水污染控制工程課件教學作者孫體昌婁金生第6章混凝

1第6章混凝7/22/20232第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/20233第6章混凝6.5.2膠體脫穩(wěn)的機理6.5.3硫酸鋁混凝機理分析6.6影響混凝效果的主要因素6.6.1水質的影響6.6.2混凝劑的影響6.6.3水利條件的影響6.7絮凝池的設計6.7.1設計指標的確定6.7.2隔板絮凝池設計6.7.3折板絮凝池設計6.7.4機械攪拌絮凝池設計6.7.5柵條(網(wǎng)格)絮凝池設計6.7.6機械攪拌澄清池設計6.8混凝的優(yōu)缺點及應用實例

7/22/20234第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/2023混凝是向水中投加藥劑（常稱為混凝劑），先快速混合，使藥劑均勻分散在水中，然后慢速混合，使水中難以沉淀的膠體顆粒互相聚合形成大的可沉降絮體的過程?；炷山档驮臐岫群蜕龋コ喾N有機物、某些重金屬和放射性物質等。它既可以自成獨立的處理系統(tǒng)，又可以與其他處理單元組合，作為預處理、中間處理和最終處理過程，還可用于污泥脫水前的濃縮過程?；炷奶幚韺ο笫撬械哪z體粒子以及微小懸浮物。57/22/20236進水混合快速攪拌反應慢速攪拌澄清出水沉渣混凝劑配制和投加混凝劑混凝包括凝聚與絮凝兩個過程，凝聚是指膠體失去穩(wěn)定性的過程，絮凝則指膠體脫穩(wěn)后聚結成大顆粒絮體的過程。從藥劑與水均勻混合起直至大顆粒絮體形成為止，在工藝上總稱混凝過程。能起凝聚與絮凝作用的藥劑統(tǒng)稱為混凝劑。完成絮凝作用的設備為絮凝池（也稱反應池）?；炷墓に嚵鞒袒炷墓に嚵鞒?/22/202376.1混凝劑的配制和投加6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制混凝劑的投配方法分干投法與濕投法兩種；濕投法是將塊狀或粒狀混凝劑溶解成濃藥液，然后通過耐腐蝕泵或射流泵將濃藥液送入溶解池，用自來水稀釋到所需濃度后再投入水中的方法。濕投法系統(tǒng)包括藥劑溶解、配制、計量、投加等過程。藥劑的溶解可采用水力、機械或壓縮空氣等攪拌方式，其中用的較多的是機械攪拌。7/22/20238水力溶解采用壓力水對藥劑進行沖溶和淋溶，適用于小水量和易溶解的藥劑。其優(yōu)點是可以節(jié)省機電等設備，缺點是效率較低，溶藥不夠充分。壓縮空氣溶解一般在溶解池底部設置環(huán)形穿孔布氣管。氣源一般由空壓機提供，適用于各種藥劑和各種規(guī)模的廢水處理，但不宜用作較長時間的石灰乳液連續(xù)攪拌。機械溶解方法大多采用電動攪拌機。適用于各種藥劑和各種規(guī)模的廢水，具有溶解效率高、溶藥充分、便于實現(xiàn)自動控制操作等優(yōu)點，因而被普遍采用?；炷齽┑娜芙夂腿芤旱呐渲?/22/20239設計和選用攪拌機時應注意：

①轉速，攪拌機轉速有減速和全速兩種，減速攪拌機一般為100～200r/min，全速一般為1000～1500r/min；②結合轉速選用合適的葉片型式和葉片直徑，常用的葉片型式有螺旋槳式、平板式等；③采用防腐蝕措施和耐腐蝕材料，尤其在使用強腐蝕藥劑時。攪拌機適用于大、中、小尺寸的溶解池7/22/202310電動機減速機傳動或減速器軸桿葉片溶解池機械攪拌設備7/22/202311混凝劑投加設備包括計量設備、藥液提升設備、投藥箱、必要的水封箱及注入設備等。根據(jù)不同的投藥方式或投藥量控制系統(tǒng)，所用設備也有所不同（1）投加地點與方式泵前投加：一般投加在水泵吸水管進口處或吸水管中，利用水泵葉輪轉動使藥劑充分混合，從而可省去混合設備。原水管中投加：是最常用的方式，但根據(jù)廢水處理工藝和生產管理的需要，也可投加在原水總管上也可投加在各絮凝池的進水管中。加藥管應采用耐腐蝕材料。6.1.2混凝劑的投加7/22/202312（a）重力投加系統(tǒng)需設置高位溶液池，利用重力將藥液投入水中溶液池與投藥點水位高差應滿足克服輸液管的水頭損失并留有一定的余量重力投加輸液管不宜過長，并力求平直，以避免堵塞和氣阻重力投加時，溶液池的液面標高應通過計算確定，一般高于絮凝池或澄清池水面3m以上。加藥管盡量按最短路線敷設以減小水頭損失。重力投加適宜于中小水量，且投加點較集中的場合。投加方式7/22/202313吸水喇叭口處重力投藥7/22/202314吸水管內重力投藥7/22/202315（b）壓力投加有水射器和加藥泵兩種方法利用水射器投加具有設備簡單、使用方便、不受溶液池高程所限等優(yōu)點，但效率較低，且需另外設置水射器壓力水系統(tǒng)。加藥泵投加通常采用計量泵。計量泵同時具有壓力輸送藥液和計量兩種功能，與加藥自控設備和水質監(jiān)測儀表配合，可以組成全自動投藥系統(tǒng)，達到自動調節(jié)藥劑投加量的目的。目前常用的計量泵有隔膜泵和柱塞泵。采用計量泵投加具有計量精度高、加藥量可調節(jié)等優(yōu)點，適應于各種規(guī)模的廢水處理，但計量泵價格較高。7/22/202316水射器壓力投加計量裝置溶液池閥門投藥箱水射器漏斗原水進水管7/22/202317

計量泵壓力投藥計量泵溶液池進水管新建以及改建的處理廠大多已采用計量泵投加方式。7/22/202318（2）提升設備由攪拌池或儲液池到溶液池，以及當溶液池高度不滿足重力投加條件時均需設置藥液提升設備，最常用的是耐腐蝕泵常用的耐腐蝕泵：1）耐腐蝕金屬離心泵：型號有IH、F、BF等，其過流部件的材料采用耐腐蝕的金屬材料。另一種是泵體采用金屬材料，但其過流部件采用耐腐蝕塑料，型號有FS等，這種泵較常采用

