水的混凝澄清及沉淀处理
14.水质工程学 I —沉淀与澄清 §3-5澄清池(ppt文档)
（4）第一反应室出口流速50～80mm/s，第二反 应室进口流速40～50mm/s。
（5）清水区上升流速0.7～1.0m。
（6）清水区高度为2～3m，超高0.3m，喷嘴离 池底不大于0.6m，以免积泥。
（7）池底进水管流速为1.0m/s左右。
（8）与无阀滤池配套使用时，澄清池的出水槽 即可作为滤池的配水箱。
3、因池身较高，与无阀滤池配套较多。
4、原水浊度低或短时间内水量水温变化较 大时，工作不稳定，选用时应加注意。
设计参数：
（1）停留时间1～1.5小时，第一反应室、第二 反应室的停留时间分别为1～2min和5～7min。
（2）喷嘴流速6～9m/s，喉管流速2～3m/s。喷 嘴直径和喉管直径之比为1：3～1：4，截面积之比1： 12～1：13。
特点：
1、能适应水质水量的变化，工作稳定性较 好；
2、它需要设置变速电动机和减速装置等机 电设备，结构较复杂。
3、适用于原水悬浮物长期低于5000mg/L的 大、中、小型水厂。
设计参数：
（1）清水区上升流速一般采用0.8~1.1mm/s。
（2）水在澄清池内总停留时间可采用1.2~1.5h。
（3）叶轮直径可为第二絮凝室内径的70~80%，并应设 调整叶轮转速和开启度的装置。
最大的脉冲澄清池
上海南市水厂,规模3000m3/h，采用 钟罩（虹吸）式脉冲发生器。
2、泥渣循环型澄清池 （1）机械搅拌澄清池（机械加速澄清池）
第二反应室 导流室
分离室
第一反应室
搅拌提升装置
加速澄清池由于采用机械搅拌的方法来悬 浮泥渣，驱使泥渣回流，所以它具有较好的调 节性能（泥渣浓度、搅拌速度、泥渣循环量）。 通常提升流量为进水流量的3~5倍，因此所形 成的循环泥渣量为进水量的2~4倍。
水质工程学第4章沉淀与澄清3
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
第三章 沉淀和澄清
Bh0v=Q 水的流量； BL=A 沉淀区平面面积； Q/A— 单位面积沉淀区所沉淀的水流量，称沉淀池的表面负 荷（过流率） 理想沉淀池的表面负荷就是它的截流沉速，反应了能全 部去除的颗粒中的最小颗粒沉速。 由上述可知，浑水在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀 池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流 速、沉淀时间）无关，这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾， 阐明了决定沉淀效率的主要因素反应了下列两个问题： （1）当E一定时 i越大，q也越高，亦即产水量越大，或 一定时u 也越高， 当 一定时 越大， 也越高 亦即产水量越大， 不变时u 越高。 当Q、A不变时 i越大、E越高。 ui的大小与混凝效果有关， 、 不变时 越大、 越高 因此，生产上一定要重视絮凝工艺。 （2） ui一定，A增加、E提高。当W（容积）一定时， 一定， 增加 增加、 提高 提高。 池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池 “ 理论” 理论”，斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论。
cd
FD
= C DAρ1
ν s2
πd 3 dv s 4 m = g (ρ s − ρ1) − dt 6 2 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs增加，阻 力也相应增加，很快颗粒即等速下沉。dvs/dt=0
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πd
3
ρ 1v s 2
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随时间增长，交 界面继续下降，直至 B C B、C两个区消失，只 剩A、D两个区，D区 高度也逐渐减小，设 压实时间 t→: ，最后 压实到H:为止。 以交界面高度为 纵坐标，沉淀时间为 横坐标，可得交界面 沉降过程曲线。
a-b段为向下的曲线，可解释为颗粒间的絮凝过程，由于颗粒凝聚变 大，使下降速度逐渐变大。 b-c段为直线，表明交界面等速下降。 a-b曲线段一般较短，且有时不是很明显，所以可以认为是b-c直线段 的延伸。 c-d为上凹的曲线， 絮凝过程 交界面等速下沉 下降速度 逐渐变小 B区消失 区消失
生活饮用水的主要处理工艺流程
生活饮用水的主要处理工艺流程生活饮用水的处理工艺流程是确保水源安全、提高水质的重要步骤。
下面将详细介绍生活饮用水的主要处理工艺流程，包括原水处理、混凝沉淀、过滤、消毒和水质监测等环节。
1. 原水处理原水处理是将自然水源（如河水、湖水、地下水）进行预处理，去除其中的悬浮物、浑浊物、有机物和微生物等。
常用的原水处理方法包括：1.1 水源筛选：通过格栅和滤网去除大颗粒悬浮物和杂质。
1.2 沉淀：将水源放置在沉淀池中，利用重力使悬浮物沉淀到底部。
1.3 调节pH值：根据原水的pH值进行调节，使其适合后续处理工艺。
1.4 混凝剂投加：投加混凝剂（如聚合氯化铝）使悬浮物凝结成较大颗粒。
2. 混凝沉淀混凝沉淀是将原水中的细小颗粒物和胶体物质会萃成较大颗粒，以便后续过滤处理。
主要包括以下步骤：2.1 混凝剂投加：在混凝池中投加适量的混凝剂，使悬浮物和胶体物质凝结成较大颗粒。
