华北理工水质工程学教案02混凝.docx

课程名称：水质工程学I第周，第4讲次摘要授课题目（章、节）第二章混凝§21混凝机理§2-2混凝剂和助凝剂【目的要求】使学生了解混凝机理，混凝剂和助凝剂的性能作用。【重点】胶体稳定性，混凝机理；混凝动力学，混凝剂性能作用【难点】混凝机理；混凝动力学【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第2章混凝将不易沉淀的胶体和微粒，用混凝剂进行混凝；形成较大的矶花，再进行沉淀处理，使其由水中去除。2-1混凝机理1、混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。”凝聚：水中胶体失去稳定性的过程混凝：，（脱稳）。J絮凝：脱稳胶体相互聚集的过程。一、水中胶体的稳定性：1、胶体稳定：凡沉降速度十分缓慢的胶体粒子及微小悬浮物，均认为是稳定的。实验：lm的粘土沉ICm需2h左右0.1m沉Icm需86hIm沉ICm需100年（计算）主要是由于布朗运动对微小粒子沉淀的影响。动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力2、胶体稳定性分类（影响的能力。<聚集稳定：胶体粒子间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用大于聚集作用，而使胶体颗粒不能相互聚集的特性。胶体相互聚结的三个不利条件。在物理化学中己讲了胶体的带电性由于C电位的存在，胶粒不能聚集。粘土=T5-40mv；细菌=-30-70mv;藻类=-10-15mvo检测电位可用电泳法和激光多普勒电泳法。DEu=-4u-电泳速度(cms)E静电系电势单位(vcm)/s)双电层理论：呈现电性的是滑动面中的胶粒。天然水中胶体一般带负电。包括：粘土、细菌、病毒、藻类、腐植物等都呈现胶体性质。图15-1胶体双电层结构示意由于C电位的存在，胶粒不能聚集。粘土=-15zz-40mv;细菌=-30-7Omv；藻类=-10z-15mvo检测电位：可用电泳法和激光多普勒电泳法。DEu=-4<=×9×104VDED-介质的介电常数一介质粘度P(泊)£一电场强度(vcm)静电系电势单位E(V/cm)1E(V/cm)=300v故上式X9X104VC-电动电势(V)0这就是胶团稳定的原因。两个胶团的相互作用力与距离的关系：存在的力：范德华引力静电斥力IS2n反Ir阳7*M*鼻筏a()JBft>l41)*tCMDLVo理论：(Derjagnn)(Iandon)(Verwey)(Overbeek)认为当双电层发一重叠时i产生静电斥力与X有关：用排斥势能Er表示,Er随X增大按指数关系减小。ii存在范德华引力X有关：用吸引势能EA表示,EA与X的二次方成反比。iii总势能：E=Er+EA当X=Oaoc间时，斥能占优势；当X=Ob时，Emax（斥能能峰）最大；当X<oa时,吸引势能占优势产生聚集。"布朗动力/沉淀一聚凝一布朗动力克服EmaX-<-EmaxDLVO理论与SehUIZe-Hardy（叔采-哈迪）理论是一致的。iv水化膜作用：某些亲水胶体表面的水化作用是阻止聚集的主要因素。水是极性分子，颗粒表面的极性基团对水分子有强烈的吸附作用，使颗粒周围包裹一层水化膜。水化膜阻碍胶粒相互靠近一使范氏力不能造成颗粒聚集：某些亲水胶体的稳定主要是水化膜作用。二、硫酸铝（铝矶）在水中的化学反应：A12（SO4）318H2O-A13+0H-午多种氢氧化铝离子或氢氧化铝分子及水的配合物等。是一个复杂的过程。子水平1Nt125C)«IM反立发lK)同(Al(010),*H*H:2fgGM(OH)NFfTTJ,(0Hb*3H'-ISO叫OiN(OH)J4H,-nW*2O*(GH)j2KJAH*<HiO(AU(0H)J,*4H*K(UH)逐”j-Al,*30H-M.l仅单核的平衡常数。