁混凝时，较好pH值为8．1～9．6。
硫酸亚铁投入水中后；
FeSO4十Ca(HCO3)2→Fe(HCO3)2+CaSO4
Fe(HCO3)2在水中溶解度较大，为加速混凝过程，亦需增加石灰，增加碱量，反应为：
Fe(HCO3)2+Ca(OH)2→Fe(OH)2+Ca(HCO3)2
在水中溶解氧作用下，反应为：
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3
水在常压下，空气中氧的溶解度(温度为20℃时)约8mg／L，而氧化100mg／L的FeSO4时，仅需要2．9mg氧，一般FeSO4用量都小于100mg／L，故水中溶解氧够用。
投加石灰后，水中溶解的CO2亦可除去，
反应为：
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
石灰量按下式计算：
CaO=0．37Wk+1．27CO2mg／L
式中 Wk——FeSO4投量，mg／L；
CO2——水中CO2含量，mg／L。
Fe(OH)2是较强的碱，故其水解不能进行到底，混凝处理后，水中铁的含量有可能超过要求，为此，须将亚铁氧化成溶解度更低的Fe(OH)3，当水中溶解氧不够时，一般同时加入氯气，其反应为：
6FeSO4+3C12=2Fe2(SO4)3+2FeCl3
理论上每1mg／LFeSO4需加氯0．234mg／L，计算时可用0．3mg／L。
用铁盐作混凝剂时，pH范围一般控制在6以上就行，不如铝盐严格，水温对铁盐作混凝时影响不大。一般可制成5～25mg／L的溶液，用量视浊度大小而定。
④碱式氯化铝〔化学通式(Al2(OH)nCl6—n)m〕：它是一种Al3+和Cl-比例不均的中间水解产物，pH值每变动1时都有相应形态的化合物存在。在投入浑浊的水中后，在原水的pH条件下(一般为7～8)继续水解，生成絮体沉淀，在水解过程中，伴随着发生电化学、混凝、吸附，沉淀等物理化学过程，用量按试验资料确定。
常用的助凝剂为活化硅酸，活化硅酸是在水玻璃Na2O·xSi—O2·yH2O液中加酸制成：
H2SO4+Na2O·xSiO2·yH2O→Na2SO4+xSiO2+(y+1)H2O
水玻璃溶液的浓度以SiO2的若干%表示，＊＊一般采用1～1．5%SiO2。浓度大则太粘，投药困难，配好的活化硅酸，应马上使用，否则，会变成冻胶，而失去其助凝能力。
聚丙烯酰胺(又名三号絮凝剂)是一种人工合成的高分子絮凝剂。它既可当作混凝剂，又可当作助凝剂，亦可当作絮凝剂使用。大量的试验和生产实践表明，它在很宽的pH值范围内具有良好的絮凝性能，在高浊度的原水净化中有显着的效果，例如当原水每m3含砂量高达几十公斤以上，投加一般混凝剂和助凝剂已不能有效地降低其浊度时，就显示出了它的优点，浑液面沉降速度增加很快，同时，只要增加剂量就可以获得较大的浑液面沉降速度，其情况见表14-1-14。
表14—1-14
注：上表为兰州市给排水公司的资料，当时黄河原水含砂量为40kg／m3．
聚丙烯酰胺净化高浊度水的效果虽然显着，但出水浊度较高，一般为500～600度，最高可达1000度左右，如欲进一步去除余浊、常与普通混凝剂配合使用。当两种药剂混合使用时应当有选择地顺序投加，中间间隔0．3～1．0min，这样才能获得最好的絮凝效果。
聚丙烯酰胺溶液的投加浓度一般以0．1～0．5%为宜。由于聚丙烯酰胺有极微弱的毒性，在使用时应控制其经常投加量不超过2mg／L(按聚丙烯酰胺有效成份计)。聚丙烯酰胺的分子量应在100万以上。
膨润土常用于处理色度高、浊度低和矿质含量低的水。在高色度水中投加铁或铝混凝所产生的絮粒往往较轻，不易快速沉淀，其剂量约10～50mg／L。
(2)混凝方法：混凝剂的混合应当迅速，其过程约为1～2min，因此，有时在水泵的入口或出口加入，当自出口管加入时，其距末端管子应不小于管径的50倍。为了使凝聚过程充分，还设有反应室，反应室的容量按照水在室内停留6～30min计算。图14-1-2 是垂直流水的隔板式反应槽，适用于产水量不小于6000m3／24h的净水站。
图14-1-2 垂直流水的隔板式反应槽示意图
图14-1-3是水平流水的隔板式反应示意图，适用于产水量不小于40，000～45，000m3／24h的净水站。
图14—1—3 水平流水沟的隔板式反应槽示意图
图14-1-4是有旋流式反应室的垂直式沉淀池，适用于产水量为500m3／h的净水站。
图14-1-4 有旋流式反应室的垂直式沉淀池
2．沉淀
沉淀通常有两种方式：即单纯沉淀和混凝、絮凝和软化之后的沉淀。单纯沉淀是用来去除地表水中的可沉降固体，常在其他处理过程之先，用作初步处理以减少净水过程中较重的沉积物负担。化学混凝和絮凝之后沉淀，是用来除去由化学处理使之更容易沉降的固体。例如投加混凝剂以去除水的色度和浊度而形成的絮凝物。这类沉淀放在预沉淀和曝气之后，过滤之前。各种沉淀池的比较如表14-1-15所示。