2）塑料離心泵：泵體用聚氯乙烯等塑料制成，型號有SB、101、102型等；3）耐腐蝕液下立式泵：型號有Fy型等。這種泵的泵體及加長部件均采用耐腐蝕金屬材料制成，適宜用于地下儲液池等場合7/22/202319第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/2023206.2對混合的要求及混合設備6.2.1混合的基本要求與方式混合是將藥劑充分、均勻地擴散于水中的工藝過程，是取得良好混凝效果的重要前提對混合設施的基本要求是通過對水的強烈攪動，在很短時間內使藥劑均勻地擴散到水中，即采用快速混合方式。為了使藥劑均勻分布于水體中，可采用水流斷面上多點投加，或者采用強烈的攪拌，使藥劑迅速均勻地擴散到水體中。混合設施與后續(xù)處理構筑物(反應池、沉淀池等)的距離越近越好，盡可能采用直接連接的方式。7/22/202321式中：G是速度梯度，s-1；P是輸入功率，W；V是混合設施體積，m3；μ是水的動力粘度，Pa·s；Q是水流量，m3/s；t是停留時間，s根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，混合階段的G值一般取700～1000s-1反映混合程度的指標主要為速度梯度G值：7/22/202322混合方式還與混凝劑種類有關。當使用高分子絮凝劑時，由于其作用機理主要是絮凝，故只要求使藥劑均勻地分散于水體中，而不要求采用“快速”和“劇烈”的混合?；旌系幕疽笈c方式混合的主要方式管式混合水力混合水泵混合機械攪拌混合7/22/2023236.2.2混合設備（1）管式混合器常用的管式混合有管道靜態(tài)混合器、孔板式混合器、文氏管式管道混合器、擴散混合器等，其中管道靜態(tài)混合器應用較多。管道靜態(tài)混合器是在管道內設置多節(jié)固定葉片，使水流成對分流，同時產生渦旋反向旋轉及交叉流動，從而獲得混合效果。管式靜態(tài)混合器7/22/202324管式擴散混合器是在孔板混合器前加上錐形配藥帽錐形帽的頂角為90°，錐形帽順水流方向的投影面積為進水管總面積的1/4，孔板開孔面積為進水管總面積的3/4，混合器管節(jié)長度L≥500mm孔板處的流速取1.0～2.0m/s，混合時間為2～3s，速度梯度G值約為700～1000s－1。管式擴散混合器7/22/202325管式擴散混合器7/22/202326（2）機械攪拌混合池機械攪拌混合池機械攪拌機采用較多的為槳板式和推進式。槳板式結構簡單，加工制造容易，但效率比推進式低。推進式效率較高，但制造較復雜。有條件時宜首先考慮采用推進式攪拌機為避免產生共同旋流，應在混合池中設置豎直固定擋板。7/22/202327機械攪拌混合池可以在要求的混合時間內達到需要的攪拌強度，滿足速度快、均勻充分混合的要求，水頭損失小，并可適應水量、水溫、水質等的變化，可取得較好的混合效果，適用于各種規(guī)模的處理廠和使用場合混合池可采用單格或多格串聯(lián)混合池停留時間一般為10～60s（有的國家建議混合時間為l～5min），G值一般采用500～1000s－1機械攪拌機一般采用立式安裝，為減少共同旋流，可將攪拌機軸中心適當偏離混合池的中心。機械攪拌混合池7/22/202328（3）水泵混合水泵混合是利用水泵葉輪產生的渦流而達到混合的一種方式（與前面加藥方式類似）采用水泵混合應注意的要點是：①藥劑可投加入每臺水泵的吸水管中，或者吸水喇叭管處，不宜投在吸水井；②為防止空氣進入水泵，投藥管中不能有空氣，需在加藥設施中采取適當?shù)拇胧?；③投加點距絮凝池的距離不能過長，以避免在原水管中形成絮凝體；當所用藥劑有腐蝕性時，應考慮對水泵的腐蝕問題。7/22/202329不同混合方式的特點水力混合雖設備簡單，但難以適應水量、水溫等條件的變化，故已很少采用；機械混合可以適應水量、水溫等的變化，但相應增加了機械設備；水泵混合沒有專用的混合設施，但水泵與絮凝池相距必須較近；管式混合無需設置專用混合池，混合效果較好，但受水量變化影響較大。具體采用何種形式應根據(jù)廢水處理的工藝布置、水質、水量、藥劑品種等因素綜合確定。7/22/202330第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/2023316.3絮凝設備完善的絮凝反應，必須具備兩個主要條件：①具有充分絮凝能力的顆粒；②保證顆粒獲得適當?shù)呐鲎步佑|而又不被破碎的水力條件。（1）機械絮凝池完成絮凝過程的設備稱絮凝池，按輸入能量的方式不同，可分為機械絮凝池和水力絮凝池：通過電機或其他動力帶動葉片進行攪動，使水流產生一定的速度梯度，不消耗水流自身的能量，其絮凝所需的能量由外部輸入。7/22/2023326.3絮凝設備（2）水力絮凝池利用水流自身能量，通過流動過程中的阻力給液體輸入能量，表現(xiàn)為絮凝過程中產生一定的水頭損失除了采用上述兩種絮凝池形式外，另一種是通過沉淀泥渣的回流，增加顆粒的濃度，以增加顆粒接觸碰撞和吸附的機會，即澄清工藝7/22/2023336.3.1幾種常用的絮凝池（1）

隔板絮凝池水流以一定流速在隔板之間通過而完成絮凝過程的絮凝池稱為隔板絮凝池。如果水流方向為水平的，稱為水平隔板絮凝池；如果水流為上下豎向的，稱垂直隔板絮凝池水平隔板絮凝池是應用最早且較普遍的一種，隔板的布置可采用來回往復的形式。為減少能量損失，以后又發(fā)展了一種把180°的急劇轉折改為90°轉折的回轉式隔板絮凝池7/22/202334水平隔板絮凝池的不同形式a)往復式隔板絮凝池

b)回轉式隔板絮凝池7/22/202335往復式隔板絮凝池：水平隔板絮凝池的隔板的布置可采用來回往復的形式，水流沿槽來回往復前進，流速則由大逐漸減小。為達到流速遞減的目的，有兩種措施：一是將隔板間距從起端至末端逐步放寬，池底相平；一是隔板間距相等，從起端至末端池底逐漸降低。回轉式隔板絮凝池：把水流槽180°的急劇轉折改為90°轉折，一般水流由池中間進入，逐漸回轉流向外側，最高水位出現(xiàn)在池的中間，而出口處的水位基本與沉淀池水位相配合?；剞D式隔板絮凝池更適合于對原有水池提高水量時的改造。隔板絮凝池7/22/202336往復式與回轉式相結合的形式充分考慮到絮凝初期增加顆粒的碰撞是主要因素，而后期則應著重于避免絮體的破碎。雙層隔板絮凝池當處理水量較小時，為了控制絮凝槽內的流速，并避免槽的寬度太窄，隔板絮凝池也可以布置成雙層。上、下層分別設置隔板串聯(lián)運行隔板的布置可以是來回的，也可以是回流的。水流可以先通過下層隔板再進入上層，也可以先經(jīng)過上層再流入下層，一般認為先進下層可以避免積泥對于規(guī)模較小的絮凝池，雙層隔板絮凝可以充分利用空間而節(jié)省用地，并可與沉淀池深度保持一致而利于結構設計。7/22/202337（2）折板絮凝池折板絮凝池是在隔板絮凝池的基礎上改造而發(fā)展起來的。從20世紀70年代應用以來，取得了成功經(jīng)驗，成為目前應用較普遍的形式之一這種折板絮凝池的總絮凝時間由以往的20～30min（隔板絮凝池）縮減至15min左右，絮凝效果良好折板絮凝池的布置方式按照水流方向可分成豎流式和平流式兩種，目前采用豎流式較多根據(jù)折板相對位置的不同又可分為異波和同波兩種形式7/22/202338豎流式折板絮凝池的不同形式異波折板是將折板交錯布置，使水流速在通過收縮段時最大，通過擴張段時最小，從而產生絮凝反應所需要的紊動同波折板是將折板平行布置，使水的流速保持不變，水在流過轉角處產生紊動。異波折板絮凝池同波折板絮凝池垂直隔板(平行直板)絮凝池7/22/202339折板絮凝池可布置成多通道或單通道，單通道是指水流沿兩折板間不斷循序流行，多通道則指將絮凝反應池分隔為若干區(qū)格，各區(qū)格內設一定數(shù)量的折板，水流按各區(qū)格逐格通過。絮凝反應池可設計為3～6段，同隔板絮凝反應池一樣，折板間距應根據(jù)水流速度由大到小而改變。目前為提高大規(guī)模的廢水處理的效果，采用不同形式的折板相組合，即多通道折板絮凝反應池，第一階段可采用異波，第二階段采用同波，第三階段采用平板。折板絮凝池7/22/202340多通道折板絮凝反應池的布置形式7/22/202341（3）機械攪拌絮凝池機械攪拌絮凝池通過機械帶動葉片而使液體運動完成絮凝。葉片可以作旋轉運動或上下往復運動分為水平軸式和垂直軸式兩種，攪拌葉片目前多用條形漿板，有時也布置成網(wǎng)狀形式為了適應絮凝過程中G值變化的要求和提高絮凝的效率，機械攪拌絮凝池一般采用多級串聯(lián)對于較大規(guī)模的絮凝池，各級分設攪拌器，為適應絮凝體形成的規(guī)律，第一級攪拌強度最大，而后逐級減少，從而速度梯度G值也相應由大變小攪拌強度取決于攪拌器轉速和槳板面積。小規(guī)模的機械絮凝池也可采用一根傳動軸帶動不同回轉半徑槳板的形式7/22/202342水平軸式機械攪拌絮凝池進水出水攪拌槳板攪拌器軸攪拌速度池壁7/22/202343垂直軸式機械攪拌絮凝池池壁攪拌槳板攪拌器軸隔墻進水出水7/22/202344（4）

