第16章 物理化學(xué)處理(混凝)

1、第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)混凝法化學(xué)混凝法第二節(jié)第二節(jié) 過(guò)濾法過(guò)濾法第三節(jié)第三節(jié) 吸附法吸附法第四節(jié)第四節(jié) 離子交換法離子交換法 污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。水中的雜質(zhì)。 處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的(難于生難于生物降解的物降解的)溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。 常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化學(xué)沉淀法和氧化還原法。物理化學(xué)法有吸附法、離學(xué)沉淀法和氧化還原法。物理化學(xué)法有吸附法、離子交換法、萃取法和膜析法等。子交換法、萃取法和膜析法等。第一節(jié)

2、 化學(xué)混凝法v混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過(guò)程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。v凝聚 ：膠體失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱為凝聚。v絮凝 ：脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝。v混凝過(guò)程涉及：水中膠體的性質(zhì)；混凝劑在水中的水解；膠體與混凝劑的相互作用。v一、 混凝機(jī)理（一）（一） 水中膠體的穩(wěn)定性水中膠體的穩(wěn)定性膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。浮狀態(tài)的特性。v膠體穩(wěn)定性分膠體穩(wěn)定性分“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性”和和“聚集穩(wěn)定聚集穩(wěn)定”兩兩種。種。v動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，對(duì)抗重力影動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，對(duì)抗重力影響的

3、能力強(qiáng)。響的能力強(qiáng)。v聚集穩(wěn)定性包括：聚集穩(wěn)定性包括：膠體帶電相斥（憎水性膠體）；膠體帶電相斥（憎水性膠體）；水化膜的阻礙（親水性膠體）水化膜的阻礙（親水性膠體）v 在動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定在動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。1. 膠體顆粒的雙電層結(jié)構(gòu)v膠核（膠體分子聚合而成的膠體微粒）膠核（膠體分子聚合而成的膠體微粒），表面吸附，表面吸附了某種離子（電位形成離子）而帶電，由于靜電引了某種離子（電位形成離子）而帶電，由于靜電引力，勢(shì)必吸引溶液中異號(hào)離子到微粒周圍（反離力，勢(shì)必吸引溶液中異號(hào)離子到微粒周圍（反

4、離子），這些反離子同時(shí)受到靜電引力和熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散子），這些反離子同時(shí)受到靜電引力和熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散力。力。v吸附層吸附層Stern layer（隨膠核一起運(yùn)動(dòng)）（隨膠核一起運(yùn)動(dòng)） 靠近膠靠近膠核表面處，異號(hào)離子濃度大，結(jié)合緊密核表面處，異號(hào)離子濃度大，結(jié)合緊密v擴(kuò)散層擴(kuò)散層Diffuse layer（大部分運(yùn)動(dòng)時(shí)被甩掉，甩掉（大部分運(yùn)動(dòng)時(shí)被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑動(dòng)面）后剩下的面，叫滑動(dòng)面） 離膠核遠(yuǎn)，反離子濃離膠核遠(yuǎn)，反離子濃度小，結(jié)合松散。度小，結(jié)合松散。 膠核滑動(dòng)面圖4-1 膠體雙電層結(jié)構(gòu)示意d1 結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式： 反離子層反離子層 膠核膠核吸附層吸附層 擴(kuò)散層擴(kuò)散層 膠膠 粒粒 膠團(tuán)膠團(tuán) 滑

5、動(dòng)面上的電位，稱為滑動(dòng)面上的電位，稱為 電位電位，決定了憎，決定了憎水膠體的聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體的水水膠體的聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體的水化膜的阻礙，當(dāng)化膜的阻礙，當(dāng) 電位降低，水化膜減薄及至電位降低，水化膜減薄及至消失。消失。v電位電位 ：膠核表面上與外層溶液內(nèi)部之間形成的：膠核表面上與外層溶液內(nèi)部之間形成的總電位差?？傠娢徊?。v 電位電位：膠體滑動(dòng)面上的電位，稱作動(dòng)電位。：膠體滑動(dòng)面上的電位，稱作動(dòng)電位。v帶負(fù)（正）電荷的膠核表面帶負(fù)（正）電荷的膠核表面與與擴(kuò)散于溶液中的正擴(kuò)散于溶液中的正（負(fù)）電荷離子（負(fù)）電荷離子正好電性中和，正好電性中和，構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)（The e

