混凝工艺简介

Φ （-） 负离子 滑动面 原有正离子 投加的正离子 Φ （-）
滑动面
滑动面
电位Φ
电位Φ
Ⅱ Ⅰ δ Ⅲ δ δ δ
Ⅰ δ
Ⅱ 距离 Ⅲ
（1）
距离
（2）
距离
（3）
图 6-4 压缩双电层和吸附-电中和作用
（2）吸附－电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直 接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶 粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量 过多时，电位可反号。 2．吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒 与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图6-5。 高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现 象： ①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ②但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见 图6-6；
混凝工艺简介
1．1混凝机理.
1.1.1 基本概念 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集 过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝 剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作 用。
适宜pH：5~11，但腐蚀 性强
国外开始增多，国内尚 少
人工 合成 有ห้องสมุดไป่ตู้机
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等
天然 微生物絮凝剂
1.2.2 助凝剂 助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果 的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以 参加混凝，也可不参加混凝。广义上可 分为以下几类： ①酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸 等； ②加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸 （SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂； ③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有 机物。如投加Cl2、O3等。
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。
进水 接 沉 淀 池 进水 接 沉 淀 池
（ ）
（ ）
图 6-19 机械絮凝池剖面示意
（ ）水平轴式； （ ）垂直轴式 浆板；2-叶轮；3-旋转轴；4-隔墙
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6-20。 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
1.4.2 混凝剂投加
混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必 要的水封箱以及注入设备等。 1.计量设备 计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。 2.投加方式 （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。 （4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统， 有利于药剂与水混合，见图6-12。
进水
出水
进水
出水
（ ）
（ ）
图 6-17 单通道折板絮凝池剖面示意
（a）同波折板 （b）异波折板
水流向上
水流向下
出水
Ⅲ Ⅱ
A
进水 平面图
Ⅰ
A 进水
折
板
A-A剖面
图 6-18 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6-19。
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。
铝系 无 机 铁系 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS） 三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少） 聚合硫酸铁 聚合氯化铁 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯 （PEO） 两性型： 使用极少 适宜pH：5.5~8
1.3 影响水混凝的主要因素
1.3.1 概述 影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：
①原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质 和浓度等；
②投加的凝聚剂种类与数量； ③使用的絮凝设备及其相关水力参数。
1.3.2水温影响
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。其原因有： ①无机盐水解吸热； ②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱； ③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍 凝聚； ④水温与水的pH值有关
接沉淀池
进 水
接 沉 淀 池
19.7m
22.0m
进 水 管
进 水 管
图 6-15
往复式隔板絮凝池
图 6-16 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6-17与图618。
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 6-13 管式静态混合器
图 6-14 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、螺旋桨式或透平式，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）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 6-21 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6-2
表6-2
胶粒 高分子 胶粒 排斥 胶粒
高分子 排斥
高分子
图 6-5 架桥模型示意
图 6-6 胶体保护示意
3．网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的 网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含 量成反比，即当原水胶体含量少时，所需 混凝剂多，反之亦然。
1.1.4硫酸铝的混凝机理 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；
1.5.2 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6-15与图616。
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。
2.8m
1．2 混凝剂和助凝剂
1.2.1 混凝剂 混凝剂应符合以下要求：①混凝效果好；②对 人体无危害；③使用方便；④货源充足，价格低 廉。 目前混凝剂的种类有不少于200－300种，分为 无机与有机两大系列，见表6-1。 与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：①适 用的pH值范围较宽；②形成的絮凝体比铝盐絮凝 体密实；③处理低温低浊水的效果优于硫酸铝； ④但三氯化铁腐蚀性较强。 硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便 将二价铁氧化成三价铁。
1.1.2 水中胶体的稳定性 胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散 悬浮状态的特性。 胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定” 两种。 动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力 影响的能力强。 聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎水性胶 体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体） 在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳 定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒 的双电层结构见图6-1。 滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体 的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍， 当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。
的絮凝池组合应用。
上面进水 下面进水
图 6-20 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6-21。
絮 凝 池 型 1
栅条、网格絮凝池主要设计参数
絮凝池分段
滑动面
胶 核
の
Ⅱ
δ
ζ
d
图 6-1 胶体双电层结构示意

Ⅰ
1.1.3混凝机理 1．电性中和作用机理 电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电中和 作用机理，见图6-4。 （1）压缩双电层 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产 生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒 失去稳定性，产生凝聚作用。 该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以 下两种现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而 下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也 有良好的混凝效果。
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
2
1
3
图 6-12 计量泵投加
1-溶液池；2-计量泵；3-压水管
1．5 混凝设备
1.5.1 混合设备 1.水泵混合 投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好， 节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房
5
3 4 2 5 7 1 8
6
h
9
10
图 6-9 泵前投加
1-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球阀； 6-投药苗嘴；7-水封箱；8-吸水管；9-水泵；10-压水管；
1 2 4 6 7 3 1 8 高压水 6 5
2
3
5 4
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；
聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝， 性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的 摩尔数之比，通常称之为碱化度B，按下式 计算：
[OH ] B 3[ Al ]
聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前 常用的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三 氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。
表6-1 常用的混凝剂
靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于
150m。
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6-13。
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6-14。
W1=（0.2~0.3）W2
（6-14）
式中W2为溶液池容积。
24 100aQ aQ W2 1000 1000cn 417cn
（6-15）
式中：W2——溶液池容积，m3 Q——处理的水量 m3/ h a——混凝剂最大投加量，mg/L c——溶液浓度，一般取5%~20% n——每日调制次数，一般不超过3次
1.3.3水的pH和碱度影响
水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝 剂种类有关。 混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象 等密切有关。 当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成 H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需 要投加石灰。 石灰投量按下式估算： [CaO]=3[a] – [x] + [δ] （6-13） 式中[CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L； [a]：混凝剂投量，mmol/L； [x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]： 保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取 0.25~0.5mmol/L（CaO）。一般石灰投量通 过试验决定。
1.3.4水中悬浮物浓度的影响
杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效 果差。可采取的对策有： ①加高分子助凝剂； ②加粘土 ③投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的 用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水 常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。
1．4
混凝剂的配制与投加
1.4.1 混凝剂的溶解和溶液配制 溶解池容积W1：