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1、城市水工程运行与管理城市水工程运行与管理电子教案电子教案篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第第3章章 混凝工艺的运行与管理混凝工艺的运行与管理水的混凝处理：去除胶体颗粒及细小的悬浮物，是一种化学方法。混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花 主要对象：胶体颗粒，如黏土颗粒、细菌、硅胶、腐殖质等涉及到的三方面：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用3.1 混凝工艺概述混凝工艺概述3.2 工艺运行控制与管理工艺运行控制与管理3.3 常见故障原因分析与对策常见故障原因分析与对策3.1 混凝
2、工艺概述n n3.1.1 混凝机理混凝机理n n 水处理中,“凝聚”是指水中的胶体被压缩双电层的脱稳过程;“絮凝”是胶体脱稳以后或由高分子的吸附架桥作用而凝结成大颗粒絮状体的过程。混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。n n（1 1）双电层压缩机理）双电层压缩机理n n电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 压缩双压缩双电层电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚n n（2 2）吸附电中和机理）吸附电中和机理n n指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高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，来降低分子物质、胶粒等，来降低 电位。电位。n n（3 3）吸附架桥作用
3、机理）吸附架桥作用机理n n指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥桥n n高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象。现象。n n（4 4）沉淀物网捕机理）沉淀物网捕机理n n金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕3.1.2 影响混凝效果的因素n n（1 1）水的）水的pHpH值的影响值的影响n n视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pHpH下降，影响水解下降，影响水解产物形态。根据水质、去除
4、对象，最佳产物形态。根据水质、去除对象，最佳pHpH范围也不同。需范围也不同。需碱度来调整碱度来调整pHpH，碱度不够时需要投加石灰。，碱度不够时需要投加石灰。n n（2 2）水温的影响）水温的影响n n低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热；低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高布朗运动减弱；胶体颗布朗运动减弱；胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚粒水化作用增强，妨碍凝聚n n（3 3）水中杂质对混凝效果的影响）水中杂质对混凝效果的影响n n 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。对策：对策：1 1）加高分
5、子助凝剂）加高分子助凝剂 2 2）加粘土）加粘土 3 3）投加混凝剂后直接过滤）投加混凝剂后直接过滤n n（4 4）混凝剂种类的影响）混凝剂种类的影响n n混凝剂的选择主要取决于胶体和悬浮微粒的性质、浓度。混凝剂的选择主要取决于胶体和悬浮微粒的性质、浓度。n n（5 5）混凝剂投加量和投加顺序的影响）混凝剂投加量和投加顺序的影响n n通过实验确定通过实验确定n n（6 6）水力条件和絮凝时间对混凝影响）水力条件和絮凝时间对混凝影响 n n通过实验确定通过实验确定3.1.3 混凝药剂的选择n n1.1.混凝药剂的种类混凝药剂的种类混凝剂混凝剂混凝剂混凝剂助凝剂助凝剂无机盐类无机盐类高分子类高分子
