第二章 混凝理论(第二讲)

COD<50 mg/L
市政杂用 绿化、洗车 冷却用水
本节思考题 (1)混凝在给水处理和废水处理中的作用？ (2)混凝在给水处理和废水处理应用中，各应注 意什么问题？
补充内容：强化混凝理论
混凝效果的好坏与混凝剂种类、混凝剂投加量、pH 值、 搅拌程度、原水水质、混凝剂和助凝剂投加顺序等有关。
如何提高混凝的效果？ 提出强化混凝理论
(6) 不同形式絮凝池组合应用
每种形式的絮凝池各有其优缺点。不同形式 的絮凝池组合应用可以相互补充，取长补短。往 复式和回转式隔板絮凝池在竖向组合是常用方式 之一，穿孔旋流与隔板絮凝池也往往组合应用。 不同形式絮凝池配合使用，效果良好，但设备形 式增多，应根据具体情况决定。
水力网格絮凝池
表2-3 不同形式絮凝池比较
it
ξ: 局部阻力系数 R i ：第i廊道过水断面水力半径 ν it : 第i廊道转弯处水流速度 C i ：流速系数 v i : 第i廊道内水流速度 m i :第i廊道水流转弯次数
图2-14 往复式隔板絮凝池
图2-15 回转式隔板絮凝池
(2) 折板絮凝池 通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板 隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷 平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称 “异波折板”。与隔板式相比，水流条件大 大改善，有效能量消耗比例提高，但安装维 修较困难，折板费用较高。其示意图见图216与图2-17。
叠层式的水平沉淀池
水力絮凝池
机械絮凝设备
本节思考题
(1) 如何在工程设备上实现混凝混合阶段和絮凝反 应阶段对水力学条件的要求？ (2) 水力絮凝反应设备有何特点？在工艺设计上应 注意的关键环节是什么？ (3) 你认为混凝设备今后应如何发展？
2.8 混凝的应用
1. 混凝在给水处理的应用 2. 混凝在废水处理的应用
4 4 CDρ 3 P=∑ lω ( r − r ) 2 1 8 1 n
（2-19）
每根旋转轴所需电动机功率：
P N = 1000η 1η 2
（2-20）
② 设计参数 a 絮凝时间10~15分。 b 池内一般设3～4挡搅拌机。 c 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，线速 度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。 d 桨板总面积宜为水流截面积的10～20％，不宜超过75 ％，桨板长度不大于叶轮半径的75％，宽度宜取10～ 30cm。 ③ 优缺点 机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、中、小 水厂均可，但维修是问题。
①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4~6段； ②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2~1.5倍； ③絮凝时间：20~30min； ④隔板间距：不大于0.5m，池底应有0.02~0.03坡度直径不 小于150mm的排泥管； ⑤廊道的最小宽度不小于0.5m； v2 v i2 ⑥各段的水头损失hi = ξm i 2 g + C 2 ， l i i Ri 总水头损失： h = ∑ hi
投药 套管 塑料管 孔板 药剂 管道 原水 锥帽 静态混合器 单元混合体 管道 原水 挡板 支架
原水管
图 2-12 管式静态混合器
图 2-13 扩散混合器
(3) 机械混合 在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板 式、螺旋桨式，速度梯度700~1000s-1，时间 10~30s以内，优点是混合效果好，不受水质 影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。
(2) 管式混合 管式静态混合器：流速不宜小于1m/s，水头损 失不小于0.3~0.4m，简单易行，见图2-12。 扩散混合器：是在管式孔板混合器前加一个锥 形帽，锥形帽夹角90°。顺流方向投影面积为进 水管总截面面积的1/4，开孔面积为进水管总截面 面积的3/4，流速为1.0~1.5m/s，混合时间2~3s。 节管长度不小于500mm。水头损失约0.3~0.4，直 径在DN200~DN1200，见图2-13。
所谓强化混凝：是指为提高常规混凝效果所采取的一系 列强化措施,即确定混凝的最佳条件(混凝剂种类、混凝剂 投加量、pH 值等),增大絮体对水中超微颗粒的碰撞、吸 附和脱除作用,降低出水浊度,提高对有机物的去除率。
强化混凝去除有机物机理 一般水中有机物是通过电性中和、吸附架桥、网捕沉淀得以去除
而对于溶解态有机物， 在一般混凝条件下去除率很低, 主要原因是 由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物- 金属氢氧化物 所吸附。因此,必须通过强化混凝改善混凝处理条件,提高去除率。 强化混凝去除溶解态有机物的作用机理：包括化学沉淀作用和固体物 质表面的吸附沉淀作用。 带正电荷的金属离子及其水解聚合产物可能 同有机物所带的官能团反应， 生成不溶性腐殖酸盐或配合物， 然后发 生沉淀， 即化学沉淀； 此外， 有机物还可能混合到金属氢氧化物矾花 之中或水中所含黏土矿物之中， 被吸附而发生共沉淀。 一般认为, 在较低混凝剂投量和较低 pH 值条件下,第一个机理发挥 主导作用； 而在较高混凝剂投量和较高 pH 值条件下,第二个机理发挥 主导作用。
2.7.2 絮凝设备
(1) 隔板絮凝池 隔板絮凝池分往复式和回转式，见图2-14与图2-15。 隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失 组成。往复式总水头损失一般在0.3~0.5m，回转式的 水头损失比往复式的小40％左右。 隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝效 果不稳定，池子大。适应大水厂。 隔板絮凝池的设计参数：