各种产物的多寡与浓度，水温和PH有着直接的关系。/不qp下£*¥水“"W(Soja”的(tr¼为*棚山(IIlw4L(2>IOfwwnCTAl3+=0.11VrA以(A113O4(OH)24)7+为主PH=5.0.JCTA13+=10-5M贝IJ(AI13O4(OH)24)7+很少。酸性水中PH=45时：则以多核羟基配合物为主。(A12(OH)2)4+:(A12(OH)2)5+；(A113O4(OH)24)7+中性水PH=6.57.5：以Al(OH)3为主。碱性水PH>8.5：以负离子态为主，(A1(OH)4)一许多问题还没有搞清！三、混凝机理：r电性中和)哪一种作用为主，则由混凝剂的种类、投加三种作用吸附架桥>量、胶体性质及浓度、PH值等所决定，现节段1卷扫J仅是定性解释，正在发展定量解释。(一)电性中和：消减C电位，消除能峰EmaX<,方法：向水中投加电解质，溶解出带正电荷的离子。一带负电的胶粒吸引水中更多的正离(Na+Ca2+A13+等)使胶粒的双电层得到压缩一压缩双电层理论。使胶体呈现电中性一称为电性中和。1、临界电位Ck一排斥能峰Emax=O时的滑动面电位。2、电性中和后的胶体不再有排斥作用(脱稳)在布朗运动的作用下，相互碰撞形成大颗粒悬浮物。3所谓压缩双电层：就是水中增加的带正电荷的离子由于胶体的电性吸引和离子的扩散作用，使胶体的扩散层和吸附层的电位得到了“压缩”,应该说是“降低”。问题：压缩双电层理论：认为是由电性吸引和离子扩散的作用，其最多达到电中性。这是与事实相矛盾的。电性中和理论：认为主要由范氏力、氢键、共价键，吸引和吸附相反电荷使胶体呈现电中性，如果加药过多，可使胶体达到电性反号。4、不同价数电解质的功效：Shoulze-Hardy(叔采哈迪)法则：与胶体电号相反的离子之价数，对胶体稳定性起主要作用。某种胶体的絮凝电解质其临界絮凝浓度，主要决定于反粒子的价数。所以，高价电解质压缩双电层的效果远比低价电解质有效。“脱稳”所需正离子的浓度比：吐：.一及咋呜JGJ(1)加电解质，吸附模式。(2)吸附使U电位降低。Ck示意图。(3)吸附过量，使C电位降低成反号。Ml>40"*5、电解质投量过多的效果：一胶体重新稳定并带相反电荷。由于胶粒对正离子的过多吸引(吸引包括静电力、范氏力、氢键、共价键等)使胶粒带正电重新稳定。滑动面内正离子带电量大于胶粒所带负电荷。胶粒带正电。问题：仅(Al(H20)6)3+能压缩双电层，当PHO时时，才出现(A1(H2O)6)3水处理中常是在PH>3下运行。还有其它作用。6、吸附作用(理论)：分子量越大一吸附作用越强水处理PH>3吸附能力(A1I3O4(OH)24)7+>(A13(OH)45+>(A12(OH)2)4+原因：电价高，但主要是分子量大。所以我们称：“吸附电性中和”。(二)吸附架桥：(絮凝)是高分子混凝剂。图15-5架桥模型示意主要是由链状高分子的吸附作用。（1）当投量适量时，高分子与多个胶体吸付形成大颗粒的悬浮物。（2）当高分子投量过多时，胶粒周围均被高分子吸附形成高分子覆盖层，这个覆盖层阻碍胶粒碰撞凝聚。电性斥力（带电高分子）使胶粒具有斥力<、水化膜（3）最佳投量：即把胶粒快速絮凝起来，又可使絮凝起来的胶粒不易脱落。m15$腔体佻护示，吸附理论认为胶粒表面由高分子覆盖1/2时絮凝效果最好。但现无法测定。由试验确定。（4）高分子混凝剂：要求具有相当大数目（高分子尺寸）及形成链状。铝盐水解产物：（Al（OH）3）n（水中性的产物）有可能起架桥作用（目前有争议）。有机高分子絮凝剂：聚丙稀先胺等，（以后讲）（）网捕或卷扫混凝剂投量很大时，形成大量的氢氧化物（铝、铁）沉淀，这些沉淀物有机械的网捕、卷扫作用，去除水中的颗粒。