6、lectrical double layerThe electrical double layer）。）。v 越大，擴(kuò)散層越厚，膠體顆粒斥力大，穩(wěn)定性強(qiáng)。越大，擴(kuò)散層越厚，膠體顆粒斥力大，穩(wěn)定性強(qiáng)。 v2. 膠體之間的相互作用膠體之間的相互作用v 膠體顆粒之間的相互作用決定于膠體顆粒之間的相互作用決定于排斥能排斥能與與吸引吸引能能，分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。，分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。v圖中可看畫(huà)出膠體顆粒的相互作用勢(shì)能與距離之間圖中可看畫(huà)出膠體顆粒的相互作用勢(shì)能與距離之間的關(guān)系。當(dāng)膠體距離的關(guān)系。當(dāng)膠體距離xoc時(shí)，吸引勢(shì)能占時(shí)，吸引勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)優(yōu)勢(shì)；當(dāng)oa x oc時(shí)，排斥勢(shì)

7、能占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)時(shí)，排斥勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)x=ob時(shí)，排斥勢(shì)能最大，稱為時(shí)，排斥勢(shì)能最大，稱為排斥能峰排斥能峰Emax。 0時(shí)稱等電狀態(tài)此時(shí)排斥勢(shì)能消失圖 4-2 相互作用勢(shì)能與顆粒距離關(guān)系 （a)雙電層重疊； (b)勢(shì)能變化曲線rrEmaxEa0c (a)ErEa吸引勢(shì)能EA排斥勢(shì)能ER間距x2b 膠體的布朗運(yùn)動(dòng)能量大于排斥能峰時(shí)，膠體顆粒膠體的布朗運(yùn)動(dòng)能量大于排斥能峰時(shí)，膠體顆粒能發(fā)生凝聚。能發(fā)生凝聚。 以上理論稱為以上理論稱為DLVO理論理論。 只適用于憎水性膠體，由德加根（只適用于憎水性膠體，由德加根（Derjaguin）蘭道（蘭道（Landon）(蘇聯(lián)，蘇聯(lián)，1938年獨(dú)立提出，伏維年獨(dú)立提

8、出，伏維（Verwey）、奧貝克（）、奧貝克（Overbeek）（荷蘭，）（荷蘭，1941年年獨(dú)立提出）。獨(dú)立提出）。 （二） 混凝機(jī)理1電性中和作用機(jī)理（1）壓縮雙電層 加入電解質(zhì)，形成與反離子同電荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。 該機(jī)理認(rèn)為電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：混凝劑投加過(guò)多，混凝效果反而下降；與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 （2）吸附電性中和）吸附電性中和 這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠直接吸附帶異號(hào)電荷的

9、聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低粒等，來(lái)降低 電位。其特點(diǎn)是：當(dāng)藥劑投加量過(guò)多電位。其特點(diǎn)是：當(dāng)藥劑投加量過(guò)多時(shí)，時(shí)， 電位可反號(hào)。電位可反號(hào)。 2吸附架橋吸附架橋 吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋。粒與膠粒之間的架橋。 高分子絮凝劑投加后，可能出現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象：高分子絮凝劑投加后，可能出現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象： 高分子投量過(guò)少，不足以形成吸附架橋；高分子投量過(guò)少，不足以形成吸附架橋； 投加過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)投加過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)“膠體保護(hù)膠體保護(hù)”現(xiàn)象，見(jiàn)下圖。現(xiàn)象，見(jiàn)下圖。 3網(wǎng)捕或卷掃網(wǎng)捕或卷掃 金屬氫氧化物在形成過(guò)程中對(duì)膠粒的網(wǎng)捕與金屬

10、氫氧化物在形成過(guò)程中對(duì)膠粒的網(wǎng)捕與卷掃。所需混凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比，即當(dāng)卷掃。所需混凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比，即當(dāng)原水膠體含量少時(shí)，所需混凝劑多，反之亦然。原水膠體含量少時(shí)，所需混凝劑多，反之亦然。膠粒高分子膠粒高分子膠粒高分子圖 6-5 架橋模型示意圖 6-6 膠體保護(hù)示意排斥排斥4-34-4 4、 硫酸鋁的硫酸鋁的混凝機(jī)理混凝機(jī)理 不同不同pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理不同。何種作條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理不同。何種作用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、pH、溫度等。、溫度等。 實(shí)際上，幾種可能同時(shí)存在。實(shí)際上，幾種可能同時(shí)存在。 pHpH3 3

