6-水的混凝
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对混合设施的基本要求是通过对水体的强烈搅动，在很短时间内 使药剂均匀地扩散到整个水体
反映混合的指标主要为速度梯度G值和混合时间
根据工程实践经验，G值：700-1000 s-1；混合时间：10-30s
混合的方式
◦ 管式混合： ◦ 水力混合： ◦ 机械混合： ◦ 水泵混合：
在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮体相互接触碰撞，而形成更大 的絮粒，以适应沉降分离的要求。
水温 pH值和碱度 水中悬浮物含量
各因素影响程度与混凝剂种类有关。
Ø 固体：袋装，堆放
Ø 存贮量N（袋）：
N QaT 1000W
Ø 固定储备量，
Ø 周转储备量，应根据当地具体条件确定。
Ø 堆放面积：
A NV H (1 P)
Ø 液体：
Ø 运输：槽车，船只 Ø 储存：储液池，分格 Ø 存贮量：
• 颗粒聚集絮凝的前提是发生“碰撞” • 推动水中颗粒碰撞的动力
• 布朗运动 → 异向絮凝 • 水力或机械搅拌下的流体运动 → 同向絮凝
可以导出布朗运动的碰撞速率为：
dn dt
1 2Leabharlann Np43KTn 2
n –– 颗粒数量浓度，个/cm3 η - 有效碰撞系数
K - 波兹曼常数，1.38×10－6 g.cm2/s2 K
T - 绝对温度，K
ν－水的运动粘度，cm2/s
ρ－水的密度，g/cm3
1). 异向絮凝速率∝ T（水温）
2). 异向絮凝速率∝ n2 （颗粒数量）
3). 异向絮凝速率与d无关
可推导出层流条件下颗粒碰撞速率
dn dt
1 2
No
2 3
n2d 3G
式中： n - 颗粒数量浓度，个/cm3 d - 颗粒直径，cm η - 有效碰撞系数
混合阶段（凝聚）：
◦ G=700-1000 s-1 ◦ T= 10-30 s, ≤2 min
絮凝阶段（絮凝）：
G=20-70 s-1 ◦ 平均GT= 1 104 ~ 1 105
混凝剂： 为了促使水中胶体颗粒脱稳以及悬浮颗粒相互聚
结所投加的化学药剂。
选用原则
常用种类
无机
硫酸铝，三氯化铁，硫酸亚铁，等
折板絮凝池根据折板相对位置的不同又可分为异波和同波两种。
◦ 异波折板是将折板交错布置，使水的流速时而收缩成最小， 时而扩张成最大，从而产生絮凝所需要的紊动；
◦ 同波折板将折板平行布置，使水的流速保持不变，水在流过 转角处产生紊动。
分为平板折板和波纹折板
G值：同隔板絮凝池 分段：一般3 段，
8
3L(r24
r14 )
设每轴上同一旋转半径有m块浆板，则
Pm
m CD
8
3L(r24
r14 )
设同一轴上有两个以上不同旋转半径浆板，则全轴所耗功率
P
n 1
Pm
n 1
m
CD
8
3 L(r2 4
r14
)
电机功率 N
N = P/1000η1η2
式中： η1- 搅拌设备总机械效率，0.75
— CH2 — CH — │
CONH2 n
絮凝作用：
当加入NaOH等碱液后, 聚丙烯酰胺分子可以发生水解反应,提高了 聚丙烯酰胺的架桥能力。
水解度一般以30％一40％为宜。
助凝剂：为了改善或强化混凝过程所投加的辅助药剂。
分类：
Ø 酸碱类（pH调节剂） Ø 氧化剂类氧化反应 Ø 矾花核心类：改善絮体结构 Ø 高分子聚合物类：增加颗粒尺寸
固定储备量， 周转储备量，
防腐：
2. 混凝剂的溶解调配
一般采用湿式投加。 整个系统包括药剂配制、计量、投加。 设备包括：溶解池、溶液池、计量设备、投加设备，等。
溶解池 W2
作用是把固体药剂溶成浓缩液。
溶解池的容积可按下列计算：
式中：