如铝盐的投量与水的剩余浊度的关系失稳的颗粒检定的颗粒剩余浊度(1)在低浊水处理中，常用网捕卷扫区。(2)高浊水处理应用最佳铝研投配量。(3)网捕特点：混凝剂用量多，易控制。(四)分析：1铝机：(1)由PH值决定各种络合离子所占的比例不同。PH值离子态作用备注PHO(A12(HO)6)3+简单水合铝离子压缩双电层给水处理中少见PH=4.56.0(A113O4(OH)24)7+电性帆花较(AI(0H)4)5+多核羟基配合物中和密实PH=77.5(A1(OH)3)n吸附架桥作用电中性羟基配合物电性中和(2)、铝帆投量的区别：对天然水而言PH=6.57.8投量作用现象少电性中和高浊水胶体聚沉略有增加电性中和吸附架桥高浊水胶体聚沉加大量胶体电荷变号再稳(复稳)无聚沉投量大网捕、扫除A1(OH)3沉淀去除胶体颗粒在一定PH下，几种作用都可能出现,但程度不同。2、高分子絮凝剂：(1)阳离子型高分子混凝剂作用：对负电荷胶体，电性中和，吸附架桥，絮体较密实。(2)非离子型、阴离子型混凝剂作用：对负电荷胶体，吸附架桥作用。(3)投量过多：使胶体"复稳”。2-2混凝剂和助凝剂一、混凝剂：1、基本要求：混凝效果好；对人身体健康无害；使用方便，货源充足，价格低廉。2、分类：铝盐"无机YL铁盐L天然：藻酸钠、骨胶、明胶I有机1(使用极少)人工合成：聚丙烯酰胺(PAM)聚氧化乙烯(PEO)(一)无机混凝剂：1、铝系：(聚合铝)(1)聚合氧化铝(PAC)又叫碱式氯化铝、羟基氯化铝(A12(OH)nC16-n)m(2)聚合硫酸铝(PAS)借MI焦,IB-I«QAe<SO>ItMaO.A1.<O>>.i4WOK*At(AO,)4.MM.O(WaHH4(AIM)4>UfHtCXWA)*ak<h<>ac>CAl.<OH)a.JCAIa<OR>.<*>>.：,fClHtO，FcM>v.tMeO<r».<<m>><o,>.>.CaM.<OH».c¼>一般：n=l5m10作用：电性中和，吸附架桥在投入水中之前的制备阶段，已发生水解聚合。碱化度B：OH与Al的摩尔数之比(OH根实(盐基度)际量与应有量的比)8=31x100%(摩尔浓度比)3A优质的聚合铝B=50%80%(2)聚合硫酸铝：(A12(OH)n(SO4)3-n2)m(SO4)2-的混凝作用：架桥作用，把单铝水解产物桥联起来，促进铝的水解聚合反应。生产上还没有广泛应用。2、硫酸铝：A12(SO4)318H2O节矶AA12(SO4)3I4H2O一明帆KA1(SO4)312H2O钾研JNH4(A1SO4)212H2O镂矶3、(铁系)三氯化铁：FeC136H2O腐蚀管道，特点：PH适用范围宽，吸水性强，不易保管。4、硫酸亚铁：FeSO47H2O(绿研)水解出2价铁离子，混凝效果不如三氯化铁。使用时，可将Fe2+氧化成Fe3+氧化剂可用C12和025、聚合铁：(1)聚合硫酸铁(PFS)(Fe2(OH)n(SO4)3-n2)m(2)聚合氯化铁(PFC)(Fe(OH)nC16-n)m(二)有机高分子混凝剂有阳离子型、阴离子型、两性型、非离子型。1、聚丙烯酰胺（三号絮凝剂）（PAM）I-CH2CH-）nC0NH2聚合度n可达20000-90000靠酰胺基和胶体（氢键）鳌和，酰胺由于氢键作用自身也整和成一体，不利于工作。在碱性溶液中（PH>10）进行部分水解生成阴离子型聚合物。水解过程:（CH2CH-）m+nH2OCONH2（CH2CH-）n（CH2CH）m-n+nNH3COOH（竣基）C0NH2竣基电离：-COOHC-+H+由于同电相斥，所以可以把絮凝剂申展开。水解度：酰胺基转变成股基的百分数，称为水解度。生产实践证明：3040%水解度，絮凝效果好。2、阳离子型（聚丙烯酰胺及其衍生物）带有氨基（-NH3+）,亚氨基（一CN2-NH2+-CH2）等带正电基团。