6、类调节或改善混凝条件调节或改善混凝条件的助凝剂的助凝剂改善絮凝体结构的改善絮凝体结构的助凝剂助凝剂n n2.2.混凝剂的选用混凝剂的选用n n选择混凝剂的原则如下：选择混凝剂的原则如下：n n（1 1）应根据对原水的实验结果选定混凝剂与助凝剂的品种或参照类）应根据对原水的实验结果选定混凝剂与助凝剂的品种或参照类似原水条件下的现有水厂的运行经验确定；似原水条件下的现有水厂的运行经验确定；n n（2 2）药品选择要立足当地产品，以易得和价廉为首选；）药品选择要立足当地产品，以易得和价廉为首选；n n（3 3）最佳药剂和投加量必须通过实验确定；）最佳药剂和投加量必须通过实验确定；n n（4 4）处理
7、生活饮用水时药剂不得含有对人体健康有害成分，用于生）处理生活饮用水时药剂不得含有对人体健康有害成分，用于生产用水时产用水时,不得含有对生产有害的成分；不得含有对生产有害的成分；n n（5 5）如选有自行配制药剂以及利用工业废料生产的药剂）如选有自行配制药剂以及利用工业废料生产的药剂,应取得省级应取得省级以上部门的安全评价许可，还必须充分重视原料的卫生质量；以上部门的安全评价许可，还必须充分重视原料的卫生质量；n n3.3.混凝剂投加量的确定混凝剂投加量的确定n n（1 1）根据原水水质检验报告，用不同药剂做混凝实验，来确定合理）根据原水水质检验报告，用不同药剂做混凝实验，来确定合理的药剂品种及
8、投药量。的药剂品种及投药量。n n（2 2）无法做实验时，可参考相似水源有关水厂的药剂投加资料。）无法做实验时，可参考相似水源有关水厂的药剂投加资料。3.1.4 混凝工艺过程n n设计混凝工艺应着重考虑设计混凝工艺应着重考虑：n n（1 1）根据混凝处理目的，通过试验选择混凝剂品种、用）根据混凝处理目的，通过试验选择混凝剂品种、用量和量和pHpH值；值；n n（2 2）选择合适的混凝剂投加位置和方式，调制、投加浓）选择合适的混凝剂投加位置和方式，调制、投加浓度和设备；度和设备；n n（3 3）选择合适的混合、絮凝方法和设备；）选择合适的混合、絮凝方法和设备；n n（4 4）考虑与上下构筑物的衔
9、接。）考虑与上下构筑物的衔接。3.1.4.1 投药系统n n 混凝剂的投加方式较多，总体上可分为混凝剂的投加方式较多，总体上可分为干投法与干投法与湿投法湿投法两大类。两大类。n n 干投法是把易溶解的药剂粉末直接投入水中，干投法是把易溶解的药剂粉末直接投入水中，其流程如图其流程如图3-13-1所示。所示。n n 湿投法是把一定浓度的药剂溶液投入待处理的水中，流程如图3-2所示。方式方式 作用原理作用原理 优优 缺缺 点点 适用条件适用条件 重力投加重力投加 建造高位药液池，建造高位药液池，利用重力作用把药利用重力作用把药剂投入加药点剂投入加药点 优点：管理操作简优点：管理操作简单，投加安全可靠
10、单，投加安全可靠缺点：必须建高位缺点：必须建高位池池适合中小型水处理适合中小型水处理厂，输液管线不宜厂，输液管线不宜过长，以防止在管过长，以防止在管线中絮凝线中絮凝压力投加压力投加 水水射射器器 利用高压水在利用高压水在水射器喷嘴处水射器喷嘴处形成的负压将形成的负压将药液射入压力药液射入压力管管 优点：设备简单，优点：设备简单，使用方便，不受溶使用方便，不受溶液 池 高 程 所 限液 池 高 程 所 限缺点：效率较低，缺点：效率较低，药液浓度不当时，药液浓度不当时，可引起堵塞可引起堵塞 适合不同规模的自适合不同规模的自来水厂；水射器来来水厂；水射器来水压力水压力2.5102.5105 5PaP
11、a 加加药药泵泵 泵在溶液池内泵在溶液池内直接吸取药液，直接吸取药液，加入压力水管加入压力水管内内 优点：可以定量投优点：可以定量投加，不受压力管压加，不受压力管压力所限力所限缺点：价格较贵，缺点：价格较贵，养护麻烦养护麻烦 适用大中型污水处适用大中型污水处理厂或自来水厂；理厂或自来水厂；一般采用计量泵一般采用计量泵 n n湿法投加又分为湿法投加又分为湿法投加又分为湿法投加又分为重力投加重力投加重力投加重力投加和和和和压力投加压力投加压力投加压力投加两种方式。两种方式。两种方式。两种方式。n n表表表表3-1 3-1 各种投药方式的比较各种投药方式的比较各种投药方式的比较各种投药方式的比较3.
