聚合硫酸鐵聚合氯化鐵鐵系適宜pH課件

WaterQualityEngineering

水質(zhì)工程學(xué)

給水工程

第三章混凝環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室天津城市建設(shè)學(xué)院WaterQualityEngineering

水1第3章混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除對(duì)象3.2膠體的性質(zhì)3.3混凝機(jī)理3.4混凝劑和助凝劑3.5混凝影響因素3.6混凝動(dòng)力學(xué)3.7混凝設(shè)施3.8混凝過程第3章混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除對(duì)象23.1混凝的去除對(duì)象膠體混凝目的混凝可去除的顆粒大小是膠體及部分細(xì)小的懸浮物，是一種化學(xué)方法。范圍在：1nm~0.1m（有時(shí)認(rèn)為在1m）水處理中主要雜質(zhì)：粘土（50nm-4m）細(xì)菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白質(zhì)（1nm-50nm）、腐殖酸

通過某種方法（如投加混凝劑）使水中膠體粒子脫穩(wěn)并生成微小聚集體（稱為凝聚），然后脫穩(wěn)的膠體或微小懸浮物聚結(jié)成大的絮凝體（稱為絮凝）。3.1混凝的去除對(duì)象膠體混凝可去除的顆粒大小是膠體及部分細(xì)小33.2膠體的性質(zhì)膠體的穩(wěn)定性膠體的雙電層結(jié)構(gòu)膠體之間的相互作用定義：指膠體顆粒在水中長(zhǎng)期保持分散狀態(tài)的特性。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力。聚集穩(wěn)定性：膠體帶電相斥（憎水性膠體）水化膜的阻礙（親水性膠體）聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。為什么帶電？膠體顆粒結(jié)晶中的晶格取代使膠體表面產(chǎn)生電荷。膠體顆粒表面某些化學(xué)基團(tuán)水中電離使膠體帶電。膠體顆粒表面與水作用溶解并電離使膠體帶電。膠體顆粒對(duì)水中某些離子的吸附使膠體帶電。膠體顆粒表面陰陽(yáng)離子的排列雙電層的內(nèi)部離子排列模式膠體距離x<oa,凝聚（一次凝聚）x>oa，穩(wěn)定（二次凝聚除外）3.2膠體的性質(zhì)定義：指膠體顆粒在水中長(zhǎng)期保持分散狀態(tài)的特性4(AgI)m

膠核膠團(tuán)示意圖膠團(tuán)NO3-NO3-NO3-NO3-膠粒Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-(AgI)m膠團(tuán)示意圖膠團(tuán)NO3-NO3-NO3-NO3-5聚合硫酸鐵聚合氯化鐵鐵系適宜pH課件63.3混凝機(jī)理凝聚機(jī)理壓縮雙電層吸附——電中和作用吸附架橋作用網(wǎng)捕——卷掃作用絮凝機(jī)理異向絮凝同向絮凝3.3混凝機(jī)理凝聚機(jī)理7CompanyLogo凝聚機(jī)理—壓縮雙電層根據(jù)DLVO理論，加入電解質(zhì)對(duì)膠體進(jìn)行脫穩(wěn)。電解質(zhì)加入――與反離子同電荷離子――壓縮雙電層――電位――穩(wěn)定性――凝聚電位＝0，等電狀態(tài)，實(shí)際上混凝不需要電位＝0，只要使Emax=0即可，此時(shí)的電位稱為臨界電位

CompanyLogowww.themegallery.8凝聚機(jī)理—壓縮雙電層但該理論不能解釋1）混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；2）與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子混凝效果好。這些都與膠粒的吸附力有關(guān)，絕非只來源于靜電力，還來源于范得華力、氫鍵及共價(jià)鍵力（多出現(xiàn)在有聚合離子或高分子物質(zhì)存在時(shí)）。凝聚機(jī)理—壓縮雙電層但該理論不能解釋9凝聚機(jī)理—壓縮雙電層各種電解質(zhì)離子壓縮雙電層的能力是不同的。在濃度相等的條件下，電解質(zhì)離子破壞膠體穩(wěn)定的能力隨離子價(jià)的增高而加大(舒采—哈代規(guī)則)。這種能力大致與離子價(jià)數(shù)的2～6方成比例。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)同一膠體體系，要獲得相同的壓縮雙電層效果時(shí)，用一價(jià)離子，濃度需25～150mmol／L，用二價(jià)離子濃度只要0.5~2mmol／L，而用三價(jià)離子則濃度可小到0.01~0.1mmol／L。凝聚機(jī)理—壓縮雙電層各種電解質(zhì)離子壓縮雙電層的能力是不同10凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用定義膠粒表面對(duì)異號(hào)離子，異號(hào)膠?；蜴湢罡叻肿訋М愄?hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。

凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用11凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用吸附電中和示意圖左圖表示高分子物質(zhì)的帶電部位與膠粒表面所帶異號(hào)電荷的中和作用右圖則表示小的帶正號(hào)膠粒被帶異號(hào)電荷的大膠粒表面所吸附。凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用12

凝聚機(jī)理—吸附架橋作用

如果投加的化學(xué)藥劑是具有能吸附膠粒的鏈狀高分子聚合物，或者兩個(gè)同號(hào)膠粒吸附在同一個(gè)異號(hào)膠粒上，膠粒間就能連結(jié)，團(tuán)聚成絮凝體而被除去，這就是吸附架橋作用。凝聚機(jī)理—吸附架橋作用如果投加的化學(xué)藥劑是具有能吸附膠粒13

凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用定義向水中投加含金屬離子的化學(xué)藥劑后，由于金屬離子的水解和聚合，會(huì)以水中的膠粒為晶核形成膠體狀沉淀物，或者在這種沉淀物從水中析出的過程中，會(huì)吸附和網(wǎng)捕膠粒而共同沉降下來，這稱為網(wǎng)捕作用。凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用定義14

環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用15

絮凝機(jī)理—異向絮凝定義膠體顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，每一個(gè)脫穩(wěn)的膠體顆?？赡懿灰?guī)則地向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，可能同時(shí)受到來自各個(gè)方向的顆粒的碰撞，兩個(gè)膠體顆粒向不同方向運(yùn)動(dòng)而發(fā)生碰撞聚集的情況為異向絮凝。絮凝機(jī)理—異向絮凝定義16

絮凝機(jī)理—同向絮凝相對(duì)于異向絮凝而言在機(jī)械攪拌、水力等外力作用下產(chǎn)生的流體運(yùn)動(dòng)推動(dòng)脫穩(wěn)的膠體顆粒，使所有膠體顆粒向某一方向運(yùn)動(dòng)。絮凝機(jī)理—同向絮凝17

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑混凝劑應(yīng)符合以下要求：混凝效果好無(wú)毒害作用貨源充足成本低，使用方便

混凝劑的種類有不少于200-300種，分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩大系列3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑混凝劑應(yīng)符合以下要求：18

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑無(wú)機(jī)鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5~8鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵適宜pH：5~11，但腐蝕性強(qiáng)有機(jī)人工合成陽(yáng)離子型：含氨基、亞氨基的聚合物國(guó)外開始增多，國(guó)內(nèi)尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）兩性型：使用極少天然淀粉、動(dòng)物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑無(wú)機(jī)鋁系硫酸鋁適宜pH：5.519

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑高分子混凝劑凝聚示意圖3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑高分子混凝劑凝聚示意圖20

3.4混凝劑和助凝劑—助凝劑

凡是不能在某一特定的水處理工藝中單獨(dú)用作混凝劑但可以與混凝劑配合使用而提高或改善混凝效果的化學(xué)藥劑可稱為助凝劑。助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。按投加目的可分為幾類：以吸附架橋改善已形成的絮體結(jié)構(gòu)：如骨膠、活化硅酸、聚丙烯酰胺（PAM）及其水解產(chǎn)物以調(diào)節(jié)原水酸堿度來促進(jìn)混凝劑水解：調(diào)整水的pH，如石灰、硫酸等以破壞水中有機(jī)污染物對(duì)膠體顆粒的穩(wěn)定作用來改善混凝效果：如投加高錳酸鹽、臭氧等以改變混凝劑化學(xué)形態(tài)促進(jìn)混凝效果：主要指硫酸亞鐵作為混凝劑時(shí)，投加Cl2促使亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵3.4混凝劑和助凝劑—助凝劑凡是不能在某一特定的水處理21