11、 簡(jiǎn)單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用；簡(jiǎn)單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用； pHpH4-5 4-5 多核羥基絡(luò)合物起吸附電性中和；多核羥基絡(luò)合物起吸附電性中和； pH=6.5-7.5 pH=6.5-7.5 氫氧化鋁起吸附架橋；氫氧化鋁起吸附架橋； 如果分子量不同的兩種高分子物質(zhì)同時(shí)投入水中，分子如果分子量不同的兩種高分子物質(zhì)同時(shí)投入水中，分子量大者優(yōu)先被膠粒吸附；如果先讓分子量較低者吸附然后再量大者優(yōu)先被膠粒吸附；如果先讓分子量較低者吸附然后再投入分子量高的物質(zhì)，會(huì)發(fā)現(xiàn)分子量高者將慢慢置換分于量投入分子量高的物質(zhì)，會(huì)發(fā)現(xiàn)分子量高者將慢慢置換分于量低的物質(zhì)。在給水處理中，因天然水的低的物質(zhì)。在給水處

12、理中，因天然水的pHpH值通?？偸谴笥谥低ǔ？偸谴笥? 3，故壓縮雙電層作用甚微。故壓縮雙電層作用甚微。5、影響水混凝的主要因素影響混凝效果的因素比較復(fù)雜，主要包括：原水性質(zhì)，包括水溫、水化學(xué)特性、雜質(zhì)性質(zhì)和濃度等；投加的凝聚劑種類與數(shù)量；使用的絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。 （1） 水溫影響 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。其原因有： 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)。 （2） 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

13、對(duì)象等密切有關(guān)。 當(dāng)投加金屬鹽（鋁鹽、鐵鹽）類混凝劑時(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。石灰投量估算方法：可見(jiàn)，投加1mmol/LAl2(SO4)3的需石灰3mmol/L。 CaO=3a x + 式中CaO：純石灰CaO投量，mmol/L； a：混凝劑投量，mmol/L； x：原水堿度，按mmol/L，CaO計(jì)； ：保證反應(yīng)順利進(jìn)行的剩余堿度，一般取0.25-0.5mmol/L（CaO）。（不可過(guò)量?。?一般石灰投量通過(guò)試驗(yàn)決定。Al2(SO4)3+3H2O+3CaO=2Al(OH)3+3CaSO4（3） 水中懸浮物濃度的影響 雜質(zhì)濃度低，雜質(zhì)濃度低，顆粒間碰

14、撞機(jī)率下降，混凝效果差。顆粒間碰撞機(jī)率下降，混凝效果差?？刹扇〉膶?duì)策有：可采取的對(duì)策有： 加高分子助凝劑；加高分子助凝劑； 加粘土加粘土 投加混凝劑后直接過(guò)濾投加混凝劑后直接過(guò)濾 如果原水懸浮物含量過(guò)高，如果原水懸浮物含量過(guò)高，為減少混凝劑的用為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。如量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水黃河高濁度水常需常需投加投加有機(jī)高分子絮凝劑有機(jī)高分子絮凝劑作為助凝劑。作為助凝劑。二、混凝劑和助凝劑二、混凝劑和助凝劑 （一）混凝劑 混凝劑應(yīng)符合以下要求：混凝效果好；對(duì)人體無(wú)危害；使用方便；貨源充足，價(jià)格低廉。 目前混凝劑的種類有不少于200300種，分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩

15、大系列，見(jiàn)表1。 表表 1 常用的混凝劑常用的混凝劑無(wú)無(wú)機(jī)機(jī)鋁系鋁系 硫酸鋁硫酸鋁明礬明礬聚合氯化鋁（聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（聚合硫酸鋁（PAS） 適宜適宜pH：5.58 鐵系鐵系 三氯化鐵三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)少）硫酸鐵（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵聚合氯化鐵聚合氯化鐵 適宜適宜pH：511，但腐蝕性強(qiáng)但腐蝕性強(qiáng) 有有機(jī)機(jī) 人工人工合成合成 陽(yáng)離子型：含氨基、亞氨基的聚合物陽(yáng)離子型：含氨基、亞氨基的聚合物 國(guó)外開(kāi)始增多，國(guó)外開(kāi)始增多，國(guó)內(nèi)尚少國(guó)內(nèi)尚少 陰離子型：水解聚丙烯酰胺（陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非離子型：聚丙烯酰胺（非離子型：聚丙烯酰胺（PA