2.2 混凝搅拌：通过搅拌设备将混凝剂充分混合，促进颗粒的会萃。
2.3 沉淀：将混凝后的水体放置在沉淀池中，利用重力使颗粒沉淀到底部。
2.4 澄清水采集：从沉淀池的上层取出澄清水，即混凝沉淀后的水体。
3. 过滤过滤是将混凝沉淀后的水体通过过滤介质，去除残存的悬浮物、胶体物质和微生物等。
常用的过滤介质包括砂滤器、活性炭滤器和微滤器等。
过滤的步骤如下：3.1 砂滤：将混凝沉淀后的水体通过砂滤器，去除较大颗粒物和胶体物质。
3.2 活性炭吸附：将经过砂滤的水体通过活性炭滤器，去除有机物和异味。
3.3 微滤：将经过活性炭滤器的水体通过微滤器，去除微生物和细菌等。
4. 消毒消毒是为了杀灭水中的病原微生物，确保饮用水的安全性。
常用的消毒方法包括氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒等。
消毒的步骤如下：4.1 氯消毒：在水体中投加适量的氯化物（如氯气、次氯酸钠），杀灭水中的细菌和病毒。
4.2 紫外线消毒：将水体通过紫外线灯照射，破坏细菌和病毒的DNA结构，使其失去繁殖能力。
水厂常规处理工艺
水厂常规处理工艺，也称为物理化学处理工艺，是用于去除原水中悬浮物、微生物和其他有害物质的常用技术。
这些工艺主要包括以下步骤：
1. 预沉池（可选）：
- 在某些情况下，特别是当原水中含沙量较高时，可能需要在进入主要处理设施之前先进行预沉淀以减少砂石等颗粒物。
2. 混凝：
- 添加一种或多种混凝剂（如铁盐、铝盐等），使悬浮固体和胶体粒子聚集在一起形成较大的絮状物。
3. 沉淀：
- 将经过混凝的水引入沉淀池，让絮状物有足够的时间沉淀下来。
4. 过滤：
- 沉淀后的水通过多层滤料（如石英砂、无烟煤等）组成的滤床，进一步去除剩余的悬浮固体和小颗粒。
5. 消毒：
- 使用消毒剂（如氯气、二氧化氯、臭氧等）杀死或抑制水中的病原微生物，确保水质的安全性。
6. 澄清：
- 对于含有大量悬浮固体的水源，可以采用澄清池代替沉淀池来加速沉淀过程。
7. 深度处理（可选）：
- 如果需要更高的水质标准，还可以添加额外的处理步骤，如活性炭吸附、超滤、反渗透等。
每个步骤都是为了提高饮用水的质量，并确保其符合国家规定的安全标准。
根据原水的特性以及最终用水要求的不同，水厂可能会选择不同的处理工艺组合。
水处理常用工艺
水处理常用工艺以水处理常用工艺为标题，我们来探讨一下水处理中常用的几种工艺。
一、澄清工艺澄清是水处理中最基本的工艺之一，通过去除水中的悬浮物、泥沙、微生物等杂质，使水变得清澈透明。
常见的澄清工艺有：1. 自然沉淀：将水放置一段时间，利用重力使悬浮物沉淀到底部。
2. 絮凝剂处理：加入絮凝剂，通过絮凝作用将悬浮物聚集成较大的颗粒，便于沉淀。
3. 过滤：利用滤料（如石英砂、活性炭等）的孔隙和表面吸附作用，将悬浮物截留下来。
二、消毒工艺消毒是为了杀灭水中的病原微生物，保证水的卫生安全。
常见的消毒工艺有：1. 氯消毒：向水中加入氯气、次氯酸钠等化学物质，杀灭细菌、病毒等微生物。
2. 臭氧消毒：利用臭氧氧化作用来消毒，臭氧具有强氧化性，能有效杀灭微生物。
3. 紫外线消毒：利用紫外线的照射杀灭细菌、病毒等微生物。
三、软化工艺软化是为了去除水中的硬度成分，防止水垢的形成。
硬度主要由钙、镁等离子组成，常见的软化工艺有：1. 离子交换：利用离子交换树脂（如强酸型树脂、强碱型树脂）吸附水中的钙、镁离子，释放出等量的钠离子，达到软化水的目的。
2. 反渗透：利用半透膜对水进行过滤，将硬度成分和其他溶解物质截留下来，得到软化水。
四、脱盐工艺脱盐是为了去除水中的盐类，得到纯净水。
常见的脱盐工艺有：1. 蒸汽蒸馏：利用水和蒸汽的不同挥发性，将水中的盐类蒸发出去，得到纯净水。
2. 电渗析：利用电场作用，将水中的离子迁移至离子选择性膜上，实现脱盐。
3. 逆渗透：利用半透膜对水进行过滤，将溶解在水中的盐类截留下来，得到脱盐水。
五、深度处理工艺深度处理是对水进行进一步的净化处理，以满足特定要求。
常见的深度处理工艺有：1. 活性炭吸附：利用活性炭的孔隙结构和吸附性能，去除水中的有机物、余氯等。
2. 膜分离：利用微孔膜或超滤膜等对水进行过滤，去除微小颗粒、胶体等。
3. 混凝沉淀：通过加入混凝剂和絮凝剂，使胶体颗粒迅速聚集成较大的颗粒，便于沉淀。
水的预处理的方法
水的预处理的方法
水处理设备净水设备预处理设备过滤设备
水的预处理常见方法有：
1、沉淀：利用自然沉淀（如沉砂池），或药剂软化（如加入化学药剂），使水中的泥沙、大颗粒悬浮物或暂时硬度生成沉淀物而沉降，已达到去除上述杂质的目的。
2、混凝澄清：利用混凝剂的作用，使水中固体颗粒相互接触吸附，改变其大小形状和密度，已达到从水中分离出去。
3、过滤：将被处理得水通过粒状滤料，使水中杂质被滤料截留得到去除，而获得清水。
如各种滤池、过滤器。
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实验三 混凝沉淀实验
实验三 混凝沉淀实验混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研.教学和生产中。
通过混凝沉淀实验，不仅可以选择投加药剂种类.数量，还可以确定其他混凝最佳条件。
一 原理：天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能去处的。
清除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。
