水处理工程混凝

1、胶体的特性与结构 胶体的脱稳与凝聚混凝剂与助凝剂影响混凝效果的因素混凝设备 水处理工程水处理工程第第1节节 混凝的去除对象混凝的去除对象 混凝就是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离去除的过程。 凝聚和絮凝其涵义存在着四种不同用法： .两者当作同义语，不加区别，可以互相通用。（胶体化学中应用）凝聚之胶体的脱稳阶段，絮凝指胶体脱稳后结成大颗粒絮体的阶段（水处理工程）凝聚指压缩双电层所产生的脱稳过程，絮凝指由于胶体颗粒被吸附在长链状的有机高分子上面所引起的脱稳作用（即架桥作用）（LaMer 1964)凝聚指胶体脱稳及形成絮体的

2、整个过程，絮凝仅指结成絮体这一阶段（eber在水质控制污物理化学方法一书中提出水处理工程混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。 范围在：1nm0.1m（有时认为在1m） 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸1637年 我国开始使用明矾净水1884年 西方才开始使用混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用水处理工程 废水是以水为分散介质的分散体系。根据分散相的粒度不同

3、，废水可分三类：粒度0.11nm称为真溶液粒度在1100nm间的称为胶体溶液l自然沉降速度0.15410-6mm/s,沉降1米距离需要200年粒度大于100nm的称为悬浮液。粒度在100m以上的悬浮液可采用沉淀或过滤处理，粒度在1100m间的部分悬浮液和胶体溶液可采用混凝处理。水处理工程l一、胶体的特性光学性质l高度的分散性和多相不均匀性特征丁达尔效应。动力学性质l布郎运动线度小于410-6m的粒子在分散介质中呈现不停息的、无规则的热运动状态l既是不能自由沉淀原因，也是可能碰撞结成较大粒子沉淀的原因表面性能l比表面积大，强烈的吸附能力和水化作用动电现象l在外加电位差的作用下而引起的胶体溶液系统

4、内固相与液相间产生的相对位移；l电泳在外加电场作用下，胶体微粒能向一个电极方向移动的现象；电渗液体在电场中透过多孔性固体现象l胶体微粒可能带负电也可能带正电，产生排斥力，不能聚合的原因。天然水体中胶体多带负电。水处理工程l二、胶体的结构胶体的双电层理论：l在粒子的中心是胶核，它由数百乃至数千个分散相固体物质分子组成。胶核表面吸附了某种离子而带有电荷。由于静电吸引力的作用，势必吸引溶液中的异号离子（反离子）到微粒周围反离子层。l电位离子层与反离子层组成了胶体粒子的双电层结构l胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为电位，而胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位称为电位。 电

5、位可通过电泳或电渗测出，在水处理中有重要意义。动电位动电位 电位：决定了胶体的电位：决定了胶体的聚集稳聚集稳 定性定性 一般粘土一般粘土 电位电位: -15-40mV 细菌细菌 电位电位: -30-70mV扩散层电位BA胶团边界滑动面电位离子反离子胶粒吸附层阴离子浓度电位阳离子浓度C水处理工程扩散层电位BA胶团边界滑动面电位离子反离子胶粒吸附层阴离子浓度电位阳离子浓度C胶粒间距斥力吸力合力胶粒间的作用力与距离的关系水处理工程胶团的结构：l按按照以上的描述胶体粒子的结构式可写为：胶核 电位形成离子，束缚反离子 自由反离子 吸附层扩散层胶粒胶团Fe(OH)3m nH+,(n-x)Cl-x+ xCl

6、- 吸附层扩散层胶粒胶团 胶核 电位形成离子，束缚反离子 自由反离子 以氢氧化铁为例，氢氧化铁是由三氯化铁水解形成，故水中的主要电解质为H和Cl-。FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl水处理工程三、三、DLVO理论理论胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用和距离来评价。由下列两方面的力决定：静电斥力：静电斥力：ER1/x2范德华引力：范德华引力：EA1/x6（有些认为是1/x或1/x3）由此可画出两者的综合作用图。另一方面，胶体的布朗运动能量Eb1.5kT k：波兹曼常数，T：温度 EbEmax（势垒）胶体距离xoa， 稳定 以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。德加根（derj