16、M），聚氧化乙烯（），聚氧化乙烯（PEO） 兩性型：兩性型： 使用極少使用極少 天然天然 淀粉、動(dòng)物膠、樹(shù)膠、甲殼素等淀粉、動(dòng)物膠、樹(shù)膠、甲殼素等 微生物絮凝劑微生物絮凝劑 v與硫酸鋁相比，三氯化鐵具有以下優(yōu)點(diǎn)：適用的pH值范圍較寬；形成的絮凝體比鋁鹽絮凝體密實(shí)；處理低溫低濁水的效果優(yōu)于硫酸鋁；但三氯化鐵腐蝕性較強(qiáng)。v 硫酸亞鐵一般與氧化劑如氯氣同時(shí)使用，以便將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。 聚合氯化鋁：聚合氯化鋁： 又稱為堿式氯化鋁或羥基氯化鋁，性能優(yōu)于硫酸又稱為堿式氯化鋁或羥基氯化鋁，性能優(yōu)于硫酸鋁。其成分取決于羥基與鋁的摩爾數(shù)之比，通常稱鋁。其成分取決于羥基與鋁的摩爾數(shù)之比，通常稱之為堿化度之為堿

17、化度B，按下式計(jì)算，按下式計(jì)算： 聚合鐵：聚合鐵： 包括聚合硫酸鐵與聚合氯化鐵，目前常用的是聚包括聚合硫酸鐵與聚合氯化鐵，目前常用的是聚合硫酸鐵，它的混凝效果優(yōu)于三氯化鐵，它的腐蝕合硫酸鐵，它的混凝效果優(yōu)于三氯化鐵，它的腐蝕性遠(yuǎn)比三氯化鐵小。性遠(yuǎn)比三氯化鐵小。AlOHB3 （二）助凝劑 凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(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。廣義上可分為以下幾類： 酸堿類：調(diào)整水的pH，如石灰、硫酸等； 加大礬花的粒度和結(jié)實(shí)性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑； 氧化劑類：破壞干擾混凝的物質(zhì)，如有機(jī)物。如投加Cl2、O3等。三、三、 混凝動(dòng)力

18、學(xué)混凝動(dòng)力學(xué)（一）基本概念（一）基本概念混凝動(dòng)力學(xué)：研究顆粒碰撞速率?；炷齽?dòng)力學(xué)：研究顆粒碰撞速率。顆粒相互碰撞的動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面：顆粒在水中的顆粒相互碰撞的動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面：顆粒在水中的布朗運(yùn)動(dòng)；在水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)；在水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)。異向絮凝：異向絮凝： Perikinetic flocculation由布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為由布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝異向絮凝。同向絮凝：同向絮凝：orthokinetic flocculation 由水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰由水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱撞聚

19、集稱同向絮凝同向絮凝。 （二） 異向絮凝絮凝速率決定于碰撞速率。假定顆粒為均勻球體，由費(fèi)克(Fick)定律，可導(dǎo)出顆粒碰撞速率顆粒碰撞速率 NP單位體積中的顆粒在異向絮凝中碰撞速率，1cm3s；n顆粒數(shù)量濃度，個(gè)cm3；d顆粒直徑，cm2DB布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，cm2s T為溫度 為水的運(yùn)動(dòng)粘度 為水的密度 K 玻爾茲曼常數(shù)，1.3810-1628ndDNBp dKTDB3 由上式可知，由布朗運(yùn)動(dòng)所造成的顆粒碰撞速率與水溫成正比，與顆粒的數(shù)量濃度平方成正比，而與顆粒尺寸無(wú)關(guān)。 實(shí)際上，只有小顆粒才具有布朗運(yùn)動(dòng)。隨著顆粒粒徑增大，布朗運(yùn)動(dòng)將逐漸減弱。當(dāng)顆粒粒徑大于1m時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)基本消失。 因此，

20、要使較大的顆粒進(jìn)一步碰撞聚集，還要靠流體運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)來(lái)保使顆粒相互碰撞，即進(jìn)行同向絮凝。283pNK T n代入可得：（三）（三） 混凝控制指標(biāo)混凝控制指標(biāo) 從從藥劑與水均勻混合藥劑與水均勻混合起直至起直至大顆粒絮凝體形成大顆粒絮凝體形成為止，為止，工藝上總稱工藝上總稱混凝過(guò)程混凝過(guò)程。相應(yīng)設(shè)備有混合設(shè)備和絮凝設(shè)。相應(yīng)設(shè)備有混合設(shè)備和絮凝設(shè)備。備。 混合（凝聚）過(guò)程：混合（凝聚）過(guò)程：在混合階段，在混合階段，對(duì)水流進(jìn)行劇烈攪拌的目的主要是使藥對(duì)水流進(jìn)行劇烈攪拌的目的主要是使藥劑劑快速均勻分散快速均勻分散以利于混凝劑以利于混凝劑快速水解、聚合、及顆快速水解、聚合、及顆粒脫穩(wěn)。粒脫穩(wěn)。時(shí)間通常在時(shí)間