W2 = (0.2-0.3) W1
W1 - 溶液池容积，m3。
6FeSO4.7H2O + 3Cl2 → 2 Fe2(SO4)3 + 3FeCl3 + 4H2O 6*278 : 3*71 = 8:1 (投药比),再+1.5-2.0mg/L余量
丙烯酰胺聚合而成的有机高分子聚合物。 无色、无味、无臭，没有腐蚀性。 常温下比较稳定，高温、冰冻时易降解，并降低絮凝效果 聚丙烯酰胺的分子结构式为：
（2）．吸附架桥作用机理
高分子混凝剂借助松散网状长链式结构，与水种胶体颗粒之间产生粘结桥 连作用。
（3）. 沉淀物的卷扫（网捕）作用
高价金属盐做混凝剂，投加量非常大，形成金属氢氧化物沉淀时，水中的 胶体颗粒被网捕，从而随之一起沉淀。
混凝机理在水处理过程中不是各自孤立的现象，而往 往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量 和水质条件而发挥作用程度不同，以某一、两种作用 机理为主。
• 布朗运动所产生的势能 EB • 吸引势能（范德华力） EA • 排斥势能（静电排斥力） ER
（1）．电性中和作用机理
压缩双电层
通过投加电解质压缩扩散层以导致胶粒间相互凝聚的作用机理。 电解质的凝聚能力随其离子价数增加而显著增加。
吸附-电中和
分子量大、正电荷价数高的电解质优先涌入到吸附层表面直接中和 ζ电位的机理。
◦ 计量泵（定量投药泵） ◦ 转子流量计 ◦ 电磁流量计 ◦ 孔口计量设备
投加
◦ 泵前投加 ◦ 高位池重力投加 ◦ 水射器投加 ◦ 泵投加
混凝剂自动投加与控制
◦ 数学模拟法 ◦ 现场小型装置模拟法 ◦ 特性参数法：流动电流检测法(SCD法) ；透光率脉动法
1、 混合设备
将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，是取得良好混凝效 果的重要前提
G – 速度梯度（1/s），是控制混凝效果的水力条件，重要的控制参数
G只反映的是能量消耗的概念。
G
p
•
机械搅拌
G gh • 水力絮凝
T
• μ - 水的动力黏度，Pa.s • p-单位体积流体所耗功率,W/m3
ν －水的运动黏度，m2/s h －混凝设备中的水损，m T－ 水流在混凝设备中的停留时间，s
混凝是给水处理中的一个重要工艺过程。胶体杂质。
1、胶体颗粒的稳定性
胶体的结构特性
天然水中胶体物质是形成水中浊度的主要因素 胶体颗粒具有双电层结构 在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或ζ电位
胶体颗粒的稳定性
胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 动力稳定和凝聚稳定
设水中两个胶体颗粒之间距离为X，运动到非常接近或发 生碰撞时，其相互间所存在的作用势能有如下三种：
聚合铝 聚合铁 复合型无机高分子
天然高分子型：淀粉衍生物，甲壳素，木质素，等 有机高分子
合成高分子型 阴离子型 阳离子型 非离子型：聚丙烯酰胺
硫酸铝是水处理中使用最多、最常用的一种混凝剂。
精制硫酸铝的分子式为 Al2(SO4)3 •18H20，含Al2O3量大于15％。
硫酸铝投入水中后交替发生水解和缩聚反应，所生成的Al3+化合 物（水解和缩聚产物）的形态取决于溶液的pH值。硫酸铝的混凝 行为是其各种水解产物混凝作用的综合。
叶片可以作旋转运动，也可以上下往复运动。国内多采用旋转 运动的方式。
机械絮凝池分为水平轴式及垂直轴式两种。
为了适应絮凝过程中G值变化的要求和提高絮凝的效率，机械 搅拌絮凝池一般应采用多级串联。
絮凝时间：T = 15-20 min 水深：3-4m 一般不少于3格，各设搅拌机，之间用隔墙分开，隔墙
