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1、混凝技术课件混凝技术课件第1页，本讲稿共67页61混凝机理混凝机理混凝机理混凝机理.6.1.1 6.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念n n混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称混凝：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。为混凝，是凝聚和絮凝的总称。为混凝，是凝聚和絮凝的总称。为混凝，是凝聚和絮凝的总称。n n凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。n n絮凝：脱稳
2、胶体相互聚集称为絮凝。絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。n n混凝过程涉及：混凝过程涉及：混凝过程涉及：混凝过程涉及：水中胶体的性质；水中胶体的性质；水中胶体的性质；水中胶体的性质；混凝剂混凝剂混凝剂混凝剂在水中的水解；在水中的水解；在水中的水解；在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。胶体与混凝剂的相互作用。胶体与混凝剂的相互作用。胶体与混凝剂的相互作用。第2页，本讲稿共67页 6.1.2 6.1.2 水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性n n胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定性：是指
3、胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。状态的特性。状态的特性。状态的特性。n n胶体稳定性分胶体稳定性分胶体稳定性分胶体稳定性分“动力学稳定性动力学稳定性动力学稳定性动力学稳定性”和和和和“聚集稳定聚集稳定聚集稳定聚集稳定”两种。两种。两种。两种。n n动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。响的能力强。响的能力强。响的能力强。n n聚集稳定性包括：聚集
4、稳定性包括：聚集稳定性包括：聚集稳定性包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）；胶体带电相斥（憎水性胶体）；胶体带电相斥（憎水性胶体）；胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）n n 在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定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。胶体颗粒的性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒的性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒的性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗
5、粒的双电层结构见图双电层结构见图双电层结构见图双电层结构见图6-16-1。n n滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为 电位，决定了憎水胶体的聚电位，决定了憎水胶体的聚电位，决定了憎水胶体的聚电位，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，当集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当 电电电电位降低，水化膜减薄及至消失。位降低，水化膜减薄及至消失。位降低，水化膜减薄及至消失。位降低，水化膜减薄及至消失。第3页，本讲稿共67页 第4页，本讲稿共67页 6.
6、1.3 DLVO6.1.3 DLVO理论理论理论理论 胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，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。分别由静电斥力与范德华引力产生。分别由静电斥力与范德华引力产生。分别由静电斥力与范德华引力产生。排斥势能：排斥势能：排斥势能：排斥势能：ERER1/d21/d2 吸引势能：吸引势能：吸引势能：吸引势能：EAEA1/d61/d6（有些认为是（有些认为是（有些认为是（有些认为是1/d21/d2或或或或1/d31/d3）由此可画出胶体颗粒的相
7、互作用势能与距离之间的由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图关系，见图关系，见图关系，见图6-26-2。当胶体距离。当胶体距离。当胶体距离。当胶体距离xoaxocxoc时，吸引势能占时，吸引势能占时，吸引势能占时，吸引势能占优势；当优势；当优势；当优势；当oa x ocoa x oc时，排斥势能占优势；当时，排斥势能占优势；当时，排斥势能占优势；当时，排斥势能占优势；当x=obx=ob时，排斥时，排斥时，排斥时，排斥势能最大，称为排斥能峰。势能最大，称为排斥能峰。势能最大，称为排斥能峰。势能
8、最大，称为排斥能峰。胶体的布朗运动能量胶体的布朗运动能量胶体的布朗运动能量胶体的布朗运动能量EbEb1.5kT1.5kT，当其大于排斥能峰时，当其大于排斥能峰时，当其大于排斥能峰时，当其大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。胶体颗粒能发生凝聚。胶体颗粒能发生凝聚。胶体颗粒能发生凝聚。以上称为以上称为以上称为以上称为DLVODLVO理论，只适用于憎水性胶体，由德加根理论，只适用于憎水性胶体，由德加根理论，只适用于憎水性胶体，由德加根理论，只适用于憎水性胶体，由德加根（derjaguinderjaguin）、兰道（）、兰道（）、兰道（）、兰道（LandonLandon）(苏联，苏联，苏联，苏联，19
