2023学年完整公开课版混凝

混凝钟润生博士/副教授混凝的原理混凝的影响因素混凝剂类型混凝设备主要内容1.混凝过程混凝过程：同时存在凝聚和絮凝现象凝聚（coagulation）：属于化学反应过程带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和―电位下降―脱稳―凝聚，生长成约d=10m的颗粒。特点：剧烈搅拌，瞬间完成，在混合设备中完成絮凝（flocculation）：属于物理过程通过高聚合物的吸附架桥。脱稳胶粒―生长成大矾花（d=0.6-1.2mm）的过程。特点：需要一定时间，搅拌强度从强弱，在絮凝设备(反应池)中完成混凝过程2.混凝影响因素影响混凝的因素浊度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。低浊水缺少凝聚核心，加入粘土或者可将部分沉渣连续回流到混合池入口，以促进反应过程。2.混凝影响因素水温水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢；水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降，水的剪切力增大，絮体破碎。水温也影响反应后的沉降过程。2.混凝影响因素pH值：影响混凝效果的重要因素，对不同的混凝剂，水的pH值影响不同。硫酸铝：硫酸铝作为混凝剂时，水的最佳pH值为：去除浊度时pH＝6.5～7.5三氯化铁：三氯化铁适用的pH值范围比硫酸铝宽，最佳范围为：去除浊度时pH＝6.0～8.4高分子混凝剂对水的pH值变化适应性较强，故可不考虑。2.混凝影响因素共存杂质有利成分：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，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。不利成分：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。氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。2.混凝影响因素混凝剂（重要因素）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ξ电位高，应投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；絮体细小，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试验确定。混凝影响因素混凝剂（续）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。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。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。水力条件水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为搅拌强度和搅拌时间。混合阶段，要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求G在500-1000s‑1，搅拌时间t应在10-30s。反应阶段，相应G和t值分别应在20-70s-1和15-30min。

为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌进行混凝的模拟实验。混凝影响因素3.混凝剂混凝剂：混凝剂的选择混凝效果好对人和水生生物无害使用方便价廉易得混凝剂的分类按化学成分可分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类。3.混凝剂无机混凝剂：传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。(1)传统无机混凝剂：铝盐：硫酸铝（Al2(SO4)3•18H2O）明矾（K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O)

缺点：由于铝的比重小，在水温低的情况下，絮粒较轻而疏松，处理效果较差pH有效范围较窄，在6.5-7.5之间投加量大3.混凝剂(2)传统无机混凝剂：铁盐(三氯化铁（FeCl3•6H2O）、硫酸亚铁（FeSO4•7H2O))优点：生成的絮粒在水中的沉淀速度较快；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著。缺点：FeCl3容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对混凝土也产生腐蚀作用；生成Fe(OH)2它的溶解度很大，残留水中的Fe2+会使处理后的水带色。3.混凝剂(3)无机高分子混凝剂：聚合氯化铝(碱式氯化铝，简称PAC)：通式为[Al2(OH)nCl6-n]m,式中n≤5，m≤10。优点：对水质适应性较强，适用pH范围广，5-9之间；絮凝体形成快，比重大，沉降性好；投药量低；碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水pH和碱度下降较小。3.混凝剂(4)无机高分子混凝剂：聚合硫酸铁(碱式硫酸铁)(简写PFS)，通式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m式中n<2,m>10。优点：适用范围广：pH4-11；低水温，混凝效果稳定；

用量小，絮凝体沉降性能好；COD去除率和脱色效果好；处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。3.混凝剂有机混凝剂天然高分子混凝剂人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型3种高分子混凝剂。

(1)有机混凝剂：天然高分子混凝剂主要有动物胶、淀粉等。特点：电荷密度小，分子量较低，且易发生降解而失去活性。3.混凝剂(2)有机混凝剂：人工合成高分子混凝剂阴离子型：主要含-COOM(M为H+或金属离子)或-SO3H的聚合物，如阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）等。阳离子型：主要是含有-NH3+、-NH2+和-N+R4的聚合物，如阳离子聚丙烯酰胺（APAM）等。非离子型：所含基团未发生反应的聚合物。如非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）和聚氧化乙烯(PEO)等。3.混凝剂4.助凝剂助凝剂助凝剂定义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，这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂作用：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。调整废水的pH值，使其达到最佳的混凝条件。4.助凝剂助凝剂分类pH调整剂：调节废水的pH符合混凝处理工艺要求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。絮凝结构改良剂：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、水玻璃、PAM等。氧化剂：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，使胶体脱稳，还可将Fe2+转化成Fe3+,以提高混凝效果。4.助凝剂5.混凝设备混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的配制设备搅拌加速药剂溶解机械搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌5.混凝设备药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。溶液池的容积可按下式计算式中:W1——溶液池容积，m3；qv——处理地水量，m3/h;A——混凝剂地最大投加量，mg/L;c——溶液浓度，％；n——每天配置次数，一般为2~6次。溶解池的容积：计量设备转子流量计电磁流量计(2)混凝剂的计量设备苗嘴和孔板计量设备投加方式泵前重力投加水射器投加(3)混凝剂的投加设备泵前重力投加水射器投加(1)水泵混合(2)隔板混合(3)机械混合混合设备隔板混合池浆板混合池(1)隔板反应池利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。反应设备隔板反应池(2)机械反应池机械搅拌反应池6.混凝工艺应注意的问题混凝工艺在实际工作中应注意以下几点：低温条件下混凝效果较差，主要因为无机盐水解吸热；温度降低，黏度升高，布朗运动减弱；胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚。无机盐水解造成pH下降，影响水解产物形态。根据水质、去除对象不同，最佳pH范围也不同。有时需碱度来调整pH，碱度不够时需要投加石灰。水中杂质浓度低，颗粒间碰撞几率下降