柵條(網(wǎng)格)絮凝池柵條(網(wǎng)格)絮凝池是在沿流程一定距離(一般為0.6～0.7m)的過水斷面中設置柵條或網(wǎng)格通過柵條或網(wǎng)格的能量消耗完成絮凝過程當水流通過網(wǎng)格時，相繼收縮、擴大，形成渦旋，造成顆粒碰撞，所需絮凝時間相對較少。7/22/202345柵條網(wǎng)格柵條（網(wǎng)格）絮凝池示意圖7/22/202346柵條絮凝池一般由上、下翻越的多格豎井所組成，各豎井的過水斷面尺寸相同，因而平均流速也相同。為了控制絮凝過程中G值的變化，絮凝池前段采用密型柵條或網(wǎng)格，中段采用疏型柵條或網(wǎng)格，末段可不放置柵條或網(wǎng)格。柵條或網(wǎng)格可采用木材、扁鋼、鑄鐵或水泥預制件組成。由于柵條比網(wǎng)格加工容易，因而應用較多柵條(網(wǎng)格)絮凝池的分格數(shù)一般采用8～18格，但也可以通過降低豎井流速，以減少分格數(shù)的布置，其分格數(shù)僅為3～6格。柵條（網(wǎng)格）絮凝池7/22/202347澄清池則將絮凝和沉淀兩個過程綜合于一個構筑物中完成，在澄清池中保留有一定高濃度的活性絮體，稱為泥渣層，當脫穩(wěn)雜質隨水流與泥渣層接觸時，便被泥渣層阻留下來，使水得到澄清這種把泥渣層作為接觸介質的過程，實際上也是絮凝過程，一般稱為接觸絮凝。在絮凝的同時，雜質從水中分離出來，清水在澄清池上部被收集澄清池形式很多，按水與泥渣的接觸情況，分為循環(huán)（回流）泥渣型和懸浮泥渣（泥渣過濾）型兩大類6.3.2澄清池7/22/202348循環(huán)泥渣型澄清池是利用機械或水力的作用，使部分沉淀泥渣循環(huán)回流以增加和水中雜質的接觸碰撞和吸附機會，提高混凝的效果一部分泥渣沉積到泥渣濃縮室，大部分泥渣又被送入絮凝室重新與原水中的雜質碰撞和吸附，如此不斷循環(huán)在循環(huán)泥渣型澄清池中，加注混凝劑后形成的新生微絮粒和絮凝室出口呈懸浮狀態(tài)的高濃度原有大絮粒之間進行接觸吸附，也就是新生微絮粒被吸附結合在原有粗大絮粒（即在池內循環(huán)的泥渣）之上而形成較為結實易沉的粗大絮粒。機械攪拌澄清池和水力循環(huán)澄清池就屬于此種形式循環(huán)（回流）泥渣型7/22/202349懸浮泥渣型澄清池是使上升水流的流速等于絮粒在靜水中靠重力沉降的速度，絮粒處于既不沉淀又不隨水流上升的懸浮狀態(tài)，當絮粒集結到一定厚度時，就構成泥渣懸浮層原水通過時，水中的雜質有充分的機會與絮粒碰撞接觸，并被懸浮泥渣層的絮粒吸附、過濾而截留下來由于懸浮泥渣層是處于懸浮狀態(tài)，所以為了與循環(huán)泥渣的接觸絮凝相區(qū)別，就把這種接觸絮凝稱作泥渣過濾脈沖澄清池和懸浮澄清池就屬于此種類型懸浮泥渣（泥渣過濾）型7/22/202350與沉淀池不同的是，沉淀池池底的沉泥均被排除而未被利用，而澄清池則充分利用了沉淀泥渣的絮凝作用，排除的是只經(jīng)過反復絮凝的多余泥渣其排泥量與新形成的泥渣量相等，泥渣層始終處于新陳代謝狀態(tài)中，因而泥渣層能始終保持著接觸絮凝的活性由于澄清池重復利用了有吸附能力的絮粒來澄清原水，因此可以充分發(fā)揮混凝劑的凈水效率澄清池的優(yōu)點7/22/202351澄清池循環(huán)泥渣型脈沖式懸浮泥渣型機械攪拌式澄清池的類型水力循環(huán)式懸浮式由于近年來國內對懸浮澄清池及水力循環(huán)澄清池已較少應用，故著重敘述機械攪拌澄清池和脈沖澄清池7/22/202352機械攪拌澄清池利用安裝在同一根軸上的機械攪拌裝置和提升葉輪，使進入第一絮凝室的水流，先通過攪拌葉片緩慢回轉，使水中雜質能和泥渣相互凝聚吸附，并保持泥渣呈懸浮狀態(tài)，進而通過提升葉輪將泥渣水從第一絮凝室提升到第二絮凝室繼續(xù)混凝反應以結成更大的顆粒，從第二絮凝室出來經(jīng)過導流室進入分離區(qū)在分離區(qū)內，由于過水斷面的面積突然增大，流速降低，絮凝狀顆粒與清水靠密度差而實現(xiàn)分離沉下的泥渣除部分通過泥渣濃縮室排出以保持泥渣平衡外，大部分泥渣則通過攪拌、提升裝置在池內不斷與原水再度循環(huán)。機械攪拌澄清池7/22/202353進水管三角配水槽透氣管投藥管攪拌槳提升葉輪集水槽出水管泥渣濃縮室排泥管排泥罩攪拌軸第一絮凝室第二絮凝室導流室沉降分離室機械攪拌澄清池剖面示意圖7/22/202354特點處理效率高，運行較穩(wěn)定，對原水濁度、溫度和處理水量的變化適應性較強適用條件無機械刮泥時，進水濁度一般不超過500度，短時間內不超過1000度；有機械刮泥時，進水濁度一般為500～3000度，短時間內不超過5000度，當超過5000度時，應加設預沉池機械攪拌澄清池的單位面積產水量較大，適用于大、中型處理水廠。與其他形式的澄清池比較，其機械設備的日常管理和維修工作量較大。機械攪拌澄清池7/22/202355脈沖澄清池工作原理：利用脈沖發(fā)生器，將進入水池的原水脈動地流入池底配水系統(tǒng)，在配水管的孔口處以高速噴出，并激烈地撞在人字形穩(wěn)流板上，使原水與混凝劑在配水管與穩(wěn)流板之間的狹窄空間中，以極短的時間進行充分的混合和初步絮凝，形成微絮粒然后通過穩(wěn)流板縫隙整流后，以緩慢速度垂直上升，在上升過程中，絮粒則進一步凝聚，逐漸變大變重而趨于下沉，但因上升水流的作用而被托住，形成了懸浮泥渣層。7/22/202356由于懸浮泥渣具有一定的吸附性能，在進水“脈沖”的作用下，懸浮泥渣層有規(guī)律地上下運動，時疏時密。這樣有利于絮粒的繼續(xù)碰撞和進一步接觸絮凝，同時也能使懸浮泥渣層的分布更趨均勻當水流上升至泥渣濃縮室頂部后，因斷面突然擴大，水流速度變慢，因此，過剩的泥渣流入濃縮室，從而使原水得以澄清，并向上匯集于集水系統(tǒng)而流出過剩的泥渣則在濃縮室濃縮后排出池外。脈沖澄清池工作原理7/22/202357采用真空泵脈沖發(fā)生器的澄清池剖面示意圖進水室真空泵進氣閥水位電極集水槽穩(wěn)流板配水管排泥管泥渣濃縮區(qū)進水7/22/202358脈沖澄清池的優(yōu)點：澄清效率高，具有快速混合、緩慢充分絮凝、大阻力配水系統(tǒng)使布水較均勻、池體利用較充分等優(yōu)點。池型可做成圓形、方形、矩形，便于因地制宜布置，也適用于平流式沉淀池改建。腐蝕影響小，維修保養(yǎng)較簡單，適用于大、中、小型水處理廠。脈沖澄清池的缺陷：當原水濁度大于3000度時需考慮預沉措施。對水量、水溫適應能力較差，當選用真空式時需要一套真空設備，操作管理要求較高，當選用虹吸式時水頭損失較大，脈沖周期也較難控制。7/22/202359絮凝形式機械絮凝水力絮凝增加顆粒絮凝水平軸機械攪拌絮凝垂直軸機械攪拌絮凝隔板絮凝往復隔板柵條（網(wǎng)格）絮凝折板絮凝回轉隔板異波折板同波折板波紋板穿孔旋流絮凝泥渣循環(huán)型泥渣接觸型絮凝設備的種類還可以將上述不同形式加以組合，如隔板絮凝與機械攪拌絮凝組合、穿孔絮凝與隔板絮凝組合等等，可根據(jù)不同的適用條件和設計要求靈活選用7/22/2023606.3.3選擇絮凝池形式的主要因素（1）