7、aguin）、兰道（Landon）(苏联，1938年独立提出伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941年独立提出） 水处理工程l胶体保持稳定原因： 动力学稳定性：布朗运动对抗重力。 聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。 l脱稳胶粒因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程。脱稳胶粒相互聚合为较大颗粒的过程称为凝聚凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象称为絮凝絮凝。l混凝机理：压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。水处理工程l混凝原理： 根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏

8、胶体的稳定性。根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：采用的方法： 投加电解质投加电解质 投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加的物质统称混凝剂混凝剂水处理工程 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pHpH值、值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。

9、双电层压缩机理双电层压缩机理 吸附电中和机理吸附电中和机理 吸附架桥机理吸附架桥机理 沉淀物网捕机理沉淀物网捕机理水处理工程l一、压缩双电层机理一、压缩双电层机理 由于扩散层厚度的减小，由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，胶粒间的相互排电位相应降低，胶粒间的相互排斥力也减少斥力也减少 由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。为主，颗粒就能相互凝聚。l 解释港湾处沉积现象l 单纯静电现象来说明电解质对脱稳的

10、作用，对重新稳定现象无法解释。三价铁盐或铝盐作混凝剂，投加过多时，凝聚效果下降，甚至重新稳定。胶粒间距斥力吸力合力胶粒间的作用力与距离的关系溶液中离子浓度低溶液中离子浓度高反离子浓度水处理工程 水化作用水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。 亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。稳定性的影响远小于水化膜的影响。 水处理工程 二、吸附电中和机理二、吸附电中和机理 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部分有强烈的吸

11、附作用，异号胶粒间相互吸引异号电荷的部分有强烈的吸附作用，异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；达到电中和而凝聚； 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。 再稳现象：再稳现象：过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。 水处理工程三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理

12、吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、静电引力、范德华力和氢键力等作用下范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。微悬浮物等发生吸附桥连的现象。 水处理工程三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理 胶体再稳现象：胶体再稳现象： （1 1）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生生“胶体保护胶体保护”作用。作用。 （2 2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用； （3 3）长时间的剧烈搅拌。）长时间的剧烈搅拌。水处理工程聚合物

13、颗粒脱稳颗粒反应1：聚合物最佳投加量时的初始吸附脱稳颗粒绒体颗粒脱稳颗粒再稳定颗粒过量聚合物稳定颗粒（无吸附空位）颗粒绒体颗粒绒体碎片绒体碎片再稳绒体的碎片反应2：绒体的形成反应3：聚合物的二次吸附，不与另外颗粒表面上的空位接触反应4：聚合物投加过量时的初始吸附反应5：绒体的破裂，剧烈搅动或搅动过久反应6：聚合物的二次吸附水处理工程l四、沉淀物网捕机理l当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物（Al(OH)3,Fe(OH)3)或带金属碳酸盐(CaCO3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。l水中胶粒本身可作为这

14、些沉淀所形成的核心时，凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。上述四种混凝机理在水处理中往往可能是同上述四种混凝机理在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用，只是在一定情况下以某时或交叉发挥作用，只是在一定情况下以某种机理为主而已。种机理为主而已。水处理工程l五、絮凝动力学简介l混凝速度不但取决于胶体的脱稳速度，而且取决于胶粒间的接触碰撞率l异向絮凝布朗运动引起的碰撞凝聚l同向絮凝布朗运动速度太慢,颗粒相碰凝聚逐渐长大后,布朗运动就会停止,及搅拌使胶体颗粒相碰后的凝聚作用,水流速度差及水流紊动性引起的碰撞l异向絮凝：单一分散相的颗粒浓度n（每厘米3中颗粒的个数

15、）由于布朗运动相碰而减少的速率可以表示为n的二级反应：2234NKTNkdtdNJPPKN-时间t时悬浮液的颗粒总浓度，粒子数/毫升；碰撞效率系数，为有效碰撞次数与总碰撞次数的比值；K-Boltzmann常数；T-绝对温度；-液体粘度水处理工程dxuud1d2uudydu=0dxuu+dud1d2uu+dudydu0速度梯度(a)表示在dy长度内，u没有增量，即du=0的情况，两个颗粒继续前进时，仍然保持dx距离，因此不能相碰；（b）表示在dy长度内,流速u增量du0的情况，d1颗粒的速度为u+du，du0,因此当它们继续前进时，d1颗粒一定会追上d2颗粒，但要发生两个颗粒相碰的现象，还需dy