表14-1-15
图14-1-5 圆形中心进水澄清池
1—耙臂 2—进水管 3—发动机 4—刮板 5—出水堰 6—出水槽 7—排泥 8—污泥坑 9—走道 10—出水 11—走道 12—栏杆 13—发动机 14—进水窗口 15—出水堰 16—转动笼架 17—进水 18—排泥管 19—中心柱 20—进水井 21—刮板
沉淀池的表面积依下式决定：
池的表面积=流量率／溢流率
池深=溢流率×停留时间
溢流率的选择和停留时间主要决定于悬浮固体的沉降特性，表14-1-16示出典型沉淀池溢流率。
表14-1-16
图14-1-6 加速澄清池
1—辐射集水槽 2—分离室 3—导流室 4—第二反应室 5—清水出水槽 6—提升叶轮 7—导流板 8—环形集水槽 9—进水管 10—回流缝 11—高压冲洗管 12—穿孔排泥管 13—第—反应室 14—搅拌浆片 15—三角配水槽 16—放空管 17—排泥管 18—集泥斗
选择纵向流、辐向流或螺旋流的池子，必须与用在决定池表面积的溢流率相一致。矩形池的横截面是由池内水平向流速0．3～0．6m／min算出，而后计池宽和池长，加以长宽比的调整。从表面和可以计算圆池的直径、确定池底坡度(参阅表14-1-17)，然后计算周边和中央池深。机动刮泥的矩形沉淀池的宽度由1．5～7．5m(如果建立并联的刮泥器，可以更宽)；实际最大长度约26m。一般所用长宽比在3∶1至5∶1之间。池长30m是普通的，矩形池的深度为2．4～3．6m，平均深度为3m是普通的。
表14-1-17
图14-1-7 水力循环澄清池
1—喉管升降装置 2—环形集水槽 3—出水管 4—喷嘴 5—喉管 6—反应室 7—第二反应室 8—分离室 9—排泥管 10—放空管 11—溢流管 12—走道 13—进水管
圆形沉淀池通常是中心进水，其直径在3m以上，最大到100m，配备机械刮泥。入流管可来自池底下或挂在桥下水中。进水管设计流速不超过0．3m／S。澄清的出流水经过周边堰口引出。堰口溢流率随着所去除的固体性质而定。见表14-1-18。
表14-1-18
图14—1-8 脉冲式澄清池
1—中央进水管 2—真空室 3—脉冲阀 4—配水干管 5—多孔配水管 6—稳流板 7—穿孔排泥管 8—多孔集水管 9—集水槽 10—泥槽浓缩室
3．澄清
水的澄清采用澄清池，它是综合混凝和泥水分离作用的净水构筑物，常用澄清池优缺点及适用范围如表14—1-19所示。
表14-1-19
4．过滤
一般水所挟带的较大泥砂颗粒，经过沉淀，澄清后，基本上可以除去了；但当浑浊度较大，一些特细的泥砂颗粒，难于沉淀，即使能沉淀，也需要很长的时间，不适于大生产的进行。为了加速除去待清除的物质，故人们采用机械的方法，强行截留除去，这就是所谓的过滤。为了减轻过滤设备的负担，故将此布置在混凝、沉淀和澄清之后。过滤设备有普通快滤池，重力式快滤池和压力式过滤池等。一般的情况下，通过过滤池的水，是可以满足浆、纸生产需要的。
常用滤池的优缺点及适用条件比较，见表14-1-20。
表14-1-20
图14—1-9 为普通快滤池
图14—1-10、14-1-11分别示出重力式无阀滤池的过滤状态和反冲洗状态。
图14-1—10 重力式无阀滤池的过滤状态
1—虹吸辅助管 2—虹吸上升管 3—进水槽 4—分配堰 5—进水管 6—出水管(至清水池) 7—档板 8—格栅 9—集水区 10—清水箱 11—滤池
图14-1-11 重力式无阀滤池的反冲洗状态
1—虹吸破坏管 2—虹吸上升管 3—水封堰 4—排水井 5—虹吸下降管 6—虹吸辅助管 7—抽气管
图14-1-12是近年来国内所广泛使用的一种管式精密过滤器，它具有过滤性能好、效力高、阻力小，运行维护简单等优点，可充作液体和气体过滤。在工业水处理中，还可作为除铁、深度去除浊度及除油等用，其处理的水量如表14-1-21所示。
图14—1-12 管式精密过滤系统
表14-1-21
过滤器配用的滤芯有聚丙烯纤维线绕制成的蜂房式管状滤芯和合成纤维涤纶帆布滤芯。
线绕式滤芯精度可达1、5、10、20、30、50、75和100μm等。
当用于水处理精密过滤时，为使浊度小于0．3度，可选用5μm线绕滤芯或密纹涤纶帆布滤芯。
国内外已将这种过滤器为反渗透、电渗析器的预处理设备，当用于凝结水除铁时，可选用20μm滤芯。
滤芯的起始压差19．6kPa(0．2kgf／cm2)，最大压差196kPa(2．0kgf／cm2)。
对于井水可选用纤维线绕滤芯或帆布滤芯。
对于经澄清凝聚砂滤后的水，可选用帆布滤芯。
本体采用高效除腐涂料。