第5节 混凝动力学
教学课件PPT 混凝
吸附连桥
– 水溶性链状高分子聚合物在静电引力、范德 华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶 粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。
– 再稳：
I. 高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生 “胶体保护”作用
II. 长时间剧烈搅拌
吸附连桥
胶体保护
12
网罗卷带
• 使用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐 类作混凝剂
– 絮凝（flocculation）------这些具有粘附性的离 散微粒能够粘结成絮体
2
第二节：胶体结构与特性
溶液的种类（按溶质颗粒大小）
种类 真溶液
颗粒大小
实例
0.2 - 2.0(nm) 空气、海水、汽油、酒
胶体溶液 2.0 nm – 1µm 牛奶、雾、奶油
悬浮液 > 1µm
血液、颜料、杀虫剂喷雾剂
HPAM y/x:水解度
阳离子型：主要是含有-NH3+、-NH2+和-N+R4的聚合物
• 混凝机理：吸附架桥
22
3. 助凝剂
• 通常是在单独使用混凝剂不能取得良好效果的 时候投加,用以提高混凝效果的辅助药剂。
• 作用：
– 调节/改善混凝条件 – 改善絮凝体结构
• 分类
– pH调整剂：石灰、硫酸、NaOH – 絮凝体结构改良剂：活性硅酸、粘土、骨胶、海藻
3. 水中杂质浓度：
① 杂质浓度低，颗粒间碰撞几率下降，混凝效果差
• 加助凝剂或加混凝剂后直接过滤
4. 水力条件
27
第五节：混凝处理流程和设备
混凝剂 助凝剂
慢速搅拌
废水 投配 混合 反应 沉淀分离 出水
快速搅拌
沉渣
混凝沉淀处理示意流程图
混凝原理的应用
混凝原理的应用什么是混凝？混凝是指通过物理或化学方法，将悬浮在水中或其他液体中的固体颗粒聚集成群，形成较大的团块，便于沉降或过滤分离的过程。
混凝在水处理、环境工程、制药、食品加工等领域都具有广泛的应用。
混凝的物理原理混凝的物理原理主要利用了颗粒之间的凝聚作用。
常见的混凝物理原理包括：•重力沉降：根据不同颗粒的密度差异，通过重力作用使得较重的颗粒沉降到底部。
•自吸收：颗粒表面的吸附物质，如胶体、胶状物质等，通过自身吸引力而聚集在一起。
•磁力吸附：通过磁性颗粒与固体颗粒之间的作用力，使其聚集在一起。
•表面张力减小：通过添加表面活性剂等物质，降低液体表面的张力，减小颗粒之间的排斥力，从而促使颗粒凝聚。
混凝的物理原理主要通过使颗粒之间的聚集作用增强，使颗粒形成较大的团块，方便后续的处理。
混凝的应用混凝在许多领域中都具有重要的应用价值。
下面列举几个常见的应用案例。
水处理在水处理领域中，混凝被广泛用于去除水中的悬浮颗粒和浑浊物质。
常见的混凝剂包括铁盐、铝盐等。
具体应用过程如下：1.将混凝剂加入水中，与水中的悬浊物发生化学反应或物理吸附作用。
2.悬浊颗粒和混凝剂聚集在一起，形成较大的团块。
3.团块通过重力沉降或过滤等方法进行分离。
环境工程在环境工程领域中，混凝广泛应用于废水处理、土壤修复等过程中。
例如，混凝可以用来去除废水中的重金属离子、有机物等。
1.将混凝剂加入废水中，与废水中的污染物发生化学反应或吸附作用。
2.污染物与混凝剂聚集在一起，形成较大的团块。
3.通过沉降、过滤等方法分离出团块，实现废水净化。
制药工业在制药工业中，混凝常用于分离和纯化药物中的固体杂质。
1.将药物溶液加入混凝剂中，促使固体杂质与混凝剂聚集在一起。
2.固体杂质与混凝剂形成团块，方便后续的分离操作。
3.通过过滤、离心等方法分离出团块，得到纯净的药物溶液。
食品加工在食品加工过程中，混凝常用于去除果汁、酒、啤酒等液体中的浑浊物质和微粒。
1.将混凝剂添加到液体中。
混凝动力学对混凝工艺实践的指导意义
混凝动力学对混凝工艺实践的指导意义余承烈（山西铝厂山西河津043300）Guide meaning of coagulation dynamics to coagulatingtechnology practicalityYu chenglie(Shanxi aluminium plant Hejin Shanxi 043300) 内容摘要：分析了混凝动力学几个公式，就公式中的每个因子展开讨论，认为：混凝动力学公式对混凝工艺实践有定性的指导意义，举例说明了目前几种经实践证明了的高效混凝技术与混凝动力学的相关性。
关键词: 混凝动力学公式探讨混凝工艺高效混凝技术指导意义1．混凝动力学公式的探讨一般认为，混凝包括絮凝和凝聚两个过程，凝聚和絮凝都是使胶体或悬浮物中微细粒固体聚集而使颗粒尺寸变大的过程[8]。
混凝动力学也应该包括絮凝动力学和凝聚动力学，目前就笔者掌握的资料，提法不统一，有的只提到凝聚动力学，如文献（8）。