16、 (d1+d2) /2这个条件。水处理工程2334NGddtdNJOK同向絮凝：对均匀颗粒组成的胶体悬浮液，它的颗粒总浓度随时间变化率JOK用下式表示：设为胶体颗粒的体积比，即单位体积悬浮液中胶体颗粒所占的体积，可用下式计算：630NdNGdtdN4GtNN4ln0积分得：代入上式得：水处理工程由上式：同向絮凝的速度与颗粒浓度、速度梯度和胶粒的体积比成一次关系。KTGdJJPKOK23将同向絮凝速率表达式与异向絮凝表达式相除：胶粒的碰撞是以异向絮凝为主还是以同向絮凝为主，主要取决于胶粒粒径和速度梯度，但粒径的影响要大得多。就整个混凝过程而言，微小颗粒一般总是先进行异向絮凝（混合阶段），待粒径增

17、大后，随即进行同向絮凝（反应阶段）。水处理工程l区别凝聚、絮凝和混凝凝聚胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大颗粒絮体的过程；混凝包括凝聚与絮凝两种过程l一、混凝剂要求：混凝效果好，对人类健康无害，价廉易得，使用方便水处理工程水处理工程1.硫酸铝l含有不同的结晶水，Al2(SO4)3nH2O，其中n6、10、14、16、18和27,常用的是18,比重1.61,外观为白色，光泽结晶。l易溶于水，溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50%，pH值在2.5以下。废水中溶解度提高到90%以上。l使用便利，混凝效果好，不会给处理后水质带来不良影响。当水温低时硫酸铝水解困难

18、，形成的絮体松散。l投加方式：干式或湿式，湿式投加10%-20%浓度 pH值范围较窄，软水5.7-6.6;中等硬水6.6-7.2;硬度较高的水7.2-7.8水处理工程2.聚合氯化铝l一种无机高分子混凝剂l我国1973年成都市召开全国新型混凝剂技术经验交流会，提出质量要求：含氧化铝10%以上，碱化度50-80%，不溶物1%以下l聚合氯化铝称为碱式氯化铝Aln(OH)mCl3n-m，对基本化学公式理解不同l聚合氯化铝化学式表示为Al2(OH)nCl6-nm,n可取1-5整数，m为10的整数l聚合氯化铝中OH与Al的比值对混凝效果有很大关系，可用碱化度B表示 一般要求B为40-60%l优点： 应用范

19、围广 形成大的矾花，沉淀性能好 适宜的pH值范围大（5-9） 水温的是，仍可保持稳定的混凝效果 碱化度比其它铁盐铝盐高 %1003AOHB水处理工程3.三氯化铁l黑褐色的结晶体，有强烈的吸水性，极易溶于水，其溶解度随温度上升而增加，形成的繁华，沉淀性能好，处理低温水和低浊水效果比铝盐好。适宜的pH值比较宽，缺点是溶液具有强腐蚀性，处理后的水色度比铝盐高。4.聚合硫酸铁l无机高分子聚合物，与聚合铝作用机理相似。l适宜水温10-15，pH5.0-8.5，但在pH4-11范围内可用l与铝盐相比：投加剂量少，絮体生成快，对水质适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等优点水处理工程5.高分子混凝剂l根据高分

20、子聚合物所带基团能否离解及离解后所带粒子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。l阴离子型主要是含-COOM（M为H或金属离子）或-SO3H的聚合物l阳离子型主要是含有-NH3+、-NH2+、和-N+R4的聚合物l高分子聚合物以聚丙烯酰胺应用最为普遍 废水浊度低时，易先投加其它混凝剂，在投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件 废水浊度高时，先投加聚丙烯酰胺，再投加其他混凝剂水处理工程常常用用的的无无机机混混凝凝剂剂 混凝剂名称 分子式及分子量 主要成分含量 形状 适用 pH 范围 硫酸铝 Al2(SO4)18H2O 分子量 666 Al

21、2O3 15% 白色块、粒、粉状 67.8 使用最多 明矾 Al2(SO4)3K2SO424H2O 分子量 949 Al2O310% 结晶块状 68 铝酸钠 Na2Al2O4 Al2O355% Na2O35% 结晶 聚合铝 （PAC） Al2(OH)nCl6-nm Al2O315% 液体 78 硫酸亚铁 （绿矾） FeSO47H2O 分子质量 278 FeSO455% Fe20% 半透明绿色结晶体 511 硫酸铁 Fe2(SO4)39H2O 分子质量 562 Fe2(SO4)370% 粉末状 511 氯化铁 FeCl36H2O 分子质量 270 FeCl360% 黑褐色结晶体 8.511 铵矾