与水中带负电的胶体絮凝，效果较好。特点：价高，使用较少。3、毒性：单体丙烯酰胺有毒性，生活饮用水不适应。有国家规定：单体丙烯酰胺残留量不超0.2%或0.05%。二、助凝剂：辅助提高混凝效果的药剂。（一）作用：（1）改善混凝条件，起调节作用（如PH值）（加C12消除有机物干扰）（2）改善絮凝体结构。(二)常用的助凝剂1、PH调节：各种酸：H2SO4>HCkC02各种碱：Ca(OH)2>NaOH、Na2CO3硅酸钠：Na2OnSiO2xH2O铝酸钠：NaA1022、絮体加重剂：膨润土A12O3nSiO碳黑C高岭土A12O32SiO22H2O酸性白土A12O3nSiO2水泥粉末CaOA12O3SiO2粉煤灰A12O3+SiO23、絮凝体形成助剂：活化硅酸xSiO2海藻酸钠(C5H7O4CONa)n4、水厂常用的：骨胶、聚丙烯酰胺及水解产物、活化硅酸、海藻酸钠【本讲课程的小结】本讲讲述了胶体稳定性；混凝机理，混凝剂和助凝剂的性能作用，混凝动力学，混凝剂性能作用。【本讲课程的作业】P课程名称：水质工程学第周，第5讲次摘要授课题目(章、节)2-3混凝动力学本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】2-3混凝动力学是研究混凝速度，与相关条件的关系的问题。1、颗粒凝聚的条件：颗粒相互碰撞(布朗运动和水紊动)颗粒相互吸附(脱稳)2、碰撞动力：(1)布朗运动：异向絮凝(Perikineticflocculation)：由布朗运动所造成的颗童聚集。(2)同向絮凝(Orthokineticflocculation)由流体运动所造成的此撞聚集。一、异向絮凝：1、絮凝的过程：使颗粒的数量浓度减少。而颗粒的质量浓度不变。只是许多小颗粒凝聚成少量的大颗粒。2、颗粒碰撞速率（NP）：可据FiKe（费克）定律导出。NP=8血DMNp一单位体积中的颗粒在异向絮凝中的碰撞速率，次/cm3-sn一颗粒的数量浓度，个/cm3d一颗粒的直径，cmDB布朗运动扩散系数，cm3/sD=L.B3dvp散系数DB3dvpK-波兹曼（Boltzmonn）常数，1.38义10-16gcm2s2kT绝对温度kV一水的运动粘度cm2sP水的密度gcm-33、工作范围：颗粒粒径Vlm（大于1m时,布朗运动停止。）4、凝聚速度：Nf完全脱稳的颗粒，碰撞即凝聚N尸-12Np二、同向絮凝：我们平常所谓的絮凝就是同向絮凝。异向絮凝作用非常的小。因为仅靠布朗运动，颗粒的聚凝速度太慢。现节段，由于絮凝理论不成熟，都是以实验为基础。混凝是在搅拌（紊流条件）下进行，而理论是层流理论。与实际有一定出入。1、层流碰撞公式：设水中颗粒为均匀球体,颗径di=dj=d以j颗粒中心为圆心,以Rij=ri+rj为半径的范围内，所有颗粒均会发生碰撞。碰撞速度NO为：N0=2d3G15-7层流条件下物承套G速度梯度：STG=zu；AU-流速及相邻两流层的流速增量；z一垂直水流方向两流层的间距CmO2、甘布公式：搅拌(机械搅拌、水力搅拌)环境下的碰撞公式:紊流的特点：涡旋。甘布(T.R.Camp)和斯坦(P.C.Stein)的推导。i取一隔离体x;y;zo隔离体受剪而扭转，在At时间内，转了角。ii其角速度:r®NM ”度度计算R1示8较小,可由代替z则：=-=-=G(速度梯度)rzzAu-扭转线速度。iii转矩：JJ=(AxAy)Az-AAy面上的剪切应力。iv单位体积扭转所耗功率p：等于转矩AJ与角速度的乘积，再除以体积。单位：pWm3JbxyzG-p=:=Gxyzxyz据牛顿内摩擦定律：=GU一水的动力粘度Pa-S0*P=uG2V、甘布公式(Camp):G书G一速度梯度S-I当用机械搅拌时，P由搅拌机提供；当用水力絮凝池时，P为水流本身的耗能。