絮凝效果最主要考慮因素目前對于絮凝效果還缺乏科學的評價方法，一般常以總結實踐運行的結果來進行比較。由于運行條件的不同，這種比較常帶有一定的局限性。合理的絮凝池形式應具有如下特點：①在絮凝過程中有較大的G值變化范圍；②絮凝速度較快；③不使已形成絮凝體顆粒破碎。希望其G值在進口處能與混合相銜接，出口處則與沉淀池相接近希望絮凝池的水流呈推流或多級串聯(lián)混合流7/22/202361（2）水量影響有些絮凝池的形式，雖從效果考慮選用是合理的，但用于某種水量規(guī)模時，卻可能是有困難的，甚至是難以實施的。隔板絮凝很少用于小規(guī)模的絮凝池。（3）水質條件影響對于濁度很低的廢水，無論凝聚還是絮凝都比較困難，需要選用能產生較大速度梯度和達到較長絮凝時間的絮凝池形式。同時，有必要考慮采用泥渣接觸或泥渣循環(huán)的方式。在考慮原水水質時，水中的含砂情況也應引起重視。7/22/202362（4）

運行條件影響比如，水量變化的適應性以及積泥的影響等，絮凝池內積泥也是在運行中常遇到的問題。采用水力絮凝池，當進水流量變化時，水流速度也將相應變化并帶來速度梯度的顯著變化，從而對絮凝效果產生影響。絮凝池內積泥也是在運行中常遇到的問題。因此，應盡量選擇不易積泥的絮凝池型式或采取相應的措施。

7/22/202363（5）

工程造價和運行費用在選用絮凝池的形式時，除了考慮技術上的問題外，還必須注意各種池型的經(jīng)濟性。經(jīng)濟指標應該包括基建投資和運行費用兩個方面。機械攪拌絮凝池由于增加了機械設備，因而基建投資較大，特別當處理規(guī)模較小時更顯得突出。絮凝池的運行費用包括藥耗和電耗。（6）

運行經(jīng)驗除了考慮上述這些影響因素外，處理廠已有的運行經(jīng)驗也是一個重要因素。當?shù)氐膶嶋H運行資料和經(jīng)驗，往往是選擇池型的重要依據(jù)。除了考慮上述這些影響因素外，處理廠已有的運行經(jīng)驗也是一個重要因素。

7/22/202364第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/2023656.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑從混凝工藝可知，需向混凝設備中投加混凝劑才能完成混凝過程。目前用于廢水處理的混凝劑種類很多，按化學成分可分為無機和有機兩大類。按分子量大小、官能團的特性及官能團離解后所帶電荷的性質，又可分為高分子、低分子、陽離子型、陰離子型和非離子型混凝劑等。

7/22/202366常見的混凝劑名

稱分

子

式無機混凝劑鋁系硫酸鋁Al2(SO4)3·18H20明礬KAl(SO4)2·12H2O聚合氯化鋁（PAC）[Al2(OH)nCl6-n]m聚合硫酸鋁（PAS）[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m鐵系硫酸亞鐵

(綠礬)FeSO4·7H2O硫酸鐵Fe2(SO4)3三氯化鐵FeCl3·6H2O聚合氯化鐵（PFC）[Fe2(OH)nCl6-n]m聚合硫酸鐵（PFS）[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m有機混凝劑人工合成聚丙烯酰胺（PAM）[-CH2-CH-CONH2-]x(非離子型、陽離子型、陰離子型)聚氧化乙烯（PEO）非離子型聚丙烯酸鈉陰離子型聚乙烯吡烯鹽陽離子型天然樹膠、動物膠等混凝劑的分類7/22/202367（1）

硫酸鋁有固、液兩種形態(tài)，一般使用固態(tài)硫酸鋁。根據(jù)其中不溶于水的物質的含量，可分為精制和粗制兩種精制硫酸鋁含有不同數(shù)量的結晶水，常用的是Al2(SO4)3·18H2O，含無水硫酸鋁50%～52%，含Al2O3約15%，密度1.62，外觀為白色結晶體粗制硫酸鋁中有效氧化鋁含量基本與精制相同，主要是不溶于水的物質含量高，廢渣較多，價格較低，但質量不穩(wěn)定，且因不溶于水的雜質含量高，酸度較高，腐蝕性較強，溶解與投加設備需考慮防腐。7/22/202368適用條件和優(yōu)缺點適用條件硫酸鋁適用于水溫為20～40℃，pH=4～8的水質條件，當pH=4～7時，主要去除水中有機物，pH=5.7～7.8時，主要去除水中懸浮物，pH=6.4～7.8時，主要處理濁度高，色度低（小于30度）的水優(yōu)缺點硫酸鋁使用方便，混凝效果較好，不會給處理后的水質帶來不良影響。但是當水溫低時水解困難，形成的絮體較松散。7/22/202369（2）聚合氯化鋁（PAC）

聚合氯化鋁又名堿式氯化鋁或羥基氯化鋁，是一種無機高分子混凝劑。它是以鋁灰或含鋁礦物作為原料，采用酸溶或堿溶法加工而成，其中含氧化鋁(Al2O3)10％以上，不溶物<1％，其化學式為[Al2(OH)nC16-n]m，其中n＝1～5，m≤10，是m個A12(OH)nCl6-n（羥基氯化鋁）單體的聚合物。聚合氯化鋁可看成是AlCl3在一定的條件下經(jīng)水解、聚合逐步轉化成Al(OH)3沉淀物過程中的各種中間產物。聚合氯化鋁中羥基OH與鋁Al的摩爾數(shù)之比對混凝效果有很大關系，一般可用堿化度B表示制備過程中，控制適當?shù)膲A化度，可獲得所需要的優(yōu)質聚合氯化鋁，目前生產的聚合氯化鋁一般要求B為50％～80％。7/22/202370聚合氯化鋁作為混凝劑處理廢水的特點：

①對污染嚴重或低濁度、高濁度、高色度的原水都可達到較好的混凝效果；

②溫度適應性好，pH值適用范圍寬，可在pH=5～9之間使用；

③礬花形成快，顆粒大而重，沉淀性能好，投藥量—般比硫酸鋁低；

④其堿化度比其他鋁鹽、鐵鹽高，因此藥液對設備的侵蝕作用小，且處理后水的pH值和堿度下降較小。7/22/202371（3）三氯化鐵

三氯化鐵（FeCl3·6H2O）是一種常用的混凝劑，是黑褐色的結晶體，有強烈吸水性，極易溶于水。和鋁鹽相似，在一定的條件下，F(xiàn)e3+通過水解、聚合可形成多種成分的配合物或聚合物，如單核組分Fe(OH)2+、

Fe(OH)2+及多核組分Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+等，以至Fe(OH)3沉淀物。其混凝機理亦與硫酸鋁相似。優(yōu)缺點：形成的礬花比重大，易沉降，在低溫、低濁時仍有較好效果，適宜的pH值范圍也較寬。溶液具有強腐蝕性，處理后的水的色度比用鋁鹽高。7/22/202372（4）聚合硫酸鐵（PFS）聚合硫酸鐵的化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，英文縮寫為PFS。它與聚合鋁鹽都是具有一定堿化度的無機高分子聚合物，且作用機理也頗為相似。適宜水溫10～50℃，pH5.0～8.5，但在pH4~11的范圍內均可使用。優(yōu)點與普通鐵鹽相比，它具有投加劑量小，絮體生成快，對水質的適應范圍廣以及水解時消耗水中堿度少等一系列優(yōu)點，因而在廢水處理中的應用越來越廣泛。7/22/202373（5）