9、381938年独立提年独立提年独立提年独立提出出出出，伏维（，伏维（，伏维（，伏维（VerweyVerwey）、奥贝克（）、奥贝克（）、奥贝克（）、奥贝克（OverbeekOverbeek）（荷兰，）（荷兰，）（荷兰，）（荷兰，19411941年独立提出）。年独立提出）。年独立提出）。年独立提出）。第5页，本讲稿共67页 第6页，本讲稿共67页 6.1.4 硫酸铝在水中的化学反应硫酸铝在水中的化学反应 硫酸铝硫酸铝Al2（SO4）18H2O溶于水后，立溶于水后，立即离解出铝离子，通常是以即离解出铝离子，通常是以Al(H2O)63+存存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不在，但接着会发生水解与
10、缩聚反应，形成不同的产物。产物包括：未水解的水合铝离子、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铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件（水温、（水温、pH、铝盐投加量）有关，见图、铝盐投加量）有关，见图6-3 第7页，本讲稿共67页 第8页，本讲稿共67页 6.1.5 6.1.5 混凝机理混凝机理混凝机理混凝机理 1 1电性中和作用机理电性中和作用机理电性中和作用机理电性中和作用机理 电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电电性中和作用机理包括压
11、缩双电层与吸附电电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电 中和作用机中和作用机中和作用机中和作用机理，见图理，见图理，见图理，见图6-46-4。（1 1）压缩双电层）压缩双电层）压缩双电层）压缩双电层 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使双电层作用，使双电层作用，使双电层作用，使 电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。
12、产生凝聚作用。产生凝聚作用。产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚能力能力能力能力 离子价数离子价数离子价数离子价数6 6。该机理认为该机理认为该机理认为该机理认为 电位最多可降至电位最多可降至电位最多可降至电位最多可降至0 0。因而不能解释以下两种。因而不能解释以下两种。因而不能解释以下两种。因而不能解释以下两种现象：现象：现象：现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；混凝剂投加过多
13、，混凝效果反而下降；与与与与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。果。果。果。第9页，本讲稿共67页 第10页，本讲稿共67页 （2 2）吸附电性中和）吸附电性中和）吸附电性中和）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这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附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，来降带异号电荷的聚合离
14、子、高分子物质、胶粒等，来降带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低低低低 电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位电位电位电位可反号。可反号。可反号。可反号。2 2吸附架桥吸附架桥吸附架桥吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒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，架桥模型示意见图之间的架桥，架桥模
15、型示意见图之间的架桥，架桥模型示意见图之间的架桥，架桥模型示意见图6-56-5。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现但投加过多，会出现但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护胶体保护胶体保护”现象，见图现象，见图现象，见图现象，见图6-66-6；第11页，本讲稿共67页 3网
16、捕或卷扫网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的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，所需量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。混凝剂多，反之亦然。第12页，本讲稿共67页 6.1.6 硫酸铝的混凝机理硫酸铝的混凝机理 不同不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、的投加量、pH、温度等。实际上，几种可、温度等。实际上，几种可能同时存在。能同时存在。pH3 简单的水合铝离子
17、起压缩双电层简单的水合铝离子起压缩双电层作用；作用；pH=45 多核羟基络合物起吸附电性中多核羟基络合物起吸附电性中和；和；pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥；氢氧化铝起吸附架桥；第13页，本讲稿共67页62 混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂 6.2.1 6.2.1 混凝剂混凝剂混凝剂混凝剂 混凝剂应符合以下要求：混凝剂应符合以下要求：混凝剂应符合以下要求：混凝剂应符合以下要求：混凝效果好；混凝效果好；混凝效果好；混凝效果好；对人体无危对人体无危对人体无危对人体无危害；害；害；害；使用方便；使用方便；使用方便；使用方便；货源充足，价格低廉。货源充足，价格低廉。货源