21、通常在1030s，一般，一般2min。此階段，。此階段，雜質(zhì)顆粒微小，同時(shí)主要是顆粒間雜質(zhì)顆粒微小，同時(shí)主要是顆粒間異向絮凝異向絮凝。絮凝過(guò)程：絮凝過(guò)程： 在絮凝階段，主要靠機(jī)械或水力攪拌在絮凝階段，主要靠機(jī)械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，故以促使顆粒碰撞凝聚，故以同向絮凝同向絮凝為主。為主。攪拌強(qiáng)度或水流速度應(yīng)隨著絮凝體的結(jié)攪拌強(qiáng)度或水流速度應(yīng)隨著絮凝體的結(jié)大而逐漸降低，以免結(jié)大的絮凝體被打大而逐漸降低，以免結(jié)大的絮凝體被打碎。碎。四、混凝過(guò)程四、混凝過(guò)程 水處理的混凝過(guò)程包括：混凝劑的配制、計(jì)量、投加、快速混合、絮凝反應(yīng)等。（一）混凝劑的溶解和溶液配制（一）混凝劑的溶解和溶液配制固態(tài)藥劑的溶

22、解需設(shè)溶解池溶解池的設(shè)計(jì)和選用原則：l溶藥快速效率高l溶藥徹底殘?jiān)賚操作方便易控制l堅(jiān)固耐腐能耗低溶解池的攪拌方式有水力攪拌、機(jī)械攪拌、壓縮空氣攪拌。水力攪拌有兩種形式，一種是利用水廠壓力水直接對(duì)藥劑進(jìn)行沖溶和淋溶；另一種是設(shè)水泵從溶解池抽水從底部送回，形成循環(huán)水力攪拌。機(jī)械攪拌有旁入式和中心式溶解池容積溶解池容積W1：W1=（0.20.3）W2 式中式中W2為溶液池容積。為溶液池容積。 式中：式中：W2溶液池容積，溶液池容積，m3 Q處理的水量處理的水量 m3/ h A混凝劑最大投加量，混凝劑最大投加量，mg/L w溶液濃度，一般取溶液濃度，一般取5%20% n每日調(diào)制次數(shù)，一般不超過(guò)每日

23、調(diào)制次數(shù)，一般不超過(guò)3次次224 1001000 1000417aQAQWcnwn例：某水廠采用精制硫酸鋁作為混凝劑，最大投加例：某水廠采用精制硫酸鋁作為混凝劑，最大投加量為量為35mg/L，水廠設(shè)計(jì)水量，水廠設(shè)計(jì)水量100000m3/d?；炷齽；炷齽┟咳照{(diào)制每日調(diào)制3次，溶液濃度按次，溶液濃度按10%計(jì)，試求溶解池和溶計(jì)，試求溶解池和溶液池的體積各為多少？液池的體積各為多少？233510000011.6641724417103A QWmw n解：溶液池體積取取 W1=0.2W2=2.33m3溶解池體積 （二）混凝劑投加（二）混凝劑投加 混凝劑投加設(shè)備包括計(jì)量設(shè)備、藥液提混凝劑投加設(shè)備包括計(jì)

24、量設(shè)備、藥液提升設(shè)備、投藥箱、必要的水封箱以及注入升設(shè)備、投藥箱、必要的水封箱以及注入設(shè)備等。設(shè)備等。 1.計(jì)量設(shè)備計(jì)量設(shè)備 計(jì)量設(shè)備有：計(jì)量設(shè)備有： 轉(zhuǎn)子流量計(jì)；電磁流量計(jì)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)；電磁流量計(jì)；苗嘴苗嘴;計(jì)量泵等。計(jì)量泵等。2.投加方式（1）泵前投加）泵前投加 ：安全可靠，一般適用取水泵房距水：安全可靠，一般適用取水泵房距水廠較近者，圖中水封箱是為防止空氣進(jìn)入，見(jiàn)廠較近者，圖中水封箱是為防止空氣進(jìn)入，見(jiàn)圖圖9。 （2）高位溶液池重力投加：適用取水泵房距水廠較）高位溶液池重力投加：適用取水泵房距水廠較遠(yuǎn)者，安全可靠，但溶液池位置較高，見(jiàn)圖遠(yuǎn)者，安全可靠，但溶液池位置較高，見(jiàn)圖10。 （3）