有機高分子混凝劑高分子混凝劑分為人工合成和天然兩類，常用的是人工合成的混凝劑。高分子混凝劑一般都是線型高分子聚合物，它們的分子呈鏈狀，并由很多鏈節(jié)組成，每一鏈節(jié)為一化學單體，各單體以共價鍵結合。聚合物的分子量是各單體的分子量的總和，一個聚合物分子中單體的總數(shù)稱聚合度。高分子混凝劑溶于水中，將生成大量的線型高分子，當高分子聚合物的單體含有可離解官能基團時，沿鏈狀分子長度就會有大量可離解基團，基團離解即形成高聚物離子。7/22/202374根據(jù)高分子在水中離解的情況，可分成陰離子型、陽離子型和非離子型。當單體上的基團在水中離解后，在單體上留下帶負電的部位(如得到－SO3-或－COO-)，此時整個分子成為帶負電荷的大離子，這種聚合物稱陰離子型聚合物。當在單體上留下帶正電的部位（如得到—NH3+、－NH2+)而整個分子成為一個很大的正離子時，稱為陽離子型聚合物。不含離解基團的聚合物則稱為非離子型聚合物有時在單體上同時存在帶有正電和負電的部位，這時就以正、負電的代數(shù)和代表高分子離子的電荷類型。高分子混凝劑的種類7/22/202375聚丙烯酰胺（PAM）n表示聚合度，聚丙烯酰胺的聚合度可高達20000～90000聚丙烯酰胺（PAM）是一種最重要的和使用最多的高分子混凝劑，也稱為三號絮凝劑，其結構式為當原水濁度低時，宜先投加其它凝混劑，后投聚丙烯酰胺(相隔半分鐘為宜)，使雜質顆粒先行脫穩(wěn)到一定程度，為聚丙烯酰胺大離子的絮凝作用創(chuàng)造有利條件由丙烯酰胺聚合而成，其中還剩有少量未聚合的丙烯酰胺單體7/22/202376當原水濁度較高時，宜先投聚丙烯酰胺，后投其它混凝劑，讓聚丙烯酰胺先在較高濁度水中充分發(fā)揮作用，吸附一部分膠粒，使?jié)岫扔兴档?，其余膠粒由其它混凝劑脫穩(wěn)，再由聚丙烯酰胺吸附，這樣可降低其它混凝劑的劑量。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成，其中還剩有少量未聚合的丙烯酰胺單體。這種單體是有毒的，故產品中的單體殘留量應嚴格控制。有的國家規(guī)定混凝劑中單體丙烯酰胺的含量須在0.2％以下；有的國家規(guī)定不得超過0.05％聚丙烯酰胺（PAM）7/22/202377第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/202378當單獨使用混凝劑不能取得預期效果時，需投加助凝劑以提高混凝效果助凝劑的作用是改善絮凝體結構，產生大而結實的礬花，作用機理是調整pH值、增加絮體密度或高分子物質的吸附架橋作用?；炷齽┖椭齽┑姆N類和投加量是影響混凝效果的關鍵因素。常用的助凝劑見下表6.4.2助凝劑

7/22/202379名稱分子式或代號作用與注意事項氯Cl2①當處理高色度水及用作氧化水中有機物，或去除臭味時，可在投加混凝劑前先投氯，以減少混凝劑用量；②用硫酸亞鐵作混凝劑時，為使二價鐵氧化成三價鐵可在水中投加氯。生石灰CaO①用于原水堿度不足；②

用于去除水中的CO2，調整水的pH值。氫氧化鈉NaOH①用于調整水的pH值；②投加在濾池出水后可用于水質穩(wěn)定處理；③一般采用濃度≤30%液體商品，在投加點稀釋后投加；④氣溫低時會結晶，濃度越高越易結晶；⑤使用時要注意安全。常用助凝劑及特點7/22/2023名稱分子式或代號作用與注意事項活化硅酸(活化水玻璃·泡化堿)Na2O·xSiO2·yH2O①適用于硫酸亞鐵與鋁鹽凝聚劑，可縮短混凝沉淀時間，節(jié)省凝聚劑用量；②原水渾濁度低，懸浮物含量少及水溫較低(約在以下)時使用，效果更為顯著；③可提高濾池濾速；④必須注意加注點？投加點；⑤要有適宜的酸化度和活化時間。骨膠①骨膠有粒狀和片狀兩種，來源豐富，骨膠一般和三氯化鐵混合后使用；②骨膠投加量與澄清效果成正比，且不會因投加量過大，使混凝效果下降；③投加骨膠及三氯化鐵后的凈水效果比單獨投三氯化鐵效果好，可降低凈水成本；④投加量少，投加方便。7/22/202380名稱分子式或代號作用與注意事項海藻酸鈉(NaC6H7O6)x簡寫SA①原料取自海草，海帶根或海帶等；②生產性試驗證實SA漿液在處理濁度稍大的原水

(200NTU左右)時助凝效果較好，用量僅為水玻璃的1/15左右，當原水濁度較低時

(50NTU左右)助凝效果有所下降，SA投量約為水玻璃的1/5；③SA價格較貴，產地只限于沿海。7/22/20238182①原水水質條件和需要達到的出水水質標準是選擇混凝劑最重要的考慮因素。原水水質參數(shù)包括懸浮物含量及性質、水溫、pH值、堿度、色度、COD等對不同混凝劑的品種、投加量、投加助凝劑或調整pH值進行混凝試驗是選擇混凝劑的最主要的方法；②參照相同或類似原水條件下的現(xiàn)有廢水處理廠（站）的運行經(jīng)驗；選擇混凝劑品種的一般原則7/22/202383③當用于生活飲用水時，所選用混凝劑不得含有對人體健康有害的成分。當污水深度處理回用于生產用水時，不能含有對生產有害的成分，若選用自行配制的新品種和利用工業(yè)廢料配制的混凝劑，不能對環(huán)境產生二次污染。要對選用的混凝劑貨源和生產廠進行調查，了解貨源是否充足，能否長期保證供貨和產品的質量④當有幾種合適的混凝劑品種可供選擇時，應進行價格與投加量的分析比較，以降低使用成本目前，確定混凝劑種類和投加量的主要方法是進行燒杯混凝試驗，也有采用測量水中流動電流的方法來確定混凝劑投加量的選擇混凝劑品種的一般原則7/22/202384第6章混凝6.1混凝劑的配制和投加