(4) 穿孔旋流絮凝池
由若干方格组成。分格数一般不少于6格。流速逐 渐减小，G也相应减小以适应絮凝体形成，孔口流速 宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。絮凝时 间15～25min。穿孔旋流絮凝池的平面示意图见图219。 穿孔旋流絮凝池的优点是构造简单，施工方便， 造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池 组合应用。
回转式隔板 絮凝池
折板絮凝池
网格（栅条） 优点：絮凝时间短，絮凝效果较好，构造简单 缺点：水量变化影响絮凝效果 絮凝池 机械絮凝池
优点：絮凝效果较好，水头损失小，适应水质和 大小水厂， 水量变化 水质水量变化较大水厂 缺点：需机械设备和经常维修
水力网格絮凝池
第三节 混合、反应、沉淀
第二章 常规处理单元和工艺
2.8.1 混凝在给水处理中的应用
以地面水为水源的给水处理工艺： 原水⇒ 混凝⇒ 沉淀⇒ 过滤⇒ 消毒⇒ 饮用水 •以地面水为水源时，去除浊度和细菌。 •经混凝沉淀后一般浊度小于10度。
2.8.2 混凝在废水处理中的应用
(1) 工业废水： 用于处理特殊废水，脱色、去除悬浮物等。 ① 印染废水处理：适用于含颜料、分散染 料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。 •混凝剂选择与染料种类有关，需做混凝试验。 •可以单独用无机混凝剂，也可和高分子絮凝剂 联用。
例：某针织厂废水TOC为50~60mg/L， pH值为7.5。 采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时， TOC去除率为68％。
② 含油废水处理： 乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。 通常采用混凝气浮工艺。 例：某炼油厂废水加PAC采用二级气浮 原水含油50 ~100mg/L 投加PAC50mg/L一级气浮出水，油20~30mg/L PAC30mg/L二级气浮出水，油15~20mg/L
CDρ 3 3 dPi = ω r ldr 2
（2-17）
第i块桨板克服水的阻力所耗功率：
4 4 CDρ 3 3 CDρ 3 Pi = ∫ lω r dr = lω ( r − r ) 2 1 r1 2 8 r2
（2-18）
设每根旋转轴在不同旋转半径上装相同数量的桨板，则每 根旋转轴全部桨板所耗功率：
（2）网格 下面进出水 上面进出水 进水 平面布置 水流向上 水流向下
（3）栅条
图 2-20 网格（或栅条）絮凝池平面示意图
（图中数字表示网格层数）
网格絮凝池效果好，水头损失小， 絮凝时间较短，但还存在末端池底积 泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻 类、堵塞网眼现象。其设计参数见表 2-2
表2-2
上面进水 下面进水
图 2-19 穿孔旋流絮凝池平面示意图
(5) 网格、栅条絮凝池 网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流 式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖 井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水 端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或 密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、 栅。网格（栅条）絮凝池的示意图见图2-20。
絮 凝 池 型 栅条缝隙 絮凝池分 或网格孔 段 眼尺寸 （mm） 前段 （安放密 栅格） 中段（安 装疏栅条） 末段（不 安放栅条） 前段（安 80×80 放密网格） 中段（安 100×1 装疏网格） 00 末段（不 安放网格）
栅条、网格絮凝池主要设计参数
竖井之 竖井平 过栅或过 间孔洞 均流 速 网流速 流诉 （m/s） （m/s） m/s) 0.12～ 0.14 0.12～ 0.14 0.10～ 0.14 35 35 0.12～ 0.14 0.12～ 0.14 0.10～ 0.14 0.25～ 0.30 0.22～ 0.35 0.25～ 0.30 0.22～ 0.25 0.30～ 0.20 0.20～ 0.15 0.10～ 0.14 0.30～ 0.20 0.20～ 0.15 0.10～ 0.14 ≥16/60 ～70 ≥16/60 ～70 栅条或间 格构件布 设层数 （层）/ 层距 （cm） ≥16/60 ≥8/60 絮凝 流速梯 度（s时间 mm ） 1）
水流向上
水流向下
出水
Ⅲ Ⅱ
A
平面图
Ⅰ
进图 2-17 多通道折板絮凝池示意
(3) 机械絮凝池
机械絮凝池的剖面示意见图2-18。 搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安 装位置分水平轴式和垂直轴式。 第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G 值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速 和桨板面积。
形式 往复式隔板 絮凝池 优缺点 适用条件 优点：絮凝效果较好，构造简单，施工方便 ≥30000m3/d 缺点：絮凝时间长，水头损失较大，转折处絮体 水量变动小 易碎，出水流量不易分配均匀 优点：絮凝效果较好，水头损失较小，构造简单，≥30000m3/d 管理方便 水量变动小 缺点：出水流量不易分配均匀 旧池改造 优点：絮凝时间短，絮凝效果好 缺点：构造复杂，水量变化影响絮凝效果 水量变化不大 水量变化不大 水量：1.0～2.5万 m3/d