水污染控制工程 第13章 混凝

第13章混凝 13 1混凝机理13 2混凝剂和助凝剂13 3混凝动力学13 4影响混凝剂效果的主要因素13 5混凝剂的配置和投加13 6混合与混凝设备 13 1混凝机理 1 13 1 1水中胶体的稳定性1 胶体稳定性 指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性 具备这一特性的水体成为 稳定体系 这里的胶体粒子包括 1nm 1 m的胶体 1 m左右的悬浮物 长期 是相对于水在水处理构筑物内的停留时间而言的 一般给水工程1 2h 问题 为什么在研究混凝理论时不谈 悬浮物及其稳定性 2 胶体稳定性分类 动力学稳定性 聚集稳定性动力学稳定性 指布郎运动对抗重力影响的能力 粒子越小布郎运动越强 相对于其质量的重力影响越小 聚集稳定性 指胶体之间不能相互聚集的特性 其原因在于胶体粒子表面同性电荷斥力与水化膜的阻碍作用 阻止小颗粒胶体不能相互聚集形成大颗粒 为动力学稳定性的存在打下基础 由此可见 一旦破坏了聚集稳定性 也就逐步消除了动力学稳定性 水中胶体聚集脱稳 发生沉淀 这就是混凝课题的关键 13 1混凝机理 2 13 1混凝机理 3 3 胶体双电层结构模型胶体颗粒由胶核 滑动面组成 胶核表面带负电荷 负电荷层吸引了溶解于水中的正离子 这层正离子层分隔胶核与水溶液 构成滑动面 DLVO理论 E EA ER 0时 颗粒凝聚 13 1混凝机理 4 13 1 2硫酸铝在水中的化学反应硫酸铝的研究意义 历史最久 应用最广 作用机理最有代表性 硫酸铝 Al2 SO4 3 18H2O 在水中离解出铝离子 铝离子以多种水合 Alx H2O y 3x y 形态存在 以适应水中不同 总电位胶体的聚合与配对 这些不同水合形态存在比例受水PH值影响最大 问题 为什么硫酸铝的混凝效果受PH值影响最大 13 1混凝机理 5 13 1 3混凝机理DLVO理论仅能解释带电荷胶体混凝机理 而不能解释水化膜等其它类型胶体的混凝沉淀问题 比较一致的看法认为水中的混凝作用主要有三部分构成 电性中和 吸附架桥和卷扫 或网捕 电性中和 在水中投加电解质以降低胶粒的 电位 既排斥能量 吸附架桥 高分子连接两个以上胶粒 形成大颗粒 高分子的作用就是架起胶粒之间的桥梁 卷扫 网捕 由絮凝剂形成的大量氢氧化物沉淀时 可以卷扫 网捕水中胶粒 共同沉淀 13 2混凝剂和助凝剂 本节学生自己阅读理解习题 列表归纳各种絮凝剂的特点 表中栏目如下 名称 代号 化学式 物态 颜色 价格比较 适用条件 13 3 1异向絮凝异向絮凝 由布郎运动所造成的颗粒碰撞聚集 动力学结论 颗粒粒径 1 m存在异向絮凝 与温度和颗粒数量浓度的平方成正比 数学关系如下 Np 8KTn2 3 15 5 13 3 2同向絮凝同向絮凝 由紊流水流中与颗粒同尺度的涡流推动的颗粒间的碰撞 有利于颗粒间的聚集 数学关系如下 13 3混凝动力学 13 3 3混凝控制指标混凝 自药剂与被处理水均匀混合起至大颗粒絮凝体形成为止的工艺过程 絮凝 脱稳胶体相互聚集过程 速度梯度 G 1 2混凝控制指标 G或GT G 20 70s 1 GT 1 104 1 105选择控制指标的意义 混凝工艺过程反应器设计 运行工艺参数控制 13 3混凝动力学 13 