25、水射器投加：設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，溶液池高）水射器投加：設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，溶液池高度不會(huì)受太大限制，但效率低，易磨損，見(jiàn)圖度不會(huì)受太大限制，但效率低，易磨損，見(jiàn)圖11。 （4）泵投加：不必另設(shè)計(jì)量設(shè)備，適合混凝劑自動(dòng)）泵投加：不必另設(shè)計(jì)量設(shè)備，適合混凝劑自動(dòng)控制系統(tǒng)，有利于藥劑與水混合，見(jiàn)圖控制系統(tǒng)，有利于藥劑與水混合，見(jiàn)圖12。 123456h5789101-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球閥；6-投藥苗嘴；7-水封箱；8-吸水管；9-水泵；10-壓水管；圖 4-9 泵前投加123456h5789101-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球閥；6-投藥苗嘴

26、；7-水封箱；8-吸水管；9-水泵；10-壓水管；圖 4-9 泵前投加 13256874圖 4-10 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-浮球閥；6-流量計(jì)；7-調(diào)節(jié)閥；8-壓力水；123645高壓水1-溶液池；2-投藥箱；3-漏斗4-水射器；5-壓水管；6-高壓水管圖 4-11 水射器投加13256874圖 4-10 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-浮球閥；6-流量計(jì)；7-調(diào)節(jié)閥；8-壓力水；123645高壓水1-溶液池；2-投藥箱；3-漏斗4-水射器；5-壓水管；6-高壓水管圖 4-11 水射器投加13256874

27、圖 4-10 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-浮球閥；6-流量計(jì)；7-調(diào)節(jié)閥；8-壓力水；123645高壓水1-溶液池；2-投藥箱；3-漏斗4-水射器；5-壓水管；6-高壓水管圖 4-11 水射器投加13256874圖 4-10 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-浮球閥；6-流量計(jì)；7-調(diào)節(jié)閥；8-壓力水；123645高壓水1-溶液池；2-投藥箱；3-漏斗4-水射器；5-壓水管；6-高壓水管圖 4-11 水射器投加 321圖 4-12 計(jì)量泵投加1-溶液池；2-計(jì)量泵；3-壓水管321圖 4-12 計(jì)量泵投加1-溶液

28、池；2-計(jì)量泵；3-壓水管五、混凝設(shè)備（一）（一） 混合設(shè)備混合設(shè)備 1.水泵混合水泵混合v 投藥投加在水泵吸水口或管上?；旌闲Ч?，投藥投加在水泵吸水口或管上?；旌闲Ч?，節(jié)省動(dòng)力，各種水廠均可用，常用于取水泵房節(jié)省動(dòng)力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)筑物的場(chǎng)合，兩者間距不大于靠近水廠處理構(gòu)筑物的場(chǎng)合，兩者間距不大于150m。v2 2 管式混合器管式混合器v 管式靜態(tài)混合器管式靜態(tài)混合器Static mixerStatic mixer：流速不宜小于：流速不宜小于1m/s1m/s，水頭損失不小于，水頭損失不小于0.30.4m0.30.4m，簡(jiǎn)單易行，簡(jiǎn)單易行，見(jiàn)見(jiàn)圖圖1313。v

29、3 3 擴(kuò)散混合器擴(kuò)散混合器Diffuse mixerDiffuse mixerv是在管式孔板混合器前加一個(gè)錐形帽，錐形帽夾是在管式孔板混合器前加一個(gè)錐形帽，錐形帽夾角角9090。順流方向投影面積為進(jìn)水管總截面面積。順流方向投影面積為進(jìn)水管總截面面積的的1/41/4，開(kāi)孔面積為進(jìn)水管總截面面積的，開(kāi)孔面積為進(jìn)水管總截面面積的3/43/4，流，流速為速為1.0-1.5m/s1.0-1.5m/s，混合時(shí)間，混合時(shí)間23s23s。節(jié)管長(zhǎng)度不小。節(jié)管長(zhǎng)度不小于于500mm500mm。水頭損失約。水頭損失約0.3-0.40.3-0.4，直徑在，直徑在DN200-DN200-DN1200DN1200，見(jiàn)，