控制指标：平均 Ｇ = 20－70 (s－1)，GT = 1×104 － 1×105
分为：
◦ 机械絮凝
◦ 水力絮凝：隔板絮凝池，折板絮凝池，网格絮凝池，穿孔旋流絮凝 池，等。
水流以一定流速在隔板之间通过而完成絮凝过程的絮凝池。 往复式和回转式 特点：
◦ 管理方便，构造简单，无机械设备 ◦ 水损较大（尤无效部分） ◦ 对流量变化调节能力差，适应性差 ◦ 停留时间长，容积大
G值要沿流程逐渐下降，分成若干廊道（4－6段）；各廊道水损分段 计算后再求和，总水损h=∑hi，一般在0.3 - 0.5 m；
hi * mi vn2
2g
vi 2 Ci 2 *
Ri
Li
• 廊道流速：起端vo= 0.5-0.6 m/s，末端 vn= 0.2-0.3 m/s • 隔板间距: d ≥0.50 m • 隔板与池壁间距: b= (1.2-1.5) d • 絮凝时间: T = 20-30 min，依水质而定； • 池底坡度: i= 0.02-0.03
上下交叉开孔； V孔≤下一档桨板外缘线速度
浆板
a. ΣAi（每轴上桨板总面积） = (10-20)% F， ≤25% F
F－絮凝池过水断面面积
b.桨板长/叶轮直径 = L/D ≤0.75
c.桨板宽 b = 10-30 cm
第i块浆板整体所耗功率
Pi
r 2 CD 3r 3Ldr
r1 2
CD
溶液池容积：
式中:
W1＝ aQ (m3) 417bn
◦ a：药剂最大投量, mg/L
◦ Q: 处理水量, (m3/h)
◦ b%:溶液浓度（纯度%）,可采用5%~20%（按固体重计算）
◦ n: 每日投配次数，不宜超过3次/天。
取决于投加方式，可以包括：计量设备、药剂提升、投加设备，等。 混凝剂的投量需准确计算；设备应便于控制，随时可以调节； 常用计量设备有：
11胶体颗粒的稳定性胶体的结构特性胶体的结构特性?天然水中胶体物质是形成水中浊度的主要因素?胶体颗粒具有双电层结构?在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或电位电位胶体颗粒的稳定性胶体颗粒的稳定性?胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性
6.1 混凝机理 6.2 混凝动力学及混凝控制指标 6.3 混凝剂和助凝剂 6.4 影响混凝效果主要因素 6.5 混凝剂的储存与投加 6.6 混凝设备与构筑物
V1= 0.25～0.35m/s， V2 = 0.15～0.25m/s， V3 = 0.10m/s
折板夹角：θ= 900 ～1200 波高：h = 0.30～0.40 m 板宽：0.50 m 絮凝时间：T = 10～15 min
机械絮凝池是通过机械带动叶片而使液体运动以完成絮凝的絮 凝池。
η2- 传动效率，0.6-0.95
校核： G、GT值是否符合要求。
规范中相关设计规定：
聚合铝是应用较为广泛的一种无机高分子的多价聚合电解质混凝 剂，常用聚合氯化铝PAC 或 BAC 。
人为控制条件下制取出的Al3＋的水解过程中的各种中间产物
主要成分取决于碱化度（聚合氯化铝的某种形态中羟基化程度）， 用下式表示：
B [OH] 100 % 3[Al]
铁盐与铝盐相似 但腐蚀性强 对pH值变化比硫酸铝适应性宽(5-11），矾花重，易沉淀，效果好 处理低温低浊水优于铝盐 某些工业用水不适合
易溶于水； 铁为二价，仅能形成单核产物，效果不如三价铁； 二价铁残留在水中会造成水中色度升高，若原水色度高，二价铁还会
与某些色度物质起反应，生成更深不易沉淀物质； 二价铁使用时一般先将其氧化––––