18、充足，价格低廉。货源充足，价格低廉。目前混凝剂的种类有不少于目前混凝剂的种类有不少于目前混凝剂的种类有不少于目前混凝剂的种类有不少于200200300300种，分为无机与种，分为无机与种，分为无机与种，分为无机与有机两大系列，见表有机两大系列，见表有机两大系列，见表有机两大系列，见表6-16-1。与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：适用的适用的适用的适用的pHpH值范围较宽；值范围较宽；值范围较宽；值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；形成的絮凝体比铝盐
19、絮凝体密实；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；但三氯化铁腐蚀性但三氯化铁腐蚀性但三氯化铁腐蚀性但三氯化铁腐蚀性较强。较强。较强。较强。硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价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。铁氧化成三价铁。铁氧化成三价铁。铁氧化成三价铁。第14页，本讲稿共67页 聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或
20、羟基氯化铝，性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比，通常称之为碱化度尔数之比，通常称之为碱化度B，按下式计算：，按下式计算：聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的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，它的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，它的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，它的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。腐蚀性远比三氯化铁小。腐蚀性远比三氯化铁小。腐蚀性远
21、比三氯化铁小。第15页，本讲稿共67页 表表表表6-1 6-1 常用的混凝剂常用的混凝剂常用的混凝剂常用的混凝剂无无机机铝系铝系 硫酸铝硫酸铝明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PACPAC）聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PASPAS）适宜适宜pHpH：5.58 5.58 铁系铁系 三氯化铁三氯化铁硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁 适宜适宜pHpH：511511，但腐蚀，但腐蚀性强性强 有有机机 人工人工合成合成 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 国外开始增多，国内尚国外开始增多，国内尚少少 阴离子型：水解聚
22、丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAMHPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAMPAM），聚氧化乙烯），聚氧化乙烯（PEOPEO）两性型：两性型：使用极少使用极少 天然天然 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂微生物絮凝剂 第16页，本讲稿共67页 6.2.2 助凝剂助凝剂助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果助凝剂：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。广义上可参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：分为以下几类：酸碱类：调整水的酸碱类：调整水的
23、pH，如石灰、硫酸，如石灰、硫酸等；等；加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸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；）、骨胶、高分子絮凝剂；氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加机物。如投加Cl2、O3等。等。第17页，本讲稿共67页63 3 凝聚动力学凝聚动力学6.3.1 6.3.1 基本概念基本概念基本概念基本概念 混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴。畴。畴。畴。颗粒相互
24、碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布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。朗运动；在水力或机械搅拌所造成的流体运动。朗运动；在水力或机械搅拌所造成的流体运动。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异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。向絮凝。向絮凝。向絮凝。同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动同向絮