6.1.1混凝劑的溶解和溶液的配制6.1.2混凝劑的投加6.2對混合的要求及混合設備

6.2.1混合的基本要求與方式

6.2.2混合設備6.3絮凝設備6.3.1幾種常用的絮凝池

6.3.2澄清池6.3.3選擇絮凝池形式的主要因素6.4常用混凝劑和助凝劑6.4.1混凝劑6.4.2助凝劑6.5混凝機理6.5.1水中膠體的穩(wěn)定性7/22/2023856.5混凝機理水處理中的混凝現(xiàn)象比較復雜。對不同種類混凝劑以及不同的水質條件，混凝劑的作用機理都有所不同混凝劑對水中膠體粒子的混凝作用有四種：壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附架橋和卷掃作用這幾種作用究竟以何者為主，取決于混凝劑種類和投加量、水中膠體粒子性質、含量以及水的pH值等。這幾種作用有時會同時發(fā)生，有時僅其中1～2種機理起作用7/22/2023866.5.1水中膠體的穩(wěn)定性廢水中含有大量無機物及有機物等雜質，這些雜質按尺寸大小可分為懸浮物、膠體和溶解物等膠體的顆粒尺寸很小，在水中經(jīng)長期靜置也不會下沉。廢水處理中常見膠體有粘土顆粒（d<4m）、細菌（0.2～80nm）、病毒（10～300nm）、腐殖質以及蛋白質等等。懸浮物和膠體是使水產生渾濁現(xiàn)象的根源，其中某些有機物（如腐殖質和藻類）往往會使水產生色度、臭味等；而廢水中的病菌及致病微生物會通過水傳播疾病混凝處理的主要對象是細粒的懸浮物和膠體7/22/202387膠體的穩(wěn)定性是指膠體顆粒在水中保持分散狀態(tài)的性質。膠體具有巨大的表面自由能，有較大的吸附能力，同時又在布朗運動的作用下，顆粒間有互相碰撞的機會，但是由于同類的膠體微粒帶著同號的電荷，它們之間的靜電斥力阻止微粒間彼此接近而聚合成較大顆粒；其次，帶電荷的膠粒和反離子都能與周圍的水分子發(fā)生水化作用，形成一層水化膜，也阻礙膠粒的聚合。帶負電荷的膠核表面與擴散于水溶液中的正電荷離子正好電性中和，構成雙電層結構。膠體的性質和結構7/22/202388膠核電位離子束縛反離子，滑動面膠團邊界膠團界面滑動面反離子膠體雙電層示意圖膠體運動表現(xiàn)出的是ζ電位而非Ψ電位。膠體的膠粒帶電越多，其ζ電位就越大；擴散層中反離子越多，水化作用也越大，水化膜也越厚，因此擴散層也越厚，越具有穩(wěn)定性。7/22/202389對于憎水性膠體而言，其穩(wěn)定性主要取決于顆粒表面的動電位，即ζ電位膠體的穩(wěn)定性可從兩個顆粒相碰時互相間的作用力來分析。兩個帶同樣電荷的顆粒之間有靜電斥力，它與兩膠粒表面的間距x有關，用ER排斥勢能表示，ER隨x的增大呈指數(shù)關系減小，兩膠粒表面越接近，斥力越大。兩個顆粒表面分子間還存在范德華引力，其大小同樣與間距x有關，用吸引勢能EA表示，EA與x的二次方呈反比。這兩種力的合力即為總勢能E，決定著膠體微粒是否穩(wěn)定。膠體的穩(wěn)定性7/22/202390當膠體微粒表面距離為ob時斥能最大，用Emax表示。一般情況下，膠體顆粒的布朗運動的動能不足以克服這個最大斥能，所以不能聚合，故膠體處于分散穩(wěn)定狀態(tài)但如能克服這個最大斥能，則顆粒就有可能進一步接近，直至吸引勢能大于排斥勢能而使它們吸附聚合對于親水性膠體而言，水化作用卻是膠體穩(wěn)定的主要原因，水化作用來源于粒子表面極性基團對水分子的強烈吸附，使粒子周圍包裹一層較厚的水化膜，阻礙膠粒相互靠近，使范德華引力不能發(fā)揮作用膠體的穩(wěn)定性7/22/202391相互作用勢能與顆粒間距離的關系當兩個膠體顆粒表面的距離x=oa～oc時，ER占優(yōu)勢，兩個顆粒總是處于相斥狀態(tài)當膠體微粒表面距離為ob時斥能最大，用Emax表示當兩個膠體顆粒表面的距離x<oa或x>oc時，EA占優(yōu)勢7/22/202392第6章混凝6.5混凝機理6.5.2膠體脫穩(wěn)的機理6.5.3硫酸鋁混凝機理分析6.6影響混凝效果的主要因素6.6.1水質的影響6.6.2混凝劑的影響6.6.3水利條件的影響6.7絮凝池的設計6.7.1設計指標的確定

6.7.2隔板絮凝池設計6.7.3折板絮凝池設計6.7.4機械攪拌絮凝池設計6.7.5柵條(網(wǎng)格)絮凝池設計6.7.6機械攪拌澄清池設計6.8混凝的優(yōu)缺點及應用實例

7/22/2023936.5.2膠體脫穩(wěn)的機理混凝過程就是使廢水中穩(wěn)定存在的膠體或細小顆粒失去穩(wěn)定性的過程，該過程稱為膠體的脫穩(wěn)不同的水質條件及投加不同種類的混凝劑，致使膠體脫穩(wěn)的作用機理也有所不同當前看法比較一致的是，混凝劑對水中膠體粒子的脫穩(wěn)作用有壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋、沉淀物的卷掃和網(wǎng)捕4種7/22/202394（1）壓縮雙電層膠體顆粒在水中能保持穩(wěn)定的分散懸浮狀態(tài)，主要是由于膠粒的ξ電位膠核表面的電位Ψ電位一般是固定的，而滑動面上的電位ζ電位是表面雙電層構造的一個主要指標，如擴散層的厚度變小，電位曲線變陡，ζ電位自然也下降，排斥勢能變小當擴散層厚度壓縮到某種程度使兩個膠粒因布朗運動相互碰撞時，由于膠粒之間的范德華引力不變，而靜電斥力變小，兩種力的對比便發(fā)生變化，當排斥能峰Emax小于布朗運動的能量時，則膠粒就可以在引力的作用下相互結合起來。在水中投加電解質混凝劑就可以達到此目的7/22/202395壓縮雙電層機理對于水中的負電荷膠粒而言，投入的電解質混凝劑應是正電荷離子或聚合離子。通常向水中投加鋁鹽或鐵鹽等混凝劑后，混凝劑提供的大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層，從而增加擴散層及吸附層中的正離子濃度，就使擴散層減薄，膠粒的ζ電位降低，排斥能峰Emax減小，膠粒間的相互排斥力減小由于擴散層減薄，膠粒間相撞時的距離也減少，因此相互間的吸引力相應變大，從而使膠粒易發(fā)生聚集。當大量正離子涌入吸附層以致擴散層完全消失時，ζ電位為零，這時稱為等電狀態(tài)在等電狀態(tài)下，膠粒最易發(fā)生聚集。7/22/202396實際上，ζ電位只要降至某一程度，膠粒就開始產生明顯的聚集，這時的ζ電位稱為臨界電位綜上所述，此種機理是添加反離子時的作用，即所添加的離子是與膠體所帶電荷符號相反的離子，使ζ電位降低。此機理還可以解釋當混凝劑投量過多時膠體再穩(wěn)定的過程，原因是水中原來帶負電荷膠體可變成帶正電荷的膠體，這是由于帶負電荷的膠核直接吸附了過多的正電荷聚合離子的結果。這種吸附力非單純的靜電力作用，一般認為還存在范德華引力、氫鍵及共價鍵等。壓縮雙電層機理7/22/202397（2）吸附電中和

當投加的電解質為鋁鹽或鐵鹽時，它們在一定的條件下水解生成各種絡合陽離子，水中的異號膠粒與這些絡合陽離子有強烈的吸附作用這種吸附作用中和了它的部分電荷，降低了ξ電位，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附，此時靜電引力成為絮凝的主要作用混凝劑投量也不能過多，否則會使膠粒吸附了過多的反離子，使原來帶的負電荷轉變成帶正電荷，使膠粒發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象。7/22/202398（3）吸附架橋吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過程，橋聯(lián)的結果形成“膠粒－高分子－膠粒”的絮凝體，高分子物質在這里起膠粒于膠粒之間相互結合的橋梁作用作為混凝劑的高分子物質以及三價鋁鹽或鐵鹽溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應形成高聚物，這些物質均具有線型結構，整個分子具有一定的長度，膠體顆粒對這類高分子具有強烈的吸附作用，聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學作用7/22/202399+++膠體顆粒絮凝劑大分子架橋作用示意圖當它的一端吸附某一膠粒后，另一端伸入水中又吸附另一膠粒，通過高分子吸附架橋，顆粒逐漸變大，最終形成肉眼可見的粗大絮凝體（礬花）7/22/2023100在廢水處理中，對高分子絮凝劑投加量、攪拌時間和強度都應嚴格控制。投加量過大時，會使膠粒表面飽和產生再穩(wěn)現(xiàn)象；已經(jīng)架橋絮凝的膠粒，如受到長時間劇烈的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開，重又回到原所在膠粒表面，造成再穩(wěn)定狀態(tài)。對于高分子混凝劑特別是有機高分子混凝劑來說，吸附架橋起決定作用；對于Al2(SO4)3等無機鹽混凝劑來說，吸附架橋作用和壓縮雙電層作用均具有重要作用。吸附架橋機理7/22/2023101（4）