◦ 水中O2充足，且pH大于9，可直接氧化Fe2+→Fe3+ ◦ “ 亚铁氯化法” (更常用)
反映混合的指标主要为速度梯度G值和混合时间
根据工程实践经验，G值：700-1000 s-1；混合时间：10-30s
混合的方式
◦ 管式混合： ◦ 水力混合： ◦ 机械混合： ◦ 水泵混合：
在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮体相互接触碰撞，而形成更大 的絮粒，以适应沉降分离的要求。
水温 pH值和碱度 水中悬浮物含量
各因素影响程度与混凝剂种类有关。
Ø 固体：袋装，堆放
Ø 存贮量N（袋）：
N QaT 1000W
Ø 固定储备量，
Ø 周转储备量，应根据当地具体条件确定。
Ø 堆放面积：
A NV H (1 P)
Ø 液体：
Ø 运输：槽车，船只 Ø 储存：储液池，分格 Ø 存贮量：
• 颗粒聚集絮凝的前提是发生“碰撞” • 推动水中颗粒碰撞的动力
• 布朗运动 → 异向絮凝 • 水力或机械搅拌下的流体运动 → 同向絮凝
可以导出布朗运动的碰撞速率为：
dn dt
1 2Leabharlann Np43KTn 2
n –– 颗粒数量浓度，个/cm3 η - 有效碰撞系数
K - 波兹曼常数，1.38×10－6 g.cm2/s2 K
T - 绝对温度，K
ν－水的运动粘度，cm2/s
ρ－水的密度，g/cm3
1). 异向絮凝速率∝ T（水温）
2). 异向絮凝速率∝ n2 （颗粒数量）
3). 异向絮凝速率与d无关
可推导出层流条件下颗粒碰撞速率
dn dt
1 2
No
2 3
n2d 3G
式中： n - 颗粒数量浓度，个/cm3 d - 颗粒直径，cm η - 有效碰撞系数
混合阶段（凝聚）：
◦ G=700-1000 s-1 ◦ T= 10-30 s, ≤2 min
絮凝阶段（絮凝）：
G=20-70 s-1 ◦ 平均GT= 1 104 ~ 1 105
混凝剂： 为了促使水中胶体颗粒脱稳以及悬浮颗粒相互聚
结所投加的化学药剂。
选用原则
常用种类
无机
硫酸铝，三氯化铁，硫酸亚铁，等
折板絮凝池根据折板相对位置的不同又可分为异波和同波两种。
◦ 异波折板是将折板交错布置，使水的流速时而收缩成最小， 时而扩张成最大，从而产生絮凝所需要的紊动；
◦ 同波折板将折板平行布置，使水的流速保持不变，水在流过 转角处产生紊动。
分为平板折板和波纹折板
G值：同隔板絮凝池 分段：一般3 段，
8
3L(r24
r14 )
设每轴上同一旋转半径有m块浆板，则
Pm
m CD
8
3L(r24
r14 )
设同一轴上有两个以上不同旋转半径浆板，则全轴所耗功率
P
n 1
Pm
n 1
m
CD
8
3 L(r2 4
r14
)
电机功率 N
N = P/1000η1η2
式中： η1- 搅拌设备总机械效率，0.75
— CH2 — CH — │
CONH2 n
絮凝作用：
当加入NaOH等碱液后, 聚丙烯酰胺分子可以发生水解反应,提高了 聚丙烯酰胺的架桥能力。
水解度一般以30％一40％为宜。
助凝剂：为了改善或强化混凝过程所投加的辅助药剂。
分类：
Ø 酸碱类（pH调节剂） Ø 氧化剂类氧化反应 Ø 矾花核心类：改善絮体结构 Ø 高分子聚合物类：增加颗粒尺寸
固定储备量， 周转储备量，
防腐：
2. 混凝剂的溶解调配
一般采用湿式投加。 整个系统包括药剂配制、计量、投加。 设备包括：溶解池、溶液池、计量设备、投加设备，等。
溶解池 W2
作用是把固体药剂溶成浓缩液。
溶解池的容积可按下列计算：
式中：
W2 = (0.2-0.3) W1
W1 - 溶液池容积，m3。
