混凝技术课件

第六章混凝

6．1混凝机理.

6.1.1基本概念混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。

6.1.2水中胶体的稳定性胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒的双电层结构见图6-1。滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。

6.1.3DLVO理论胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。排斥势能：ER－1/d2吸引势能：EA－1/d6（有些认为是1/d2或1/d3）由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图6-2。当胶体距离x<oa或x>oc时，吸引势能占优势；当oa<x<oc时，排斥势能占优势；当x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰。胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kT，当其大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体，由德加根（derjaguin）、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）。

6.1.4硫酸铝在水中的化学反应硫酸铝Al2（SO4）·18H2O溶于水后，立即离解出铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。产物包括：未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关，见图6-3

6.1.5混凝机理

1．电性中和作用机理电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和作用机理，见图6-4。（1）压缩双电层加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则，即：凝聚能力离子价数6。该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

（2）吸附－电性中和这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。

2．吸附架桥吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图6-5。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；②但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见图6-6；

3．网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。

6.1.6硫酸铝的混凝机理

不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际上，几种可能同时存在。pH<3简单的水合铝离子起压缩双电层作用；pH=4~5多核羟基络合物起吸附电性中和；pH=6.5-7.5氢氧化铝起吸附架桥；6．2混凝剂和助凝剂

6.2.1混凝剂混凝剂应符合以下要求：①混凝效果好；②对人体无危害；③使用方便；④货源充足，价格低廉。目前混凝剂的种类有不少于200－300种，分为无机与有机两大系列，见表6-1。与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：①适用的pH值范围较宽；②形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；③处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；④但三氯化铁腐蚀性较强。硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。

聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比，通常称之为碱化度B，按下式计算：聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。

表6-1常用的混凝剂无机铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）适宜pH：5.5~8铁系三氯化铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合氯化铁适宜pH：5~11，但腐蚀性强有机人工合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）两性型：使用极少天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂

6.2.2助凝剂助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：①酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；②加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂；③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。6．3凝聚动力学6.3.1基本概念

混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴。颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布朗运动；在水力或机械搅拌所造成的流体运动。异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝

6.3.2异向絮凝颗粒的碰撞速率可按下式计算：(6-1)式中：DB：布朗运动扩散系数，T为温度，为水的运动粘度，为水的密度；因此：(6-2)故Np只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关。但当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。

6.3.3同向絮凝1.层流理论

层流条件下颗粒的碰撞示意见图6-7。颗粒的碰撞速率按下式计算：(6-3)在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体，见图6-8。设在时间内，隔离体扭转了角度，于是角速度为：

(6-4)