30、見(jiàn)圖圖1414 靜態(tài)混合器圖 4-13 管式靜態(tài)混合器原水管道 藥劑單元混合體 管道 投藥套管塑料管錐帽擋板支架孔板原水管原水圖 4-14 擴(kuò)散混合器 4 機(jī)械混合池機(jī)械混合池在池內(nèi)安裝攪拌裝置，攪拌器可以是槳板式、螺旋槳式，外緣線速度一般用2m/s左右，時(shí)間1030s以內(nèi)。 優(yōu)點(diǎn)是混合效果好，不受水質(zhì)影響, 缺點(diǎn)是增加機(jī)械設(shè)備，增加維修工作。v（二）（二） 絮凝設(shè)備絮凝設(shè)備v1. 隔板絮凝池v 隔板絮凝池見(jiàn)分往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式，見(jiàn)圖15、 16。v 隔板絮凝池的水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成。往復(fù)式總水頭損失一般在0.30.5m，回轉(zhuǎn)式的水頭損失比往復(fù)式的小40左右。v隔板絮凝池特點(diǎn)：構(gòu)造

31、簡(jiǎn)單、管理方便，但絮凝效果不穩(wěn)定，池子大。適應(yīng)大水廠。 19.7m22.0m進(jìn)水接沉淀池圖 4-15 往復(fù)式隔板絮凝池2.8m接沉淀池進(jìn)水管進(jìn)水管圖 4-16 回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池 流速：起端流速：起端0.5-0.6m/s，末端，末端0.2-0.3m/s, 段數(shù)段數(shù)46段；段； 轉(zhuǎn)彎處過(guò)水?dāng)嗝娣e為廊道過(guò)水?dāng)嗝娣e的轉(zhuǎn)彎處過(guò)水?dāng)嗝娣e為廊道過(guò)水?dāng)嗝娣e的1.21.5倍；倍； 絮凝時(shí)間：絮凝時(shí)間：2030min； 廊道的最小寬度不小于廊道的最小寬度不小于0.5m ，池底應(yīng)有，池底應(yīng)有0.020.03坡度直徑不小于坡度直徑不小于150mm的排泥管；的排泥管； 各段的水頭損失各段的水頭損失 總水頭損失總水頭損失

32、iiiiiilRCvgvmhit2222 ihhv隔板絮凝池的設(shè)計(jì)參數(shù)：例：某往復(fù)式隔板絮凝池的設(shè)計(jì)流量為75000m3/d，絮凝時(shí)間采用20min，絮凝池寬度22m，平均水深2.8m，試設(shè)計(jì)各廊道寬度并計(jì)算絮凝池長(zhǎng)度。19.7m22.0m進(jìn)水接沉淀池圖 4-15 往復(fù)式隔板絮凝池2.8m接沉淀池進(jìn)水管進(jìn)水管圖 4-16 回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池 解：1 、絮凝池的凈長(zhǎng)度絮凝池的設(shè)計(jì)流量smhmQ/92. 0/5 .331206. 1247500033（式中1.06為考慮水廠自用水量占6%所乘系數(shù)）絮凝池的凈長(zhǎng)度m92.1760208 . 2225 .3312BHQTL2 、廊道寬度設(shè)計(jì)絮凝池起端流速

33、取v=0.55m/s，末端流速取v=0.25m/s首先根據(jù)起、末端流速和平均水深算出起、末端廊道寬度，然后按照流速遞減的原則，決定廊道分段數(shù)和各段廊道寬度。起端廊道寬度mmHQ6 . 0597. 055. 08 . 292. 0vb末端廊道寬度0.92b1.3v2.80.25QmH廊道寬度分成4段，各廊道寬度和流速見(jiàn)下表。表中所求廊道內(nèi)流速均按平均水深計(jì)算，故只是廊道真實(shí)流速的近似值，因?yàn)?，廊道水深是遞減的，但設(shè)計(jì)中這樣已滿足要求。廊道寬度和流速計(jì)算表廊道分段號(hào)廊道分段號(hào)1234各廊道寬度各廊道寬度(m)0.60.81.01.3各廊道流速各廊道流速(m/s)0.550.410.330.25各段