3.5混凝影響因素主要包括：原水性質(zhì)，包括水溫、pH值、堿度、水中濁質(zhì)顆粒濃度、水中有機(jī)污染物的影響等；投加的凝聚劑種類、數(shù)量與投加方式；使用的絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。3.5混凝影響因素主要包括：22

3.5混凝影響因素—水溫

水溫低時(shí)，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散，凝聚效果較差。原因：

無(wú)機(jī)鹽水解吸熱；溫度降低，粘度升高―布朗運(yùn)動(dòng)減弱；水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚；水溫與水的pH值有關(guān)3.5混凝影響因素—水溫水溫低時(shí)，通常絮凝體形成緩慢23

3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關(guān)。混凝時(shí)最佳pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰。3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果24

3.5混凝影響因素—水中濁質(zhì)顆粒濃度的影響雜質(zhì)濃度低，顆粒間碰撞機(jī)率下降，混凝效果差。可采取的對(duì)策有：加高分子助凝劑；加粘土投加混凝劑后直接過濾如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水常需投加有機(jī)高分子絮凝劑作為助凝劑。3.5混凝影響因素—水中濁質(zhì)顆粒濃度的影響雜質(zhì)濃度低，顆粒25

3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關(guān)。混凝時(shí)最佳pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰。3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果26

3.6混凝動(dòng)力學(xué)基本概念：解決顆粒碰撞速率和混凝速率的問題。包括混合過程和絮凝過程中的動(dòng)力學(xué)，混合時(shí)間很短，重點(diǎn)討論絮凝過程。絮凝過程動(dòng)力學(xué)包括異向絮凝動(dòng)力學(xué)和同向絮凝動(dòng)力學(xué)。3.6混凝動(dòng)力學(xué)基本概念：27布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝：顆粒的碰撞速率可按下式計(jì)算：DB：布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，T為溫度，υ為水的運(yùn)動(dòng)粘度，ρ為水的密度；可見，Np只與顆粒數(shù)量和水溫有關(guān)，而與顆粒粒徑無(wú)關(guān)。但當(dāng)顆粒的粒徑大于1μm，布朗運(yùn)動(dòng)消失。

絮凝動(dòng)力學(xué)—異向絮凝動(dòng)力學(xué)布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝：絮凝動(dòng)力學(xué)—異向絮28層流理論顆粒的碰撞速率

采用機(jī)械攪拌：p由機(jī)械攪拌器提供

水力絮凝池：

G:速度梯度；p：?jiǎn)挝惑w積水所耗功率同向紊流理論

絮凝動(dòng)力學(xué)—同向絮凝動(dòng)力學(xué)層流理論顆粒的碰撞速率絮凝動(dòng)力學(xué)—同向絮凝動(dòng)力學(xué)29層流條件下顆粒碰撞示意圖層流條件下顆粒碰撞示意圖30

同向紊流理論外部施加的能量形成大渦旋大渦旋將能量輸送給不渦旋小渦旋將能量輸送給更小的渦旋只有尺度與顆粒尺寸相近的渦旋才會(huì)引起顆粒碰撞同向紊流理論外部施加的能量形成大渦旋31用G可以來判斷混合和絮凝的程度：混合（凝聚）過程：G＝700－1000s-1，但劇烈攪拌是為盡快分散藥劑，時(shí)間通常在10－20s，一般<2min絮凝過程：不僅與G有關(guān)，還與時(shí)間有關(guān)。平均G＝20－70s-1，GT＝1×104－1×105實(shí)際設(shè)計(jì)，采用V和T，反過來校核GT或者平均G最近采用：GCT（建議值100），C：顆粒濃度

3.6混凝動(dòng)力學(xué)—混凝控制指標(biāo)用G可以來判斷混合和絮凝的程度：3.6混凝動(dòng)力學(xué)—混凝控制32包括混合設(shè)施絮凝設(shè)施