pV=pg3hV水流体积V=QT；h一消耗水头；Pg=Y代入得vi、甘布公式:g一重力加速度：9.8mS2h混凝设备中的水头损失（ITI）P一水的运动粘度m2sT一水流在池中的停留时间s”表面意义"速度梯度”。真实含意“能量消耗”。由G代入式N0=43n2d3G可求碰撞速度。但仍然是层流下推导的，G值可用于紊流条件下，但理论依据不足。3、列维奇（Levich）动力学方程：据科尔摩哥罗夫（Kolmogoroff）的局部各方同性紊流理论推求的。理论：在各向同性紊流中，存在各种尺度不等的涡旋。外部施加的能量（如搅拌等）造成大涡旋的形成。一些大涡旋将能量输送给小涡旋，小涡旋又将一部分能量输送给更小的涡旋（直至变成热）。随着小涡旋的产生和逐渐增多，水的粘性影响开始增强，从而产生能量损耗。大尺度涡旋的作用：其一，使流体各部分相互掺混（混合、主流传递），使颗粒均匀扩散于流体中。其二，将由外界获得的能量用于建造小涡旋和传递能量给小涡旋，（大涡旋使颗粒作整体移动，而使颗粒发生碰撞的作用不大。推动颗粒碰的主要是小涡旋）小尺度涡旋的作用：引起（建造）与颗粒尺寸相近或与碰撞半径相近的更小涡旋。众多小涡旋在流体中作无规则的脉动。可导出各向同性紊流条件下颗粒碰撞速率NO0N0=8dDn2（1）D扩散系数（紊流扩散和布朗扩散系数之和）。紊流中，布朗运动作用太小，忽略，所以D可近似作为紊流扩散系数。D=（2）入一涡旋尺度；人一相应于人尺度的脉动速度。在各向同性紊流中，脉动速度人(3)£一单位时间，单位流体的有效能耗;V一水的运动粘度；入一涡旋尺度；设入为颗粒直径入=d全部代入（1）式得：讨论：£一表示对颗粒碰撞有效的微旋涡体所耗功率，很难确定。此式与N0=43Gn2d3（层流式）比较，仅是系数不同4/3G与8;T比较I石t1/层流紊流习惯上仍把称作速度梯度Go（2）水中颗粒尺寸,大小不等，并且在混凝中不断变化（变大）。涡旋尺寸,大小不等随机变化（变小）。而公式（3）中的脉动流速，仅适用于处于“粘性区”的小涡旋,与实际不附。（3） G值：公式中GZN0Z混凝效果好.但实际：G/（水流剪力/一形成对絮体的破坏/o）絮体破碎：由絮体形状，尺寸，结构密度，破裂机理等多因素所至，更复杂，未能用数学式描述。（有统计数学模型）许多研究求最佳G值（即充分絮凝，又不至使絮体破碎的G）4、絮凝速度方程：（1）概念：絮凝过程中，水中颗粒减少，颗粒浓度n变小，但颗粒总质量不变。（2）体积浓度：（单位体积水中，）设颗粒为球体-d36=J3n6n一单位体积水中颗粒总数。（3）絮凝速度：上式代入碰撞速率公式N.=n2d3G得Z8NO=Gn絮凝速度与碰撞速度的关系：设只要碰撞便发生聚合。碰撞一次两颗粒减少一个（减少1/2或一0.5倍）絮凝速度=一0.5碰撞速度絮凝速度：dN。4-=Gndt絮凝速度与颗粒浓度一次方成正比，属于一级反应。令：K=-则：如=KGndt5、反应器的停留时间t：（反应时间）（1） CMB型反应器：（完全混合间歇式反应器）实验用。（P246表144）表中：r=-ln-k=-KGkG反应器：-In%KGn（2） PF型应器：（推流型反应器）表中：11C0r=-lnkCi反应器：-ln必KGn（3） CSTR型反应器：（完全混合连续式反应器）（如机械搅拌）表中：反应器：UKGn）当采用m个絮凝池串联时,由P245式(14-41)«/一Cn11+口可得：z=-LW'-i'KGUJt一单个絮凝池的停留时间。nm一第ITl个絮凝池出水颗粒数量浓度。总絮凝时间T：T=mt例题：设己知k=5.14X105,G=30-s。经过絮凝后，要求水中颗粒浓度减少3/4,即nnm=4,按理想反应器计算所需时间。