一、课程信息

二、课程描述

中文：

该课程为给排水科学与工程专业本科生的专业核心课。通过本课程的教学，使学生熟悉水质物理化学处理的基本概念(如水中杂质分类及其特点、水质标准及常用指标、质量传递与物料衡算、理想反应器模型、胶体双电层结构模型、自由沉淀与拥挤沉淀等)、基本理论（如化学反应动力学基础、胶体杂质稳定与脱稳、理想沉淀与哈真理论、多孔介质过滤水力学、消毒原理、离子交换原理）；基本掌握混凝、沉淀/澄清、过滤、消毒、离子交换等常用物理化学水处理工艺的设计理论和计算方法；了解吸附、膜法和水的其它物理化学处理方法；具有独立进行城市及工业物理化学水处理工程的初步设计能力。

英文：

This is a core course designed for undergraduates majoring in Water and Wastewater Science and Engineering.This course is aiming at the students’ mastery of the basic concepts (such as classes and characteristics of impurity in water ,water quality standards, mass transfer and balance, ideal flow models and reactors, double-layers model of colloids, non inter-particle effect settling and hindered settling)and the fundamental theories(such as fundamental kinetics of chemical reactions, stability and de-stability of colloids, ideal sedimentation and Hazens’ theory, hydraulics for pore medium filtration, disinfection principle, ion exchange principle); Well understanding of the theories and methods for designing unit processes of coagulation, sedimentation, filtration, disinfection, and ion exchanging, Knowing of adsorption, membrane, and other physicochemical processes, and being able to design physicochemical processes for municipal or industries water quality control independently.

三、课程内容

（一） 课程教学目标

本课程是为给水排水工程专业本科生开设的一门主干专业课。 通过本课程的教学，使学生全面系统地了解水的性质、饮用水水质特征与水质指标，较扎实的掌握水质物理化学净化的基本概念(如水中杂质分类及其特点、水质标准及常用指标、质量传递与物料衡算、理想反应器模型、胶体双电层结构模型、自由沉淀与拥挤沉淀、过滤、吸附、消毒及消毒副产物、化学中和与沉淀、膜分离、软化与离子交换等)、基本理论（如化学反应动力学基础、胶体杂质稳定与脱稳、理想沉淀、多孔介质过滤水力学、消毒原理、离子交换原理等）、基本方法及其发展状况；基本掌握混凝、沉淀/澄清、过滤、氧化与消毒、气浮、离子交换等各种物理化学法水处理工艺的设计理论、应用条件和计算方法；了解吸附、化学沉淀、电解、中和、膜分离等其它水处理物理化学处理方法；培养学生具有独立进行城市饮用水及工业水的物理化学法水处理工程的初步设计能力。

（二） 基本教学内容

第一章 绪论

教学目的与要求：了解水的循环、水的现状与危机、掌握天然水中杂质及污水中污染物的分类及其特点；掌握饮用水卫生标准的分类及常用指标；了解水质净化物理化学方法的目的与特点；了解质量传递原理，熟悉物料衡算方程；掌握CMB、CSTR及PF三种理想反应器模型的定义、特点，并能熟练地推求一、二级反应时的停留时间；熟悉水质物化处理主要单元处理方法以及饮用水处理流程；熟悉水质工程设计与计算的特点、原则和程序。

教学重点：天然水中杂质及污水中污染物的分类及其特点；饮用水卫生标准的分类及常用指标；反应器模型、特点及一、二级反应停留时间的推求。

教学难点：质量传递原理与物料衡算方程；CMB、CSTR及PF三种理想反应器模型的定义、特点，一、二级反应停留时间的推求。

教学内容：1.水质与水质标准；2.水的处理方法概述

学时分配：4学时

第二章、凝聚与絮凝

教学目的与要求：熟悉混凝的定义、胶体双电层结构模型及胶体稳定性、四种种(压缩双电层、电性中和、吸附架桥、网捕卷扫)混凝机理，并能运用这些概念及理论解释混凝现象；了解常见混凝剂和助凝剂的作用特点；掌握同向絮凝和异向絮凝的定义，熟悉并掌握G值、GT值的定义及G表达式的推导；熟悉水温、pH及悬浮物对混凝效果的影响；掌握溶液池、溶解池的计算，了解混凝剂的配制和投加方法；了解常见混合和絮凝设备及其特点，掌握絮凝设备的设计计算方法。