34、廊道數(shù)各段廊道數(shù)6554各段廊道總凈寬各段廊道總凈寬3.6455.2四段廊道寬度之和mb8 .172 . 5546 . 3取隔板厚度=0.1m，共19塊隔板，則絮凝池總長(zhǎng)度L為：L=17.8+190.1=19.7m 2. 2.折板絮凝池折板絮凝池 通常采用通常采用豎流式豎流式，它將隔板絮凝池的平板，它將隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰對(duì)波谷隔板改成一定角度的折板。折板波峰對(duì)波谷平行安裝稱平行安裝稱“同波折板同波折板”，波峰相對(duì)安裝稱，波峰相對(duì)安裝稱“異波折板異波折板”。 與隔板式相比，水流條件大大改善，有效與隔板式相比，水流條件大大改善，有效能量消耗比例提高，但安裝維修較困難，

35、折能量消耗比例提高，但安裝維修較困難，折板費(fèi)用較高。其示意圖見(jiàn)圖板費(fèi)用較高。其示意圖見(jiàn)圖1717與圖與圖1818。 進(jìn)水出水進(jìn)水出水（ ）（ ）圖 4-17 單通道折板絮凝池剖面示意（a）同波折板 （b）異波折板 水流向上水流向下出水進(jìn)水平面圖進(jìn)水A-A剖面圖 4-18 多通道折板絮凝池示意折板AA 3. 機(jī)械絮凝池機(jī)械絮凝池 機(jī)械絮凝池的剖面示意見(jiàn)圖機(jī)械絮凝池的剖面示意見(jiàn)圖19。 攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝位置分水平軸式和垂直軸式。位置分水平軸式和垂直軸式。 第一格攪拌強(qiáng)度最大，而后逐步減小，攪拌第一格攪拌強(qiáng)度最大，而后逐步減小，攪拌強(qiáng)度決定

36、于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。強(qiáng)度決定于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。 進(jìn)水進(jìn)水接沉淀池接沉淀池（a）（ ）圖 4-19 機(jī)械絮凝池剖面示意（ ）水平軸式； （ ）垂直軸式漿板；2-葉輪；3-旋轉(zhuǎn)軸；4-隔墻 (1)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù): 絮凝時(shí)間絮凝時(shí)間1015分。分。 池內(nèi)一般設(shè)池內(nèi)一般設(shè)34擋攪拌機(jī)。擋攪拌機(jī)。 攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速按葉輪半徑中心點(diǎn)線速度計(jì)算確攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速按葉輪半徑中心點(diǎn)線速度計(jì)算確定，線速度第一擋定，線速度第一擋0.5m/s逐漸減小至末擋的逐漸減小至末擋的0.2m/s。 槳板總面積宜為水流截面積的槳板總面積宜為水流截面積的1020，不，不宜超過(guò)宜超過(guò)75，槳板長(zhǎng)度不大于葉輪半徑的，槳板長(zhǎng)度不大于葉輪

37、半徑的75，寬度宜取寬度宜取1030cm。 （2）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn): 機(jī)械絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)容易，效果好，大、機(jī)械絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)容易，效果好，大、中、小水廠均可，但維修是問(wèn)題。中、小水廠均可，但維修是問(wèn)題。 4. 4.穿孔旋流絮凝池穿孔旋流絮凝池 由若干方格組成。分格數(shù)一般不少于由若干方格組成。分格數(shù)一般不少于6 6格。流格。流速逐漸減小，速逐漸減小，G G也相應(yīng)減小以適應(yīng)絮凝體形成，也相應(yīng)減小以適應(yīng)絮凝體形成，孔口流速宜取孔口流速宜取0.60.61.0m/s1.0m/s，末端流速宜取，末端流速宜取0.20.20.3m/s0.3m/s。絮凝時(shí)間。絮凝時(shí)間151525min25min。穿孔旋流絮凝池。穿孔旋流絮凝池的平面示意圖見(jiàn)圖的平面示意圖見(jiàn)圖2020。 穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低，可用于中、小型水廠或與其他形式便，造價(jià)低，可用于中、小型水廠或與其他形式的絮凝池組合應(yīng)用。的絮凝池組合應(yīng)用。 上面進(jìn)水下面進(jìn)水圖 4-20 穿孔旋流絮凝池平面示意圖 5.5.網(wǎng)格、柵條絮凝池網(wǎng)格、柵條絮凝池網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計(jì)成網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計(jì)成多格豎井回流式多格豎井回流式。每個(gè)豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間的隔每個(gè)豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間的隔墻上、下交錯(cuò)開(kāi)孔，進(jìn)水端至出水端逐漸減