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1、6 水的混凝,设计规范：室外给水设计规范 要点：胶体稳定性 双电层结构、胶体脱稳机理，絮凝过程、G意义与计算，混凝剂与助凝剂，混凝剂投加混合与絮凝反应设备设计,处理对象,胶体颗粒，粒径1100nm（也有认为上限为1000nm,即1m的）细小粘土颗粒、高分子有机物、腐殖酸、病毒、细菌等 悬浮物 0.1m(或1m)粘土、粉砂、细菌等,混凝理论,胶体的稳定性憎水性胶体亲水性胶体动力学稳定与凝聚稳定,混凝理论双电层,胶体双电层结构,混凝理论,胶体双电层结构和电位,排斥势能ER,吸引势能EA,间距x,ER,EA,c,a,Emax,E,r,r,x,图片2：相互作用势能与颗粒间距离的关系,DLVO理论,混凝
2、理论,6.1 混凝机理,1.压缩双电层,压缩双电层，减小胶体电位,混凝机理,2.电性中和,混凝剂和胶核中和，直接减小胶体总电位。投加过量混凝剂可以出现再稳现象。,混凝机理,2.电性中和再稳现象,混凝机理,2.电性中和再稳现象,混凝机理,3.吸附架桥,高分子物质的长链起到架桥作用。分子长度不够起不到架桥作用。投加过量会引起再稳现象。,混凝机理,4.网捕或卷扫,絮凝剂形成大量的氢氧化物沉淀，网捕和卷扫胶粒，共同沉淀，基本是一种机械作用。混凝剂的需要量同水中的杂质数量有关。杂质含量少，需投加较多混凝剂；杂质含量高时，可以节约混凝剂的用量。,亲水性胶体，关键是压缩或去除其结合水壳投加电解质可压缩水壳厚
3、度，但投量很大。首先是降低其电动电位，接着是脱水。对于带负电的亲水胶体，电解质中的负离子可以和它争夺水分子，从而使之脱水凝聚。,6.2 混凝动力学与混凝控制指标,颗粒碰撞动力,布朗运动,水流运动,异向絮凝,同向絮凝,颗粒的碰撞速率可按下式计算：（15-3）（15-5）,异向絮凝,DB：布朗运动扩散系数，n 颗粒浓度，d 颗粒直径K 波兹曼常数T 为绝对温度，为水的运动粘度，为水的密度；,故 Np 只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关。当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。,（15-5）,（6-1）,同向絮凝 层流条件 下颗粒的碰撞示意见图,颗粒的碰撞速率按下式计算：,(15-6),(15-7
4、),G速度梯度，s-1u相邻两层速度增量z层距离,(6-3),(6-2),由于，故(6-4),当采用机械搅拌时，p由机械搅拌器提供。当采用水力絮凝池时，p 应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：(6-5)代入式（15-11），得：(6-6),6.2.3 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，工艺上总称混凝过程。快速混合与絮凝两个阶段。相应设备：混合设备 絮凝设备,混合（凝聚）：混合阶段，对水流进行剧烈搅拌目的 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G7001000s-1，T=1030s，一般2 min，此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。
5、,絮凝阶段：主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。在絮凝阶段，通常以G值和GT值作为控制指标。平均G2070s-1，GT1104105 随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。,6.3 混凝剂与助凝剂,混凝剂的分类各种混凝剂的机理与特点助凝剂的常见类型氯与硫酸亚铁的反应，注意其剂量关系碱度的投加量计算,6.3 影响混凝效果的主要因素,水温pH杂质颗粒浓度,混凝,某地表水源的总碱度为0.2mmol/L。市售精制硫酸铝（含Al2O3为16%）投量28mg/L,试估算石灰（市售品纯度为50%）投量为（）。A42mg/L B 33mg/L C 29mg/
6、l D 37mg/L,硫酸铝28mg/L，折算成Al2O3为 2816%=4.48 mg/L，相当于 0.044 mmol/L；,56 mg/mmol（3 0.044+0.37 0.2）=16.8 mg/L。,氯化铁混凝剂所需的碱度。,（举一反三）NaOH投加量,混合方式与设备,【混合的作用】通过混合设备的混合作用，投加到原水中的混凝药剂，在很短的时间可以均匀分散到水中，进行胶体脱稳和初步的絮凝反应。,混合时间一般1030s，速度梯度7001000s-1混合设备应靠近絮凝反应池，连接管的流速为0.81.0m/s，管道内停留时间不得超过2min。,【混合的参数】,混合方式与设备,可进行调节，能适
7、应水质水量的变化，但需要一定的机械和相应的维护工作量,【混合的分类】,【机械混合】,【水力混合】,设备简单，但不能适应流量的变化,机械混合,混凝药剂在水泵吸水口前加入，利用水泵叶轮进行混合。优点：无需专用混合设备和额外能耗。泵前加药要求投药点距离反应池较近（一般在120m之内），否则，形成的细小絮体因老化而影响在后续絮凝效果。,【水泵叶轮混合】,水力停留时间为12min，平均速度梯度500s-1左右。优点：混合效果好，不受流量变化的影响，水头损失较小。缺点：消耗电能，需进行机械设备的管理和维护。,【混合井】,图 设有螺旋浆式搅拌机的混合井,水力混合,优点：安装容易，维护工作量少。缺点：只适合水
