天然水体一般 5-78 三、混凝过程 1.凝聚( coagulation) 带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和一一电位↓一一脱稳一一凝聚, 生长成约d=10u 特点:剧烈搅拌,瞬间完成 →在混合设备中完成 2.絮凝( flocculation) 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒一一生长成大矾花d=0.6-1.2mm 特点:需要一定时间,搅拌从强→弱 →在絮凝中设备完成 第4节混凝剂和助凝剂 混凝剂 种类有不少于200-300种 分类 硫酸铝 适宜pH:55~8 铝系明矾 聚合氯化铝(PAC) 聚合硫酸铝(PAS) 无 三氯化铁 适宜pH:5~11,但腐蚀性强 机铁系硫酸亚铁 硫酸铁(国内生产少) 聚合硫酸铁 聚合氯化铁 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) 人工非离子型:聚丙烯酰胺(PAM),聚氧 合成化乙烯(PEO) 有 两性型 使用极少 机「天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂 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) 无机一有机复合: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:阳离子有机化合物 天然改性高分子絮凝剂:无毒易降解,如甲壳素等
11 天然水体一般 pH=6.5-7.8 三、混凝过程 1．凝聚（coagulation） 带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和――ζ电位↓――脱稳――凝聚， 生长成约 d=10μ 特点：剧烈搅拌，瞬间完成 →→在混合设备中完成 2．絮凝（flocculation） 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒――生长成大矾花 d=0.6-1.2mm 特点：需要一定时间，搅拌从强→弱 →→在絮凝中设备完成 第 4 节 混凝剂和助凝剂 一、混凝剂 种类有不少于 200－300 种。 分类： 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 无 机 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 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） 人工 合成 两性型： 使用极少 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 有 机 天然 微生物絮凝剂 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：阳离子有机化合物 天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素等
多功能絮凝剂:絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂 、助凝剂 可以参加混凝,也可不参加混凝 1.酸碱类:调整水的pl,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 第5节混凝动力学 颗粒间的碰撞是混凝的首要条件一一混凝动力学 异向絮凝 由布朗运动造成的碰撞,主要发生在凝聚阶段 颗粒的碰撞速率Np=8/(3vp)KT n:颗粒数量浓度 :运动粘度 凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。Np只与颗粒数量有关,而与颗粒粒径无关。 当颗粒的粒径大于1μum,布朗运动消失。 、同向絮凝 由水力或机械搅拌产生。其理论仍在发展之中。最初的理论基于层流的假定。 碰撞速率N0=4/3n2d3G d:颗粒粒径 G=△U△Z速度梯度)(相邻两流层的速度增量) 可由水流所耗功率p来计算 p=tGt:剪切应力 p:单位体积流体所耗功率,Wm 按照牛顿定律t=uG G=√p/(1)(1943年发明的理论,甘布公式) 动力粘度,P p:水流所耗功率,W/m
12 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂 二、助凝剂 可以参加混凝，也可不参加混凝。 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（SiO2 nH2O）、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 第 5 节 混凝动力学 颗粒间的碰撞是混凝的首要条件――混凝动力学 一、异向絮凝 由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。 颗粒的碰撞速率 Np＝8/(3νρ) KTn2 n：颗粒数量浓度 ν：运动粘度 凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。Np 只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。 当颗粒的粒径大于 1μm，布朗运动消失。 二、同向絮凝 由水力或机械搅拌产生。其理论仍在发展之中。最初的理论基于层流的假定。 碰撞速率 N0＝4/3 n2 d3 G d：颗粒粒径 G＝ΔU/ΔZ(速度梯度)（相邻两流层的速度增量） 可由水流所耗功率 p 来计算。 p＝τG τ：剪切应力 p：单位体积流体所耗功率，W/m3 按照牛顿定律 τ＝μG (1/s) (1943 年发明的理论，甘布公式) μ：动力粘度，Pa s p：水流所耗功率，W/m3 G = p / μ
水力搅拌时pV=pgQh(由水流本身能量消耗提供) 水流体积V=QT VvT v:运动粘度,m2/s h:水头损失,m 水流在混凝设备中的停留时间 但存在问题: 层流假设→基于紊流理论的颗粒碰撞机率计算? 微涡旋理论 G增加→碰撞机率增加→絮凝效果増加 但破碎程度也增加。 此现象尚未很好从理论上得到描述 三、混凝控制指标 用G可以来判断混合和絮凝的程度 混合(凝聚)过程:G=700-1000s,但剧烈搅拌是为尽快分散药剂 时间通常在10~30s,一般<2min 絮凝过程 :不仅与G有关,还与时间有关。 平均G=20-70s,GT=1~104-105 实际设计,采用V和T,反过来校核GT或者平均G 最近采用:GTC(建议值100),C:颗粒浓度 第6节混凝影响因素 主要包括:水温、水化学特性、杂质性质和浓度、水力条件(前面已有叙述) 水温 低温,混凝效果差,原因是: 1)无机盐水解吸热 2)温度降低,粘度升高一一布朗运动减弱 3)胶体颗粒水化作用增强,妨碍凝聚 pH及碱度 视混凝剂品种而异 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,最佳pH范围也不同。 需碱度来调整pH,碱度不够时需要投加石灰。 三、水中杂质浓度 杂质浓度低,颗粒间碰撞机率下降,混凝效果差。 对策:1)加高分子助凝剂 2)加粘土 3)投加混凝剂后直接过滤