文献(5)就只提出絮凝动力学，还明确指出：研究水中胶体在絮凝过程中的颗粒浓度随时间的减少过程称为絮凝动力学。
按照这个定义，絮凝动力学的研究范围虽然可以包括许多不同的絮凝过程，但一般絮凝动力学研究的只是憎水胶体经电解质脱稳后的容积絮凝过程。
笔者认为，絮凝动力学比较符合规律，但是在没有统一以前，目前还是提混凝动力学为宜。
混凝动力学的研究自1943年Camp和Stein提出动力学的公式后至今，许多学者提出了很多类似的公式，本文列出目前常见的几个公式，并就公式所包含的意义展开讨论。
1．1混凝动力学公式的认可文献[9]介绍的列维奇（Levich）利用扩散方程计算通过球形控制面单位时间的颗粒的时平均总数，即颗粒的碰撞数：Nt==12Πβ(ε/γ)½R³n²（1）式中ε——球形控制体周围单位体积水的能耗；γ——水的动力粘滞系数；R——球形控制体半径；n——控制体周围的颗粒时平均浓度（单位体积颗粒时平均总数）β——实验系数。
混凝机理
（2）高分子混凝剂
• 无机高分子混凝剂 聚合氯化铝 [AL2(OH)nCL6~n]m 碱式氯化铝 ALn(OH)mCL3n~m，
• 有机高分子混凝剂
• 双电层 • Zeta电位 • 等电状态 • 电荷反转 • 再稳
3）DLVO理论
2胶0世体纪粒4子0年之代间由因原为苏范联德科华学作 家用D而er相ya互gu吸in、引L，a又nd因au为和粒荷子兰周科围 学的家双V电er层we的y与交O联ve而rb产ee生k建排立斥的作关用 于。憎胶水体胶的体稳稳定定性性取的决定于量这理两论种。相
∑ p =
n 1
C D ρ lω
8
3
(
r
4 2
−
r14 )
• 式中：P—浆板所耗总功率，W;
•
r2—浆板外缘旋转半径，m;
•
CD—阻力系数，
•
ω—相对于水的旋转角速度；
• 3.每个旋转轴所需电动机功率
n—同一旋转半径上浆板数；
r1—浆板内缘旋转半径，m; ρ—水的密度，
• N=
P
式中：N—电动机功率
• 氧化剂 • 改善絮凝体结构的高分子助凝剂
§2.3 混凝动力学
水中颗粒相互碰撞的动力：
9 布朗运动
9 流体的运动
1. 异向絮凝（Perikinetic Flocculation)
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。
凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。
−
dn dt
=
kpn2
k p = 8πα p Dbd
混凝的基本原理和应用
混凝的基本原理和应用1. 混凝的定义和概述混凝作为一种常见的处理污水和废水的方法，采用化学凝结剂将悬浮物和溶解物转变为固体，从而达到净化水质的目的。
该方法广泛应用于各种工业和生活污水处理系统中。
2. 混凝的基本原理混凝的基本原理是利用化学凝结剂与水中的悬浮物和溶解物产生反应，形成较大的固体颗粒。
这些固体颗粒能够沉降到底部或被过滤器拦截，从而实现水中杂质的去除。
混凝过程中，化学凝结剂与水中的污染物发生四个关键步骤的反应：•聚合：凝结剂与水中的微粒接触并吸附在其表面。
•中和：凝结剂中的化学物质和水中的离子产生反应，中和电荷。
•凝胶形成：吸附在微粒表面的凝结剂形成胶状或溶胶，使微粒聚集。
•凝胶聚集：凝胶不断聚集使其变得足够大而能够沉降或过滤。
3. 混凝的化学凝结剂混凝过程中使用的化学凝结剂可以分为无机凝结剂和有机凝结剂两大类。
3.1 无机凝结剂•氯化铁：常用于工业废水和污水处理中，具有良好的凝胶形成能力和脱色能力。
•氯化铝：被广泛应用于城市污水处理系统，能够高效凝固和去除水中的悬浮物和溶解物。
•硫酸铝：适用于处理含有高浓度悬浮物的废水，其凝胶能力强，可以有效去除重金属。
3.2 有机凝结剂•聚合氯化铝：是一种高效的有机凝结剂，对低浊度的水处理效果特别好。
•聚丙烯酰胺：常用于富含胶体物质的废水处理，具有良好的凝胶性能和沉淀效果。
•聚合氯化铁：具有较好的脱色能力和凝固效果，广泛应用于工业废水处理中。
4. 混凝的应用领域混凝作为一种常见的水处理技术应用广泛，主要包括以下几个领域：4.1 生活污水处理生活污水中含有大量的有机物和悬浮物，通过混凝可以有效地去除这些杂质并提高水质。
混凝后的水可以进一步经过沉淀、过滤等处理步骤，使其符合排放标准。
4.2 工业废水处理工业废水中通常含有大量的重金属、有机物和悬浮物，经过混凝处理可以将这些污染物凝固成固体物质，便于后续处理或排放。
4.3 水源处理在一些地区，水源中存在着浑浊物质和悬浮物，混凝技术可以有效去除这些杂质，提高水源的可用性。
混凝动力学PPT
3.4 混凝动力学研究水中胶体在絮凝过程中的颗粒之间相互碰撞，浓度随时间减少的过程。
颗粒之间相互碰撞的动力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。