12、1.4.2 混合表表表表3-2 3-2 几种不同的混合方式优缺点及适用条件几种不同的混合方式优缺点及适用条件几种不同的混合方式优缺点及适用条件几种不同的混合方式优缺点及适用条件方方 式式 优优 缺缺 点点 适适 用用 条条 件件 管式混管式混合合 优点：设备简单，不占地优点：设备简单，不占地缺点：当流量减少时，可能在管中产生沉淀；一般的缺点：当流量减少时，可能在管中产生沉淀；一般的管道混合效果较差，采用静态混合器的效果较好，但管道混合效果较差，采用静态混合器的效果较好，但水头损失大水头损失大 适用于流适用于流量变化不量变化不大的水厂大的水厂 混合池混合池混合混合 优点：混合效果好；某些池型能调
13、水头高低，适应流优点：混合效果好；某些池型能调水头高低，适应流量变化量变化缺点：占地面积大，某些进水方式要带进大量气体缺点：占地面积大，某些进水方式要带进大量气体 适用于大适用于大中型水厂中型水厂 水泵混水泵混合合 优点：设备简单，混合充分、效果好，不需另外消耗优点：设备简单，混合充分、效果好，不需另外消耗能量缺点：吸水管较多时，投药设备要增加，安装管能量缺点：吸水管较多时，投药设备要增加，安装管理较麻烦理较麻烦适用于一级适用于一级泵房离处理泵房离处理构筑物构筑物120m120m以内的各种以内的各种规模水厂规模水厂 浆板式浆板式机械混机械混合合 优点：混合效果好，水头损失小优点：混合效果好，水
14、头损失小缺点：需耗能，管理维护较复杂缺点：需耗能，管理维护较复杂 适用于各适用于各种规模的种规模的水厂水厂 n n3.1.4.3 絮凝n n脱稳的胶体颗粒通过一定的水力条件相互碰撞、脱稳的胶体颗粒通过一定的水力条件相互碰撞、相互凝结、逐渐长大成能沉淀出去的矾花的工艺相互凝结、逐渐长大成能沉淀出去的矾花的工艺过程称为过程称为絮凝絮凝。n n要保证絮凝的顺利进行，絮凝池必须满足以下要保证絮凝的顺利进行，絮凝池必须满足以下几几个条件：个条件：n n（1 1）保证足够的絮凝时间）保证足够的絮凝时间 n n（2 2）保证适宜的搅拌强度）保证适宜的搅拌强度3.1.5 常见工艺构筑物常见工艺构筑物n n（1
15、 1）隔板絮凝池）隔板絮凝池n n由往复式和回转式两种由往复式和回转式两种n n 水头损失由局部水头和沿水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。程水头损失组成。n n 往复式总水头损失一般在往复式总水头损失一般在0.30.30.5m0.5m，回转式的水头，回转式的水头损失比往复式的小损失比往复式的小4040左左右。右。n n 特点：构造简单、管理方特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂池子大。适应大水厂n n（2 2）机械搅拌式絮凝）机械搅拌式絮凝池池n n机械絮凝池：浆板式机械絮凝池：浆板式和叶轮式和叶轮式n n水平轴式和垂直轴式水平轴式和垂直轴式
16、n n调节容易，效果好，调节容易，效果好，大、中、小水厂均可大、中、小水厂均可n n但维修是问题。但维修是问题。n n（3 3）折板絮凝池）折板絮凝池n n折板絮凝池：通常采用竖折板絮凝池：通常采用竖流式，与隔板式相比，水流式，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时量消耗比例提高，絮凝时间间10101515分分n n但安装维修较困难，折板但安装维修较困难，折板费用较高费用较高n n（4 4）网格式和栅条式絮凝池）网格式和栅条式絮凝池n n近几年发展起来的新式絮凝池近几年发展起来的新式絮凝池n n优点是效果好、时间短、水损小。缺点是安装维修比较麻优点是
17、效果好、时间短、水损小。缺点是安装维修比较麻烦烦3.2 工艺运行控制与管理工艺运行控制与管理3.2.1 药剂的配制和投加药剂的配制和投加n n（1 1）固体药剂配制）固体药剂配制n n固体药剂的配制可根据式固体药剂的配制可根据式3-13-1计算。计算。n n （3-13-1）n n式中式中 m m 固体混凝剂的量（固体混凝剂的量（kgkg）；）；n n C C欲配制药液浓度（欲配制药液浓度（%或或kg/mkg/m3 3）;n nVV欲配制药液的体积（欲配制药液的体积（mm3 3）。）。n n（2 2）液体药剂的配制）液体药剂的配制 n n液体药剂的配制可根据式液体药剂的配制可根据式3-23-2