8、量变化较小的水厂，并有一定的水头损失。,【管式混合】,其他混合方式有：跌水混合、旋流混合等，现采用很少。,【其它水力混合方式】,【管式静态混合器】,【简易水管混合】,图片：管式静态混合器,絮凝设备反应池,回转式隔板往复式隔板折板反应池,【隔板反应池】,絮凝作用：经过充分混合的水进入絮凝池中，通过颗粒间的絮凝作用，使矾花颗粒逐渐长大，达到能够沉淀的粒径大小。,【栅条、网格反应池】,【机械反应池】,图片：往复式隔板反应池,图片：回转式隔板反应池,进水管,进水管,接沉淀池,出水,（a）同波折板,（b）异波折板,图片：单通道折板反应池,图片：多通道折板反应池,折,板,水流向上,水流向下,出水,进水,进
9、水,A,A,AA剖面,照片4 折板絮凝反应池,4-1,4-2,扬州自来水厂,图片：网格（或栅条）絮凝沉淀池平面示意图,絮凝设备反应池,【机械反应池】,进水,图片：机械絮凝池剖面示意图,(a)水平轴式,(b)垂直轴式,1浆板；2叶轮；3旋转轴；4隔墙,照片2 美国 机械反应池,照片2-1 机械反应池第一格（机械搅拌轴与搅拌支架已安装好，搅拌浆片尚未安装）,照片2-2 机械反应池第三格（通过木板花墙后接沉淀池）,不同絮凝池的组合,隔板反应中，往复式转弯角度大（180），搅拌强烈，对反应初期的絮体颗粒形成有利，但对后期絮体颗粒的长大不利；回转式隔板则可以在后期起缓慢反应的作用。因此，往复式隔板（在前
10、）与回转式隔板（在后）的组合使用可以获得更好的絮凝效果。,【往复式和回转式隔板反应池组合】,不同絮凝池的组合,机械反应有能够适应水量变化的优点，但设备要经常维修；水力反应构造简单，但不能调节。所以有些水厂采用机械与水力的组合形式，整个反应池的机械设备不多，可以减少设备维修工作量，当设备需要检修时，又有水力反应起保护作用。采用机械与水力结合的絮凝池，一般是机械在前，水力在后；个别情况下也有相反排列组合的。图所示为机械反应池与隔板反应池的组合。前端设置机械反应的另一个原因是，对于处理水量较小的隔板反应池，计算出的前端隔板间距往往无法满足隔板间距不小于0.5m的施工要求。采用前部机械发应、后部隔板反
11、应的组合方式，可以较好地解决这个问题。,【机械池与隔板反应池组合】,图片：机械反应池与水力反应池的组合,【例6-2】,折板絮凝池T1=2minV1、v2、v3h1=0.15、h2=0.05、h3=0.03（1）vi、Gi（2）G平均,例6-3（2006）,机械絮凝池，Q=50000m3/d，3格，每格体积174m3，G1=75s-1，G2=50s-1，G3=25s-1，如改为水力絮凝池，各格速度梯度不变，则絮凝池前后的水位高差是？（水的黏度、重度给定）,（同体积时）,（水力絮凝池）,2010年题,5某折板絮凝池分为3段：第一段异波折板，絮凝时间3min，水头损失0.2m；第二段同波折板，絮凝时
12、间6min，水头损失0.15m；第三段平行直板，絮凝时间6min，水头损失0.08m，则该池的平均速度梯度为()。A)21s-1 B)22s-1 C)64s-1 D)67s-1,15，=1.1410-3 Pas,混凝,1在混凝过程中，既具有电性中和又具有吸附架桥作用的有机高分子混凝剂为以下何项？A 阳离子型高分子混凝剂（选A）B 非离子型高分子混凝剂C 阴离子型高分子混凝剂D 任何一种高分子混凝剂,混凝,2.阴离子型高分子混凝剂的混凝机理是（A）A吸附架桥 B.压缩双层电 C.电性中和 D.网铺、卷扫,混凝,3憎水胶体颗粒在水中聚集稳定性主要取决于（）。A 胶体颗粒表面的动电位大小（选A）B
13、胶体胶核表面的总电位高低C 胶体颗粒表面的形状变化D 胶体颗粒表面的水化作用程度,凝聚过程要求对水进行快速搅拌，此时因生成的矾花颗粒尺度很小，颗粒间的碰撞主要为（）。A 异向碰撞 B 同向碰撞 C 重力碰撞 D 引力碰撞,不适合处理低温低浊水的混凝剂是（）。A 聚合氯化铝 B 硫酸铝 C 三氯化铁 D 聚合硫酸铁,混凝,已知设计流量为2.5万m3/d，混凝剂最大投加量20mg/L，药剂浓度为15%（按商品重量计），每日调剂两次，计算其溶液池容积（）m3。A 1.67 B 3.34 C 25.05 D 40.08,解：式中 Q处理水量，m3h；a混凝剂最大投量，mg/L；c溶液浓度，（按固体重量
14、计）n每日调制次数，小水厂1次，大、中水厂不超过三次,混凝,某水厂拟采用管道混合，处理水量为Q=15000m3/d，经一条长120m，直径为500mm的铸铁管送往水厂絮凝池，若管道内总水头损失为0.4m，求管道内水流的速度梯度G值，并判断此方案是否可行？（=1.1410-3Pas，=1000kg/m3）,因为混合段要求G为7001000 S-1，所以G值不符合，此方案不可行。,隔板絮凝池设计流量75000m3/d。絮凝池有效容积为1100m3。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度,值和,值各为多少？（水厂自用水量按5%计）,水温以20计，此时水的运动粘度为：,解：水厂自用水量按5%计，则絮凝池总流量为：,停留时间：,平均速度梯度为,