3.7混凝設(shè)施包括3.7混凝設(shè)施33混合目的迅速均勻地將藥劑擴(kuò)散到水中，溶解并形成膠體，使之與水中的懸浮微粒等接觸，生成微小的礬花。這一過程要求攪拌強(qiáng)度要大，使水流產(chǎn)生激烈的湍流，但混合時(shí)間要短，一般不超過2分鐘?；旌戏绞剿没旌希和端幫都釉谒梦诨蚬苌?。管式混合：管式靜態(tài)混合器、擴(kuò)散混合器，混合時(shí)間2－3秒。機(jī)械混合：攪拌

3.7混凝設(shè)施—混合設(shè)施混合目的3.7混凝設(shè)施—混合設(shè)施34常用的混合設(shè)備常用的混合設(shè)備35任務(wù)是使細(xì)小礬花逐漸絮凝成較大顆粒，以便于沉淀除去。反應(yīng)設(shè)備中要求水流有適宜的攪拌強(qiáng)度，既要為細(xì)小絮體的逐漸長(zhǎng)大創(chuàng)造良好的碰撞機(jī)會(huì)和吸附條件，又要防止已形成的較大礬花被碰撞打碎。因此，攪拌強(qiáng)度比混合階段要小，但時(shí)間比較長(zhǎng)。

3.7混凝設(shè)施—絮凝設(shè)施任務(wù)3.7混凝設(shè)施—絮凝設(shè)施36幾種典型的絮凝設(shè)施機(jī)械絮凝池隔板絮凝池折板絮凝池

3.7混凝設(shè)施—絮凝設(shè)施幾種典型的絮凝設(shè)施3.7混凝設(shè)施—絮凝設(shè)施37利用電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)攪拌器使水中絮凝體由于存在不同速度梯度而產(chǎn)生同向絮凝的構(gòu)筑物攪拌器葉片可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)根據(jù)攪拌軸的安裝位置：水平軸式和垂直軸式

絮凝設(shè)施—機(jī)械絮凝池利用電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)攪拌器使水中絮凝體由于存在不同速度梯38

絮凝設(shè)施—機(jī)械絮凝池絮凝設(shè)施—機(jī)械絮凝池39水平和垂直隔板絮凝池，其中水平隔板絮凝池常見往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成往復(fù)式隔板絮凝池總水頭損失一般在0.3－0.5m回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池水頭損失比往復(fù)式的小40％左右

絮凝設(shè)施—隔板絮凝池水平和垂直隔板絮凝池，其中水平隔板絮凝池常見往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩40

絮凝設(shè)施—隔板絮凝池絮凝設(shè)施—隔板絮凝池41

絮凝設(shè)施—隔板絮凝池絮凝設(shè)施—隔板絮凝池42在隔板絮凝池基礎(chǔ)上發(fā)展而來豎流式和平流式兩種，通常采用豎流式，豎流式又分為同波和異波折板兩種與隔板式相比，水流條件大大改善，可以縮短總絮凝時(shí)間，絮凝效果良好但安裝維修較困難，折板費(fèi)用較高

絮凝設(shè)施—折板絮凝池在隔板絮凝池基礎(chǔ)上發(fā)展而來絮凝設(shè)施—折板絮凝池43

絮凝設(shè)施—折板絮凝池絮凝設(shè)施—折板絮凝池44

絮凝設(shè)施—折板絮凝池絮凝設(shè)施—折板絮凝池45

折板絮凝池折板絮凝池46

折板絮凝池過流折板絮凝池過流47

3.8混凝過程包括混凝劑的配制、投加、計(jì)量快速混合絮凝反應(yīng)3.8混凝過程包括48

混凝劑的配制、投加和計(jì)量配制需要藥劑溶解或稀釋投加可分為干投和濕投，或分為泵前和泵后投加，或重力投加和壓力投加混凝劑的配制、投加和計(jì)量配制需要藥劑溶解或稀釋49

混凝劑的配制、投加和計(jì)量混凝劑投加量可實(shí)行自動(dòng)控制數(shù)學(xué)模擬法現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)法流動(dòng)電流檢測(cè)法透光率脈動(dòng)檢測(cè)法絮凝顆粒影像檢測(cè)控制法混凝劑的配制、投加和計(jì)量混凝劑投加量可實(shí)行自動(dòng)控制50WaterQualityEngineering

水質(zhì)工程學(xué)

給水工程

第三章混凝環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室天津城市建設(shè)學(xué)院WaterQualityEngineering

