1、第13章 混凝,13.1 混凝机理 13.2 混凝剂和助凝剂 13.3 混凝动力学 13.4 影响混凝剂效果的主要因素 13.5 混凝剂的配置和投加 13.6 混合与混凝设备,13.1 混凝机理（1）,13.1.1 水中胶体的稳定性 1）胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。具备这一特性的水体成为“稳定体系”。这里的胶体粒子包括：1nm1m的胶体+ 1m 左右的悬浮物；“长期”是相对于水在水处理构筑物内的停留时间而言的，一般给水工程12h。问题：为什么在研究混凝理论时不谈“悬浮物及其稳定性”？,2）胶体稳定性分类动力学稳定性 + 聚集稳定性动力学稳定性指布郎运动对抗重力影响的能
2、力， 粒子越小布郎运动越强，相对于其质量的重力影响越小。聚 集稳定性指胶体之间不能相互聚集的特性，其原因在于胶体粒子表面同性电荷斥力与水化膜的阻碍作用，阻止小颗粒胶体不能相互聚集形成大颗粒， 为动力学稳定性的存在打下基础。由此可见，一旦破坏了聚集稳定性，也就逐步消除了动力学稳定性，水中胶体聚集脱稳，发生沉淀。这就是混凝课题的关键。,13.1 混凝机理（2）,13.1 混凝机理（3）,3）胶体双电层结构模型胶体颗粒由胶核、滑动面组成，胶核表面带负电荷，负电荷层吸引了溶解于水中的正离子，这层正离子层分隔胶核与水溶液，构成滑动面。DLVO理论，E=EA-ER0时,颗粒凝聚。,13.1 混凝机理（4）
3、,13.1.2 硫酸铝在水中的化学反应 硫酸铝的研究意义：历史最久，应用最广，作用机理最有代表性。 硫酸铝（Al2(SO4)318H2O)）在水中离解出铝离子，铝离子以多种水合( Alx (H2O) y(3x-y)+)形态存在，以适应水中不同总电位胶体的聚合与配对。这些不同水合形态存在比例受水PH值影响最大。问题：为什么硫酸铝的混凝效果受PH值影响最大？,13.1 混凝机理（5）,13.1.3 混凝机理DLVO理论仅能解释带电荷胶体混凝机理，而不能解释水化膜等其它类型胶体的混凝沉淀问题。比较一致的看法认为水中的混凝作用主要有三部分构成：电性中和；吸附架桥和卷扫（或网捕）。电性中和在水中投加电解
4、质以降低胶粒的电位，既排斥能量。 吸附架桥高分子连接两个以上胶粒，形成大颗粒，高分子的作用就是架起胶粒之间的桥梁。 卷扫（网捕）由絮凝剂形成的大量氢氧化物沉淀时，可以卷扫、网捕水中胶粒，共同沉淀。,13.2 混凝剂和助凝剂,本节学生自己阅读理解习题：列表归纳各种絮凝剂的特点，表中栏目如下：名称、代号、化学式、物态、颜色、价格比较、适用条件。,13.3.1 异向絮凝异向絮凝由布郎运动所造成的颗粒碰撞聚集。动力学结论颗粒粒径1m存在异向絮凝，与温度和颗粒数量浓度的平方成正比。数学关系如下：Np=8KTn2/3 （15-5） 13.3.2 同向絮凝同向絮凝由紊流水流中与颗粒同尺度的涡流推动的颗粒间的
5、碰撞，有利于颗粒间的聚集。数学关系如下：,13.3 混凝动力学,13.3.3 混凝控制指标混凝自药剂与被处理水均匀混合起至大颗粒絮凝体形成为止的工艺过程。絮凝脱稳胶体相互聚集过程。速度梯度G=（/)1/2混凝控制指标G 或 G T.G=2070s-1； G T=11041105选择控制指标的意义混凝工艺过程反应器设计、运行工艺参数控制。,13.3 混凝动力学,13.4 影响混凝效果的主要因素（1）,13.4.1 水温（难干预因素） 1）无机混凝剂水解是吸热反应，低温不利（5）； 2）水温低，水的黏度大，布郎运动弱，不利于碰撞； 3）水温低，水化作用强； 4）水温低，Ph值高。 13.4.2 水
