压缩双电层课件

第2篇物理、化学及物理化学处理工艺原理

第3章

混凝3.1胶体的稳定性3.2混凝原理3.3混凝剂3.4混凝动力学3.5混凝剂的配制与投加3.6混凝设施3.7混凝试验

混凝-沉淀去除对象水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。

说明：

胶体：尺寸范围在0.001～1um之间的颗粒是水中各种细菌、病毒、污染物的载体。它和悬浮颗粒是水浑浊的主要因素。概述混凝-沉淀去除办法

首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体；

2再用重力沉降法予以分离。

基本概念混凝（coagulation）

：是指通过某种方法（如投加化学药剂）使水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集的过程。混凝是凝聚（混合）和絮凝的总称。凝聚（aggregation）（混合）：指使胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。絮凝（flocculation）

：指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解产物；③胶体与混凝剂水解产物之间的相互作用。混凝剂coagulant

为使胶体失去稳定性和脱稳胶体相互聚集所投加的药剂。助凝剂coagulantaid

为改善絮凝效果所投加的辅助药剂。混合mixing

使投入的药剂迅速均匀地扩散于被处理水中以创造良好反应条件的过程。机械混合mechanicalmixing

水体通过机械提供能量，改变水体流态，以达到混合目的过程。水力混合hydraulicmixing\消耗水体自身能量，通过流态变化以达到混合目的的过程。絮凝flocculation

完成凝聚的胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集，以形成较大絮状颗粒的过程。隔板絮凝池spacerflocculatingtank

水流以一定流速在隔板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。机械絮凝池mechanicalflocculatingtank

通过机械带动叶片而使液体搅动以完成絮凝过程的构筑物。折板絮凝池folded-plateflocculatingtank

水流以一定流速在折板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。栅条（网格）絮凝池gridflocculatingtank

在沿流程一定距离的过水断面中设置栅条或网格，通过栅条或网格的能量消耗完成絮凝过程的构筑物。混合mixing

使投入的药剂迅速均匀地扩撒于处理水中以创造良好的凝聚反应条件。凝聚coagulation

为了消除胶体颗粒间的排斥或破坏其亲水性，使颗粒易于直互接触而吸附的过程。

絮凝flocculation(1)完成凝聚的胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集，以形成较大絮状颗粒的过程。曾用名”反应”。

(2)高分子絮凝剂在悬浮固体和胶体杂质之间吸咐架桥的过程。

3.1胶体的稳定性3.1.1胶体的双电层结构3.1.2胶体之间的相互作用——DLVO理论3.1.3胶体的稳定性水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：①固相表面对水中某种离子的特异吸附；②极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受pH控制；3.1.1胶体的双电层结构③颗粒表面离子化能团的离解，特别是高分子有机物因其极性能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：COOH–R–NH2）④某些离子型晶体（结晶物质）缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理起作用。{[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双电层内层双电层外层双电层结构：电位离子层（内层）与反离子层（外层）构成了胶体粒子的双电层结构。图3－1硅胶团的结构示意图电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核ξ电位Ψ电位胶核：胶体微粒的核心。胶体颗粒的最内层双电层内层

电位离子层：在胶核表面,吸附了一层同号电荷的离子而形成的离子层。电位离子层所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性和电荷量决定了双电层总电位的符号和大小。双电层的外层

反离子层：按其与胶核的紧密程度，又分为吸附层和扩散层

反离子吸附层：紧靠电位离子，并随胶核一起运动，和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。反离子扩散层：固定层以外的那部分反离子。它由于受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。

滑动面：吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动面

胶粒：通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒胶团：胶粒与扩散层组成的电中性胶团，称为胶团。由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，故胶粒总是带电的，其电量等于表面电荷数与吸附层反离子电荷数之差，其电性与电位离子电性相同。电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相凑近和接触碰撞，并在水分子的无规则撞击下做布朗运动，使胶粒长期稳定地分散于水中。

ζ电位的大小反映胶粒带电的多少，可以用来衡量胶体稳定性的大小。ζ电位愈高，胶体的稳定性就愈高。电位决定了胶体的聚集稳定性

3.1.2胶体之间相互作用——DLVO理论

DLVO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

由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见右图。图3－3胶体的双电层模型当x=ob时，排斥势能最大，称为势垒；当x<oa或x>oc时，表现为吸引势能，可能相吸；