转矩餐为踪蝶：(6-5纠)于是单任位体积茎水所耗咸功率p为：(6-6库)由于僚，故(6-7冤)当采用秆机械搅笋拌时，p由机械叔搅拌器粮提供。围当采用吴水力絮虏凝池时渔，p应为水厅流本身著所消耗但的能量违，由下满式决定宅：(6-立8)则采用摸水力絮乒凝池时雹，(6-怕9)2.同怀向紊流繁理论同向紊溉流理论届：①替外部施啊加的能蛙量形成摆大涡旋票；②大幼涡旋将估能量输狼送给不休涡旋；罢③小涡继旋将能邻量输送川给更小家的涡旋得；④只稻有尺度锐与颗粒末尺寸相夹近的涡紧旋才会夺引起颗谢粒碰撞想；（6-1泪0）式中，紊脸流扩散系蛙数聚，绒为相应于巷尺度的脉盖动速度，罪为（6-疾11）故（6-抢12）3．混凝今控制指标自药剂寸与水均闷匀混合家起直至急大颗粒洋絮凝体标形成为毫止，工剃艺上总受称混凝满过程。浇相应设紧备有混蕉合设备咸和絮凝法设备。混合（著凝聚）驴过程：杜在混合截阶段，猜对水流锈进行剧耻烈搅拌减的目的做主要是挥使药剂庸快速均乳匀分散倾以利于吓混凝剂亚快速水器解、聚跑合、及岔颗粒脱周稳。平礼均G＝汉700吊~10辩00s-1，时间直通常在裁10～肺30s贱，一般求<2m殊in散蒸药剂，秒此阶段铜，杂质诱颗粒微扑小，同铁时存在宽颗粒间勇异向絮拐凝。絮凝过程杨：在絮游凝阶段，外主要靠机烈械或水力硬搅拌促使河颗粒碰撞始凝聚，故年以同向絮貌凝为主。棵同向絮凝蜘效果不仅衬与G有关填，还与时搁间有关。猾在絮凝阶瞧段，通常悟以G值和涝GT值作苹为控制指状标。平均G霉＝20恭－70杆s-1，GT拖＝1～1村04－1乓05随着絮凝桂的进行，环G值应逐照渐减小。6.4妄影响水混壮凝的主要踪蝶因素6.4铃.1翁概述影响混凝牌效果的因组素比较复鸦杂，主要唱包括：①原水诉性质，轨包括水准温、水今化学特局性、杂防质性质俩和浓度扛等；②投加的升凝聚剂种回类与数量疗；③使用的劈燕絮凝设备唇及其相关无水力参数置。6.4.慕2水温影多响水温低塌时，通五常絮凝垒体形成全缓慢，吹絮凝颗尾粒细小罪、松散压，凝聚爱效果较震差。其域原因有御：①无机盐盆水解吸热丙；②温度渴降低，名粘度升继高――危布朗运登动减弱两；③水温低骑时，胶体旗颗粒水化度作用增强孩，妨碍凝张聚；④水温罚与水的鹅pH值攀有关6.4.恒3水的p低H和碱度村影响水的p垦H值对品混凝效长果的影永响程度厌，与混数凝剂种您类有关弓。混凝时最呆佳pH范廉围与原水恨水质、去附除对象等柿密切有关城。当投加金晚属盐类凝离聚剂时，撑其水解会纽奉生成H+，但水中唯碱度有缓浩冲作用，农当碱度不放够时需要捷投加石灰我。石灰投量弃按下式估移算：[CaO甜]=3[滚a]–牛[x]纱+[踩δ]菊（6-国13）式中[拴CaO港]：纯捞石灰C纷aO投逃量，m愚mol吧/L；[a]抚：混凝智剂投量惰，mm讲ol/蓄L；[x]辜：原水毁碱度，钳按mm毁ol/目L，C母aO计扩；[δ草]：保基证反应田顺利进晌行的剩遍余碱度条，一般贞取0.猴25~典0.5信mmo袍l/L堆（Ca鱼O）。酷一般石奥灰投量路通过试叛验决定稼。6.4狱.4水吗中悬浮委物浓度冠的影响杂质浓浆度低，啊颗粒间顿碰撞机禾率下降徒，混凝结效果差尼。可采亲取的对嚼策有：①加高分窗子助凝剂脚；②加粘土③投加混牺凝剂后直葡接过滤如果原敞水悬浮破物含量秩过高，究为减少市混凝剂钟的用量挣，通常斜投加高摘分子助朽凝剂。夹如黄河援高浊度轰水常需化投加有盘机高分笋子絮凝闷剂作为纠助凝剂联。6．5怠混凝剂的钳配制与投圈加6.5赞.1女混凝剂鸭的溶解廊和溶液盐配制溶解池容固积W1：W1=（0.唐2~0.崭3）W2（6-1泊4）式中W2为溶液池番容积。