解：PF型:区=4或%=4n/JbAkGn14t=In=899s=15min5.14×l(r5×301(2) CSTR型:UkGnt=!7ln(4-l)=1946s=32min5.14×l(5×30'7(3) 4个CSTR型串联:(K-11/1t=区=4-1=26%5.14×lO5×3LJT=4t=4×269=1076s=18min比较:PF（推流型）反应器效果最好；单个CSTR型（机械）絮凝池效果不好；采用四个CSTR串联效果与PF接近。注：以上均是按理想反应推导的反应公式，颗粒碰撞即发生聚合，并且都是球形。实际情况并非如此。三、混凝控制指标1、混凝过程的划分：自药剂与水混合起直至大颗粒絮体形成为止的过程，工艺上总称为混凝过程。r混合阶段：药剂快速地与水混合混凝过程Y均匀。使胶体脱稳，形成的混凝体颗粒较小。I絮凝阶段：脱稳胶体絮凝。可形成毫米级絮体颗粒。2、控制指标：（1）混合阶段：时间；1030s；不超过2min搅拌强度：G=700-1000s-l（按速度梯度计）（2）絮凝阶段：用时间T和速度梯度G的乘积颗粒由小一大由不易破碎一易破碎要求，G由大小絮凝时：G平均=2070s-1GT平均=IXIO4IX105范围太大，有些失去控制意义。有用CvGT作为控制的趋势CV-水中颗粒体积浓度a一有效碰撞系数Q<1但a不易测值。原水的Cv也是变化值，不易确定。（可据混凝过程中絮凝体尺寸变化和紊流能谱分析）还有人提出用/或p：作为控制提标代替G值。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P课程名称：水质工程学I第一周，第6讲次摘要授课题目（章、节）2-4混凝剂的配制和投加本讲目的要求及重点难点:【目的要求】【重点】【难点】内容自学内容：2-4混凝剂的配制和投加一、混凝剂的溶解与溶液配制固体投加（干投）：（要求粉状）（一）投加：效果不好，我国不用。液体投加（湿投）：溶解后，制成一定浓度的液体，加入水中。湿投：药zk水7）解池一舄攵池一定量控制设备一投苧设备水一混X设备一（二）、溶解1、要求：配制高浓度溶液520%（重量百分比，商品固体重量计）特点：有腐蚀性2、设备:（1）溶器：池（钢筋混凝土：防腐、环氧树脂）用于大、中型水J罐：用于小水厂（2）搅拌：目的：加速药剂溶解。机械搅拌：用电机驱动浆板或涡轮搅动溶液。应用较多。压缩空气搅拌：向溶解池内通入压缩空气进行搅拌。特点：没有与溶液直接接触的机械设备，解决了腐蚀问题。但比机械消耗动力大，溶解速度稍慢。水泵搅拌：（实际也是水力搅拌）用泵使池中液体循环。水力搅拌：用水厂二级泵站的高压力水，冲动药液（适用于中小型厂）（3）溶解池：矩形、圆桶形等地下式较多（便于操作）池顶高出地面0.2m溶解池容积：Wl=（0.20.3）W2W2一（溶液池容积）（三）溶液池：溶液池容积：W224XIOOaQaQv=2IooOXl（X）OCT?417CW2溶液池容积m3Q-处理水量m3ha混凝剂最大投加量mg/L（实验定）取值范围较大C溶液浓度（按商品固体重量计）常C=520%（注：代公式无）n一每日调制次数，最多3次（三班）二、混凝剂投加：设备：计量设备，药液提升设备，投药箱，注入设备等。（一）计量设备：要求：能计量，并能调节设备：转子流量计或电传转子流量计转子流量计、苗嘴、计量泵（加药泵）（孔口计量设忐用IW覆防3-rI一，一二©，J厚尊，一京*>W-If京，（二）投加方式与设备1、泵前投加：药液加在水泵及水口管上或吸水喇叭口处。】一，一*泰】一!»，一台，s-wrw.-!<W.，一*At-，一或Vi水e-5*2、重力投加：由重力将药液投入水泵压水管或混合池入口处。图15-10四位溶液池重力投加I-溶解油，2-溶液池93一提升系,4一投药箱.5-斗J6一压水管3、水射器投加：利用水射器造成的负压将药液与水混合后投入到压水管与原水混事。1HT1'jinMaaJt-ttI-4.-京*!