恩佐-恩佐注册-「联盟认证注册」胶体颗粒保持其稳定性的另一个原因是，表面有一层水分子紧紧地包围着，称为水化层，它阻碍了胶体颗粒间的接触，使得胶体颗粒在热运动时不能彼此碰撞而粘合，从而使其颗粒保持悬浮状态。

　　使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳。胶体所带的电荷影响胶体的凝聚。当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时，剪切面（滑动面）上的电位，称之为ζ电位，见图1-1。

　　若ζ电位愈大，则胶体就愈稳定；若ζ电位等于零，胶体不带电荷，这时胶体极不稳定，易于彼此聚合成大块而沉降。

　　水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢，不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷（天然水和废水中胶体带负电），彼此之间存在着电性斥力。另外，胶体表面总是有一层水分子包围着，它妨碍了胶体颗粒之间的接触粘合。溶液主体与双电层滑动界面的电位差称为ξ电位。

　　细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

　　向水中投加混凝剂后，经过混合、凝聚、絮凝等综合作用，可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物。细小絮凝物在速度梯度？？的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

　　向水中投加电解质，可起到压缩双电层使胶体脱稳的作用。其主要机理是向水中加入铝盐或铁盐混凝剂后，水中胶体颗粒的双电层被压缩或电性中和而失去稳定性。

　　将混凝剂与原水快速均匀混合并产生一系列化学反应而脱稳，这一过程所需时间很短，一般在1min左右。一些阳离子型的高分子聚合物也能对水中胶体起到脱稳凝聚作用，这类高分子聚合物在水中呈长链结构，带有正电荷，它们对水中胶体的脱稳凝聚是由于范德华力吸附和静电引力共同作用的。

　　水中胶体经脱稳凝聚形成的初始絮凝物的粒径一般在1μm以上，这时布朗运动已不能推动它们碰撞而形成更大的颗粒。为了使初始絮凝物互相碰撞而粘合成大颗粒的絮凝体，需要另外向水中输入能量，产生速度梯度。

　　有时需向水中加入有机高分子絮凝剂，利用絮凝剂长链分子的吸附架桥作用提高碰撞产生粘合的几率。絮凝效率通常随絮凝物浓度和絮凝时间的增加而提高。

　　为了提高混凝处理的效果，必须选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力学条件。常用的混凝剂主要分为铝盐和铁盐两类，铝盐中以硫酸铝和聚合铝为主，铁盐中以三氯化铁和聚合硫酸铁居多。

　　铁盐与铝盐相比，铁盐生成的絮凝物密度大，沉降速度快， pH适应范围宽；混凝效果受温度的影响比铝盐小；但投加铁盐时要注意，设备运行不正常时，带出的铁离子会使出水带色，并可能污染后续水处理

　　当由于原水水质等方面的问题，单独采用混凝剂不能取得良好的效果时，需要投加一些辅助药剂来提高混凝处理效果，这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂分无机类和有机类。

　　在无机类的助凝剂中，有的用来调整混凝过程中的pH值，有的用来增加絮凝物的密度和牢固性。

　　典型的无机助凝剂有氧化钙、水玻璃、膨润土；有机类的助凝剂大都是水溶性的聚合物，分子程呈链状或树枝状，其主要作用有：

　　因为混凝处理的目的是除去水中的悬浮物，同时使水中胶体、硅化合物及有机物的含量有所降低，所以通常以出水的浊度来评价混凝处理的效果。

　　因为混凝澄清处理包括了药剂与水的混合，混凝剂的水解、羟基桥联、吸附、电性中和、架桥、凝聚及絮凝物的沉降分离等一系列过程，因此混凝处理的效果受到许多因素的影响，其中影响较大的有水温、pH值、碱度、混凝剂剂量、接触介质和水的浊度等。

　　在电厂水处理中，为了提高混凝处理效果，常常采用生水加热器对来水进行加热，也可增加投药量来改善混凝处理效果。采用铝盐混凝剂时，水温20～30℃比较适宜。相比之下，铁盐混凝剂受温度的影响较小，针对低温水处理效果较好。

　　离子的过程，会改变水的pH值和碱度。反过来，原水的pH值和碱度直接影响到混凝剂不同形态的水解中间产物，从而影响絮凝反应的效果。各种混凝剂都有一定的pH适应范围，见表1-1。

　　尽管水的pH值和碱度对混凝效果影响较大，但在天然水体的混凝处理中，却很少有投加碱性或酸性药剂调节pH值。这主要是因为大多数天然水体都接近于中性，投加酸、碱性物质会给后续处理增加负担。