25、凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动同向絮凝：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引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝 第18页，本讲稿共67页 6.3.2 6.3.2 异向絮凝异向絮凝异向絮凝异向絮凝 颗粒的碰撞速率可按下式计算：颗粒的碰撞速率可按下式计算：颗粒的碰撞速率可按下式计算：颗粒的碰撞速率可按下式计算：(6-1)(6-1)式中：式中：式中：式中：D DB B：布朗运动扩散系数，布朗运动扩散系数，布朗运动扩散系数，布朗运动扩散系数，T T为温度，为温度，为温度，为温度，为
26、水的运动粘度，为水的密度；为水的运动粘度，为水的密度；为水的运动粘度，为水的密度；为水的运动粘度，为水的密度；因此：因此：因此：因此：(6-2)(6-2)故故故故NpNp只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无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关。但当颗粒的粒径大于关。但当颗粒的粒径大于关。但当颗粒的粒径大于1 1 mm，布朗运动消失。，布朗运动消失。，布朗运动消失。，布朗运动消失。第19页，本讲稿共67页 6.3.3 6.3.3 同向絮凝同向絮凝同向絮凝同向絮凝 1.1.层流理论层流理论层流理
27、论层流理论 层流条件下颗粒的碰撞示意见图层流条件下颗粒的碰撞示意见图层流条件下颗粒的碰撞示意见图层流条件下颗粒的碰撞示意见图6-76-7。颗粒的碰撞速率按下式计算：颗粒的碰撞速率按下式计算：颗粒的碰撞速率按下式计算：颗粒的碰撞速率按下式计算：(6-3)(6-3)在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体，离体，离体，离体，见图见图见图见图6-86-8。设在时间。设在时间。设在时间。设在时间 内，隔离体扭内，隔离体扭内，隔离体扭内，隔离体扭转了转了转了转了 角
28、度，于是角速度角度，于是角速度角度，于是角速度角度，于是角速度 为：为：为：为：(6-4)(6-4)第20页，本讲稿共67页 转矩转矩转矩转矩 为：为：为：为：(6-5)(6-5)于是单位体积水所耗功率于是单位体积水所耗功率于是单位体积水所耗功率于是单位体积水所耗功率p p为：为：为：为：(6-6)(6-6)由于由于由于由于 ，故，故，故，故 (6-7)(6-7)第21页，本讲稿共67页 当采用机械搅拌时，当采用机械搅拌时，当采用机械搅拌时，当采用机械搅拌时，p p由机械搅拌器提供。当由机械搅拌器提供。当由机械搅拌器提供。当由机械搅拌器提供。当采用水力絮凝池时，采用水力絮凝池时，采用水力絮凝池
29、时，采用水力絮凝池时，p p应为水流本身所消耗的能应为水流本身所消耗的能应为水流本身所消耗的能应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：量，由下式决定：量，由下式决定：量，由下式决定：(6-8)(6-8)则采用水力絮凝池时，则采用水力絮凝池时，则采用水力絮凝池时，则采用水力絮凝池时，(6-9)(6-9)第22页，本讲稿共67页 第23页，本讲稿共67页 2.2.同向紊流理论同向紊流理论同向紊流理论同向紊流理论 同向紊流理论：同向紊流理论：同向紊流理论：同向紊流理论：外部施加的能量形成大涡外部施加的能量形成大涡外部施加的能量形成大涡外部施加的能量形成大涡旋；旋；旋；旋；大涡旋将能量输送给不涡旋；大涡
30、旋将能量输送给不涡旋；大涡旋将能量输送给不涡旋；大涡旋将能量输送给不涡旋；小涡旋将小涡旋将小涡旋将小涡旋将能量输送给更小的涡旋；能量输送给更小的涡旋；能量输送给更小的涡旋；能量输送给更小的涡旋；只有尺度与颗粒尺寸只有尺度与颗粒尺寸只有尺度与颗粒尺寸只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；（6-106-10）式中，紊流扩散系数式中，紊流扩散系数式中，紊流扩散系数式中，紊流扩散系数 ，为相应于尺度的为相应于尺度的为相应于尺度的为相应于尺度的脉动速度，为脉动速度，为脉动速度，为脉动速度，为（6-116-11）故
31、故故故（6-126-12）第24页，本讲稿共67页 3 3混凝控制指标混凝控制指标混凝控制指标混凝控制指标 自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，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。工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌混合（凝聚）
32、过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。平均聚合、及颗粒脱稳。平均聚合、及颗粒脱稳。平均聚合、及颗粒脱稳。平均G G7001000s7001000s-1-1，时间通常，时间通常，时间通常，时间通常在在在在101030s30s，一般，一般，一般，一般2min2min散药剂，此阶段，杂质颗粒微散药剂，此阶段，杂质颗粒微散药剂，此阶段
33、，杂质颗粒微散药剂，此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。小，同时存在颗粒间异向絮凝。小，同时存在颗粒间异向絮凝。小，同时存在颗粒间异向絮凝。絮凝过程絮凝过程絮凝过程絮凝过程 ：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒：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碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G G有关，有关，有关，有关，还与时间有关。在絮凝阶段，通常以还