22、 Al2(SO4)3(NH4)2SO424H2O 分子质量 906.6 Al2O311% 块状 粉末状 10 聚合铁 （PFS） Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m N8 聚 乙 烯 吡 啶类 -CH2-CH-n N 水 溶 性 苯 胺树 脂 -CH2-NHn 多 乙 胺 -CH2CH2NH-n 阳离子型聚合电解质 聚 合 硫 脲 -R-NHC SNH-n 6 水处理工程型别 名 称 结 构 式 适 用 pH 值范 围 聚 合 度 聚 丙 烯 酸 钠 - C H- C H2-C O O N an 最 佳 8.5 高 聚 合 顺 丁 二 烯 共 聚 物 6 高 聚 合 藻 朊 酸 钠 6 低

23、 聚 合 聚 丙 烯 酰 胺 部 分水 解 的 盐 - C H2- C H-C ON H2c3- C H2- C H-C O ONan 最 佳 6.5 高 聚 合 纤 维 素 钠 -O C H2-C O O Na 6 低 聚 合 马 来 酸 酐 与 丙 烯酸 酯 共 聚 物 - C H- C H- C H2- C H-O C H2n COCOOCO 6 低 聚 合 阴离子型聚合电解质 聚 苯 乙 烯 磺 酸 盐（ P S S ） - C H2- C H-S O3n CHCHCCCHCH 5-10 低 聚 合 水处理工程生物凝聚剂l由微生物所产生的生物体高分子物质生物树脂所组成l红胞红球菌属和诺

24、卡氏放线菌属及棒状杆菌属等都有产生生物凝聚剂的能力l具有凝聚作用和产生沉淀的作用属于生物分解性、无二次公害的安全型凝聚发展方向：发展方向：无机复合聚合物混凝剂：无机复合聚合物混凝剂：聚合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅（PASi）、聚合铁硅（PFSi）、聚合硅酸铝（PSA）、聚合硅酸铁（PSF）无机有机复合：无机有机复合：聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂：阳离子有机化合物 天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素

25、等 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂水处理工程二、助凝剂二、助凝剂 ( (一一) )定义定义 当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。为助凝剂。( (二二) ) 作用作用 （调节或改善混凝的条件）（调节或改善混凝的条件） 改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。 调整废水的调整废水的pHpH和碱度，使其达到最佳的混凝和碱度，使其达到最佳的混凝条件。条件。 水处理工程( (三三) )助凝剂分类助凝剂分类 A A、pHpH

26、调整剂调整剂：调节废水的：调节废水的pHpH符合混凝处理工艺要求。符合混凝处理工艺要求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。 B B、絮凝结构改良剂、絮凝结构改良剂：投加絮体结构改良剂以增大絮：投加絮体结构改良剂以增大絮体的粒径、密度。常用骨胶、活化硅酸、海藻酸钠、粘土、体的粒径、密度。常用骨胶、活化硅酸、海藻酸钠、粘土、水玻璃、水玻璃、PAMPAM等。等。 C C、氧化剂、氧化剂：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，还可将稳，还可将Fe

27、Fe2+2+转化成转化成FeFe3+3+, ,以提高混凝效果。以提高混凝效果。水处理工程 絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因素主要包括：素主要包括： 1.1.浊度浊度 浊度过高或过低都不利于絮凝，浊度不同，所需的浊度过高或过低都不利于絮凝，浊度不同，所需的絮凝剂用量也不同。絮凝剂用量也不同。 低浊水低浊水缺少凝聚核心，可将部分沉渣连续回流到混缺少凝聚核心，可将部分沉渣连续回流到混合池入口，以促进反应过程。合池入口，以促进反应过程。 示例：示例：澄清池澄清池-泥渣循环型澄清池泥渣循环型澄清池水处理工程37泥渣循环型澄清池泥渣循环型澄清池 为了