6FeSO4.7H2O + 3Cl2 → 2 Fe2(SO4)3 + 3FeCl3 + 4H2O 6*278 : 3*71 = 8:1 (投药比),再+1.5-2.0mg/L余量
丙烯酰胺聚合而成的有机高分子聚合物。 无色、无味、无臭，没有腐蚀性。 常温下比较稳定，高温、冰冻时易降解，并降低絮凝效果 聚丙烯酰胺的分子结构式为：
（2）．吸附架桥作用机理
高分子混凝剂借助松散网状长链式结构，与水种胶体颗粒之间产生粘结桥 连作用。
（3）. 沉淀物的卷扫（网捕）作用
高价金属盐做混凝剂，投加量非常大，形成金属氢氧化物沉淀时，水中的 胶体颗粒被网捕，从而随之一起沉淀。
混凝机理在水处理过程中不是各自孤立的现象，而往 往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量 和水质条件而发挥作用程度不同，以某一、两种作用 机理为主。
• 布朗运动所产生的势能 EB • 吸引势能（范德华力） EA • 排斥势能（静电排斥力） ER
（1）．电性中和作用机理
压缩双电层
通过投加电解质压缩扩散层以导致胶粒间相互凝聚的作用机理。 电解质的凝聚能力随其离子价数增加而显著增加。
吸附-电中和
分子量大、正电荷价数高的电解质优先涌入到吸附层表面直接中和 ζ电位的机理。
◦ 计量泵（定量投药泵） ◦ 转子流量计 ◦ 电磁流量计 ◦ 孔口计量设备
投加
◦ 泵前投加 ◦ 高位池重力投加 ◦ 水射器投加 ◦ 泵投加
混凝剂自动投加与控制
◦ 数学模拟法 ◦ 现场小型装置模拟法 ◦ 特性参数法：流动电流检测法(SCD法) ；透光率脉动法
1、 混合设备
将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，是取得良好混凝效 果的重要前提
G – 速度梯度（1/s），是控制混凝效果的水力条件，重要的控制参数
G只反映的是能量消耗的概念。
G
p
•
机械搅拌
G gh • 水力絮凝
T
• μ - 水的动力黏度，Pa.s • p-单位体积流体所耗功率,W/m3
ν －水的运动黏度，m2/s h －混凝设备中的水损，m T－ 水流在混凝设备中的停留时间，s
混凝是给水处理中的一个重要工艺过程。胶体杂质。
1、胶体颗粒的稳定性
胶体的结构特性
天然水中胶体物质是形成水中浊度的主要因素 胶体颗粒具有双电层结构 在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或ζ电位
胶体颗粒的稳定性
胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 动力稳定和凝聚稳定
设水中两个胶体颗粒之间距离为X，运动到非常接近或发 生碰撞时，其相互间所存在的作用势能有如下三种：
聚合铝 聚合铁 复合型无机高分子
天然高分子型：淀粉衍生物，甲壳素，木质素，等 有机高分子
合成高分子型 阴离子型 阳离子型 非离子型：聚丙烯酰胺
硫酸铝是水处理中使用最多、最常用的一种混凝剂。
精制硫酸铝的分子式为 Al2(SO4)3 •18H20，含Al2O3量大于15％。
硫酸铝投入水中后交替发生水解和缩聚反应，所生成的Al3+化合 物（水解和缩聚产物）的形态取决于溶液的pH值。硫酸铝的混凝 行为是其各种水解产物混凝作用的综合。
叶片可以作旋转运动，也可以上下往复运动。国内多采用旋转 运动的方式。
机械絮凝池分为水平轴式及垂直轴式两种。
为了适应絮凝过程中G值变化的要求和提高絮凝的效率，机械 搅拌絮凝池一般应采用多级串联。
絮凝时间：T = 15-20 min 水深：3-4m 一般不少于3格，各设搅拌机，之间用隔墙分开，隔墙
控制指标：平均 Ｇ = 20－70 (s－1)，GT = 1×104 － 1×105
