混凝反應計算

1、水與混凝劑的混合與絮凝反應一、混凝劑的配制與投配    由于混凝劑配制過程中勞動強度較大，工作條件較差，因此在設計中必須考慮工人運轉操作的方便，并保持一個良好的工作環(huán)境。 混凝劑的投配分干投法與濕投法，我國大都用濕投法。如混凝劑是塊狀或粒狀，則需先加以溶解，配成一定濃度后再投入水中，因此需要一套溶藥、配藥及投藥設備。    溶藥池是把塊狀或粒狀的藥劑溶解成濃溶液，對難溶的藥劑或在冬季水溫低時，還可用蒸氣或熱水來加熱，但一般只要適當攪拌即可溶解，藥劑溶解后可流入溶液池，配成一定濃度，配制時也要適當攪拌，設計中每班配制溶液次數(shù)不宜過多。&

2、#160;   藥劑的溶解應視用藥量大小，藥劑的性質可采用水力，機械或壓縮空氣等攪拌方式。一般藥量小時采用水力攪拌，藥量大時采用機械攪絆。溶液池應采用兩個，交替使用。池子的出液管宜高出池底100毫米，保證藥劑中的雜質不被帶出。    溶藥池、溶液池、攪拌設備、泵及管道都應考慮防腐。當采用FeCl3時，工作間的墻面和地面也要考慮防腐。       藥劑的溶解、配液、投加過程可見下圖溶液池的容積 可按下式計算：      

3、0;                 (1.25)式中 a混凝劑最大用量（毫克升）；Q處理的水量(米3小時)；b溶液濃度，按藥劑固體重量百分數(shù)計算，一般用10-20；n每晝夜配制溶液的次數(shù)，一般為26次，甩手工操作時不宜多于3次。溶藥池的容積1可按下式估算：              1（0.20.3） &#

4、160;             (1.26)    下圖所示為水力溶藥池，水從切線方向進入溶藥池溶解藥劑，然后溢流入溶液池，其結構簡單，使用方便，適宜于小水量。   當用石灰調節(jié)水的堿度時，還要考慮將石灰粉碎，用量大時，宜設粉碎機，可用生石灰(市售石灰含4080CaO)制成石灰飽和溶液或石灰乳(可按純CaO含量的25考慮)再行投配，石灰乳的配制要用機械或水泵攪拌，石灰溶液中雜質較多，易堵塞管嘴。圖1.11為水泵攪拌系統(tǒng)示意圖

5、。    藥液的投配應能準確計量、靈活調節(jié)、設備簡單、便于操作。    采用計量泵最簡便可靠，我國生產(chǎn)的計量泵型號較多，足以供給投藥使用。    水射器也是常用的一種設備，它用于向壓力管內投加藥液，因一般水廠內的給水管都有較高壓力，因此使用方便，見圖1.12。     重力投加系統(tǒng)中常用孔口計量設備，見圖1.13，藥液液位由浮球閥保持恒定，在液位h的作用下孔口的出流量是不變的,只要調節(jié)孔口的大小就可調節(jié)加藥量?？装宓臉嬙炜梢妶D1.14。   &#

6、160; 投藥管道與零件宜用耐酸材料，并要便于沖洗，疏通。    藥劑倉庫應在加藥間旁，盡量靠近投藥點，藥劑的固定儲量一般按1530天最大投藥量計算，其周轉儲量根據(jù)供藥點的遠近與當?shù)剡\輸條件而異。二、混合設備    混合的作用在于迅速、均勻地將藥劑擴散到水中。藥液進一步溶解和它所產(chǎn)生的膠體與水中的膠體、懸浮物等接觸后，就形成了微小的礬花。這一過程要求水流產(chǎn)生激烈的湍流，當使用多種藥劑時，可根據(jù)試驗結果先后加入水中。當專設混合池時，其混合時間一般不得超過2分鐘。     藥劑的混合可用機械或水力的方法。&#

7、160;   機械混合可用漿板式攪拌機，因能調節(jié)轉速，適應不同水質，故混合效果好，消耗的功率可按每立方米設備容積需要0.75千瓦來估算。圖1.15所示為漿板式機械混合池。    當一泵站與絮凝反應設備距離很近時，一般盡量利用水泵葉輪進行混合。將藥液加于水泵吸水管或吸水井中，可以得到好的混合效果。此法可節(jié)省設備，但對水泵葉輪有輕微腐蝕，使用時應注意避免空氣進入水泵。    如一泵站距反應池較遠，此時可將藥劑溶液投入離反應池前一定距離(應不小于50倍管道直徑)的進水管中，使藥劑與水在管道內混合，也有較好的效果。