由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。
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为同向絮凝3.4.1 异向絮凝动力学由布朗运动造成的颗粒碰撞聚集。
由于布朗运动方向的不规律性，对某一个胶体来说，它可能受到来自各个方向的颗粒的碰撞，故称为“异向”。
其碰撞速率与水温成正比，与颗粒数量的平方成正比，而与颗粒尺寸无关。
但当颗粒的粒径大于1 µm时布朗运动消失。
3.4.2 同向絮凝动力学由外加能量或消耗自身势能产生流体运动而造成的颗粒碰撞聚集的过程当在同一方向上运动的两个颗粒间存在速度差，两个颗粒在垂直运动方向上的球心距离小于它们的半径之和时，速度快的将赶上速度慢的颗粒，从而相碰接触产生絮凝现象3.4.4 混凝控制指标自混凝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。
由混合和絮凝过程构成。
GT 值：速度梯度与水流在混凝设备中的停留时间T 的乘积。
反映在T 时间内颗粒碰撞的总次数。
GTC V 值: 考虑到浓度的影响后的混凝控制指标G 值：速度梯度混合设备和絮凝设备的水力条件1)混合阶段：对水流进行剧烈搅拌，使药剂快速均匀分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。
平均G＝700~1000s-1，时间通常在10～30s，一般<2min。
此阶段，絮体颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。
2)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G 有关，还与时间有关。
通常以G值和GT值作为控制指标。
平均G＝20－70s-1，GT＝104-105随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。
3.4.5 影响混凝效果的主要因素水温：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。
混凝
机械搅拌时P由机械搅拌器提供。
51
三、速度梯度的计算
水力搅拌时Ｐ由水流本身能量消耗提供
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。 颗粒的碰撞速率 Np＝8dDBn2=8/(3) Ktn2
d：颗粒直径 DB：布朗运动扩散系数＝Kt/(3d ) n：颗粒数量浓度 凝聚速率 ：只与颗 ：运动粘度 粒浓度有关，与颗 t: 温度 粒尺寸无关。 K：波尔兹曼常数 ：水的密度
粒径大于1m，布朗运动消失。
42
一、混凝剂(Coagulant)
无机－有机复合：
聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、 聚合铝/铁-甲壳素、 聚合铝/铁-天然有机高分子、 聚合铝/铁-其它合成有机高分子
高分子絮凝剂：
阳离子有机化合物 天然改性高分子：无毒易降解，如甲壳素等 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂
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二、助凝剂
吸附层（束缚反离子） 滑动面 扩散层（自由反离子）
电势形成离子
异号离子(反离子) 动电势
粘土=-15mV~-40mV
细菌=-30mV~-70mV
11
三、DLVO理论
排斥势能ER－随x按指数关系减少 总势能E Emax（能峰） 布朗运动能量 Eb＝1.5Kt<Emax
K：波尔兹曼常数；t：温度
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二、同向絮凝(orthokinetic flocculation)
由水力或机械搅拌产生
最初理论基于层流假定。
碰撞速率N0＝4/3 n2 d3 G （d1=d2) d：颗粒粒径 ； n：颗粒数量浓度 G＝du/dy (速度梯度，velocity gradient, 1/s) （相邻两流层的速度增量）
第2节 胶体的性质
一、胶体的稳定性 二、胶体双电层结构 三、DLVO理论 四、胶体的凝聚
混凝
实际设计，采用V和T，反过来校核GT或者平均G 最近采用：GCT（建议值100），C：颗粒浓度
3.7混凝设施
包括
混合设施 絮凝设施
3.7混凝设施—混合设施
混合目的
迅速均匀地将药剂扩散到水中，溶解并形成胶 体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小 的矾花。这一过程要求搅拌强度要大，使水流 产生激烈的湍流，但混合时间要短，一般不超 过2分钟。