28、充分发挥泥渣接触絮凝作用，可使泥渣在池内为了充分发挥泥渣接触絮凝作用，可使泥渣在池内循环流动。回流量约设计流量的循环流动。回流量约设计流量的3-53-5倍。泥渣循环可借机倍。泥渣循环可借机械或水力抽升造成。械或水力抽升造成。 泥渣循环型澄清池中大量高浓度的回流泥渣与加过泥渣循环型澄清池中大量高浓度的回流泥渣与加过混凝剂的原水中杂质颗粒具有更多的接触碰撞机会，且混凝剂的原水中杂质颗粒具有更多的接触碰撞机会，且因回流泥渣与杂质粒径相差较大，故絮凝效果好。因回流泥渣与杂质粒径相差较大，故絮凝效果好。 A A、机械搅拌澄清池、机械搅拌澄清池 B B、水力循环澄清池、水力循环澄清池水处理工程38A、机械

29、搅拌澄清池 主要由第一絮凝池、第二絮凝池及分离室组成。整个池体上部是圆形，下部是截头圆锥形。加药后原水在第一絮凝池、第二絮凝池与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室中进行分离。水处理工程39B、水力循环澄清池特点： 原水流量与泥渣回流量之比1：2-1：4。 喉管和喇叭口的高度可用池顶升降阀调节。水处理工程 2. 2.水温对混凝效果的影响水温对混凝效果的影响 问题？问题？ (1)水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢； (2)水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。 (3)水温也影响反应后的沉降过程。水处理工程 3 pH 3 pH值及碱度值及碱度影响混

30、凝效果的重要因素影响混凝效果的重要因素 问题？问题？ (1)pH值影响胶体颗粒表面电荷及电位 对于带正电胶体，pH降低， H+吸附量增加，胶粒电荷增大，电泳速度加快；pH升高，结果与上相反。 (2)pH值对混凝剂作用的影响 pH影响着混凝剂在水中的存在状态，不同的pH，混凝剂水解产物不同，所起的混凝作用各异。 工程上应充分考虑混凝剂水解而引起水pH值的变化，必要时进行适当调节，使其满足混凝作用的要求。 水处理工程 共存杂质共存杂质 (1)(1)有利成分有利成分: : 可促进混凝过程。可促进混凝过程。 除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，

31、均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。 (2)(2)不利成分不利成分: : 不利于混凝过程的进行。不利于混凝过程的进行。 磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。 氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。水处理工程 5.5.混凝剂混凝剂 （重点）（重点） 混凝剂种类 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。 胶体电位高，应投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；絮体细

32、小，须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。 混凝剂投加量 投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。 废水的混凝处理，最佳混凝剂和最佳投药量的选择应通过实验确定。 混凝剂的投加顺序 当使用多种混凝剂时，其最佳投药顺序可通过试验来确定。 一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50um以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。 水处理工程 6. 6.水力条件水力条件 水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为标为搅拌强度和搅拌时间搅拌强度和搅拌时间。 混合阶段混合阶段，

33、要求混凝剂于废水迅速均匀混合，为此，要求混凝剂于废水迅速均匀混合，为此要求要求G G在在500-1000s500-1000s 1 1，搅拌时间，搅拌时间t t 应在应在10-30s10-30s。 反应阶段反应阶段，相应，相应G G和和t t值分别应在值分别应在20-70s20-70s-1-1和和15-15-30min .30min . 为确定最佳的工艺条件，需要进行混凝模拟实验。为确定最佳的工艺条件，需要进行混凝模拟实验。( (烧杯实验烧杯实验) )水处理工程水处理工程一、工艺流程一、工艺流程 混凝工艺流程由混凝工艺流程由药剂投加药剂投加、混合混合、反应反应及及沉沉淀分离淀分离等单元组成。等单

34、元组成。 混合 使混凝剂迅速、均匀地分散到 废水中，通过压缩双电层和电中和作用，使胶体脱稳，形成小“矾花”。 反应 在一定的水流条件下，小“矾花” 通过吸附架桥和沉淀物网捕等作用形成较大的絮体。 沉淀 反应过程形成的大絮体进入沉淀池进行分离。水处理工程二、混凝剂的调配与投加二、混凝剂的调配与投加 （1 1）混凝剂的调配混凝剂的调配 （2 2）混凝剂的投加混凝剂的投加 固体投加固体投加 液体投加液体投加水处理工程 ( (一一) )混凝剂干投法混凝剂干投法 （应用较少）（应用较少） 工艺流程：药剂输送粉碎提升计量加药混合工作原理：图水处理工程( (二二) )混凝剂湿投法混凝剂湿投法 工艺流程： 溶