一医事，«-«aav计量泵：要求耐腐蚀4、泵投加：L耐酸泵+转子流量计图15-12计量泵投加1一带他.Z-计索，3-压水管ffi15-13药剂注入管道方式（三）混凝剂投加量自动控制最佳剂量：达到既定水质目标的最小混凝剂投量。由试验：人员观察确定最佳剂量。由于水厂中：水质、水量的变化，影响因素的复杂。实验至生产调节一般滞后13h几种自动控制方法介绍：1、数学模型法：（目前应用不多，研究开发较多的方法）把所有与混凝效果有关的参数建立统计数学模型，由计算机控制投药量。并把所有参数分两类r前馈信号t后馈信号自动控制方法：（特性参数法）前馈信号：原水浊度、PH值、水温、碱度、溶解氧、水量由前馈信号确定一个投药量，再用后馈信号调节前馈确定的投药量。后馈信号：沉淀池后的浊度。投药量控制用电动调节阀。特点：水质仪表多，投资大。一般一个水厂一个模式，不具普遍性。*L-匚言-yBIB-W于一.次?G F-fll M-pHB（t.。一奇.片,f->M0JT-.2、场模拟试验法（目前应用最多的方法）模拟装置：斜管沉淀演示器，过滤器高浊水一用斜管沉淀器或沉淀器与过滤器串联使用。低浊水f用过滤器将加药原水引出一股水流进入模拟装置其出水的测量浊度再反馈给加药装置。特点：时间短，十几分钟完成（仍反馈滞后）模拟装置与实际生产有差别（但实验室接近实际）3、其它自动控制方法：(特性参数法)(1)流动电流检测器胶体带电：其扩散层中反离子随液体流动时产生电流。检测这个电流的大小：电性中和前后的胶体的电位不同，在仪器中所产生的流动电流不同(2)絮凝检测器(透光波动仪)混浊液体：有光的漫散射，并吸收一定的光。混凝后液体；桃花吸收光，无矶花区域呈透明状。有一部分光可透过。两种情况透光率不同，用光电池或光敏电阻可得到不同的电信量。来控制投药量。这项技术正在研究之中。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P课程名称：水质工程学第周，第讲次摘要授课题目（章、节）2-5混合和絮凝设施本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】2-5混合和絮凝设施一、混合设施：要求：药剂与水快速混合均匀。G=700s11000sl;t=10s30s,最长不超2min0分类：水泵混合、管式混合、水力混合池、机械混合（一）水泵混合：将药剂加在泵吸水管或吸水喇叭口。用泵的叶轮使其快速混合特点：混合效果好，节省动力，无需再建混合设施。大、中、小水厂均可用。水厂划分：产水量小于等于1万吨/天，为小水厂；产水量大于等于10万吨/天，为大水厂；产水量介于之间的，为中水厂。不适于输水管太远情况（小于150m）药液对泵有腐蚀。（二）管式混合I、管道：将药液加入压水管中，利用管道中水流的紊动力混合。要求管道中流速大于lms0投药量后管内水头损失大于0.30.4mlI20o投药点至出口大于50倍管径。2、静态混合器：内为翻卷铁板，造成紊流，翻流的紊团。分成几个单元串联使用。流量过小时，效果下降，水流阻力大。FB15-15管式静态混合IS3、扩散混合器：用锥形帽，将药液扩散，用孔板并造成剧烈紊流。图15-11犷故制介号()机械混合池搅拌机械：浆板式(适用2m3以下小池)螺旋桨式，透平式。离心搅拌叶轮*堂至修FlGURETurbineimpdk:(0)open9lghtbb4e.()bladeddhk;(e)verticalcundbUde:(4f)thoMedcurvedbtedewithdtffvterng.搅拌功率：要求速度梯度为7001000s-1混合时间：1030s不超2min注：避免水流同步旋转，应有转速梯度。可用四周加固定档板的方法解决。GUM:IOMeaaurmenKtune.ur<wr.