凝聚机理—吸附-电中和作用
定义
胶粒表面对异号离子，异号胶粒或链状高分子带 异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸 附作用中和了它的部分或全部电荷，减少了静电 斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。
凝聚机理—吸附-电中和作用
吸附电中和示意图 左图表示高分子物质的带电部位与胶粒表面所带 异号电荷的中和作用 右图则表示小的带正号胶粒被带异号电荷的大胶 粒表面所吸附。
快速混合 絮凝反应
混凝剂的配制、投加和计量
配制需要药剂溶解或稀释
投加可分为干投和湿投，或分为泵前和泵后投加， 或重力投加和压力投加
混凝剂的配制、投加和计量
混凝剂投加量可实行自动控制
数学模拟法 现场模拟实验法 流动电流检测法 透光率脉动检测法 絮凝颗粒影像检测控制法
3.7混凝设施—絮凝设施
几种典型的絮凝设施
机械絮凝池
隔板絮凝池
折板絮凝池
絮凝设施—机械絮凝池
利用电动机经减速装置驱动搅拌器使水 中絮凝体由于存在不同速度梯度而产生 同向絮凝的构筑物
搅拌器叶片可以旋转运动或上下往复运 动 根据搅拌轴的安装位置：水平轴式和垂 直轴式
第11章混凝(环境工程原理中北)
胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用 和距离来评价。胶体颗粒之间的相互作用决定 于排斥能与吸引能大小，分别由静电斥力与范 德华引力产生。 静电斥力：ER－1/d2 范德华引力：EA－1/d6（有些认为是1/d2或1/d3） 由此可画出两者的综合作用图。
第二节 胶体的性质
第二节 胶体的性质
pH=6.5-7.5
多核羟基络合物起吸附电性中和；氢氧化
铝起吸附架桥、网捕 天然水体一般pH=6.5-7.8
第三节 混凝机理
说明：对于混凝剂而言，在废水处理时：（带负电胶体） （1）普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用；
（2）高分子物质
A、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中 和作用和吸附架桥功能。 B、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷 ）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。
第二节 胶体的性质
可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集 稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学 稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性 关键在于消除胶体的ξ电位。 混凝处理即是要破坏胶体的稳定性，使胶体脱稳、 聚集、沉淀析出。 胶体的脱稳：胶粒因ξ电位的降低或消除，以致失去稳 定性的过程。
微小悬浮物： 沉速极慢 胶体颗粒： 不能自然沉淀
第一节 混凝的概念
凝聚、絮凝和混凝
混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒 子及微小悬浮物的聚集过程。 凝聚：投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗 粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花”。 絮凝： 凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷 带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。
混凝法：向水中投加药剂（混凝剂），使水中的微小悬
浮物和胶体聚集成沉速较大的颗粒而去除的方法。
混凝
水中胶体的稳定性
胶体 指分散粒径在Inm－100nm之间的多相体系 胶体稳定性
动力学稳定性 聚集稳定性
布朗运动
分子热运动的必然结果
悬浮在液体或气体中的微粒进行的永不停歇的无规则的折线运动
布 朗 运 动
使粒子趋于均匀分布，阻止粒子因重力作用而下降
胶体体系动力稳定的因素之一 使胶粒互相碰撞，促使它们聚结变大 胶体体系动力不稳定的因素之一
在十九世纪中期乃至晚期，生物源导致的极性水致疾病在美 国依然盛行。到1870年后，仿效欧洲的经验， Massachusetts引进了慢速砂滤，改善了水质的感观。1890 年后，Louisville一家供水公司，Louisville，Ky.，把混 凝和快速砂滤联合使用，显著降低了水中的浊度和细菌数。 此类研究更新了水处理过程的认识，显示了预处理在水处理 中的重要性,标志着现代典型给水处理工艺的形成。 混凝过程的研究贯穿于胶体与界面科学、水质科学的历史发 展进程之中。对于胶体稳定与解稳的研究构成胶体科学领域 的一个重要内容，连同胶体自身性质的研究一起成为胶体科 学发展的两大支柱。