35、解池溶液池定量控制设备投加设备混合池 溶解设备：溶解池、搅拌设备。 药剂调配：水力调配、机械调配、压缩空气调配和人工调配等。 溶液池：配制一定浓度溶液的设施。 其它设备：（略）水处理工程( (三三) ) 混凝剂投加方式混凝剂投加方式 重力投加重力投加 虹吸式定量投加虹吸式定量投加 水射器投加水射器投加 用计量泵投加药剂用计量泵投加药剂 水处理工程 重力投加重力投加 可直接将混凝剂溶液投入管道内或水泵吸水管喇叭口处。水处理工程 虹吸式定量投加虹吸式定量投加 可通过改变虹吸管进口和出口高度之差(H)，控制投加量。水处理工程 水射器投加水射器投加水处理工程 用计量泵投加药剂用计量泵投加药剂水处理工程

36、三、混合三、混合 ( (一一) ) 混合的作用混合的作用 使药剂能使药剂能快速、均匀快速、均匀地分散到废水中。地分散到废水中。 快速：是因混凝剂在废水中发生水解反应的速度很快，需要尽量造成急速扰动以生成大量细小絮体，并不要求生成大颗粒； 均匀：是为了化学反应能在废水中各部分得到均衡发展。 水力条件要求： 搅拌时间：1030s，工业应用常取2min。 速度梯度：G=5001000s-1。水处理工程 搅拌强度搅拌强度用用速度梯度速度梯度G G 来表示。来表示。 速度梯度速度梯度是指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速是指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速度差度差dudu与垂直水流距离与垂直水流距离dyd

37、y间的比值，即间的比值，即G=du/dyG=du/dy。 （单（单位：位：s s-1-1） 速度梯度实质上速度梯度实质上反映了颗粒的碰撞机会。速度差越反映了颗粒的碰撞机会。速度差越大，颗粒间越易发生碰撞；间距越小，颗粒间也越易发大，颗粒间越易发生碰撞；间距越小，颗粒间也越易发生碰撞。生碰撞。 速度梯度与搅拌时间的乘积Gt值可间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用来控制反应效果，一般Gt值应控制在104105之间。在G值给定的情况下，可调节t值来改善反应效果。水处理工程 ( (二二) ) 混合方式混合方式 水力混合水力混合 机械混合机械混合 常见混合方式： 管式混合 水泵混合 机械混合水处

38、理工程 1 1、管式混合、管式混合 A A、普通管道混合、普通管道混合 B B、管式静态混合器、管式静态混合器 C C、扩散混合器、扩散混合器水处理工程 A、普通管道混合 把药剂投入水泵压水水管内，借助水流进行混合。 药剂加入方式： 水处理工程 B B、管式静态混合器管式静态混合器 管内装设若干个固体混合单元体。管内装设若干个固体混合单元体。水处理工程 C C、扩散混合器、扩散混合器 在管式孔板混合器前加一锥形帽，水流和药剂对冲锥形帽而后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到快速混合。水处理工程 2 2、其它水力混合方式、其它水力混合方式 A A、跌水混合池、跌水混合池 B B、水跃式混合池、水跃式

39、混合池 C C、涡流式混合设备、涡流式混合设备 D D、廊道式格板混合池、廊道式格板混合池水处理工程 A A、跌水混合池、跌水混合池 利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。水处理工程 B B、水跃式混合池、水跃式混合池 利用利用3m/s3m/s以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行混合。混合。 水处理工程 C C、涡流式混合设备、涡流式混合设备设计要点： 底部锥角30-45； 反应时间1-1.5min，2min； 入口流速1-1.5m/s； 圆柱部分上升流速25mm/s。水处理工程 D D、廊道式格板混合池

40、、廊道式格板混合池水处理工程3 3、水泵混合、水泵混合 将药剂投加在水泵的吸水管内或喇叭口处，利用水将药剂投加在水泵的吸水管内或喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转达到快速混合的目的。泵叶轮高速旋转达到快速混合的目的。特点： 混合效果好，不需另建混合设施； 节省动力； 各型水厂均可采用；要求： 泵房距离处理设备不大于150m。水处理工程水泵混合的投药位置水泵混合的投药位置 1、泵前投加 加注在取水泵吸水管中或吸水喇叭口处，见图。目前大多数采用这种方式，主要优点是可利用水泵叶轮使药剂和原水得到充分混合，而且借助于水泵吸力吸入，容易加注。 缺点是药剂对水泵有一定的腐蚀作用。 水处理工程l2、泵后投加l