網(wǎng)捕或卷掃

當三價鋁鹽或鐵鹽等投量很大而生成大量氫氧化物沉淀時，這些沉淀物在自身沉降過程中，能網(wǎng)捕、卷掃水中的膠體和微粒等產生沉淀分離，稱為沉淀物網(wǎng)捕或卷掃機理這種作用基本上是一種機械作用。另外水中膠粒本身可作為這些氧氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝劑最佳投加量與被除去物質的濃度成反比，即膠粒越多，混凝劑投加量越少，反之投加量越多例如，對于硫酸鋁的水解，在pH=7～8時，中性Al(OH)3能產生微小的凝聚作用，吸附和粘結水中的膠體雜質，卷帶它們一起從水中分離出去，具有十分優(yōu)異的絮凝性能7/22/20231026.5.3硫酸鋁混凝機理分析硫酸鋁（Al2(SO4)3·18H2O）的水解：Al2(SO4)3·18H2O→2Al3++3SO42-+18H2O在一定條件下，Al3+經(jīng)水解聚合或配合反應可形成多種形態(tài)的配合物或聚合物以及氫氧化鋁Al(OH)3各種物質組分的含量多少以及存在與否，取決于鋁離子水解時的條件，包括水溫、pH值、投加量等。水解產物的結構形態(tài)主要取決于羥鋁比nOH/nAl（每－摩爾鋁所結合的羥基摩爾數(shù)）。鋁離子常以水合形態(tài)[Al(H2O)6]3+存在7/22/2023103鋁離子水解、聚合反應的幾種形式:Al3++2H2O→[Al(OH)2]++2H+Al3++H2O→[Al(OH)]2++H+Al3++3H2O→Al(OH)3

+3H+Al3++4H2O→[Al(OH)4]－+4H+2Al3++2H2O→[Al2(OH)2]4++2H+3Al3++4H2O→[Al3(OH)4]5++4H+pH＝4～5pH＝6.5～7.5反應與pH值有關，降低H+濃度，反應易向右進行，Al3＋電荷降低，最終生成Al(OH)3沉淀水中的Al(OH)2+與Al3+發(fā)生羥基橋聯(lián)，產生單核羥基配合物[Al－OH－Al]5+；7/22/2023104根據(jù)以上水解及縮聚反應的結果，pH值越低，反應生成物以高電荷低聚合度為主，它主要能對水中膠體雜質發(fā)揮壓縮擴散層及電中和作用，使雜質發(fā)生凝聚，而吸附架橋作用次之，因此混凝效果不理想隨著pH值的增高，反應生成物以低電荷高聚合度為主，它能在膠體雜質微粒之間粘結架橋，使之發(fā)生凝聚，這時混凝的作用機理以吸附架橋為主，電性中和脫穩(wěn)次之，因此混凝效果較好。進一步縮聚形成[Al3(OH)4]5+、[Al13(OH)32]7+等多核配合物。7/22/2023105第6章混凝6.5.2膠體脫穩(wěn)的機理6.5.3硫酸鋁混凝機理分析6.6影響混凝效果的主要因素6.6.1水質的影響6.6.2混凝劑的影響6.6.3水利條件的影響6.7絮凝池的設計6.7.1設計指標的確定6.7.2隔板絮凝池設計6.7.3折板絮凝池設計6.7.4機械攪拌絮凝池設計6.7.5柵條(網(wǎng)格)絮凝池設計6.7.6機械攪拌澄清池設計6.8混凝的優(yōu)缺點及應用實例

7/22/20231066.6.1水質的影響（1）水溫水溫對混凝效果影響很大，尤其是水溫低時混凝效果較差，因為低溫時絮體形成緩慢，絮體粒徑小、松散，不利于沉降。低溫不利混凝的原因：①水溫影響無機鹽類的水解，由于無機鹽類混凝劑的水解是吸熱反應，水溫低時，水解反應慢。如硫酸鋁的最佳反應溫度是35～40℃，當水溫低于5℃時，水解速度變慢；6.6影響混凝效果的主要因素7/22/2023107②低溫水的粘度大，布朗運動減弱，顆粒之間碰撞機會減少，不利于脫穩(wěn)膠粒相互絮凝，同時水流剪切力增大，影響絮凝體的成長，進而影響后續(xù)沉淀處理的效果；③水溫低時，由于膠體顆粒水化作用增強，妨礙了膠體凝聚④水溫低時，水的pH值提高，相應的混凝最佳pH值也將提高低溫不利混凝的原因7/22/2023108①增加混凝劑的投量，以改善顆粒之間的碰撞條件②投加助凝劑（如活化硅酸）或粘土以增加絮體的重量和強度，提高沉速；③用氣浮法代替沉淀法作為混凝的后續(xù)處理改善低溫水混凝效果的主要措施7/22/2023109（2）水的pH值與堿度在不同pH值下，鋁鹽與鐵鹽混凝劑的水解產物的形態(tài)不一樣，混凝效果也各異，因此pH值是影響混凝的一個主要因素混凝劑水解反應不斷產生H+，它與水中HCO3-(堿度)作用生成CO2；當投藥量較少，原水的堿度又較大時，由于上述的緩沖作用，水的pH值略有降低，對混凝效果不會有大的影響當投藥量較大，原水的堿度小，不足以中和水解產生的酸時，水的pH值將大幅度下降。要保持水解反應充分進行，必須加堿去中和H+，一般投加CaO7/22/2023110用于除去廢水的濁度時，硫酸鋁的最佳pH范圍為6.57.5，用于除色時，pH值在4.55.5之間。三價鐵鹽水解反應同樣受pH值的控制，但適應的pH值范圍較寬，最優(yōu)pH值大約在6.08.4之間。用于除色時，pH值在3.55.0之間。當使用FeSO4·7H2O時，由于溶解度較大，且Fe2+只能形成較簡單的絡合物，混凝效果較差，因此要把Fe2+氧化成Fe3+。氧化的方法通常采用溶解氧氧化或加氯氧化。一般來說，高分子混凝劑尤其是有機高分子混凝劑在投入水中前已發(fā)生水解聚合反應，聚合物形態(tài)基本確定，故對水的pH值變化適應性較強，混凝效果受pH值的影響較小。7/22/2023111（3）水中懸浮物濃度顆粒濃度過低往往不利于混凝，人工投加粘土或高分子助凝劑可提高混凝效果但由于不同的粘土雜質的粒徑大小和級配、化學組成、帶電性能和吸附性能等各不相同，因而即使?jié)岫认嗤炷阅芤膊煌s質顆粒級配越單一均勻、越細越不利，大小不一的顆粒將有利于混凝。7/22/2023112水中懸浮物濃度的影響當水中有機物過高時，會吸附于膠體顆粒上使膠體具有很高的穩(wěn)定性，這就是所謂有機物對膠體的保護作用。向水中投Cl2來氧化有機物，破壞其作用，就能提高混凝效果。有機物少時有助凝作用，在實際應用時我們應利用這個作用因電解質能使膠體凝聚，所以水中溶解鹽類能對混凝發(fā)生影響，由于Al2(SO4)3的水解產物都帶正電核，所以天然水中Ca2+、Mg2+對壓縮雙電層有利，而水中某些陰離子（如Cl-）可能對混凝產生不利影響7/22/2023113對鋁鹽和鐵鹽混凝劑而言:當廢水的pH<3時，簡單水合鋁離子

[Al(H2O)6]3+可起壓縮膠體雙電層作用；在pH＝4.5～6.0范圍內（視混凝劑投量不同而異)，主要是多核烴基配合物對負電荷膠體起電性中和作用，凝聚體比較密實；在pH＝7.0～7.5范圍內，電中性氫氧化鋁聚合物[Al(OH)3]n可起吸附架橋作用，同時也存在某些烴基配合物的電性中和作用，混凝效果較好。6.6.2混凝劑的影響7/22/2023114對于陽離子型高分子混凝劑可對負電荷膠粒起電性中和與吸附架橋雙重作用，絮凝體一般比較密實，并且對廢水的pH值適用范圍更廣。非離子型和陰離子型高分子混凝劑只能起吸附架橋作用除上述混凝劑種類的影響外，其投加量對混凝效果也有影響。投加量除與水中微粒種類、性質、濃度有關外，還與混凝劑品種、投加方式和介質條件有關。一般的投藥量范圍是：普通鋁鹽、鐵鹽為10～30mg/L；聚合鹽為普通鹽的1/3～1/2；有機高分子混凝劑通常只需1～5mg/L。投加不能過量，否則會出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)現(xiàn)象?；炷齽┑挠绊?/22/2023115在混合階段要使藥劑快速均勻地分散于水中以利于混凝劑快速水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)，通常在10～30s至多不超過2min即可完成。攪拌強度的速度梯度G值一般在700～1000s-1之內在絮凝階段，主要靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，故以同向絮凝為主，通常以G值和Gt值（t為絮凝時間）作為控制指標。在絮凝過程中，G值應漸次減小。采用機械攪拌時，攪拌強度應逐漸減?。徊捎盟π跄貢r，水流速度應逐漸減小。絮凝階段，平均G=20～70s-1范圍內，平均Gt＝1╳104～1╳105范圍內。6.6.3水力條件的影響7/22/2023116第6章混凝6.5.2膠體脫穩(wěn)的機理6.5.3硫酸鋁混凝機理分析6.6影響混凝效果的主要因素6.6.1水質的影響6.6.2混凝劑的影響6.6.3水利條件的影響6.7絮凝池的設計6.7.1設計指標的確定6.7.2隔板絮凝池設計6.7.3折板絮凝池設計6.7.4機械攪拌絮凝池設計6.7.5柵條(網(wǎng)格)絮凝池設計6.7.6機械攪拌澄清池設計6.8混凝的優(yōu)缺點及應用實例