34、与时间有关。在絮凝阶段，通常以还与时间有关。在絮凝阶段，通常以还与时间有关。在絮凝阶段，通常以G G值和值和值和值和GTGT值作为控值作为控值作为控值作为控制指标。制指标。制指标。制指标。平均平均平均平均G G202070s70s-1-1，GTGT1 1104104105105 随着絮凝的进行，随着絮凝的进行，随着絮凝的进行，随着絮凝的进行，G G值应逐渐减小。值应逐渐减小。值应逐渐减小。值应逐渐减小。第25页，本讲稿共67页6.4 6.4 影响水混凝的主要因素影响水混凝的主要因素6.4.1 6.4.1 概述概述概述概述 影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：影响混凝效果的因素比较复杂，主要包
35、括：影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；度等；度等；度等；投加的凝聚剂种类与数量；投加的凝聚剂种类与数量；投加的凝聚剂种类与数量；投加的凝聚剂种类与数量；使用的絮凝设备及其相关水力参数。使用的絮凝设备及其相关水力参数。使用的絮凝设备及其相关水力参数。使用的絮凝设备及其相关水力参数。第26页，本讲稿共67页 6.4.2水温影响水温影响 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒水温
36、低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒水温低时，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：细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：无机盐水解吸热；无机盐水解吸热；无机盐水解吸热；无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高布朗运动减弱；布朗运动减弱；布朗运动减弱；布朗运动减弱；水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚
37、；聚；聚；聚；水温与水的水温与水的水温与水的水温与水的pHpH值有关值有关值有关值有关第27页，本讲稿共67页 6.4.3水的水的pH和碱度影响和碱度影响 水的水的水的水的pHpH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。类有关。类有关。类有关。混凝时最佳混凝时最佳混凝时最佳混凝时最佳pHpH范围与原水水质、去除对象等密范围与原水水质、去除对象等密范围与原水水质、去除对象等密范围与原水水质、去除对象等密切有关。切有关。切有关。切有关。当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成当投加金属盐类凝聚剂时，
38、其水解会生成当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成HH+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。石灰。石灰。石灰。石灰投量按下式估算：石灰投量按下式估算：石灰投量按下式估算：石灰投量按下式估算：CaO=3a x+CaO=3a x+（6-136-13）式中式中式中式中CaOCaO：纯石灰：纯石灰：纯石灰：纯石灰CaOCaO投量，投量，投量，投量，mmol/Lmmol/L；aa：混凝剂投量，：混凝剂投量，：混凝剂投量，：混凝剂投量
39、，mmol/Lmmol/L；xx：原水碱度，按：原水碱度，按：原水碱度，按：原水碱度，按mmol/Lmmol/L，CaOCaO计；计；计；计；：保证反：保证反：保证反：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取应顺利进行的剩余碱度，一般取应顺利进行的剩余碱度，一般取应顺利进行的剩余碱度，一般取0.250.5mmol/L0.250.5mmol/L（CaOCaO）。一般石灰投量通过试）。一般石灰投量通过试）。一般石灰投量通过试）。一般石灰投量通过试验决定。验决定。验决定。验决定。第28页，本讲稿共67页 6.4.4水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度的影响 杂质浓度低
40、，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。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：可采取的对策有：可采取的对策有：可采取的对策有：加高分子助凝剂；加高分子助凝剂；加高分子助凝剂；加高分子助凝剂；加粘土加粘土加粘土加粘土 投加混凝剂后直接过滤投加混凝剂后直接过滤投加混凝剂后直接过滤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，如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，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。
41、如黄河高浊度水常需投加有通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有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。机高分子絮凝剂作为助凝剂。机高分子絮凝剂作为助凝剂。机高分子絮凝剂作为助凝剂。第29页，本讲稿共67页65 混凝剂的配制与投加混凝剂的配制与投加 6.5.1 6.5.1 混凝剂的溶解和溶液配制混凝剂的溶解和溶液配制混凝剂的溶解和溶液配制混凝剂的溶解和溶液配制溶解池容积溶解池容积溶解池容积溶解池容积WW1 1：WW1 1=（0.20.30.20.3）WW2 2 （6-146-14）式中式中式中式中WW2 2为溶