18、计算。计算。n n n n （3-23-2）n n式中式中 C C液体混凝剂的浓度液体混凝剂的浓度(%)(%)；n nVV液体混凝剂的体积（液体混凝剂的体积（mm3 3）；）；n nC C1 1欲配制药液的浓度（欲配制药液的浓度（%）；）；n nVV1 1欲配制药液的体积（欲配制药液的体积（mm3 3）。）。n n（3 3）配制浓度的控制）配制浓度的控制n n合适的配制浓度为合适的配制浓度为5%5%15%15%，处理规模小时浓度可以小于，处理规模小时浓度可以小于5%5%，处理规模大时浓度应大于，处理规模大时浓度应大于10%10%。n n（4 4）混凝剂的投加）混凝剂的投加n n 混凝剂的投加方
19、法取决于药剂混合的方式。混凝剂的投加方法取决于药剂混合的方式。3.2.2 混凝剂加药量的确定混凝剂加药量的确定烧杯实验确定最佳投药量烧杯实验确定最佳投药量实验步骤如下：实验步骤如下：取样分析。取样分析。预搅拌。预搅拌。混合。混合。絮凝。絮凝。沉淀。沉淀。静沉过程中，应认真静沉过程中，应认真观察和记录。观察和记录。静沉过程中，分析测静沉过程中，分析测量。量。结果分析结果分析3.2.3 pH值及碱度的控制值及碱度的控制n n（1 1）pHpH值的控制值的控制 n n 聚合氯化铝允许聚合氯化铝允许pHpH值的范围值的范围 5 59 9，硫酸铝允许，硫酸铝允许pHpH值值的范围的范围6.56.57.5
20、7.5，硫酸亚铁允许，硫酸亚铁允许pHpH值的范围值的范围8.18.19.69.6，三氯，三氯化铁允许化铁允许pHpH值的范围值的范围6.46.48.48.4。n n（2 2）水中碱度的控制）水中碱度的控制n n若超出混凝剂适用范围，应补碱，一般投加石灰（因苏打、若超出混凝剂适用范围，应补碱，一般投加石灰（因苏打、烧碱价格较贵）。烧碱价格较贵）。n n石灰投药量可用下式计算：石灰投药量可用下式计算：n n （3-33-3）n n式中式中 W Wcaocao 石灰投加量（石灰投加量（mg/Lmg/L）（以无水纯）（以无水纯CaOCaO计）；计）；n nC C 混凝剂投加量（混凝剂投加量（mg/L
21、mg/L）（以无水）（以无水AlAl2 2(SO(SO4 4)3 3或或FeClFeCl3 3记）；记）；n nX X 原水碱度（原水碱度（mg/Lmg/L）（以）（以CaOCaO计）；计）；n n2020使反应顺利进行所增加的剂量使反应顺利进行所增加的剂量（mg/Lmg/L）（以）（以CaOCaO计）计）n n若若 W Wcaocao 0 0，则说明水中碱度满足要求；若，则说明水中碱度满足要求；若WWcao cao 00，则说明水中碱度不满足要求，应加石灰。，则说明水中碱度不满足要求，应加石灰。式中的式中的WcaoWcao为石灰投加量（为石灰投加量（mg/Lmg/L）。）。3.2.4 混合强
22、度的控制混合强度的控制n n其混合效果都可由两个参数进行控制，一个是速其混合效果都可由两个参数进行控制，一个是速度梯度度梯度G G(s(s-1-1)，另一个是混合时间，另一个是混合时间T T。n n（1 1）速度梯度）速度梯度G Gn n从宏观上认识，搅拌强度越大，从宏观上认识，搅拌强度越大，G G值也越大。值也越大。n n从微观上认识，从微观上认识，G G值越大，颗粒之间碰撞机会多，混合效值越大，颗粒之间碰撞机会多，混合效果越好。果越好。GG值可用下式计算：值可用下式计算：n n2 2）混合时间）混合时间T Tn n实际操作时，混合时间不宜超过实际操作时，混合时间不宜超过2min2min，如果，如果T T在在2min2min之内，之内，G G值一般应控制在值一般应控制在5005001000s1000s-1-1之间。之间。3.3 常见故障原因分析与对策常见故障原因分析与对策