4影响混凝效果的主要因素 1 13 4 1水温 难干预因素 1 无机混凝剂水解是吸热反应 低温不利 5 2 水温低 水的黏度大 布郎运动弱 不利于碰撞 3 水温低 水化作用强 4 水温低 Ph值高 13 4 2水的PH值和碱度 可干预因素 1 因不同混凝剂的水解反应而异 2 碱度影响混凝剂的水解反应 HCO3 1 H CO2 H2O 13 4影响混凝效果的主要因素 2 13 4 3水中悬浮物浓度 可干预因素 1 过高 需加大混凝剂的投加量 投加聚铝和高分子助凝剂 预处理 2 过低 碰撞速率减小 投加铝盐或铁盐和高分子助凝剂 投加矿物颗粒 黏土 直接过滤 13 5混凝剂的配置和投加 1 13 5 1混凝剂溶液和溶液配置湿法投加的优点 容易与原水充分混合 不易堵塞入口 管理方便 投加量易于控制 1 混凝剂溶液 在溶解池中 配置成完全溶解的适当浓度 因混凝剂不同而不同 一般10 30 在溶液池中 稀释成投加浓度 因混凝剂种类 投加量不同而不同 一般2 10 浓度过高不利水解和混合 过低 投药系统设施则大 2 溶液的配置 先在溶解池中溶解 再送入溶液池中稀释 调制 W1 0 2 0 3 W2 W2cn 24aQ式中 W1 溶解池容积 W2 溶液池容积 c 溶液浓度 n 一天调制次数 a 投加浓度 Q 处理水流量 13 5混凝剂的配置和投加 2 13 5 2混凝剂投加1 投加系统包括 计量设备 药液提升设备 溶解 液 池 溶液箱 注入设备 板书加药系统图 2 投加方式泵前投加 高位溶液池重力投加 泵投加 3 投加量自动控制数学模型 前馈 原水浊度 pH 水温等 后馈 出水浊度 加数学模型 现场模拟试验 模拟斜管沉淀器 过滤器 由其出水浊度控制 特性参数法 流动电流检测器 SCD 法 透光率法 13 6混合与絮凝设备 1 13 6 1混合设备1 混合设备的功能 实现药剂与水的快速均匀混合 2 混合设备的种类 水泵混合 混合池 管式混合 机械混合 水泵混合 混合效果好 无专用设备 节省动力 忌腐蚀 泵要靠近后续设施 管式混合 管内设孔板或文丘管 1 1 5m s 2 3s 折流板 管式混合器 L 0 5m hf 0 3 0 4m 机械混合 在专用混合池内加装搅拌装置 产生速度梯度 700 1000s 1 10 30s 混合效果好 易于控制 造价高 维护量大 13 6混合与絮凝设备 2 13 6 2絮凝设备1 絮凝设备的功能 原水与药剂经混合后 形成肉眼可见的大的密实絮凝体 且水体清澈透明 2 絮凝设备的种类 隔板反应池 旋流反应池 涡流反应池 折板反应池 孔室旋流反应池 机械反应池 组合式反应池 3 絮凝设备的原理 使脱稳的胶体逐步聚集成更大的颗粒 形成絮凝体 矾花 使吸附架桥 网捕作用尽可能得到充分发挥 为此 必须为水体提供适当的碰撞机会 但又要防止形成的絮凝体被碰碎 13 6混合与絮凝设备 2 13 6 3常见絮凝设备 13 6混合与絮凝设备 3 13 6 4絮凝设备结构与设计本节重点讲解隔板絮凝池的结构和设计过程 其它池型简单介绍 1 隔板絮凝池的结构与工作过程板书结构图 边绘边讲解 突出以下三个结构特点 廊道由窄变宽 流速由大变小 湾道由小变大 碰撞由强变弱 池底由浅变深 颗粒由小变大 13 6混合与絮凝设备 4 13 6混合与絮凝设备 5 3