　　在这里泥渣起接触介质的作用，即在其表面上起着吸附、催化以及泥渣颗粒作为结晶核心等作用。

　　进行混凝处理或混凝+石灰沉淀处理时，如果在水中保持一定数量的泥渣层，可明显提高混凝处理的效果。泥渣层就是混凝澄清处理过程中生成的絮凝物，它可提供巨大的表面积，通过吸附、催化及结晶核心？？等作用，提高混凝处理的效果。

　　原水浊度小于50FTU时，浊度越低越难处理。当原水浊度小于20FTU时，为了保证混凝效果，通常采用加入粘土增浊、泥渣循环、加入絮凝剂助凝等方法；当原水浊度过高（如大于3000FTU），则因为需要频繁排渣而影响澄清池的出力和稳定性。我国所用地表水大多属于中低浊度水，少数高浊度原水经预沉淀后亦属于中等浊度水。

　　混凝过程是一个比较复杂的物理化学过程，影响混凝效果的因素很多。对某一具体水质或水处理工艺流程，通常根据混凝剂的特性及具体情况，先决定采用哪一种混凝剂，然后通过模拟试验来确定最优混凝条件。

　　模拟试验的内容一般只需确定最优加药量和pH值。在电厂补给水预处理中，往往用出水残留浊度和有机物的去除率判断混凝效果。

　　混凝试验的设备主要采用定时变速搅拌机，搅拌机设4～6组叶片，确定最优加药量的方法如下：

　　（2）在每一个1000mL的烧杯中，分别加入代表性水样1000mL，将搅拌机的叶片放入烧杯中。

　　（3）在各个烧杯中，同时加入不同的混凝剂量：开动搅拌机，待旋转速度160r/min稳定后，转动加药柄，同时向各烧杯注入混凝剂溶液，搅拌混合1min后，搅拌机转速降至40r/min，持续5 min后停止。

　　（4）在搅拌过程中，注意观察各个烧杯产生絮凝物（矾花）的时间、大小及密疏程度。

　　（5）搅拌结束后，轻轻提起搅拌机叶片，使水样静止10min，观察矾花沉降情况。

　　（6）取沉淀后的上层清液，测定各水样的残留浊度、有机物等项目，计算去除率，通过分析确定最优加药量。

　　在实际工业设备投运时，还需根据出水水质对最优加药量进行调整，同时确定其他最优混凝条件，如污泥沉降比、水力负荷变化速率、最优设备出力等。

　　混合设备的作用是，使药剂迅速、均匀地分散到水流中，并形成的带电粒子并与原水中的胶体颗粒及其它悬浮颗粒充分接触，形成许多微小的絮凝物（又称小矾花）。

　　为了增加颗粒间的碰撞，通常要求水处于湍流状态，并在2min以内形成絮凝物。为使水流产生湍流可利用水力或机械设备来完成。混合设备的作用是让药剂迅速、均匀地扩散到水流中，使之形成的带电粒子并与原水中的胶体颗粒及其它悬浮颗粒充分接触，形成许多微小的絮凝物（又称小矾花）。

　　为了增加颗粒间的碰撞，通常要求水处于湍流状态，并在2min以内形成絮凝物。为使水流产生湍流可利用水力或机械设备来完成。采用水力混合设备时，通常使用产生的水头？？？？控制搅拌强度，一般为0.4～1.0m。采用机械设备时，是按输入水流中的功率控制搅拌强度，一般按速度梯度为700～1000s

　　混合设备种类很多，分管道混合，水泵混合，水力混合和机械混合等，其中管道混合，水泵混合常用于直流凝聚。

　　直流凝聚是在过滤设备之前投加混凝剂，原水和混凝剂经混合设备充分混合后直接进入过滤设备，经过滤层的接触混凝作用就能较彻底地去除悬浮物。直流凝聚处理通常用于低浊水的处理。

　　为使药剂能与水迅速混合，加药管应伸入水管中部，伸入距离一般为水管直径的1/3～1/4。另外，为了混合均匀，通常规定管道式混合投药点至水管末端出口的距离不小于50倍的水管直径，而且管道内的水速宜维持在1.5～2.0m/s，加药后水在沿途水头损失不应小于0.3～0.4m，否则应在管道上装设节流孔板。

　　管道式混合与水泵式混合都常用于靠近沉降澄清设备的场合，如果距离太长，容易在管道内形成絮凝物，导致在管道内沉积而堵塞管路。

　　涡流式混合主要原理是将药剂加至水流的漩涡区，利用激烈旋转的水流达到药剂与水的均匀快速混合。

　　水力式混合形式很多，在早期的水处理中曾采用过水跃（不容易懂）合和跌水混合，它们都是将药剂加至水流的漩涡区，利用激烈旋转的水流达到快速混合。

　　近些年来，人们研究了各种型式的“静态混合器”，并得到广泛的应用。这种混合装置呈管状，接在进水的管路上。

　　管内按设计要求装设若干个固定混合单元，每一个单元由2～3块挡板按一定角度交叉组合而成，形式多种多样，图1-2给出了一种单元的示意结构。当水流通过这些混合单元时被多次分割和转向，达到快速混合的目的。它有结构简单、安装方便等优点。