42、液池容积。为溶液池容积。为溶液池容积。为溶液池容积。（6-156-15）式中：式中：式中：式中：WW2 2溶液池容积，溶液池容积，溶液池容积，溶液池容积，mm3 3QQ处理的水量处理的水量处理的水量处理的水量 mm3 3/h/haa混凝剂最大投加量，混凝剂最大投加量，混凝剂最大投加量，混凝剂最大投加量，mg/Lmg/Lcc溶液浓度，一般取溶液浓度，一般取溶液浓度，一般取溶液浓度，一般取5%20%5%20%nn每日调制次数，一般不超过每日调制次数，一般不超过每日调制次数，一般不超过每日调制次数，一般不超过3 3次次次次第30页，本讲稿共67页 6.5.2 6.5.2 混凝剂投加混凝剂投加混凝剂投
43、加混凝剂投加 混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。的水封箱以及注入设备等。的水封箱以及注入设备等。的水封箱以及注入设备等。1.1.计量设备计量设备计量设备计量设备 计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。2.2.投加方式投加方式
44、投加方式投加方式 （1 1）泵前投加）泵前投加）泵前投加）泵前投加 ：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，：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，见图图中水封箱是为防止空气进入，见图图中水封箱是为防止空气进入，见图图中水封箱是为防止空气进入，见图6-96-9。（2 2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂
45、较远者，安全可靠，但溶液池位置较高，见图但溶液池位置较高，见图但溶液池位置较高，见图但溶液池位置较高，见图6-106-10。（3 3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限）水射器投加：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，见图制，但效率低，易磨损，见图制，但效率低，易磨损，见图制，但效率低，易磨损，见图6-116-11。（4 4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，）泵投加：
46、不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，）泵投加：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，见图有利于药剂与水混合，见图有利于药剂与水混合，见图有利于药剂与水混合，见图6-126-12。第31页，本讲稿共67页 第32页，本讲稿共67页 第33页，本讲稿共67页 第34页，本讲稿共67页第35页，本讲稿共67页第36页，本讲稿共67页第37页，本讲稿共67页6.5.3 混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制 1.1.数学模拟法数学模拟法数学模拟法数学模拟法 对于某一特定水源，可根据水质、水量建立数学模型，对于某一特定水源，可根据水
47、质、水量建立数学模型，对于某一特定水源，可根据水质、水量建立数学模型，对于某一特定水源，可根据水质、水量建立数学模型，写出程序交计算机执行调控。采用数学模型实行加药自写出程序交计算机执行调控。采用数学模型实行加药自写出程序交计算机执行调控。采用数学模型实行加药自写出程序交计算机执行调控。采用数学模型实行加药自动控制的关键是：必须要有前期大量而又可靠的生产数动控制的关键是：必须要有前期大量而又可靠的生产数动控制的关键是：必须要有前期大量而又可靠的生产数动控制的关键是：必须要有前期大量而又可靠的生产数据，才可运用数理统计方法建立符合实际生产的数学模据，才可运用数理统计方法建立符合实际生产的数学模据
48、，才可运用数理统计方法建立符合实际生产的数学模据，才可运用数理统计方法建立符合实际生产的数学模型。适用特定原水条件，水质仪表多，投资大。型。适用特定原水条件，水质仪表多，投资大。型。适用特定原水条件，水质仪表多，投资大。型。适用特定原水条件，水质仪表多，投资大。第38页，本讲稿共67页 2.2.现场模拟试验法现场模拟试验法现场模拟试验法现场模拟试验法 采用现场模拟装置来确定和控制投药量是较采用现场模拟装置来确定和控制投药量是较采用现场模拟装置来确定和控制投药量是较采用现场模拟装置来确定和控制投药量是较简单的一种方法，常用的模拟装置是斜管沉淀器，简单的一种方法，常用的模拟装置是斜管沉淀器，简单的
49、一种方法，常用的模拟装置是斜管沉淀器，简单的一种方法，常用的模拟装置是斜管沉淀器，过滤器或两者并用。原水浊度低时，常用模拟过过滤器或两者并用。原水浊度低时，常用模拟过过滤器或两者并用。原水浊度低时，常用模拟过过滤器或两者并用。原水浊度低时，常用模拟过滤器，原水浊度高时可用斜管沉淀器或过滤器串滤器，原水浊度高时可用斜管沉淀器或过滤器串滤器，原水浊度高时可用斜管沉淀器或过滤器串滤器，原水浊度高时可用斜管沉淀器或过滤器串联使用。此法存在反馈滞后现象，模拟装置与生联使用。此法存在反馈滞后现象，模拟装置与生联使用。此法存在反馈滞后现象，模拟装置与生联使用。此法存在反馈滞后现象，模拟装置与生产设备存在一定
50、的差别，但与实验室相比，更接产设备存在一定的差别，但与实验室相比，更接产设备存在一定的差别，但与实验室相比，更接产设备存在一定的差别，但与实验室相比，更接近实际情况。近实际情况。近实际情况。近实际情况。第39页，本讲稿共67页 3.3.特性参数法特性参数法特性参数法特性参数法 影响混凝效果的因素复杂，在某种情况下、某影响混凝效果的因素复杂，在某种情况下、某影响混凝效果的因素复杂，在某种情况下、某影响混凝效果的因素复杂，在某种情况下、某一特性参数是影响混凝效果的主要因素，这一一特性参数是影响混凝效果的主要因素，这一一特性参数是影响混凝效果的主要因素，这一一特性参数是影响混凝效果的主要因素，这一因