（6-躺15）式中：W2——溶液陡池容积，身m3Q——处逆理的水量绒m3/ha——混先凝剂最大感投加量，故mg/Lc——钱溶液浓臂度，一乐般取5那%~2欠0%n——每讽日调制次披数，一般买不超过3卵次6.5阀.2朝混钥凝剂投花加混凝剂投扰加设备包腔括计量设可备、药液受提升设备榨、投药箱您、必要的哨水封箱以固及注入设朝备等。。1.计量限设备计量设端备有：现转子流京量计；艳电磁流候量计；滑苗嘴；汇计量泵抗等。2.投衫加方式（1）周泵前投南加：驾安全可洁靠，一苏般适用筛取水泵托房距水狂厂较近援者，图群中水封枣箱是为芝防止空塔气进入押，见图岩6-9藏。。（2）高旦位溶液池闸重力投加拿：适用取北水泵房距兴水厂较远喂者，安全卷可靠，但株溶液池位吹置较高，互见图6-解10。（3）斧水射器母投加：柳设备简沾单，使洁用方便办，溶液嫌池高度览不会受腊太大限济制，但眼效率低姨，易磨番损，见草图6-喉11。（4）啄泵投加浑：不必炉另设计董量设备矿，适合芒混凝剂截自动控用制系统辽，有利虏于药剂柄与水混纤合，见板图6-谅12。6.5燥.3蛾混璃凝剂投擦加量自字动控制1.数携学模拟妻法对于某一陶特定水源晒，可根据女水质、水宫量建立数喜学模型，身写出程序宾交计算机搏执行调控喇。采用数践学模型实唤行加药自税动控制的叙关键是：培必须要有鞋前期大量某而又可靠溪的生产数医据，才可版运用数理塘统计方法难建立符合订实际生产疾的数学模逼型。适用联特定原水瞒条件，水芒质仪表多变，投资大耳。2.现税场模拟姜试验法采用现场欠模拟装置脑来确定和岔控制投药观量是较简俱单的一种毅方法，常袍用的模拟字装置是斜缎管沉淀器错，过滤器城或两者并贩用。原水阿浊度低时男，常用模帝拟过滤器测，原水浊造度高时可用用斜管沉倦淀器或过雷滤器串联旱使用。此横法存在反牢馈滞后现衡象，模拟沃装置与生妙产设备存做在一定的角差别，但皮与实验室性相比，更之接近实际霜情况。3.特逝性参数扒法影响混凝欺效果的因役素复杂，典在某种情府况下、某暮一特性参假数是影响芒混凝效果请的主要因火素，这一披因素的变翁化反映了划混凝程度司的变化。菌流动电流瓦检测器法足和透光率协脉动法属润于特性参远数法。流动电流峡是指胶体路扩散层中西反离子在谊外力作用烤下随着流冰体流动而梳产生的电胜流。此电双流与胶体饺ξ电位有抄正相关关届系。混凝烤后胶体ξ奥电位变化什反映了胶辣体脱稳程雨度。优点膨是控制因淹子单一；慈投资低，南操作简单揭；控制精兼度较高。禽缺点是投概药量与流挂动电流很该少相关。透光率脉茄动法是利猾用光电原健理检测絮逃凝聚颗粒眠的变化，绍达到混凝蜘在线连续谋控制的新声技术。优撤点是因子相单一，不振受混凝机阿理或品种纸的限制，届不受水质桨限制。6．6茎混桶凝设备6.6选.1勉混合设颈备1.水泵态混合投药投加拼在水泵吸晌水口或管圣上。混合栏效果好，城节省动力龙，各种水辽厂均可用刮，常用于荒取水泵房惠靠近水厂功处理构筑梅物的场合茶，两者间朴距不大于均150m椒。2.管钢式混合管式静鹅态混合蜓器：流悄速不宜枣小于1乏m/s衰，水头跨损失不壤小于0鲁.3~推0.4龟m，简涨单易行固，见图瓜6-1宵3。扩散混合宗器，是在宜管式孔板晃混合器前芳加一个锥煎形帽，锥抓形帽夹角狮90°。竖顺流方向瓜投影面积将为进水管芹总截面面勾积的1/极4，开孔充面积为进章水管总截基面面积的催3/4，母流速为1记.0~1放.5m/赏s，混合还时间2~虫3s。节狼管长度不闸小于50叫0mm。绩水头损失幼约0.3雹~0.4获，直径在灯DN20蚂0~DN职1200食，见图6云-14。3涉机械混差合在池内安桶装搅拌装向置，搅拌掏器可以是纷桨板式、俊螺旋桨式菠或透平式招，速度梯昌度700漠~100算0s-1，时间1稿0~30浪s以内，来优点是混彼合效果好菌，不受水谦质影响，霉缺点是增幕加机械设答备，增加煎维修工作汇。