41、加注在水泵出水压力管（见图）或沉淀池进口处。l 当取水泵离净水装置较远（约大于500m）时，为防止反应过早，已结成的絮粒在管道或进入沉淀池时破碎，从而影响净水效果，所以采用泵后投加。l 泵后投加因投药点承压或无吸力，故需要用水射器或加药泵。其优点是不发生药剂对水泵的腐蚀。水处理工程 4 4、机械搅拌混合、机械搅拌混合 水处理工程四、絮凝反应四、絮凝反应 ( (一一) ) 反应的作用反应的作用 是使混合形成的小絮凝体经过充分碰撞接触，是使混合形成的小絮凝体经过充分碰撞接触，絮凝成较大颗粒的过程。絮凝成较大颗粒的过程。 水处理工程 ( (二二) ) 反应过程的水力条件反应过程的水力条件 反应设备应

42、有一定的停留时间和适当的搅拌强度，反应设备应有一定的停留时间和适当的搅拌强度，使小絮体有一适宜的相互碰撞机会。使小絮体有一适宜的相互碰撞机会。 搅拌强度太大或太小，会对反应池的絮凝效果产生搅拌强度太大或太小，会对反应池的絮凝效果产生影响。影响。 絮凝控制指标： 速度梯度G=1070s-1。 水流速度v=1530mm/s。 反应时间t=1530min。 絮凝控制指标Gt值=104-4105 水处理工程水处理工程l 以aGtC值（C为胶体浓度，a表示有效碰撞系数）作为反应设备的控制参数。l 如果脱稳颗粒每次碰撞都能导致凝聚，则a=1，实际上总是a1。水处理工程( (三三) )絮凝反应设备絮凝反应设

43、备(1)(1)设备分类设备分类 （按搅拌方式分）（按搅拌方式分） A A、水力搅拌反应池：水力搅拌反应池： 利用水流的紊动作用进行搅拌。如隔板反应池，旋流式利用水流的紊动作用进行搅拌。如隔板反应池，旋流式反应池，涡流式反应池等。反应池，涡流式反应池等。 B B、机械搅拌反应池：机械搅拌反应池： 由池内设置的机械设备完成搅拌。由池内设置的机械设备完成搅拌。 水处理工程 (2)(2)水力搅拌反应池水力搅拌反应池 A A、隔板反应池、隔板反应池 B B、折板反应池、折板反应池 C C、穿孔旋流反应池、穿孔旋流反应池 D D、旋流式反应池、旋流式反应池 E E、涡流式反应池、涡流式反应池 水处理工程

44、a、往复式 b、回转式 A A、隔板反应池、隔板反应池 a、往复式 特点： 水流在池内作180 转弯，局部水头损失较大，且絮凝体有破碎的可能。 水头损失0.3-0.5m。 水处理工程 A A、隔板反应池、隔板反应池b、回转式 特点： 水流在池内作90转弯，局部水头损失大为减小，且絮凝效果有所提高。 水头损失比往复式小40%。 水处理工程 B B、折板反应池、折板反应池 平折板反应池一般分为三段。三段的折板布置可分平折板反应池一般分为三段。三段的折板布置可分别采用相对折板、平行折板和平行直板。别采用相对折板、平行折板和平行直板。 另外还有采用波形板的。另外还有采用波形板的。 （竖直放置）（竖直放置）水处理工程 C C、穿孔旋流反应池、穿孔旋流反应池 由若干方格组成，分格数不少于6格。 隔墙上下开孔，水流沿池壁切线进入形成旋流。第一格孔口小，旋转速度大，随后依次递减，对应G值递减。水处理工程 设计要点： 反应时间8-15min； 喷 嘴 入 口 流 速 2 -3m/s。 水处理工程 E、涡流式反应池涡流式反应池设计要点： 底部锥角30-45， 反应时间6-10min， 入口流速0.7m/s， 圆柱部分上升流速4-6mm/s。涡流混合池设计要点： 底部锥角30-45， 反应时间1-1.5min，2min， 入口流速1-1.5m/s， 圆柱部分上升流速25mm/s水