6、的PH值和碱度(可干预因素） 1）因不同混凝剂的水解反应而异； 2）碱度影响混凝剂的水解反应； HCO3-1 + H+ CO2 + H2O,13.4 影响混凝效果的主要因素（2）,13.4.3 水中悬浮物浓度（可干预因素） 1）过高，需加大混凝剂的投加量，投加聚铝和高分子助凝剂；预处理。2）过低，碰撞速率减小，投加铝盐或铁盐和高分子助凝剂；投加矿物颗粒（黏土）；直接过滤。,13.5 混凝剂的配置和投加(1),13.5.1 混凝剂溶液和溶液配置湿法投加的优点：容易与原水充分混合；不易堵塞入口，管理方便；投加量易于控制。 1）混凝剂溶液在溶解池中，配置成完全溶解的适当浓度，因混凝剂不同而不同，一般
7、1030%。在溶液池中，稀释成投加浓度，因混凝剂种类、投加量不同而不同， 一般210%。浓度过高不利水解和混合；过低，投药系统设施则大。2）溶液的配置先在溶解池中溶解，再送入溶液池中稀释（调制）。W1=(0.20.3)W2 ; W2 c n=24 a Q 式中：W1溶解池容积；W2 溶液池容积; c 溶液浓度；n一天调制次数；a投加浓度； Q处理水流量。,13.5 混凝剂的配置和投加(2),13.5.2 混凝剂投加 1）投加系统包括：计量设备、药液提升设备、溶解（液）池、溶液箱、注入设备。板书加药系统图。 2）投加方式泵前投加、高位溶液池重力投加、泵投加。 3）投加量自动控制数学模型前馈（原水
8、浊度、 p H、水温等），后馈（出水浊度），加数学模型；现场模拟试验模拟斜管沉淀器、过滤器，由其出水浊度控制。特性参数法流动电流检测器（SCD）法、透光率法。,13.6 混合与絮凝设备(1),13.6.1 混合设备 1）混合设备的功能实现药剂与水的快速均匀混合。 2）混合设备的种类水泵混合、混合池、管式混合、机械混合。水泵混合混合效果好、无专用设备、节省动力；忌腐蚀、泵要靠近后续设施。 管式混合管内设孔板或文丘管（11.5m/s,23s）、折流板、管式混合器(L0.5m,hf=0.30.4m) 。 机械混合在专用混合池内加装搅拌装置，产生速度梯度(7001000s-1,1030s)，混合效果好
9、， 易于控制；造价高,维护量大。,13.6 混合与絮凝设备(2),13.6.2 絮凝设备 1）絮凝设备的功能原水与药剂经混合后，形成肉眼可见的大的密实絮凝体，且水体清澈透明。2）絮凝设备的种类隔板反应池、旋流反应池、涡流反应池、折板反应池、孔室旋流反应池、 机械反应池、组合式反应池。 3）絮凝设备的原理使脱稳的胶体逐步聚集成更大的颗粒，形成絮凝体（矾花），使吸附架桥、 网捕作用尽可能得到充分发挥。为此，必须为水体提供适当的碰撞机会，但又要防止形成的絮凝体被碰碎。,13.6 混合与絮凝设备(2),13.6.3 常见絮凝设备,13.6 混合与絮凝设备(3),13.6.4 絮凝设备结构与设计本节重点讲解隔板絮凝池的结构和设计过程，其它池型简单介绍。 1）隔板絮凝池的结构与工作过程板书结构图，边绘边讲解，突出以下三个结构特点： 廊道由窄变宽，流速由大变小；湾道由小变大，碰撞由强变弱；池底由浅变深、颗粒由小变大。,13.6 混合与絮凝设备(4),13.6 混合与絮凝设备(5),3)设计要点： n2, T=2030min。 Vn=0.50.60.20.3 m/s，分段有级变化。 隔板净距an 0.5m。 超高 0.3 m。 弯道断面积=1.21.5廊道断面积。 池底坡向出口排泥口，i=23%,排泥管直径150mm 反应效果用G（1075s-1)或G T(104105)校核。,