6.6桂.2弦絮凝扫设备1.隔肉板絮凝橡池隔板絮凝岸池分往复溪式和回转面式，见图恩6-15桃与图6-润16。隔板絮凝听池的水头芳损失由局画部水头和荷沿程水头稳损失组成熄。往复式挥总水头损鬼失一般在补0.3~蛇0.5m笼，回转式调的水头损赠失比往复猪式的小4衡0％左右虫。隔板絮凝效池特点：暮构造简单稀、管理方坐便，但絮纳凝效果不桨稳定，池报子大。适记应大水厂房诚。隔板絮凝倚池的设计陈参数：①流速：过起端0.软5-0.卖6m/s达，末端0趣.2-0穷.3m/筑s段数：姑4~6段镜；②转弯疫处过水救断面积影为廊道岁过水断鲜面积的鄙1.2原~1.滩5倍；③絮凝时甜间：20竟~30m惰in；④隔板招间距：灰不大于头0.5虹m，池价底应有脂0.0掏2~0机.03吼坡度直家径不小售于15暖0mm监的排泥尺管；⑤廊道腊的最小视宽度不泳小于0尤.5m缺；⑥各段这的水头象损失旨，总振水头损为失2.折板蛋絮凝池通常采列用竖流松式，它偏将隔板改絮凝池灿的平板信隔板改骆成一定指角度的麻折板。茄折板波敞峰对波岛谷平行酿安装称民“同波态折板”捉，波峰诵相对安齐装称“枣异波折脆板”。语与隔板虚式相比妥，水流馒条件大瓣大改善娇，有效旧能量消窑耗比例厘提高，混但安装课维修较孝困难，迹折板费耗用较高圈。其示叉意图见解图6-桑17与虚图6-途18。3机械壶絮凝池机械絮影凝池的沃剖面示家意见图店6-1钓9。搅拌器围有浆板竟式和叶雁轮式，档按搅拌像轴的安膨装位置猾分水平恨轴式和渣垂直轴蛮式。第一格搅情拌强度最蹦大，而后向逐步减小疯，G值也筛相应减小水，搅拌强佛度决定于全搅拌器转常速和桨板揪面积。（1）功矿率计算水流对桨部板的阻力穗就是桨板修施于水的驼推力，在dA微面积上长水流阻力（6-1扣5）阻力dFi所耗功率廉，即桨板悦施于水的尽功率：（6-及16）式中：，巩为水流旋潜转线速度勤，为桨板担旋转角速虏度，为样旋转半径因此（6-1头7）第块桨板挖克服水的增阻力所耗含功率：（6-1安8）设每根兵旋转轴埋在不同航旋转半共径上装坊相同数煮量的桨达板，则届每根旋封转轴全尿部桨板塑所耗功拖率：（6-1圈9）每根旋究转轴所倾需电动殊机功率怜：（6-仰20）（2）设抬计参数①絮凝时靠间10~写15分。②池内一宝般设3～福4挡搅拌批机。③搅拌注机转速轮按叶轮卡半径中逗心点线药速度计邀算确定俭，线速械度第一鹅挡0.餐5m/努s逐渐淡减小至衰末挡的片0.2侵m/s命。④桨板总扰面积宜为卷水流截面赌积的10宏～20％盒，不宜超岭过75％换，桨板长汪度不大于难叶轮半径稿的75％违，宽度宜妖取10～拆30cm扫。（3）毁优缺点机械絮凝说池的优点臂是调节容栗易，效果泰好，大、幼中、小水粱厂均可，糟但维修是得问题。4.穿孔魄旋流絮凝圾池由若干闹方格组额成。分寇格数一所般不少疲于6格巾。流速贯逐渐减岁小，G忧也相应育减小以感适应絮朋凝体形吐成，孔堪口流速愤宜取0碍.6～封1.0暴m/s宝，末端丧流速宜济取0.蜻2～0煌.3m尾/s。循絮凝时凤间15伸～25始min尤。穿孔孙旋流絮牛凝池的崖平面示杆意图见怀图6-然20。穿孔旋罩流絮凝粘池的优添点是构轨造简单贱，施工姻方便，纽奉造价低遗，可用阵于中、济小型水叔厂或与学其他形炎式的絮暮凝池组辆合应用乖。5.网格新、栅条絮曲凝池网格、栅骆条絮凝池渡设计成多祥格竖井回掀流式。每窄个竖井安最装若干层行网格或栅丸条，各竖茶井间的隔者墙上、下针交错开孔恋，进水端锋至出水端永逐渐减少盏，一般分绑3段控制巧。前段为巧密网或密三栅，中段芝为疏网或角疏栅，末帆段不安装充网、栅。她网格（栅元条）絮凝男池的示意件图见图6胖-21。网格絮凝堡池效果好