8、60;   水力混合可采用隔板式(參看隔板式反應池)，穿孔板式(圖1.16)和渦流式(圖1.17)等設備。三、絮凝反應設備     在混合作用完成后，水中膠體等微小顆粒已經(jīng)有初步凝聚現(xiàn)象，產(chǎn)生了細小的礬花，其尺寸可達5微米以上，雖比水分子大得多，不再產(chǎn)生布朗運動，但還沒有達到完全靠重力能下沉那樣的尺寸(例如0.61.0毫米)。絮凝反應設備(簡稱反應設備)的任務就是使細小礬花逐漸絮凝成較大顆粒而便于沉淀。這種設備須滿足下列要求：1要求水流有適當?shù)奈闪鞒潭?，為細小的礬花創(chuàng)造最好的相碰接觸機會和吸附條件，并防止較大的礬花下沉。紊流程度太強烈，雖然相碰

9、接觸機會更多，但相碰太猛，也不能互相吸附。當?shù)\花逐漸長大時，則更易破碎，所以在礬花長大過程中，最好逐漸降低紊流程度。 2.為了讓礬花逐漸長到0.61.0毫米的尺寸，有一個過程，也就需要有一個攪拌時間，在這個時間內。經(jīng)過紊動攪拌，微粒不斷相碰、結合，尺寸逐漸變大，數(shù)目逐漸變少。礬花長大資料表1.2反應時間30秒1分鐘5分鐘10分鐘2535分鐘粒度40m80m0.3毫米0.5毫米0.6毫米     表1.2 給出了礬花逐漸長大的資料。圖1.18為局部礬花結構示意圖。圖中以短線 (有的接近小點)表示混凝劑所產(chǎn)生的膠體。從圖中可看出各種顆粒大小的相對關系(但不包

10、括高分子助凝劑所產(chǎn)生的膠體)。    反應設備的主要設計參數(shù)為攪拌強度與攪拌時間。攪拌強度常用相鄰兩水層中兩個顆粒運動的速度梯度來表示。速度梯度以G表示，是指由于攪拌在垂直水流的dy距離上的速度差du的比值                               &

11、#160;   (1.27)    圖l.19(a)表示在dy長度內，流速u沒有增量，即du=0的情況，兩個顆粒繼續(xù)前進時，仍然保持dx距離，因此不能相撞。圖1.19(b)表示在2y長度內，流速u增量du0的情況，d1顆粒的速度為u+du，du>0，因此當它們繼續(xù)前進時，d1顆粒一定會追上d2顆粒，但要發(fā)生兩個顆粒相碰的現(xiàn)象，還需dy½(d1+d2)這個條件。    正是由于這個速度差，才引起相鄰水層的兩個顆粒的碰撞。速度差越大，速度快的顆粒越易趕上速度慢的顆粒，而間距越小也越易相碰?？梢哉J為速度梯

12、度G實質上反映了顆粒碰撞的機會或次數(shù)。    根據(jù)水力學原理，兩層水流間的摩擦力F和水層接觸面積A間有如下關系：                                       

13、   (1.28)    單位體積液體攪拌所需功率為                                        (1.29)   

14、 將式(1.28)代入（1.29）即得                                             (1.30)式中P單位體積水流所需功率(公

15、斤·米秒·米3)；水的動力粘滯系數(shù)(公斤·秒米2)；G水流速度梯度(秒-1)。     當用機械攪拌時，P即為單位體積液體所耗機械的功率。當用水力攪拌時，式中P可按水頭損失計算：                               

16、          (1.31)式中Q池中流量（米3/秒）；    水的容量（公斤/米3）；    h水流過池子的水頭損失（米）；    V池容量（米3）。    根據(jù)目前給水和廢水處理已有的反應池運轉數(shù)據(jù)的計算，平均速度梯度G值約在10100秒-1范圍內。GT值可間接地表示整個反應時間T內顆粒碰撞的總次數(shù)，可用來控制反應效果，如G已定的條件下，可增加T來改善反應效果。GT值在10410

17、5 之間。    從混合的攪拌反應看，混合時間小于2分鐘時可用G5001000秒-1，混合時間達5分鐘時G<5001000秒-1。    根據(jù)研究，顆粒間碰撞的機率N與速度梯度G的關系如下：                             

18、60;    (1.32)式中N單位時間的單位體積溶液中的顆粒碰撞次數(shù)   n1n2單位體積內具有d1、d2顆粒的數(shù)目。因實際水流中顆粒的組成與水流運動狀況很為復雜，上式只是粗略說明：在顆粒濃度和粒徑一定的條件下，顆粒間相碰的次數(shù)是與水流速度梯度有關。在G值的推導中，應用層流的概念在理論上也是有缺陷的，但在實際應用中速度梯度G還是為公眾所接受的。當同一種顆粒時，假定部分顆粒相撞后將永遠粘結在一起，則經(jīng)過攪拌時間t后，總的顆粒數(shù)將下降為         &#

19、160;                                (1.33)式中，nt時的總顆粒數(shù)(顆粒濃度)；      n0為0時的總顆粒數(shù)；      a0碰撞后粘結在一起的次數(shù)占總次數(shù)

20、的分數(shù)；      t攪拌時間；      G攪拌強度(速度梯度)；          ft為0時單位液體中顆粒所占體積(顆粒的體積比)                                  &#