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第十五章 混凝

思考题

1、何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。

答：胶体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。原因P255最后一段。

2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。

答：压缩双电层机理：由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面处最大，并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。该过程的实质是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。

由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面，由于扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。

吸附-电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常是这些作用的主要方面。上面提到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。 硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩散双电层作用。

Ph>3时,吸附-电中和作用。Ph>3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。

3,高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？

答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。

4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？

答：铝系：硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS）

铁系：三氯化铁 硫酸亚铁 聚合硫酸铁（PFS） 聚合氯化铁（PFC） 有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）

优缺点： 硫酸铝 优点 价格较低，使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响 .

缺点 当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；不溶杂质含量较多。 .

聚合氯化铝 （PAC） 1应用范围广; 2易快速形成大的矾花，沉淀性能好，投药量一般比硫酸铝低; 3、适宜的PH值范围较宽(在5～9间)； 4、水温低时，仍可保持稳定的混凝效果； 5、其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小 三氯化铁 极易溶于水；沉淀性好，处理低温水或低浊水效果比铝盐的好 氯化铁液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀材料 硫酸亚铁 不如三价铁盐那样有良好的混凝效果；残留在水中的 Fe会使处理后的水带色； 2+聚合硫酸铁 投加剂量少；絮体生成快；对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少 聚丙烯酰胺 常作助凝剂以配合铝盐和铁盐作用，效果 （PAM） 显著 5、什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？

答：在单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥。

常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解物、活化硅酸、海藻酸钠等。

当单独使用混凝剂效果不佳时采用助凝剂，例如：对于低温、低浊度水采用铝盐或铁盐混凝时，形成絮粒往往细小松散，不易沉淀。当加如少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。 6、为什么有时需将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？

答：PAM聚丙烯酰胺，混凝效果在于对胶体表面具有强烈的吸附作用，在胶粒之间形成桥联。由于酰胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使桥架作用消弱。为此，通常将PAM在碱性条件下（pH>10）进行部分水解，生成阴离子型水解聚合物（HPAM） PAM水解度：由酰胺基转化为羟基的百分数称水解度。 一般控制水解度在30%--40%较好。

7.何谓同向絮凝和异向絮凝？两者絮凝速率（或碰撞数率）与哪些因素有关？

同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。其数率与颗粒直径的三次方成正比，与颗粒数量浓度平方成正比，以及速度梯度一次方成正比。

异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。其数率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成反比。

8.混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的控制指标应

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如何确定？

在絮凝阶段通常以G和GT值作为控制指标。可以控制混凝效果，即节省能源，取得好的混凝效果。

9.絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用依旧的G值和GT值的数值范围存在什么缺陷？请写出机械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。

速度梯度，控制混凝效果的水力条件，反映能量消耗概念。 G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。

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10根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？

折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间间缩放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。

11影响混凝效果的主要因素有哪几种？这些因素是如何影响混凝效果的？

影响混凝效果的主要因素有水温，水的PH值和碱度及水中悬浮物浓度。 水温：a无机盐的水解是吸热反应低温水混凝剂水解困难。 b低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于

胶粒脱稳混凝

c水温低时胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体混凝 d水温与水的PH值有关

PH值：对于硫酸铝而言，水的PH值直接影响铝离子的水解聚合反应，亦即影响铝盐水解产物的存在形态。

对三价铁盐混凝剂时PH在6.0-8.4之间最好

高分子混凝剂的混凝效果受水的PH值影响比较小

悬浮物浓度：含量过低时，颗粒碰撞速率大大减小，混凝效果差。含量高时，所需铝盐或铁盐混凝剂量将大大增加。

12.混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？

常用的有： 1）、泵前投加 该投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者 2）、高位溶液池重力投加 该投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。适用于取水泵房距水厂较远者

3)、水射器投加 该投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，且易磨损。 4）、泵投加 有两种方式：一是采用计量泵，一是采用离心泵配上流量计。采用计量泵不必另备计量设备，泵上有计量标志，最适合用于混凝剂自动控制系统。 13．何谓混凝剂“最佳剂量”？如何确定最佳剂量并实施自动控制？

混凝剂“最佳剂量”，即混凝剂的最佳投加量，是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。目前问过大多数水厂还是根据实验室混凝搅拌试验确定混凝剂最佳剂量，然后进行人

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工调整。这种方法虽然简单易行，但实验结果到生产调节往往滞后，且试验条件与生产条件也很难一致，故试验所得最佳剂量未必是生产上的最佳剂量。P274-276

14.当前水厂中常用的混合方法有哪几种？各有何优缺点？在混合过程中，控制G值的作用是什么？ 1）、水泵混合 混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均可采用。但但采用FeCl3混凝剂时，若投量较大，药剂对水泵叶轮可能有轻微腐蚀作用。适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不宜大于150m。 2）、管式混合 简单易行。无需另建混合设备，但混合效果不稳定，管中流速低，混合不充分。 3）、机械混合池 混合效果好，且不受水量变化影响，缺点是增加机械设备并相应增加维修工作。

控制G值的作用是使混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。

15．当前水厂中常用的絮凝设备有哪几种？各有何优缺点？在絮凝过程中，为什么G值应自进口值出口逐渐减少？

1）、隔板絮凝池 包括往复式和回转式两种。优点：构造简单，管理方便。缺点：流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积大。 2）、折板絮凝池 优点：与隔板絮凝池相比，提高了颗粒碰撞絮凝效果，水力条件大大改善，缩短了絮凝时间，池子体积减小。缺点：因板距笑，安装维修较困难，折板费用较高。

3）、机械絮凝池 优点：可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，能应用于任何规模水厂 缺点：需机械设备因而增加机械维修工作。

絮凝过程和那个中，为避免絮凝体破碎，絮凝设备内的流速及水流转弯处的流速应沿程逐渐减少，从而G值也沿程逐渐减少。

16.采用机械絮凝池时，为什么要采用3~4档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？

因为单个机械絮凝池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格愈多，愈接近PF型反应器，絮凝效果愈好，但分格过多，造价增高且增加维修工作量。

各档之间用隔墙分开是为防止水流短路。

16章 沉淀和澄清

1 什么叫自由沉淀，拥挤沉淀和絮凝沉淀？

答：在沉淀过程中，彼此没有收到干扰，只收到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀。

颗粒在沉淀的过程中，彼此相互干扰，或者收到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。

拥挤沉淀：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有一个清晰的泥水界面。

2已知悬浮颗粒密度和粒径，可否采用公式（16-4）直接求得颗粒沉速？为什么？

答：不能够。

因为从（16-4）式可以知道，要求得颗粒的沉速，出了要知道悬浮颗粒密度和粒径外，还需要知道阻力系数Cd.

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