特点：效果好，不受水量变化影响，适合各种规模水厂。增加机械设备及维修。二、絮凝设施：基本要求：加药后的原水，在絮凝池中形成大的密实的絮体（肉眼可见）一一毫米级。（一）隔板絮凝池（常用于大中型水厂）1、往复式：水流回转180。，局部水头损失大，絮凝后期急转水流易使絮体破碎。用15-17往或式隔板季油2、回转式：水流回转90°,局部水头损失小，转弯上应尽量减少冲击。隔板式是(PF)推流形反应器。要求设计池数不少于2个。(1)流速：首端：0.50.6ms末端:0.20.3ms中间46段，流速递减。(分段越多，效果越图15-18回转式隔板*凝海(2)、转弯要求：为了减少水力冲击和水头损失，转弯过水断是廊道过水断面的L2L5倍，并做成圆弧形。(3)、絮凝时间:2030min(4)、隔板净距大于O.5m(为施工和检修)池底0.020.03坡，并设有排泥设施。(5)计算内容：i各段水头损失：vii段内水流速度m/s；vit-i段转弯处水流速度m/s；mi-i段廊道内水流转弯次数；一转弯处局部阻力系数180°弯，=390°弯，=1；Ii-i段总长m；Ri-i段过水断面水力半径；Ci一谢才系数，Ci=-Rii（曼宁公式）n总水头损失：h=hi,往复式：h=0.30.5m回转式：h=0.6h往复T在1030分钟-般在3060秒T在104105低浊水,低碱水宜用较大T值。（二）折板絮凝池是由隔离板式新发展起来的。是将隔板式的板改成了“折板”，增加水的紊动或G。将流向改成了竖向流，（平流式很少）向高发展了，占地面积小。1、分类：厂同波折板：波峰对波谷异波折板：波峰相对<1)0图J5-l单*激折区案泊利题示戏（1）RSFtilOWItriK'单通道:（2）按水流通过板间隙数-多通道:«94-MB1W*6笊食2、布置：(1)分段：目的：控制G由大到小。一般多于3段(2)流向布置：有向上流的有向下流的3、设计参数流速tG有资料一,段0.25O.35mst120sIOOs-I(100)同波折板二段0.15-0.25mst120s50s-l(60)异波折板三段0.10-0.21mst120s25s-l(40)平板T=615min；宜为1015min0GT2×104折板夹角90°12CIo波高0.250.4In4、特点：(1)絮凝效果好，充分利用了能量损失。(紊动旋涡小且多)(2)能耗、药耗降低。，(3)停留时间短。(池体小)(4)占地少。(向高发展了)(5)连续流。可视为许多，CSTR串联接近推流式反应器(PF)(6)安装维修困难，造价高(折板间隙小)注：池底必须设排泥设施。折板板材要求无毒(可用钢丝网水泥板，或塑料板)5、适用：中小型水J进一步发展还有波纹板反应池。是在竖流反应池中，加入若干波纹板。波高一般33mm波长131Inm我国用的较少，北京水源9厂二期工程三期工程均有应用。（三）机械絮凝池：1、简介：用桨片由机械驱动对水进行搅拌，水池的速度梯度G是由机械搅拌造成的。2、分类：（1）按搅拌器桨板式叶轮式：我国目前用的较少，（2）据搅拌轴的位置：水平轴：适用大型水厂。垂直轴：中、小型水厂。3、特点：单个机械絮凝池可用CSTR（完全混合连续型的反应器描述）常采用多个串联，分格多，效果好（接近PF）,造价高。分格少，效果下降，造价低，维修难度大。搅拌控制：每格一台搅拌机搅拌强度大一小G大一小可随水质、水量变化改变转速，以保证絮凝效果。4、计算：G由桨板面积和线速度所确定的搅拌强度所定。(1)水流阻力=桨板对水的推力。水流对面积dA的桨板阻力dFi,2则：dFi=C0p-dA(1)CD阻力系数由桨板的宽长比而定。宽长比小于1时，CD=I.1,水处理中桨板宽长比一般小于IoV一水流与桨板相对速度，(ms)取0.50.7实际速度。P一水的密度,1000kgm3dA一桨板微面积(m2)(2)所耗功率d