大学课件-给水处理-混凝动力学.ppt

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1、15.3 混凝动力学,混凝动力学:研究杂质颗粒之间或杂质与混凝剂之间发生碰撞的速率和混凝速率问题. 推动水中颗粒相互碰撞的动力:颗粒在水中的布朗运动;在水力或机械搅拌下所造成的流体运动. 异向絮凝:由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集. 同向絮凝:由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集,15.3.1 异向絮凝,颗粒由于布朗运动导致的碰撞速率: 由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比,与颗粒的数量浓度平方成正比,而与颗粒尺寸无关. 当颗粒粒径大于1m时,布朗运动基本消失.,15.3.2 同向絮凝,碰撞速率N0为: 式中:G速度梯度,s-1; u 相邻两流层的流速增量,cm/s; z 垂直于水流方向的两流层

2、之间的距 离,cm;,速度梯度G:,式中: - 水的动力粘度,Pa.s; p-单位体积流体所耗功率,w/m3; 当用机械搅拌时,p由机械搅拌器提供.当采用水力絮凝池时,p为水流本身能量消耗.,对于水力絮凝池:,式中:g-重力加速度,9.8m/s2; h-混凝设备中的水头损失,m; -水的运动粘度,m2/s; T-水流在混凝设备中的停留时间,s.,15.3.3 混凝控制指标,自药剂和水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止,在工艺上总称为混凝过程 相应的设备有混合设备和絮凝设备. 混合阶段:对水流进行剧烈搅拌,使药剂快速均匀地分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。通常在10-30s至多不超

3、过2min完成，G 值在700-1000s-1之内。 混合阶段主要通过同向絮凝，同时存在颗粒间的异向絮凝。,絮凝阶段：主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞絮凝，故与同向絮凝为主。 同向絮凝效果，不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关。 在絮凝阶段G值应渐次减小； 平均G 值 20-70s-1 平均GT值 104-105,15.4 影响混凝效果的主要因素,影响混凝效果的因素比较复杂，其中包括水温、水化学特性、水中杂质性质和浓度以及水力条件等； 水温 水的pH和碱度 水中悬浮物浓度,15.4.1 水温的影响,水温对混凝效果有明显影响，水温越低，混凝效果越差。 原因：1） 无机盐混凝剂水解是吸热反应， 水温

4、低时，混凝剂水解困难； 2）低温水的粘度大，使布朗运动强度减弱，碰撞机会减少。同时水的粘度大时，水流剪力增大，影响絮凝体的形成； 3）水温低时，胶体颗粒水化作用增强，防碍胶体凝聚 4）水温低时，水的pH值提高，相应的混凝最佳pH值也将提高。,现象：絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、 松散。 措施：增加混凝剂投加量和投加高分子助 凝剂。常用的助凝剂是活化硅酸,15.4.2 水的pH值和碱度的影响,水的pH值对混凝效果的影响程度,视混凝剂品种而异. 对硫酸铝,水的pH值直接影响Al3+的水解聚合反应,亦即影响铝盐水解产物的存在形态. 用于除浊时,最佳pH值在6.5-7.5; 用于除色时,pH值在4.5

5、-5.5 采用三价铁盐混凝剂时,适用的pH值范围较宽,用于除浊时,pH=6.0-8.4;除色时pH=3.5-5.0之间.,高分子混凝剂的混凝效果受水的pH值影响较小,故对水的pH值变化适应性较强. 从铝(铁)盐水解反应可知,水解过程不断产生H+,从而使水的pH下降.要使pH值保持在最佳范围以内,水中应有足够的碱性物质与H+中和. HCO3-+H+ CO2+H2O,当原水碱度不足或混凝剂投量甚高时,水的pH值将大幅度下降以至影响混凝剂继续水解.为此,应投加碱剂(如石灰)以中和混凝剂水解过程中所产生的H+,反应如下:,石灰投加量可按下式估算: CaO=3a-x+ 式中: CaO- CaO投加量,m

6、mol/L; a- 混凝剂投加量, mmol/L; x-原水碱度,按mmol/L CaO计; -保证反应顺利进行的剩余碱 度,取0.25-0.5mmol/L(CaO); 一般情况下,石灰投量最好通过试验决定.,15.4.3 水中悬浮物浓度的影响,从混凝动力学方程可知,水中悬浮物浓度很低时,颗粒碰撞速率大大减小,混凝效果差. 可采取的措施: 1.在投加铝盐或铁盐的同时,投加高分子助 凝剂,如活化硅酸或聚丙烯酰胺等; 2.投加矿物颗粒(如粘土等)以增加混凝剂水解产 物的凝结中心,提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体 的密度. 3.采用直接过滤法.,如果原水悬浮物含量过高,(高浊度水源),为使悬浮物达到吸附电中和脱稳作用,所需混凝剂量将相应大大增加,为减少混凝剂用量,通常投加高分子助凝剂,如聚丙烯酰胺及活化硅酸等等. 总之,低温低浊水,混凝更加困难,是人们一直重视的研究课题. 我国对西北西南地区高浊度水源的处理研究较多,取得了一些研究成果.,