脱稳后的胶粒，在一定的水利条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。
直径较大且较密实的矾花容易下沉。
自投加混凝剂[342)(SO Al ]直至形成较大矾花的过程叫混凝。
从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合反应两个阶段，混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般来说，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。
（配药）1、配1%的342)(SO Al 溶液.2、如果取10mg/l 的342)(SO Al100ml 烧杯中称取10mg 342)(SO Al =用移液管移取1ml 的1%342)(SO Al 溶液.二． 实验目的1.了解混凝的现象和过程，混合及反应的作用。
2.确定水样的混凝剂最佳投量及pH 值对混凝效果的影响。
三．仪器设备及药品混凝搅拌机一台，浊度仪一台，酸度/离子计一台，电子调速搅拌机一台，秒表（平表也可）一块，温度计，1000ml 烧杯，100ml 烧杯，移液管，吸耳球，1000ml 量筒，混凝剂（硫酸铝或碱式氯化铝），氢氧化钠，盐酸等。
四．实验组织实验分6小组，每组6人。
五．实验步骤1. 熟悉搅拌机操作步骤，选择适宜的混合搅拌转速（300转/分），混合时间30秒，反应搅拌转速100转/分，反应时间10分钟，慢速搅拌转速50转/分，反应时间10分钟。
2. 测定水样的温度，浊度及pH 值，将水样分为3桶，每2组用一桶，除1,2组外，其他四组分别用NaOH 或HCl 对水样的pH 进行调整（pH 约等于10，5.5，8.5）并记录调整后的pH 值。
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2.混凝剂的影响
（2）混凝剂投加量(dosage) 投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混
凝剂品种、投加方式及介质条件有关。 任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药
量的问题，应通过试验确定。 （3）混凝剂投加顺序(sequence) 当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确
胶体的性质
(1)稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特 性。
动力学稳定性：无规则的布朗运动强，
对抗重力影响的能力强。
胶体稳定性
聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎
水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性
胶体）
胶体的脱稳和凝聚机理
1.基本概念 稳定性（stabilization)---胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性
混凝的概述
混凝澄清法的概念
混凝澄清－－是指在混凝剂的作用下，使水中的胶 体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去 的水处理法。
混凝 凝聚coagulation ：胶体失去稳定性的过程称为凝聚 絮凝flocculation ：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。
混凝机理
胶体
水处理中常见胶体 粘土颗粒（对于d<4μm），大部分细菌（0.2~80nm）， 病毒（10~300nm），蛋白质。
2.混凝剂的影响
（1）混凝剂种类(kinds of coagulants)
混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓 度。
如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先 投加无机混凝剂使其脱稳凝聚;
如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅 酸等助凝剂。
很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明 显提高混凝效果，扩大应用范围。
3 水的混凝澄清及沉淀处理
混凝的去除对象
主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些 颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。
真溶液 胶体溶液
悬浮液
10-10 10-9 10-7
10-4
混凝法
粒度（m）
沉淀法
降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重 金属和放射性物质，还能改善污泥的脱水性能。
快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。 （3）水温(temperature) 水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低