教学重点：混凝的概念；胶体双电层结构模型及胶体稳定性原理与混凝机理；同向絮凝和异向絮凝的概念、混凝动力学、G值、GT值的定义及G表达式的推导；影响混进效果的因素分析；溶液池、溶解池的计算；常见混合和絮凝设备及其特点，絮凝设备的设计计算方法。

教学难点：胶体双电层结构模型及胶体稳定性原理与混凝机理；同向絮凝和异向絮凝的概念；混凝动力学；G值、GT值的定义及G表达式的推导；影响混进效果的因素分析。

教学内容：1.胶体的稳定性；2.混凝机理；3.混凝剂与混凝动力学；4.混凝过程与混凝设备。

学时分配：8学时

第三章 沉淀、澄清、浓缩与气浮

教学目的与要求：熟悉悬浮颗粒在静水中的自由沉淀与拥挤沉淀的特点，掌握悬浮颗粒在静水中的自由沉淀沉速公式的推求及拥挤沉淀的界面沉速的分析；掌握理想流沉淀池的条件及沉淀过程分析，掌握截留沉速、表面负荷的概念及浅池理论原理；了解颗粒去除率的积分表达式，了解影响平流及斜管沉淀池效果的影响因，掌握平流及斜管沉淀池的基本构造及设计计算方法；掌握接触絮凝原理、掌握澄清、浓缩及气浮池的定义、分类、工作原理及设计计算。

教学重点：悬浮颗粒在静水中的自由沉淀与拥挤沉淀的特点；悬浮颗粒在静水中的自由沉淀沉速公式的推求；理想流沉淀池的条件及沉淀过程分析；截留沉速、表面负荷的概念及浅池理论原理；平流及斜管沉淀池的基本构造及设计计算方法；澄清的原理与特点，澄清池的构造；气浮池的定义与工作原理。

教学难点：悬浮颗粒在静水中的自由沉淀沉速公式的推求；截留沉速与表面负荷之间的关系。

教学内容：1.杂质颗粒在静水中的沉淀；2.平流沉淀池；3.斜板、斜管沉淀池；4.澄清池；5.水中造粒与幅流沉淀池；6.气浮。

学时分配：8学时

第四章 过滤

教学目的与要求：掌握过滤的定义、快滤池的构造与工作原理、滤池的特点、滤层杂质分布规律、过滤的水头损失变化规律、直接过滤、等速与变速过滤的概念；熟悉有效粒径、不均匀系数、孔隙率、球度系数概念，掌握滤料筛分曲线和筛分方法，掌握过滤水力学及滤层去除杂质的机理；了解双层及多层滤料的特点、滤料承托层级配及滤料滤速范围；掌握快滤池的运行与控制方法、掌握冲洗强度、滤层膨胀度的概念及相互关系，熟悉非均匀滤料膨胀度的计算原理；掌握滤层反冲洗水力学及反冲洗系统；了解气、水反冲洗的特点，熟悉大、小阻力配水系统的特点及其构造尺寸的要求，了解穿孔管、滤板等常见配水系统；掌握普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、V型滤池的构造、工作原理及设计计算方法。

教学重点：滤池的工作过程；过滤的颗粒迁移与吸附机理、滤层杂质分布规律、过滤的水头损失变化规律；快滤池的优化与运行控制；冲洗强度、滤层膨胀度的概念及相互关系；气、水反冲洗的特点；大、小阻力配水系统的特点及其构造要求；普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、V型滤池的构造、工作原理及设计计算方法。

教学难点：过滤的颗粒迁移与吸附机理、滤层杂质分布规律、过滤的水头损失变化规律；快滤池的优化与运行控制；大、小阻力配水系统的特点。

教学内容：1.过滤概述；2.滤池型式；3.颗粒滤料；4.过滤理论；5.快滤池的运行；6.滤池的反冲洗；7.几种常见滤池形式

学时分配：12学时

第五章 氧化还原与消毒

教学目的与要求：了解氧化和消毒的概念与作用；熟悉氧化剂的性质、投加位置与净水作用；掌握氯在水中的溶解及电离平衡、消毒作用机理、消毒过程与加氯方法，掌握加氯量与余氯的关系曲线，了解加氯间设计的安全注意事项；掌握氯化消毒副产物的形成规律与控制方法，掌握二氧化氯、氯胺、臭氧等其他消毒剂的消毒原理与应用，了解预氧化、深度氧化和高级氧化等技术的原理和应用。