13 水力搅拌时 pV＝ρgQh（由水流本身能量消耗提供） 水流体积 V＝QT ν：运动粘度，m 2 /s h：水头损失，m T：水流在混凝设备中的停留时间 但存在问题： 层流假设→基于紊流理论的颗粒碰撞机率计算？ 微涡旋理论 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。 三、混凝控制指标 用 G 可以来判断混合和絮凝的程度： 混合（凝聚）过程：G＝700－1000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂 时间通常在 10～30s，一般<2min 絮凝过程 ：不仅与 G 有关，还与时间有关。 平均 G＝20－70s-1， GT＝1～104 －105 实际设计，采用 V 和 T，反过来校核 GT 或者平均 G 最近采用：GTC（建议值 100），C：颗粒浓度 第6节 混凝影响因素 主要包括：水温、水化学特性、杂质性质和浓度、水力条件（前面已有叙述） 一、水温 低温，混凝效果差，原因是： 1）无机盐水解吸热 2）温度降低，粘度升高――布朗运动减弱 3）胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚 二、pH 及碱度 视混凝剂品种而异。 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，最佳 pH 范围也不同。 需碱度来调整 pH，碱度不够时需要投加石灰。 三、水中杂质浓度 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。 对策：1）加高分子助凝剂 2）加粘土 3）投加混凝剂后直接过滤 T gh G ν =
四、混凝效果的评价 烧杯试验( Jar test) 第7节混凝设备 混凝剂的配制与投配 一般采用液体投加的方式 1.投配流程 药剂一溶解池一溶液池一计量设备一投加设备一混合设备 2.剂量与投加方式 计量:流量计(转子、电磁)、孔口、计量泵 投加方式:泵前投加,虹吸投加,水射器投加,泵投加 3.投加量自动控制 最佳投加量:既定水质目标的最小混凝剂投加量 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。 自动控制方法:数学模型法: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。 絮凝监测器:利用光电原理检测水中絮凝颗粒变化 、混合设备 水泵混合:投药投加在水泵吸水口或管上。 管式混合:管式静态混合器、扩散混合器,混合时间2-3秒 机械混合:搅拌 三、絮凝设备 ◆隔板絮凝池:由往复式和回转式两种 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03-0.5m,回转式的水头损失比往复式的小40%左右。 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 流速:起端0.5-0.6m/s,末端0.2-0.3m/s 段数:4-6段 絮凝时间:20-30分 隔板间距:不大于0.5m 121 图1517回转式隔板絮凝池 图15-16往复式隔板絮凝池
14 四、混凝效果的评价 烧杯试验（Jar test） 第 7 节 混凝设备 一、混凝剂的配制与投配 一般采用液体投加的方式。 1．投配流程： 药剂－溶解池－溶液池－计量设备－投加设备－混合设备－ 2．剂量与投加方式 计量：流量计（转子、电磁）、孔口、计量泵 投加方式：泵前投加，虹吸投加，水射器投加，泵投加 3．投加量自动控制 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。 自动控制方法：数学模型法：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。 絮凝监测器：利用光电原理检测水中絮凝颗粒变化 二、混合设备 水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。 管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间 2－3 秒 机械混合：搅拌 三、絮凝设备 ♦隔板絮凝池：由往复式和回转式两种 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。 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 设计参数：流速：起端 0.5-0.6m/s，末端 0.2-0.3m/s 段数：4－6 段 絮凝时间：20－30 分 隔板间距：不大于 0.5m
◆折板絮凝池:通常采用竖流式,与隔板式相比 水流条件大大改善,有效能量消耗比例提高,絮凝 时间10-15分 但安装维修较困难,折板费用较 488 图15-18单通道折板絮凝池剖面示意 (a)同彼折板;(b)异波折板 ◆机械絮凝池: 浆板式和叶轮式 水平轴式和垂直轴式 调节容易,效果好,大、中、小水厂均可 但维修是问题。 图1520机械絮凝池剖面示意 (a)水平轴式;(b)垂直轴式 1一桨板;2一叶轮;3-旋转轴;4-隔墙 ◆穿孔旋流 ◆不同形式的组合 第8节混凝的应用 给水处理 以地面水为水源时,去除浊度和细菌 经混凝沉淀后一般浊度小于10度 废水处理 1.工业废水:用于处理一些特殊的废水,脱色、去除悬浮物等 ◆印染废水处理:适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。 混凝剂的选择与染料种类有关,需做混凝试验
15 ♦折板絮凝池：通常采用竖流式，与隔板式相比， 水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝 时间 10－15 分 但安装维修较困难，折板费用较高 ♦机械絮凝池： 浆板式和叶轮式 水平轴式和垂直轴式 调节容易，效果好，大、中、小水厂均可 但维修是问题。 ♦穿孔旋流 ♦不同形式的组合 第 8 节 混凝的应用 一、给水处理 以地面水为水源时，去除浊度和细菌。 经混凝沉淀后一般浊度小于 10 度 二、废水处理 1．工业废水：用于处理一些特殊的废水，脱色、去除悬浮物等 ♦印染废水处理：适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。 混凝剂的选择与染料种类有关，需做混凝试验