混凝机理

AL2(SO4)318H2O 明矾 AL2(SO4)3 • K2SO4 •24H2O 2）铁系 FeCL3 • 6H2O FeSO4 • 7H2O
（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
q——流量； w——孔口面积； μ——孔口的流量系数； g——重力加速度； h——孔口前作用水头。
3.转子流量计计量
• 2.水射器投加 • 3.水泵前投加
• 干投法
• 把固体药剂（通常系硫酸铝）破碎成粉末后进行定量头加。
• 优点：c设备占地小；
•
d易调节排渣容易。
• 缺点：c投药量不太准确，特别是用药量少时
同波折板絮凝池与异波折板絮凝池
• 按水流通过折板的间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。
• 多通道折板絮凝池
优缺点
• 优点：
•
1.无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋
涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果。
•
2.在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连
续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反
絮凝池时，P应为水流本身能量消耗；
• PV=ρgQh V=QT
• 则： •
G = gh
γT
思考 ： 同向絮凝影响因素主要有哪些？
3、絮凝动力学方程
N0 = 8πα p Dbdn2
Db = λ ⋅ uλ
uλ =
1 15
ε ⋅λ γ
当涡旋尺度λ与颗粒粒径d相等 ，也即λ=d时，
N0
=
8πα p
15
ε d 3n2 γ
2.1.1 水中胶体的稳定性
（1）胶体的稳定性是如何形成的？
• 胶体颗粒的布朗运动——动力学稳定 • 胶体颗粒间的静电斥力——聚集稳定
（憎水胶体）
• 胶体颗粒表面的水化作用——水化作用稳定 （亲 水胶体）
（2）胶体表面的电荷
1）为什么胶体表面带有电荷？
• 吸附作用
• 水解作用
2）胶体表面的双电层
• 水头损失主要集 中在进水喷嘴上：
h
•
=
1
μ2
⋅
u2 2g
μ—喷嘴流量系数（0.9~0.95）
•
u—喷嘴流速，m/s.
•
效果不理想，由于水的短流现象比较严重，射流持续
• 浆板：总面积为水流截面积的10%~20%，不宜超过25%，以免 池水随浆板共同旋转减弱搅拌效果，浆板长度不大于叶轮直 径的 75 %，宽度为10~30 cm，
• 叶轮旋转线速度：按叶轮半径中心点的线速度计算（相当于 池中 水流的平均速度）
•
第一格0.5~0.6 m/s ,以后逐渐递减，最末一格采用0.1~ 0.2
由水力或机械搅拌产生。 (1)两球形颗粒的相互碰撞（基于层流假定）
du = Δu dz zij
速度梯度，两相邻水层的水流速 度差和它们之间的距离之比
N0
=
4 3
n 2d 3G
G = du dz
思考下列因素对颗粒碰撞速率的影响
¾ 直径 ¾ 搅拌开始时有较大的颗粒存在 ¾ 颗粒浓度 ¾ 搅拌强度
(2)G值公式推导
4、絮凝速率
• 絮体体积
φ = π d 3n
6
• 带入絮体碰撞速 率公式可得：
N0
=
4 3
n 2d 3G
=
8
π
G φn
• 絮凝速率为：
dn dt
=
−
1 2
N0
=
−
4
π
G φn
思考 ：
1、絮凝速率与哪些因素有关？
2、如何根据絮凝速率表达式推求不同类型反应器的停留时
间？
5、混凝控制指标（1）
• （1）G值和GT值 • （2）体积浓度与能耗
设计要求
• 间距应根据水流速度的大小而改变，隔板之间的流速通常 也分段设计，分段数一般不少于3段。