，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。 （4）共存杂质(impurities) 有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进
行。
该过程的实质是由于扩散层厚度的减小，胶粒 得以迅速凝聚。
压 缩 双 电 层 ―― 电 位 ―― 稳 定 性 ―― 凝 聚
（2）电性中和机理 (electrical neutralization)
指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分 子物质、胶粒等，中和了电位离子所带电荷，减少 了静电斥力，降低了电位，胶粒间的排斥力减小 ，距离减小，吸引力增大，胶粒得以迅速凝聚。使 胶体的脱稳和凝聚易于发生。
电位离子 反离子
滑动面 胶团边界
胶核
吸附层 扩散层
胶粒
d.滑动面----固定层和扩散层之间的交界面。 e.胶团----胶粒和扩散层一起构成电中性的胶体粒子。
电位离子 反离子
滑动面 胶团边界
胶核
吸附层 扩散层
胶粒
ξ电位 Ψ电位
φ电位--- 胶核表面上的电位离子和反离子之间形成的电位 称为总电位，即φ电位。 ζ电位---胶体滑动面与溶液主体之间的电位称为移动电位 ，即ζ电位。
高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现 象 ①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ②但投加过多，会出现“胶体保护”现象；
高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用 示意图
＋
＋
＋
胶体保护：当高分子物质投 量过多时，胶粒的吸附面均 被被高分子覆盖，两胶粒接 近时，就受到高分子之间相 互排斥而不聚集。这样就会 产生“胶体保护”。
称为胶体的稳定性。 脱稳(destabilization)---胶体因电位降低或消除，从而失去稳
定性的过程称为脱稳. ---凝聚 絮凝---脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程,称为凝聚. 2. 混凝的机理 混凝可分为压缩双电层、电性中和、吸附架桥、网罗卷带四种
机理。
（1）压缩双电层机理 (modification of the electrical double layer)
以上介绍的混凝的四种机理，实际应用中往往 可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情 况下以某种机理为主而已。
影响混凝的因素
1.废水水质的影响 2.混凝剂的影响 3.水力条件的影响
1.废水水质的影响
（1）浊度(turbidity) 浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也
不同。 （2）pH值 在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最
架桥模型
形成“胶粒—高分子—胶粒” 的絮凝体
胶体保护示意
（4）网罗卷带机理 (entrapment in the floc structure)
沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或带 金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶粒和细微 悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸 附质所网捕，产生沉淀分离。
其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。
电性中和――Φ电位↓－－电位――稳定性 ――凝聚
（3）吸附桥联机理 (polymer bridging of colloids)
吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引 力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与 胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。架桥模 型示意见图
加入电解质，加入的反离子与扩散层原有反离 子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸 附层中，从而使扩散层厚度减小。产生压缩双 电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒失去 稳定性，产生凝聚作用。
双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。 当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增 高时，则扩散层的厚度将减小。
定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先 投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。
但当处理的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸 附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。
3.水力条件的影响