Al 3
x
f x3 y O H
Al 2
硫酸铝的水解
如：
Al
OH OH
Al
OH OH
Al
OH OH
Al
6
硫酸铝的混凝
不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何 种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。 实际上，几种可能同时存在。 pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用； pH=4~5 多核羟基络合物起吸附电性中和； pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥； pH>8 以铝酸阴离子Al(OH)4-为主
惯性效应在混凝中的动力学作用
惯性效应在混凝中的动力学作用惯性效应在混凝中的动力学作用（提要）本文首次从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝的动力学问题进行了研究，提出了惯性效应是絮凝的动力学致因；提出了湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素，并建立了絮凝的动力相似准则。
文章指出扩散过程应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程，而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应，特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。
一、絮凝动力学的研究现状絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。
絮凝效果的好坏取决下面两上因素：（1）是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸咐桥的联结能力，这是由混凝剂的性质决定的；（2）是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件所决定的。
导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是什么，人们一直未搞清楚。
水处理工程学科认为速度梯度是水中微小颗粒碰撞的动力学致因，并用下面公式计算速度梯度：（略）式式P为单位水体的能；μ为液体的动力粘滞系数。
由于上面公式是在层流的条件下导出的，它是否适用于流态，一直是人们所关心的湍流的絮凝池。
这个问题一直未有结论。
实际上，上面公式是层流条件下的速度梯度。
对于湍流来说由于湍动涡旋的作用，大大地增加湍流中的动量交换，大大地均化了湍流中的速度分布，所以湍流中的速度梯度远远小于上式计算的数值。
既然如此，上面公式在给水处理的工程界中为什么可以用了半个世纪呢？因为上面公式中P（单位水体能耗）这一项与湍流中的微涡旋有着密切关系，从后面文章内容我们可以看到，正是这些湍流的微结构决定了水中微小颗粒的动力学特性和它们之间的碰撞。
通过几十年的工程实践人们积累了上面公式大量的经验数据，用此来指导工程设计当然不会出现大的问题。
但上述公式对改善现有的絮凝工艺并没有任何价值。
因为提高絮凝效果就必须增加速度梯度，增加速度梯度就必须增加水体的能耗，也就是增加絮凝池的流速。
但是絮凝过程是速度受限过程，随着矾花的长大，水流速度应不断减小。
水处理中的混凝沉淀过程流体动力学分析
水处理中的混凝沉淀过程流体动力学分析引言水是人类生活中必不可缺的资源，而随着人口的增加和工业化的发展，水资源的污染问题日益严重。
因此，水处理变得尤为重要。
在水处理过程中，混凝沉淀是常见且重要的一项工艺，用于去除水中的悬浮颗粒物和溶解有机物。
混凝沉淀过程的流体动力学性质对于水处理的效果和设备的设计具有重要影响。
本文将对水处理中混凝沉淀过程的流体动力学进行分析和探讨。
混凝沉淀过程概述混凝沉淀是利用化学混凝剂将水中的悬浮物聚集成较大的颗粒物并沉淀至底部的过程。
在混凝过程中，悬浮物与混凝剂发生吸附和相互作用，形成颗粒状的絮凝物。
随后，絮凝物经由重力作用沉降至水体底部或通过过滤等方法分离出去。
混凝沉淀过程是一个复杂的物理化学过程，需要考虑多种因素，包括混凝剂的种类和用量、溶液的pH值、温度等。
流体动力学模型流体动力学模型是描述混凝沉淀过程中液相和固相之间相互作用的数学模型。
该模型基于质量守恒定律、动量平衡方程和颗粒物运动方程等基本原理，考虑了悬浮颗粒物的运动、聚集和沉降过程。