但是x>oc时，距离很远，吸引势能较弱，不能相吸；

x<oa时，吸引势能较强，能相吸。当oa<x<oc时，排斥势能占优势，胶粒相斥。加入相反电荷离子的电解质，降低排斥能逐渐转化为吸引力，胶体颗粒发生凝聚，以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体。讨论胶体的电动电位（ζ电位）：当胶体粒子运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使胶粒产生剩余电荷（其量等于脱离胶团的反离子所带电荷数值，符号与电位离子相同），使胶粒与扩散层之间形成一个电位差，此电位称为胶体的电动电位，常称为ζ电位。总电位或ψ电位：胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位差则称为总电位或ψ电位。在总电位一定时，扩散层愈厚，ζ电位愈高，反之，扩散层愈薄，ζ电位愈低。3.1.3水中胶体的稳定性胶体稳定性：是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。分为“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。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。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－胶体带电稳定性（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍－胶体的溶剂化作用稳定性（亲水性胶体）注：憎水胶体：动力学稳定性和带电稳定性起主要作用亲水胶体：水化作用稳定性起主要作用

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。本节完返回本章目录3.2混凝机理3.2.1硫酸铝在水中的化学反应3.2.2胶体的凝聚机理3.2.3胶体的絮凝机理3.2.4影响混凝效果的因素3.2.1硫酸铝在水中的化学反应

1三价铝离子离解出来：将硫酸铝投入水中后。

2在pH≤4的条件下，水溶液中的Al3＋以六水合铝离子

[A1(H2O)6]3＋为主要存在形态。

3pH值升高，[A1(H2O)6]3＋就会发生水解、聚合或配合反应，生成各种羟基合铝离子。随着pH值的升高，水解逐级进行，最终将形成氢氧化铝沉淀。实际反应要复杂得多1压缩双电层2吸附电中和作用3吸附架桥作用4网捕卷扫作用

3.2.2胶体的凝聚机理1压缩双电层

根据DLVO理论，加入电解质能够使胶体颗粒的双电层变薄，排斥能降到较小时，两颗粒接近时，由排斥力变为吸引力为主，胶体颗粒间凝聚。即：

电解质加入→置换出等量电荷的反离子→压缩双电层→

电位→稳定性→凝聚

压缩双电层定义:

向水中投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低ζ电位，并使扩散层厚度缩小。这种作用称为压缩双电层。示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三角洲。注：各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的：在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的能力随离子价的增高而加大。凝聚能力离子价数6

。

实验表明：对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时：用一价离子，浓度需25～150mmol／L；用二价离子浓度只要0.5～2mmol／L；用三价离子则浓度可小到0.01～0.1mmol／L。

这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。注：该机理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吸附电中和作用

吸附电中和作用是指胶体颗粒表面对异号离子，异号胶粒或带异号电荷的高分子有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，来降低电位，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。

3吸附架桥作用如果投加的化学药剂是具有能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能连结，团聚成絮凝体而被除去，这就是吸附架桥作用。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；

如下图所示：图3－4架桥模型示意图图3－5胶体保护示意图4网捕卷扫作用

向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来这称为网捕卷扫作用。小胶粒与大矾花发生接触凝聚－澄清池中发生如下图所示。

图3－6网捕卷扫硫酸铝的混凝机理

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；3.2.3胶体的絮凝机理

絮凝：脱稳的胶体或悬浮物聚集成大的絮凝体

颗粒脱稳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（perikineticflocculation）：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。同向絮凝（orthokineticflocculation）：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

3.2.4影响混凝效果的因素1概述影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：①原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；②投加的凝聚剂种类与数量；③使用的絮凝设备及其相关水力参数。2影响因素（1）水温影响水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：①无机盐水解吸热；②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；④水温与水的pH值有关对策：选用抗低温性能好的混凝剂，如PAC、FeCl3；增加混凝剂用量；投加助凝剂，如活化硅酸；投加粘土以增加矾花比重。（2）水的pH和碱度影响

水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象等密切有关。当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。