• 各段流速分别为：第一段 0.25~0.35m/s；第二段0.15~0.25 m/s；第三段0.10~0.15 m/s。
• 折板的夹角采用 90°~120°，折板可采用钢丝网水泥或塑 料板等拼装而成，波高一般采用0.25~0.4m。
• 适用于大型水厂，因为 Q 小 b 小，不便于施工和维护； • 构造简单、管理方便、效果较好，回转式比往复式效果好，
水头损失小 30-40%。
缺点：
• 絮凝时间长，容积较大，水头损失较大； • 流量变化大时，效果受影响。 • 适合大中小型水厂的有竖流式隔板絮凝池。
3 折板絮凝池设计计算
分类：
• 同波折板 • 异波折板 • 平波折板
Db
=
κT 6πμd
Einstein-Stokes公式
积分得
− dn = 4α pκT n2 dt 3μ
1 − 1 = 4α pκT t n n0 3μ
t1/ 2
=
3μ 4α pκTn 0
碰撞速率的影响因数：
9水温 9颗粒的数量浓度
当颗粒的粒径大于1μm，布朗运动消失。
2. 同向絮凝 Orthokinetic Flocculation
• 混凝剂的溶解 • 常用搅拌方式： • 机械搅拌、 • 压缩空气搅拌、 • 水泵搅拌、 • 水力搅拌等。
• 溶液池
•
溶解溶液池
溶解池及溶液池体积
• 溶液池容积计算 ：
W1
=
24aQ 1000⋅1000
⋅
1 b
⋅ 1 = 24×100aQ = aQ (M 3) n 1000×1000bn 4176bn
• •
1000⋅η ⋅η η1—搅拌设备总机械效率(一般取0.75）; 1 2 η2—传动效率，可采用0.6~0.95。
• 注意：浆板线速度是以池子为固定参照物，相对线速度为浆板相对水
流运动线速度，其值为旋转线速度0.5 ~0.75倍。只有浆板刚启动时，两 者才相等，因此浆板受的阻力最大，所以在选用电机时，应考虑启动功 率这一因素。但计算运转功率获速度梯度G值，应按全部浆板所耗功率 （P公式），或以旋转线速度乘以0.50. ~ 75倍代入。
• 总容积：W=QT/60
• 每池平面面积：F=W/nH1+f • 池长：L=F/B
• 隔板间距：an=Q/3600nvnH1
• 水头损失
hn
= ξm
u it 2 2g
+
ui2 Ci2 Ri
l i
• 总水头损失：H=∑hn • 平均速度梯度： G =
γh 60 μ T
隔板反应池优缺点及适用条件
优点：
第2章 混凝
2.1 混凝机理 2.2 混凝剂和助凝剂 2.3 混凝动力学 2.4 影响混凝的主要因素 2.5 混凝剂的配置和投加 2.6 混合和絮凝设备
2.1 混凝机理
• 什么是混凝？
– 水中胶体的聚集过程 凝聚coagulation
混凝 絮凝flocculation
• 混凝过程与哪些因素有关？
– 水中胶体颗粒的稳定性 – 胶体粒子与混凝剂的相互作用 – 混凝剂的水解产物
m/s 。
• 絮凝时间：一般采用15~ 20分钟。
搅拌设备的计算
• 1. 搅拌叶轮转数
n = 60 v
πDo
• n—叶轮转数，转/分；
• v—叶轮半径中心点线速 度，m/s;
• D0—叶轮半径中心点旋
转
直径，M（其值与叶轮
半
径相等）
• 2.浆板旋转时，克服水的阻力所耗功率
• 浆板旋转时，水对浆板的阻力，也即浆板施于水的推力， 在dA面积上水流的阻力可用因次分析方法求得如下的表达式： (见p279)
• 见（P280例题）
机械絮凝池优缺点
优点：
• 絮凝效果好； • 易调节、受水质变化的影响小； • 水头损失小。
缺点：
• 需设置机电设备； • 维修管理较复杂。
5 其他形式反应池
（1）旋流絮凝池
• 一般喷嘴出口： u=2~3m/s.
• 池子出水口： u=0.15~0.20m/s. 逆水流方向出水。
§2-4 影响混凝的因素
1、水温对混凝的影响
• 水的粘度 • 胶体水化作用 • 混凝剂水解 • pH值变化