在建立流体动力学模型时，需要考虑以下几个关键因素：1.流体的流动特性：流体动力学模型要考虑流体的黏性、密度和速度分布等因素，以准确描述混凝沉淀过程中的流动行为。
2.混凝剂的添加和混凝效果：混凝剂的添加和混凝效果对于沉淀效率和凝聚物的形成具有重要影响。
流体动力学模型应考虑混凝剂的浓度变化和混凝物质的形成过程。
3.颗粒物的沉降速度：颗粒物的沉降速度是混凝沉淀过程中的关键参数。
流体动力学模型应考虑颗粒物的大小、密度和形状等因素，以准确描述颗粒物的沉降速度。
4.液固分离过程：液固分离是混凝沉淀过程的最终目标，流体动力学模型应考虑分离装置的设计和效果。
混凝沉淀过程的分析和研究方法混凝沉淀过程的分析和研究方法主要包括实验方法和数值模拟方法。
实验方法实验方法是研究混凝沉淀过程的经典方法之一。
通过在实验室中模拟混凝沉淀过程，可以获得实际数据用于分析和建模。
混凝-环境学院
但是ξ电位降低或者消除对降低或消除水化膜作用、促进胶体絮凝具有一定 的作用。
由此可知， ξ电位的研究对研究胶体的稳定性具有十分重要的意义。
二、双电层理论
电位离子 反离子
胶核
胶粒
这种机理在水处理中出现的较多。在水处理中，一般均投加高 价电解质。
说明：再稳现象，过多投加多核络合离子，胶核的 强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出 现的再稳现象。
（三）吸附架桥机理
吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德 华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬 浮物等发生吸附＋桥连的现象。
第三节 混凝机理
主要内容
一、 铝盐在水中的化学反应 二、 混凝机理 三、 混凝过程
一、铝盐在水中的化学反应
硫酸铝絮凝剂使用历史悠久，较为广泛，其混凝机理具有相当的代表性。
硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O溶于水后，立即离解出铝离子，通常是以 [Al(H2O)6]3+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。各 种水解聚合产物的在水处理混凝过程表现出不同的混凝机理。
二、混凝对象
废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能
在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。
水体颗粒物在污染物的毒性以及迁移、转化过程中具有极其重要的作用。
混凝所处理的对象，主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质（ 粒度
范围在1nm~0.1m（有时认为在1m））。
说 明：
（1）受胶核电位离子的静电引力和反离子热运动的扩散作用、溶液对反 离子的水化作用，反离子的浓度随与胶粒表面距离增加而逐渐减少，分布 符合Boltzmann分布。
混凝土的动力学性能原理及其应用
混凝土的动力学性能原理及其应用一、前言混凝土是一种常用的建筑材料，具有广泛的应用领域。
混凝土的力学性能是其能否承受外部荷载并保持稳定的关键因素。
然而，混凝土在受到外力作用时会发生变形和破坏，因此需要了解混凝土的动力学性能，以便更好地应用于实际工程中。
本文将深入探讨混凝土的动力学性能原理及其应用。
二、混凝土的力学性质1. 弹性模量弹性模量是指在弹性阶段，单位应变下应力的比值。
混凝土的弹性模量受到多种因素的影响，如水胶比、骨料种类和大小、龄期等。
通常情况下，混凝土的弹性模量约为剪切模量的10倍。
2. 抗拉强度混凝土的抗拉强度相对较低，通常只有其抗压强度的10%左右。
这是因为混凝土在受到拉应力时会出现微裂纹，导致强度降低。
因此，在实际工程中，需要采取一些措施来增强混凝土的抗拉强度，如添加钢筋等。
3. 抗压强度混凝土的抗压强度是指在试验条件下，单位面积的混凝土能够承受的最大压应力。
混凝土的抗压强度受到多种因素的影响，如水胶比、骨料种类和大小、龄期等。
通常情况下，混凝土的28天抗压强度为20~50 MPa。
4. 压缩变形混凝土在受到压应力时会发生压缩变形，即体积缩小。
混凝土的压缩变形受到多种因素的影响，如水胶比、骨料种类和大小、龄期等。
通常情况下，混凝土的压缩变形率为0.002~0.003。
三、混凝土的动力学性能1. 动力学力学性能混凝土在受到动态荷载作用时，其力学性能会发生变化。
例如，在地震或爆炸等情况下，混凝土的强度和变形能力会受到影响。
因此，需要研究混凝土的动力学性能，以便更好地应对这些情况。
2. 疲劳性能混凝土在受到反复荷载作用时，会出现疲劳现象，即强度和变形能力逐渐降低。