分为：
◦ 机械絮凝
◦ 水力絮凝：隔板絮凝池，折板絮凝池，网格絮凝池，穿孔旋流絮凝 池，等。
水流以一定流速在隔板之间通过而完成絮凝过程的絮凝池。 往复式和回转式 特点：
◦ 管理方便，构造简单，无机械设备 ◦ 水损较大（尤无效部分） ◦ 对流量变化调节能力差，适应性差 ◦ 停留时间长，容积大
G值要沿流程逐渐下降，分成若干廊道（4－6段）；各廊道水损分段 计算后再求和，总水损h=∑hi，一般在0.3 - 0.5 m；
hi * mi vn2
2g
vi 2 Ci 2 *
Ri
Li
• 廊道流速：起端vo= 0.5-0.6 m/s，末端 vn= 0.2-0.3 m/s • 隔板间距: d ≥0.50 m • 隔板与池壁间距: b= (1.2-1.5) d • 絮凝时间: T = 20-30 min，依水质而定； • 池底坡度: i= 0.02-0.03
上下交叉开孔； V孔≤下一档桨板外缘线速度
浆板
a. ΣAi（每轴上桨板总面积） = (10-20)% F， ≤25% F
F－絮凝池过水断面面积
b.桨板长/叶轮直径 = L/D ≤0.75
c.桨板宽 b = 10-30 cm
第i块浆板整体所耗功率
Pi
r 2 CD 3r 3Ldr
r1 2
CD
溶液池容积：
式中:
W1＝ aQ (m3) 417bn
◦ a：药剂最大投量, mg/L
◦ Q: 处理水量, (m3/h)
◦ b%:溶液浓度（纯度%）,可采用5%~20%（按固体重计算）
◦ n: 每日投配次数，不宜超过3次/天。
取决于投加方式，可以包括：计量设备、药剂提升、投加设备，等。 混凝剂的投量需准确计算；设备应便于控制，随时可以调节； 常用计量设备有：
11胶体颗粒的稳定性胶体的结构特性胶体的结构特性?天然水中胶体物质是形成水中浊度的主要因素?胶体颗粒具有双电层结构?在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或在吸附层与扩散层界面处的电位称为电动电位或电位电位胶体颗粒的稳定性胶体颗粒的稳定性?胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性
6.1 混凝机理 6.2 混凝动力学及混凝控制指标 6.3 混凝剂和助凝剂 6.4 影响混凝效果主要因素 6.5 混凝剂的储存与投加 6.6 混凝设备与构筑物
V1= 0.25～0.35m/s， V2 = 0.15～0.25m/s， V3 = 0.10m/s
折板夹角：θ= 900 ～1200 波高：h = 0.30～0.40 m 板宽：0.50 m 絮凝时间：T = 10～15 min
机械絮凝池是通过机械带动叶片而使液体运动以完成絮凝的絮 凝池。
η2- 传动效率，0.6-0.95
校核： G、GT值是否符合要求。
规范中相关设计规定：
聚合铝是应用较为广泛的一种无机高分子的多价聚合电解质混凝 剂，常用聚合氯化铝PAC 或 BAC 。
人为控制条件下制取出的Al3＋的水解过程中的各种中间产物
主要成分取决于碱化度（聚合氯化铝的某种形态中羟基化程度）， 用下式表示：
B [OH] 100 % 3[Al]
铁盐与铝盐相似 但腐蚀性强 对pH值变化比硫酸铝适应性宽(5-11），矾花重，易沉淀，效果好 处理低温低浊水优于铝盐 某些工业用水不适合
易溶于水； 铁为二价，仅能形成单核产物，效果不如三价铁； 二价铁残留在水中会造成水中色度升高，若原水色度高，二价铁还会
与某些色度物质起反应，生成更深不易沉淀物质； 二价铁使用时一般先将其氧化––––
◦ 水中O2充足，且pH大于9，可直接氧化Fe2+→Fe3+ ◦ “ 亚铁氯化法” (更常用)