石灰投量按下式估算：

[CaO]=3[a]–[x]+[δ]（3-13）式中，[CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L；

[a]：混凝剂投量，mmol/L；

[x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；

[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25～0.5mmol/L（CaO）。一般石灰投加量通过试验决定。（3）水中悬浮物浓度的影响

杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有：

①加高分子助凝剂；

②加粘土

③投加混凝剂后直接过滤如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。（4）水中有机污染物的影响

有机物会保护胶体，阻碍胶体颗粒间的碰撞，阻碍混凝剂与胶体颗粒间的脱稳凝聚作用。可采取的对策有：①投加氧化剂破坏有机物的保护作用；②加大混凝剂的投加量。（5）混凝剂种类与投加量的影响

混凝剂种类不同，水解特性不同，适用的水质也不同。投加量增加，一般来说，混凝效果增加，但超过最佳投加量不经济。

（6）混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式：干投：指固态混凝剂直接投加到要处理的原水中；湿投：指将混凝剂配置成一定浓度的水溶液，然后再投加到要处理的原水中。不同的混凝剂投加方式不同，产生的混凝效果不同。最好据混凝实验确定。

（7）水力条件的影响水力条件：水力强度和作用时间混合：要求快速，剧烈的水力或机械搅拌T<2min

絮凝：搅拌强度和水流速度逐渐减小，T随颗粒去除的方法不同而定。

本节完返回本章目录3.3混凝剂3.3.1

混凝剂和助凝剂3.3.2

混凝剂的发展方向3.3.1

混凝剂和助凝剂

1混凝剂

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3-1。

表3-1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。有机合成高分子混凝剂

高分子絮凝剂一般都是线型高分子聚合物，它们的分子呈链状，并由很多链节组成。聚丙烯酰胺(PAM（CH2CHCONH2）n)是一种使用最广的高分子絮凝剂，常作为助凝剂发挥吸附架桥作用，与其它混凝剂一起使用，能产生良好的混凝效果。高分子混凝剂的凝聚作用如下图所示。图3－7高分子混凝剂的凝聚作用2助凝剂

定义：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。

注：助凝剂本身可起凝聚作用，也可以不起凝聚作用，但与混凝剂一起使用时，它能促进水的混凝过程，产生大而结实的矾花。

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。3混凝剂和助凝剂的选择原则混凝效果好；对人体无危害；使用方便；货源充足，价格低廉；新型药剂要有卫生许可。3.3.2混凝剂发展方向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：

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：

天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻微生物絮凝剂本节完返回本章目录3.4混凝动力学

3.4.1异向絮凝3.4.2同向絮凝3.4.3理想絮凝反应器3.4.4混凝控制指标混凝动力学：研究颗粒碰撞速率N和混凝速率的问题，即混合（凝聚）过程和絮凝过程中的动力学称为混凝动力学（主要研究絮凝动力学）。絮凝过程：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。

3.4.1异向絮凝动力学

颗粒的碰撞速率：(3-1)

式中：Np：颗粒的碰撞速率；

DB：布朗运动扩散系数，cm2/s；

为水的运动粘度，cm2/s；

ρ为水的密度，g/cm3；

n：时刻t时的颗粒数量浓度，个/cm3

d：颗粒的直径，cm。

因此：，T为水的绝对温度，K；(3-2)

结论：Np只与颗粒数量浓度和水温成正比，而与颗粒尺寸无关。（实际上，当颗粒的粒径大于1m，布朗运动基本消失。）

3.4.2同向絮凝动力学

1层流理论层流条件下颗粒的碰撞示意见图3-8。颗粒的碰撞速率按下式计算：(3-3)

适用于层流状态的水流，不适用于实际紊流状态水流

G值的计算：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3-9。设在时间内，隔离体扭转了角度，于是角速度为：

(3-4)

图3－8层流条件下颗粒碰撞示意图图3－9速度梯度计算图示

转矩为：(3-5)

于是单位体积水所耗功率p为：(3-6)

由于，故(3-7)

当采用机械搅拌时，p由机械搅拌器提供。当采用水力絮凝池时，p应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：

(3-8)

则采用水力絮凝池时，

(3-9)