这是由于混凝土中的微裂纹会逐渐扩展，导致强度降低。
因此，需要对混凝土的疲劳性能进行研究，以便更好地应对这些情况。
3. 冻融性能混凝土在受到冻融循环作用时，会出现开裂现象，导致强度降低。
这是由于混凝土中的水会在冻结时膨胀，导致混凝土受到应力。
水处理工程学习笔记(5)：混凝的机理
水处理工程学习笔记（5）
本节主要内容：
混凝的机理相关知识。
一、混凝的机理—混凝有关的概念
（1）混凝：往水中加入混凝剂，使水中原本不能自然沉淀下来的胶体粒子脱稳，聚集成可自由沉淀的大絮体的过程。
（2）混合：混凝剂在水中分散的过程。
（3）反应：混合后的过程。
（4）凝聚：水中胶体粒子失去稳定性的过程。
（5）絮凝：脱稳后胶体粒子相互聚集的过程。
（6）异向絮凝：由于布朗运动导致的碰撞。
颗粒越大，布朗运动越弱，异向絮凝的影响也越小。
（7）同向絮凝：由于水流运动导致的碰撞。
二、混凝机理
1、压缩双电层作用
2、吸附－电中和作用
3、吸附架桥作用
4、网捕卷扫作用。
混凝动力学PPT学习教案
3.特性参数法 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， 这一因素的变化反映了混凝程度的变化。流 动电流检测器法和透光率脉动法属于特性参 数法。
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流动电流是指胶体扩散层中反离子在外力 作用下随着流体流动而产生的电流。此电流 与胶体ξ电位有正相关关系。混凝后胶体ξ电 位变化反映了胶体脱稳程度。优点是控制因 子单一；投资低，操作简单；控制精度较高。 缺点是投药量与流动电流很少相关。
2
5
4
6 7 3 8 1
图 6-10 高位水箱溶液重力投加
1-溶解池；2-溶液池；3-提升泵；4-水封箱； 5-浮球阀；6-流量计；7-调节阀；8-压力水；
1
2
3
高压水 6
5 4
图 6-11 水射器投加
1-溶液池；2-投药箱；3-漏斗； 4-水射器；5-压水管；6-高压水管
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1 3
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（1）泵前投加 ：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6-9。。
（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， 但溶液池位置较高，见图6-10。
（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 制，但效率低，易磨损，见图6-11。
图 6-12 计量泵投加
1-溶液池；2-计量泵；3-压水管
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3.3.3 混凝剂投加量自动控制
1.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，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。
混凝土电动力学原理
混凝土电动力学原理混凝土电动力学原理混凝土电动力学是指混凝土在电场作用下所发生的电化学反应及其电性能的研究。
混凝土电动力学原理是混凝土电化学行为的基础，深入研究混凝土电动力学原理对于混凝土的性能、使用寿命及耐久性等方面有重要的意义。
一、混凝土电动力学基础1.1 电化学反应混凝土电化学反应包括阳极反应和阴极反应，其中阳极反应是混凝土电化学反应的主要反应。
混凝土中的各种离子和化学物质在电场作用下会发生电化学反应，这些反应会对混凝土的性能产生显著影响。
混凝土中的阳极反应主要是金属腐蚀反应，而阴极反应则是水分电解反应。
1.2 电化学反应的影响因素混凝土电化学反应的影响因素包括电场强度、电解质浓度、电极材料、混凝土的化学成分、温度等。
其中，电场强度是影响混凝土电化学反应最重要的因素之一。
电场强度越大，混凝土中的电化学反应也就越强烈。
1.3 混凝土中的离子运动混凝土中的离子运动是混凝土电动力学的另一个重要基础。
混凝土中的离子可以通过电荷的作用在混凝土内部移动，这种运动会影响混凝土的电性能。
混凝土的离子运动速度与其电导率密切相关，电导率越高，离子运动速度就越快。
二、混凝土电动力学特性2.1 混凝土电导率混凝土的电导率是指单位长度内的电阻。
混凝土的电导率与其水泥胶体中的电解质浓度、孔隙度、水分含量等因素有关。
混凝土中的电导率越高，其电化学反应也就越强烈。
2.2 混凝土电极电势混凝土中的电极电势是指混凝土中的电极对大地的电势差。
混凝土中的电极电势与其离子的浓度、电解质的种类、电场强度等因素有关。