水51第3章混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除對(duì)象3.2膠體的性質(zhì)3.3混凝機(jī)理3.4混凝劑和助凝劑3.5混凝影響因素3.6混凝動(dòng)力學(xué)3.7混凝設(shè)施3.8混凝過程第3章混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除對(duì)象523.1混凝的去除對(duì)象膠體混凝目的混凝可去除的顆粒大小是膠體及部分細(xì)小的懸浮物，是一種化學(xué)方法。范圍在：1nm~0.1m（有時(shí)認(rèn)為在1m）水處理中主要雜質(zhì)：粘土（50nm-4m）細(xì)菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白質(zhì)（1nm-50nm）、腐殖酸

通過某種方法（如投加混凝劑）使水中膠體粒子脫穩(wěn)并生成微小聚集體（稱為凝聚），然后脫穩(wěn)的膠體或微小懸浮物聚結(jié)成大的絮凝體（稱為絮凝）。3.1混凝的去除對(duì)象膠體混凝可去除的顆粒大小是膠體及部分細(xì)小533.2膠體的性質(zhì)膠體的穩(wěn)定性膠體的雙電層結(jié)構(gòu)膠體之間的相互作用定義：指膠體顆粒在水中長(zhǎng)期保持分散狀態(tài)的特性。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力。聚集穩(wěn)定性：膠體帶電相斥（憎水性膠體）水化膜的阻礙（親水性膠體）聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。為什么帶電？膠體顆粒結(jié)晶中的晶格取代使膠體表面產(chǎn)生電荷。膠體顆粒表面某些化學(xué)基團(tuán)水中電離使膠體帶電。膠體顆粒表面與水作用溶解并電離使膠體帶電。膠體顆粒對(duì)水中某些離子的吸附使膠體帶電。膠體顆粒表面陰陽(yáng)離子的排列雙電層的內(nèi)部離子排列模式膠體距離x<oa,凝聚（一次凝聚）x>oa，穩(wěn)定（二次凝聚除外）3.2膠體的性質(zhì)定義：指膠體顆粒在水中長(zhǎng)期保持分散狀態(tài)的特性54(AgI)m

膠核膠團(tuán)示意圖膠團(tuán)NO3-NO3-NO3-NO3-膠粒Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

Ag+

NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-(AgI)m膠團(tuán)示意圖膠團(tuán)NO3-NO3-NO3-NO3-55聚合硫酸鐵聚合氯化鐵鐵系適宜pH課件563.3混凝機(jī)理凝聚機(jī)理壓縮雙電層吸附——電中和作用吸附架橋作用網(wǎng)捕——卷掃作用絮凝機(jī)理異向絮凝同向絮凝3.3混凝機(jī)理凝聚機(jī)理57CompanyLogo凝聚機(jī)理—壓縮雙電層根據(jù)DLVO理論，加入電解質(zhì)對(duì)膠體進(jìn)行脫穩(wěn)。電解質(zhì)加入――與反離子同電荷離子――壓縮雙電層――電位――穩(wěn)定性――凝聚電位＝0，等電狀態(tài)，實(shí)際上混凝不需要電位＝0，只要使Emax=0即可，此時(shí)的電位稱為臨界電位

CompanyLogowww.themegallery.58凝聚機(jī)理—壓縮雙電層但該理論不能解釋1）混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；2）與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子混凝效果好。這些都與膠粒的吸附力有關(guān)，絕非只來源于靜電力，還來源于范得華力、氫鍵及共價(jià)鍵力（多出現(xiàn)在有聚合離子或高分子物質(zhì)存在時(shí)）。凝聚機(jī)理—壓縮雙電層但該理論不能解釋59凝聚機(jī)理—壓縮雙電層各種電解質(zhì)離子壓縮雙電層的能力是不同的。在濃度相等的條件下，電解質(zhì)離子破壞膠體穩(wěn)定的能力隨離子價(jià)的增高而加大(舒采—哈代規(guī)則)。這種能力大致與離子價(jià)數(shù)的2～6方成比例。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)同一膠體體系，要獲得相同的壓縮雙電層效果時(shí)，用一價(jià)離子，濃度需25～150mmol／L，用二價(jià)離子濃度只要0.5~2mmol／L，而用三價(jià)離子則濃度可小到0.01~0.1mmol／L。凝聚機(jī)理—壓縮雙電層各種電解質(zhì)離子壓縮雙電層的能力是不同60凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用定義膠粒表面對(duì)異號(hào)離子，異號(hào)膠粒或鏈狀高分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。

凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用61凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用吸附電中和示意圖左圖表示高分子物質(zhì)的帶電部位與膠粒表面所帶異號(hào)電荷的中和作用右圖則表示小的帶正號(hào)膠粒被帶異號(hào)電荷的大膠粒表面所吸附。凝聚機(jī)理—吸附-電中和作用62

凝聚機(jī)理—吸附架橋作用

如果投加的化學(xué)藥劑是具有能吸附膠粒的鏈狀高分子聚合物，或者兩個(gè)同號(hào)膠粒吸附在同一個(gè)異號(hào)膠粒上，膠粒間就能連結(jié)，團(tuán)聚成絮凝體而被除去，這就是吸附架橋作用。凝聚機(jī)理—吸附架橋作用如果投加的化學(xué)藥劑是具有能吸附膠粒63

凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用定義向水中投加含金屬離子的化學(xué)藥劑后，由于金屬離子的水解和聚合，會(huì)以水中的膠粒為晶核形成膠體狀沉淀物，或者在這種沉淀物從水中析出的過程中，會(huì)吸附和網(wǎng)捕膠粒而共同沉降下來，這稱為網(wǎng)捕作用。凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用定義64

環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用環(huán)境與市政工程系給水排水工程教研室凝聚機(jī)理—網(wǎng)捕作用65

絮凝機(jī)理—異向絮凝定義膠體顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，每一個(gè)脫穩(wěn)的膠體顆粒可能不規(guī)則地向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，可能同時(shí)受到來自各個(gè)方向的顆粒的碰撞，兩個(gè)膠體顆粒向不同方向運(yùn)動(dòng)而發(fā)生碰撞聚集的情況為異向絮凝。絮凝機(jī)理—異向絮凝定義66

絮凝機(jī)理—同向絮凝相對(duì)于異向絮凝而言在機(jī)械攪拌、水力等外力作用下產(chǎn)生的流體運(yùn)動(dòng)推動(dòng)脫穩(wěn)的膠體顆粒，使所有膠體顆粒向某一方向運(yùn)動(dòng)。絮凝機(jī)理—同向絮凝67

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑混凝劑應(yīng)符合以下要求：混凝效果好無(wú)毒害作用貨源充足成本低，使用方便

混凝劑的種類有不少于200-300種，分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩大系列3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑混凝劑應(yīng)符合以下要求：68

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑無(wú)機(jī)鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5~8鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵適宜pH：5~11，但腐蝕性強(qiáng)有機(jī)人工合成陽(yáng)離子型：含氨基、亞氨基的聚合物國(guó)外開始增多，國(guó)內(nèi)尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）兩性型：使用極少天然淀粉、動(dòng)物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑無(wú)機(jī)鋁系硫酸鋁適宜pH：5.569

3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑高分子混凝劑凝聚示意圖3.4混凝劑和助凝劑—混凝劑高分子混凝劑凝聚示意圖70

3.4混凝劑和助凝劑—助凝劑

凡是不能在某一特定的水處理工藝中單獨(dú)用作混凝劑但可以與混凝劑配合使用而提高或改善混凝效果的化學(xué)藥劑可稱為助凝劑。助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。按投加目的可分為幾類：以吸附架橋改善已形成的絮體結(jié)構(gòu)：如骨膠、活化硅酸、聚丙烯酰胺（PAM）及其水解產(chǎn)物以調(diào)節(jié)原水酸堿度來促進(jìn)混凝劑水解：調(diào)整水的pH，如石灰、硫酸等以破壞水中有機(jī)污染物對(duì)膠體顆粒的穩(wěn)定作用來改善混凝效果：如投加高錳酸鹽、臭氧等以改變混凝劑化學(xué)形態(tài)促進(jìn)混凝效果：主要指硫酸亞鐵作為混凝劑時(shí)，投加Cl2促使亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵3.4混凝劑和助凝劑—助凝劑凡是不能在某一特定的水處理71