代入2同向紊流理论

同向紊流理论：①外部施加的能量形成大涡旋；②大涡旋将能量输送给小涡旋；③小涡旋将能量输送给更小的涡旋；④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；（3-10）式中，紊流扩散系数，为相应于尺度的脉动速度，为（3-11）故（3-12）

结论：G增加碰撞机率增加絮凝效果增加,但破碎程度也增加。此现象尚未很好从理论上得到描述。缺点：仍然代入到层流的颗粒碰撞速率N0公式中，N0仍然不是紊流状态下的颗粒碰撞速率。

3.4.3理想絮凝反应器PF型CSTR型、多级串联CSTR型PF＋CSTR型例题：已知K=5.14x10-5，G=30s-1。要求n0/n=4。试求：1.采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？2.采用CSTR型反应器所需絮凝时间为多少分钟？3.采用4个型CSTR反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？习题3-1设原水悬浮物体积浓度φ=5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数α=1，水温按15℃计。设计流量Q=360m3/h。搅拌功率P=195W。试求：⑴絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？⑵采用3座同体积机械絮凝池（按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与⑴同。搅拌总功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=100，P2=60W，P3=35W，颗粒数量浓度最后降低百分之几？3.4.4混凝控制指标自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。用G可以来判断混合和絮凝的程度：

混合（凝聚）过程：与G有关。此阶段要求剧烈搅拌是为了尽快分散药剂，进而药剂能够尽快水解、凝聚。此阶段杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。

平均G＝700－1000s-1，时间通常在10～30s，时间<2min絮凝过程：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。在此阶段，通常以G值和GT值作为控制指标。平均G＝20－70s-1，GT＝1～104－105

随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。本节完返回本章目录3.5混凝剂的配制与投加3.5.1投加流程3.5.2计量与投加方式3.5.3投加量自动控制

1投加流程a投配方法：干投法与湿投法（实践中多用湿投法）

b投配流程图：溶解池溶液池计量设备投加设备混合设备药剂图3－10

溶药、配药及投药过程和设备示意图补充内容：溶解池和溶液池容积的计算：溶解池容积W1

：

W1=（0.2～0.3）W2

（3-14）式中：W2为溶液池容积，m3

。（3-15）式中：W2——溶液池容积，m3Q——处理的水量，m3/ha——混凝剂最大投加量，mg/Lc——溶液浓度，一般取5%～20%n——每日调制次数，一般不超过3次2计量与投加方式

（1）计量设备转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。（2）投加方式泵前投加：药剂投加在原水泵的吸水管或吸水喇叭口处。安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱是为防止空气进入，见图3-11。高位溶液池重力投加：指药剂从较高的溶液池靠自动流向并加注到原水。适用溶液池位置较高时。见图3-12。水射器投加：利用高压水通过水射器喷嘴和喉管之间形成的真空抽吸作用将药剂吸入，再借助水的余压将药液注入原水。设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损，见图3-13。泵投加：利用泵将电能转化为动能将药液投注到原水。有计量泵（不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合）和离心泵投加。见图3-14。图3－11泵前投加1－溶解池；2－提升泵；3－溶液池；4－恒位箱；5－浮球阀6－投药苗嘴；7－水封箱；8－吸水管；9－水泵；10－压水管

（返回）

图3－12高位水箱溶液重力投加1－溶解池；2－溶液池；3－提升泵；4－水封箱；5－浮球阀；6－流量计；7－调节阀；8－压力水（返回）

图3－13水射器投加1－溶解池；2－投药箱；3－漏斗；4－水射器；5－压水管；6－高压水管（返回）

图3－14计量泵投加1－溶液池；2－计量泵；3－压水管（返回）

3投加量自动控制（1）最佳投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量

一般采用混凝搅拌试验，确定最佳混凝剂投加量，然后进行人工调节。

（2）自动控制方法数学模型法：根据水质、水量建立数学模型，写出程序交计算机执行调控。需要大量的生产数据、涉及仪表多。现场模拟试验法：根据试验结果反馈到投药，仍有一定滞后。流动电流检测器（SCD）：流动电流是指胶体扩散层中反离子在外来作用下随流体流动而产生的电流。本节完返回本章目录3.6混凝设施3.6.1混合设施3.6.2絮凝（反应）设施