教学重点：氯在水中的溶解及电离平衡、消毒作用机理与消毒过程；加氯量与余氯的关系曲线。

教学难点：消毒作用机理；加氯量与余氯的关系曲线。

教学内容：1.概述；2.氯氧化与消毒；3.臭氧氧化与消毒；4.其它氧化与消毒方法及高级氧化。

学时分配：4学时

第六章 吸附

教学目的与要求：掌握吸附现象和吸附模型，掌握活性炭吸附剂的制备、性质及影响活性炭吸附的因素，掌握竞争吸附的概念和多组分吸附的评价方法，掌握活性炭的吸附与再生的原理与方法，了解水处理过程中的其他吸附剂。

教学重点：活性炭吸附剂性质及影响活性炭吸附的因素；活性炭的吸附与再生的原理与方法。

教学难点：活性炭的吸附与再生的原理与方法。

教学内容：1.吸附概述；2. 活性炭吸附与再生；3.水处理过程中的其他吸附剂。

学时分配：2学时

第七章 膜技术

教学目的与要求：熟悉膜的分类与性质，了解微滤、超滤、电渗析、反渗透和纳滤原理与应用，了解各类膜处理设备的性能及其适用条件。

教学重点：膜的分类与性质；微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透原理。

教学难点：微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透原理。

教学内容：1.膜的分类与性质；2.微滤与超滤；3.反渗透、纳滤与电渗析。

学时分配：4学时

第八章 离子交换

教学目的与要求：掌握离子交换剂的种类、性质，掌握离子交换基本原理与应用，掌握各类离子交换反应、离子交换设备的特点及离子交换装置和系统的设计原理和方法。

教学重点：离子交换基本原理；离子交换反应、离子交换系统装置及其运行操作。

教学难点：离子交换系统装置及其运行操作。

教学内容：1.离子交换方法概述；2.离子交换反应；3.离子交换装置与运行。

学时分配：4学时

第九章 水的其它处理方法

教学目的与要求：熟悉中和、化学沉淀、电解、吹脱与气提、萃取的概念、原理及方法；掌握几种不同中和方法的特点及其适用性；熟悉氢氧化物沉淀的特点。

教学重点：中和、化学沉淀和电解的概念、原理及方法；几种不同中和方法的特点及其适用性；

教学难点：不同氢氧化物沉淀的特点。

教学内容：1.中和法；2.化学沉淀；3. 电解法；4。吹脱、气提法；5.萃取法

学时分配：4学时

第十章 典型给水处理工艺

教学目的与要求：掌握给水处理工艺系统的选择原则；掌握地面水常规（二级）净水工艺系统原理与流程；掌握受污染水源水处理工艺系统以及饮用水深度处理系统原理与流程；了解地下水除铁除锰的原理与方法，熟悉水的除臭与除藻方法、了解水厂排泥水的处理方法；掌握水的软化与除盐的概念，熟悉水的软化与除盐基本方法及其反应式，了解水的软化与除盐处理工艺系统及其特点；熟悉地下水除铁除锰的基本原理与工艺系统；了解高浊度水处理工艺系统。

教学重点：地面水常规（二级）净水工艺系统原理与流程；受污染水源水处理工艺系统以及饮用水深度处理系统原理与流程；地下水除铁除锰的原理；水的软化与除盐处理工艺系统及其特点。

教学难点：受污染水源水处理工艺系统以及饮用水深度处理系统原理与流程；地下水除铁除锰的原理；水的软化与除盐处理工艺系统及其特点。

教学内容：1.给水处理工艺系统的选择原则；2.地面水常规（二级）净水工艺系统。3.特种水源水处理工艺系统。

学时分配：6学时。

四、考核方式

1.日常考查（含课堂考勤、课堂小测验、作业），占总成绩的30%；

2.中期考核，占总成绩的20%；

3.期末考试，占总成绩的50%。

五、教材及参考书

教 材：李圭白，张杰主编，《水质工程学》，中国建筑工业出版社，2005年7月。

参考书：

1.严煦世，范瑾初编，《给水工程》（第四版），中国建筑工业出版社，1999年12月。

2.张自杰主编，《排水工程》（第四版下册），中国建筑工业出版社，2007年1月。

3.谢水波、余健主编，《现代给水排水工程设计》，湖南大学出版社，2000年

4.上海市政院主编，《给水排水设计手册》，第3册，中国建筑工业出版社，2003年

5.许保玖编，《给水处理理论》，中国建筑工业出版社，2000年

六、授课手段

课堂多媒体演示讲解；课堂讲解、习题讲解与讨论、实物模型演示与讲解。