7/22/2023117絮凝池設計的要求，就是創(chuàng)造一定的水力條件，以較短的絮凝時間，達到最佳的絮凝效果6.7.1設計指標的確定（1）水流流速和絮凝時間對不同絮凝池形式，選用其中某一水流速度作為控制速度（例如：隔板絮凝池槽內流速，機械絮凝池的槳板線速，穿孔旋流絮凝池的穿孔流速等)，同時根據(jù)控制流速和水在絮凝池內的停留時間作為設計的控制指標。設計規(guī)范對不同形式絮凝池的水流流速和絮凝時間都作了相應規(guī)定。6.7絮凝池的設計7/22/2023118（2）速度梯度G和Gt值速度梯度G反映了絮凝過程中在單位體積水中絮粒粒數(shù)減少的速率，因此可作為絮凝池設計的控制指標，并以Gt值作為絮凝最終效果的控制指標在上面兩種控制指標中，用G和Gt值作為絮凝池設計的控制指標比較符合理論要求，因為和絮凝過程直接有關的因素（如顆粒碰撞聚集，大顆粒絮凝體破碎等），都取決于速度梯度的大小。為了確定G值的大小，一般應通過杯罐實驗。在無實驗條件時也可參照設計手冊的推薦值或經(jīng)驗值進行設計。7/22/2023119隔板絮凝池(包括往復隔板和回轉隔板)的計算，主要是根據(jù)確定的控制指標來計算槽的斷面尺寸和隔板的道數(shù)?！妒彝饨o水設計規(guī)范》（GB50013-2006）對隔板絮凝池的設計的規(guī)定：①絮凝時間一般為20～30min；②絮凝池廊道的流速，應按由大到小的漸變流速進行設計，起端流速一般為0.5～0.6m/s，末端流速一般為0.3～0.2m/s；③隔板間凈距一般應大于0.5m。6.7.2隔板絮凝池設計7/22/2023120雖然設計規(guī)范未對隔板絮凝池的速度梯度作出規(guī)定，但在設計中仍應進行速度梯度的分析校核，速度梯度應沿水流由大到小，其值取決于原水水質條件，一般采用由50～70s-1降低至10～20s-1在進行隔板絮凝池速度梯度的計算前，應先進行絮凝槽的布置，槽的斷面可根據(jù)流量和流速計算確定，一般絮凝槽的深度采用與沉淀池深度相同當處理規(guī)模較小，使槽的寬度小于0.5m時，也可采用將槽底填高以減少計算水深。7/22/2023121折板絮凝池是近年來發(fā)展的一種絮凝池布置形式。由于折板絮凝池的設計流速較低，故除適應大型水處理廠外，也可適宜于中、小型水處理廠。按照豎流式折板絮凝池的布置，其流速變化常被分為三級或四級，采用多通道布置的每一級中又分為若干格。水流在各格間上、下串聯(lián)流動，各格內設有一定數(shù)量的折板，水流在折板間并聯(lián)通過。采用單通道布置的則不分格，水流直接在相鄰兩折板間上、下通過。6.7.3折板絮凝池設計7/22/2023122波紋板和平折板θ波紋板平折板θ越小同樣流程的流速變化次數(shù)越多，水頭損失和G值越大目前所用的折板折角一般為90°～120°板高越大，相同板距時的流速變化幅度越大。板高在0.3～0.4m左右7/22/2023123折板絮凝池按相鄰折板的相對位置可布置成同波折板和異波折板。由于異波折板的水頭損失較大，因而同樣流速時的G值較高，同波折板的水頭損失較小，因而G值較低。異波折板一般布置在絮凝的前階段，以獲得較高的G值，同波折板可用于絮凝的后階段。在G值可滿足設計要求時，也可只采用一種形式。有時在絮凝的最后階段也可不設置折板，而布置成一般的豎流隔板形式。目前對折板絮凝的水頭損失計算尚缺乏足夠的依據(jù)，大致按一般的收縮和擴大的局部損失考慮。折板絮凝池設計7/22/2023124波紋板和平折板波紋板波紋板7/22/2023125對于異波折板:

式中：v1是波峰的流速(峰速)，m/s；v2是波谷的流速(谷速)，m/s；F1是收縮斷面的面積，m2；F2是放大斷面的面積，m2；q是每一通道的流量，m3/s；H是通道的寬度，m；b1是峰距，m；b2是谷距，m。7/22/2023126漸放段的水頭損失為：漸縮段的水頭損失為：一個縮放段的組合水頭損失即為：轉彎或孔口處的水頭損失為：v3是轉彎或孔口處的流速(m/s)關于阻力系數(shù)ξ可按下述數(shù)據(jù)參考采用：ξ1取0.5；ξ2取0.1；ξ3對于上轉彎取1.8，對下轉彎取3.0。7/22/2023127對于同波折板，其板間流速v均為相同，每一轉折的水頭損失為，ξ值可考慮取1.2?！妒彝饨o水設計規(guī)范》(GB50013一2006)對折板絮凝的設計作了以下規(guī)定：①絮凝時間一般宜為12～20min；②絮凝過程中的速度應逐段降低，分段數(shù)一般不宜少于三段，各段的流速可分別為：第一段:0.25～0.35m/s；第二段:0.15～0.25m/s；第三段:0.10～0.15m/s；③折板夾角采用90°～120°；④第三段宜采用直板。7/22/2023128第6章混凝6.5.2膠體脫穩(wěn)的機理6.5.3硫酸鋁混凝機理分析6.6影響混凝效果的主要因素6.6.1水質的影響6.6.2混凝劑的影響6.6.3水利條件的影響6.7絮凝池的設計6.7.1設計指標的確定6.7.2隔板絮凝池設計6.7.3折板絮凝池設計6.7.4機械攪拌絮凝池設計6.7.5柵條(網(wǎng)格)絮凝池設計6.7.6機械攪拌澄清池設計6.8混凝的優(yōu)缺點及應用實例

7/22/2023129機械攪拌絮凝池目前主要采用的是槳板式攪拌器的絮凝池，主要設計參數(shù)如下：1）攪拌槳板功率計算：攪拌槳板功率計算，主要是指槳板在水中運動，必須克服水對槳板的阻力，其阻力大小可參照設計手冊或相關資料求得2）串聯(lián)級數(shù)：機械攪拌絮凝池的水流屬完全混合型，單級攪拌的效率較低。因而機械攪拌絮凝池一般均布置成多級串聯(lián)，使速度梯度G值逐級減小。理論上串聯(lián)級數(shù)越多越好，但級數(shù)增多，相應攪拌設備也增多，帶來工程造價的增加，同時維修量也增加。綜合考慮兩者的關系，一般以3～4級為宜。6.7.4機械攪拌絮凝池設計7/22/20231303）設計指標《室外給水設計規(guī)范》（GB50013—2006）對機械絮凝池的設計指標作了如下規(guī)定：①絮凝時間一般為15～20min；②池內設3～4檔攪拌機；③線速度從第一檔的0.5m/s逐漸減小至末檔的0.2m/s；④池內設防止水體短流的設施。規(guī)范中沒有對速度梯度G值作出規(guī)定，但速度梯度是控制絮凝過程的重要指標，對于一般的水質條件，各級的G值指標可參考下表。7/22/2023131串