混凝土中的电极电势越高，混凝土中的电化学反应也就越强烈。
2.3 混凝土电流密度混凝土中的电流密度是指单位面积内的电流密度。
混凝土中的电流密度与其电导率、电场强度、混凝土中的电化学反应等因素有关。
混凝土中的电流密度越大，其电化学反应也就越强烈。
三、混凝土电动力学应用3.1 混凝土防护性混凝土电动力学原理可以用于混凝土的防护性能研究。
给水工程教案 第5课
§15.2 混凝剂和助凝剂一、混凝剂基本要求：混凝效果好，对人体无害，使用方便，货源充足，价格低廉。
混凝剂种类很多，据目前所知，不少于200~300种。
1．无机混凝剂P257 表15-2列出常用无机混剂。
（1）硫酸铝粗制硫酸铝因含杂质多，给药液配制、排渣操作带来麻烦。
粗制硫酸铝使用方便，但水温低时，水解困难，形成的絮凝体较松散，效果不及铁盐。
（2）聚合铝单体为铝的羟基配合物：Al2(OH)n Cl6-n通常n = 1~5；m≤10例如：聚合氯化铝Al16(OH)40Cl8即m = 8；n = 5的聚合物，也称多核聚合物，溶于水，即形成聚合阳离子。
如：Al2(OH)3Cl3→Al2(OH)33+ + 3Cl-最终起作用用于除浊：对水中胶粒起电中和及吸附作用，作用机理现硫酸铝（比其好）；用于除色：由于构成色度的有机物有很厚的水化膜，要求高电荷。
可根据不同的水质要求，人为的制备成高聚物，以最优形态投入水中，以发挥其优异的混凝作用。
聚合氯化铝可看作AlCl3在一定条件下经水解，聚合逐步转化成Al(OH)3沉淀物过程的中间产物。
一般铝盐（如Al2(SO4)3或AlCl3）在投入水中后，才进行水解聚合反应，反应产物的物种受水的pH值及铝盐的浓度影响。
而聚合铝在投入水中前的制备阶段即已经发生水解聚合，投入水中后也可能发生新的变化。
但聚合物的成分基本确定，其成分主要决定于OH和Al[OH]B=100%3[Al]⨯例如：Al2(OH)5Cl的碱化度5B100%83.3%32=⨯=⨯制备过程中，控制适当的碱化度，即可获得所需要的优质聚合氯化铝，一般控制在50%~80%之间。
（3）三氯化铁有金属光泽的褐色晶体，含杂质少，易溶解。
FeCl3 · 6H2O 是铁盐混凝剂中最常用的一种。
三氯化铁溶于水后，和铝盐相似，水合离子Fe(H2O)63+也进行水解、聚合反应，Fe3+通过水解聚合可形成多种成分的配合物或聚合物，如：单核组分：Fe(OH)2+、Fe(OH)2+多核组分：Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+等以至Fe (OH)3↓三氯化铁的混凝机理也与硫酸铝相似，所不同的是：①三价铁适用的pH范围较宽；②形成的絮凝体密实、重、沉速大；③用于处理低温低浊水时比铝盐好。
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第5节 混凝动力学
颗粒间的碰撞是混凝的首要条件――混凝动力学
一、异向絮凝
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。
颗粒的碰撞速率 Np ＝8/(3νρ) KTn 2
n ：颗粒数量浓度
ν：运动粘度
凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。
Np 只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。
当颗粒的粒径大于1μm ，布朗运动消失。
二、同向絮凝
由水力或机械搅拌产生。
其理论仍在发展之中。
最初的理论基于层流的假定。
碰撞速率N 0＝4/3 n 2 d 3 G
d ：颗粒粒径
G ＝∆U/∆Z(速度梯度)（相邻两流层的速度增量）
可由水流所耗功率p 来计算。
p ＝τG τ：剪切应力
p ：单位体积流体所耗功率，W/m 3
按照牛顿定律 τ＝μG
(1/s) (1943年发明的理论，甘布公式
)
μ：动力粘度，Pa s
p ：水流所耗功率，W/m 3
水力搅拌时 pV ＝ρgQh （由水流本身能量消耗提供）
水流体积V ＝QT
ν：运动粘度，m 2/s
h ：水头损失，m
T ：水流在混凝设备中的停留时间
但存在问题：
层流假设→基于紊流理论的颗粒碰撞机率计算？
微涡旋理论
G 增加→碰撞机率增加→絮凝效果增加
μ/p G =T gh G ν=
但破碎程度也增加。
此现象尚未很好从理论上得到描述。
三、混凝控制指标
用G可以来判断混合和絮凝的程度：
混合（凝聚）过程：G＝700－1000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂
时间通常在10～30s，一般<2min
絮凝过程：不仅与G有关，还与时间有关。
平均G＝20－70s-1，GT＝1～104－105实际设计，采用V和T，反过来校核GT或者平均G
最近采用：GTC（建议值100），C：颗粒浓度。