3.6.1混合设施

1水泵混合投药投加在水泵的后的压水管中。借助水流混合。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于150m。混合设施的任务：

迅速均匀地将药剂扩散到水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。这一过程要求搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流，但混合时间要短，一般不超过2分钟。

2管式混合

a管式静态混合器：在管道内设置按一定角度交叉的固定叶片，使水流经多次分流，同时产生涡流方向旋转及交叉流动，达到充分混合的目的。见图3-15。

b扩散混合器，是在管式孔板混合器前加一个锥形配药帽（锥形帽夹角90°），药剂与水流冲到锥形帽后扩散形成剧烈的紊流，从而药剂与原水充分混合。见图3-16

设计注意：顺流方向投影面积为进水管总截面面积的1/4，开孔面积为进水管总截面面积的3/4，流速为1.0~1.5m/s，混合时间2~3s。水头损失约0.3~0.4，直径在DN200~DN1200。返回

3机械混合在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或推进式。见图3-17

优点：混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。图3－17

机械搅拌混合池返回

3.6.2絮凝设施絮凝设施的任务使细小矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀除去。反应设备中要求水流有适宜的搅拌强度，既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。因此，搅拌强度比混合阶段要小，但时间比较长。

1隔板絮凝池隔板絮凝池分往复式和回转式，见图3-18与图3-19。

图3－19（a）隔板絮凝池实例图3－19（b）隔板絮凝池实例

（1）隔板絮凝池的水头损失：由局部水头和沿程水头损失组成往复式总水头损失一般在0.3～0.5m

回转式的水头损失比往复式的小40％左右（2）隔板絮凝池的设计参数：

①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4～6段；

②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2～1.5倍；

③絮凝时间：20～30min；

④隔板间距：不大于0.5m，池底应有0.02～0.03坡度直径不小于150mm的排泥管；

⑤廊道的最小宽度不小于0.5m；

⑥各段的水头损失

总水头损失（3）隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂。设计隔板絮凝池时，应符合下列要求：1

絮凝时间一般宜为20～30min；2

絮凝池廊道的流速，应按由大到小渐变进行设计，起端流速宜为0.5～0.6m/s，末端流速宜为0.2～0.3m/s；3

隔板间净距宜大于0.5m。

2折板絮凝池通常采用竖流式，它是将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”，如图3-20。波峰相对安装称“异波折板”，如图3-21。与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，但安装维修较困难，折板费用较高。

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设计折板絮凝池时，宜符合下列要求：1

絮凝时间一般宜为12～20min；2

絮凝过程中的速度应逐段降低，分段数不宜少于三段，各段的流速可分别为：第一段：0.25～0.35m/s；第二段：0.15～0.25m/s；第三段：0.10～0.15m/s；3

折板夹角采用90°～120°；4第三段宜采用直板。

3

机械絮凝池

机械絮凝池的剖面示意见图3-22。搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。

（1）设计参数

①絮凝时间10~15分。

②池内一般设3～4挡搅拌机。

③搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，线速度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。

④桨板总面积宜为水流截面积的10～20％，不宜超过75％，桨板长度不大于叶轮半径的75％，宽度宜取10～30cm。（2）优缺点机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、中、小水厂均可，但维修是问题。设计机械絮凝池时，应符合下列要求：1

絮凝时间宜为15～20min；2

池内设3～4挡搅拌机；3

搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；4

池内宜设防止水体短流的设施。

4网格、栅条絮凝池

网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。网格（栅条）絮凝池的示意图见图3-24。

网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。其设计参数见表3-2

网格和栅条絮凝池在不断完善和发展之中，絮凝池宜与沉淀池合建，一般布置成两组并联形式。每组设计水量一般为1.0～2.5万m3/d之间。表3-2栅条、网格絮凝池主要设计参数

絮凝池型絮凝池分段栅条缝隙或网格孔眼尺寸mm板条宽度mm

竖井平均流速（m/s）过栅或过网流速（m/s竖井之间孔洞流诉（m/s)栅条或间格构件布设层数（层）/层距（cm）絮凝时间（mm）流速梯度（s-1）栅条絮凝池前段（安放