3.5混凝影響因素主要包括：原水性質(zhì)，包括水溫、pH值、堿度、水中濁質(zhì)顆粒濃度、水中有機(jī)污染物的影響等；投加的凝聚劑種類、數(shù)量與投加方式；使用的絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。3.5混凝影響因素主要包括：72

3.5混凝影響因素—水溫

水溫低時(shí)，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散，凝聚效果較差。原因：

無(wú)機(jī)鹽水解吸熱；溫度降低，粘度升高―布朗運(yùn)動(dòng)減弱；水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚；水溫與水的pH值有關(guān)3.5混凝影響因素—水溫水溫低時(shí)，通常絮凝體形成緩慢73

3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關(guān)。混凝時(shí)最佳pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰。3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果74

3.5混凝影響因素—水中濁質(zhì)顆粒濃度的影響雜質(zhì)濃度低，顆粒間碰撞機(jī)率下降，混凝效果差?？刹扇〉膶?duì)策有：加高分子助凝劑；加粘土投加混凝劑后直接過濾如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水常需投加有機(jī)高分子絮凝劑作為助凝劑。3.5混凝影響因素—水中濁質(zhì)顆粒濃度的影響雜質(zhì)濃度低，顆粒75

3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關(guān)?；炷龝r(shí)最佳pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰。3.5混凝影響因素—水的pH和堿度影響水的pH值對(duì)混凝效果76

3.6混凝動(dòng)力學(xué)基本概念：解決顆粒碰撞速率和混凝速率的問題。包括混合過程和絮凝過程中的動(dòng)力學(xué)，混合時(shí)間很短，重點(diǎn)討論絮凝過程。絮凝過程動(dòng)力學(xué)包括異向絮凝動(dòng)力學(xué)和同向絮凝動(dòng)力學(xué)。3.6混凝動(dòng)力學(xué)基本概念：77布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝：顆粒的碰撞速率可按下式計(jì)算：DB：布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，T為溫度，υ為水的運(yùn)動(dòng)粘度，ρ為水的密度；可見，Np只與顆粒數(shù)量和水溫有關(guān)，而與顆粒粒徑無(wú)關(guān)。但當(dāng)顆粒的粒徑大于1μm，布朗運(yùn)動(dòng)消失。

絮凝動(dòng)力學(xué)—異向絮凝動(dòng)力學(xué)布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝：絮凝動(dòng)力學(xué)—異向絮78層流理論顆粒的碰撞速率

采用機(jī)械攪拌：p由機(jī)械攪拌器提供

水力絮凝池：

G:速度梯度；p：?jiǎn)挝惑w積水所耗功率同向紊流理論

絮凝動(dòng)力學(xué)—同向絮凝動(dòng)力學(xué)層流理論顆粒的碰撞速率絮凝動(dòng)力學(xué)—同向絮凝動(dòng)力學(xué)79層流條件下顆粒碰撞示意圖層流條件下顆粒碰撞示意圖80

同向紊流理論外部施加的能量形成大渦旋大渦旋將能量輸送給不渦旋小渦旋將能量輸送給更小的渦旋只有尺度與顆粒尺寸相近的渦旋才會(huì)引起顆粒碰撞同向紊流理論外部施加的能量形成大渦旋81用G可以來判斷混合和絮凝的程度：混合（凝聚）過程：G＝700－1000s-1，但劇烈攪拌是為盡快分散藥劑，時(shí)間通常在10－20s，一般<2min絮凝過程：不僅與G有關(guān)，還與時(shí)間有關(guān)。平均G＝20－70s-1，GT＝1×104－1×105實(shí)際設(shè)計(jì)，采用V和T，反過來校核GT或者平均G最近采用：GCT（建議值100），C：顆粒濃度

3.6混凝動(dòng)力學(xué)—混凝控制指標(biāo)用G可以來判斷混合和絮凝的程度：3.6混凝動(dòng)力學(xué)—混凝控制82包括混合設(shè)施絮凝設(shè)施

3.7混凝設(shè)施包括3.7混凝設(shè)施83混合目的迅速均勻地將藥劑擴(kuò)散到水中，溶解并形成膠體，使之與水中的懸浮微粒等接觸，生成微小的礬花。這一過程要求攪拌強(qiáng)