　　这种澄清池的工作特点是利用机械搅拌叶轮的提升作用来完成泥渣的回流和接触絮凝。

　　原水由进水管进入环形三角配水槽内混合均匀，然后由槽底配水孔流入第一反应室，在此与分离室回流泥渣混合，混合后的水再经叶轮提升至第二反应室继续反应以形成较大的絮粒，第二反应室设有导流板，以消除因叶轮提升作用所造成的水流旋转，使水流平稳地经导流室流入分离室沉降分离，分离区的上部为清水区，清水向上流入集水槽和出水管。

　　分离室的下部为悬浮泥渣层，少部分排入泥渣浓缩器，浓缩至一定浓度后排出池外。混凝剂一般加在进水管中，絮凝剂加在第一反应室。

　　1—进水管；2—环形进水槽； 3—第一反应室； 4—第二反应室； 5—导流室； 6—分离室；

　　7—集水槽；8—泥渣浓缩室；9—加药管；10—搅拌叶轮； 11—导流板；12—伞形板

　　/h，进水悬浮物含量小于2000mg/L，高度上很适宜与无阀滤池相配套，因此在火电厂水处理中应用较多。

　　水力循环加速澄清池主要由进水混合室（喷嘴、喉管）、第一反应室、第二反应室、分离室、排泥系统、出水系统等部分组成，见图1-4。原水由池底进入，经喷嘴高速喷入喉管内，此时在喉管下部喇叭口处造成一个负压区，高速水流将数倍于进水量的泥渣吸入混合室。

　　水、混凝剂和回流的泥渣在混合室和喉管内快速、充分混合与反应。混合后的水的流程与机械加速澄清池相似，即由第一反应室→第二反应室→分离室→集水系统。从分离室沉下来的泥渣大部分回流再循环，少部分泥渣进入泥渣浓缩室浓缩后排出池外。

　　喷嘴是水力循环澄清池的关键部件，它关系到泥渣回流量的大小。泥渣回流量除与原水浊度、泥渣浓度有关外，还与进水压力、喷嘴内水的流速、喉管的管径等因素有关。运行中可调节喷嘴与喉管下部喇叭口的间距来调整回流量。调节的方法为：①利用池顶的升降机构使喉管和第一反应室一起上升或下降，②在检修期间更换喷嘴。

　　1—混合室；2—喷嘴； 3—喉管； 4—第一反应室； 5—第二反应室； 6—分离室；

　　7—环形集水槽；8—穿孔集水管；9—污泥斗；10—伞形罩； 11—进水管；12—排泥管

　　常用的气浮澄清池采用的是部分回流加压溶气气浮法，设备结构紧凑，将接触室和分离室设计为一个整体水流衔接更为合理，设计回流比控制在20～30%之间。其附属设施包括气浮反应罐、压力溶气罐和溶气水泵。

　　气浮工艺过程是在气浮澄清池反应罐前加入混凝剂，在混凝剂的作用下水中的胶体和悬浮物脱稳形成细小的矾花颗粒；水流进入气浮池接触室后矾花颗粒与溶气水中大量的微细气泡发生吸附，形成密度小于水的絮体并且上浮，在水面形成浮渣层；清水则由气浮澄清池下部汇集进入出水槽。

　　在出水槽内设置水位调节管，调节气浮澄清池内水位，方便刮渣。气浮澄清池顶安装1台旋转式刮渣机，池底部设有接触室、分离室排污管，如图1-5。

　　1—接触室；2—分离室； 3—进水管； 4—溶气释放器； 5—集水装置； 6—集水斗；

　　7—出水装置；8—排渣槽；9—刮泥机；10—电机及减速机； 11—接触室、分离室排污管

　　通过池面观察气浮池带气絮粒的上浮情况及浮渣的积厚情况，如发现接触室浮渣面不平，局部冒出大气泡或水流不稳定，很可能是由于释放器被堵，应取下释放器排除堵塞；

　　如发现分离区浮渣面不平，池面常见大气泡破裂，则表明气泡与絮粒粘附不好，应验查压力溶气罐和释放器，并对混凝系统进行调整；应验查（什么？）并对混凝系统进行调整；

　　水的过滤是一种去除水中悬浮颗粒状杂质的操作过程，过滤不仅可以降低水的浊度，而且还可以除去水中的部分有机物、细菌甚至病毒。

　　过滤是杂质脱离流线在滤料颗粒表面被截流（大颗粒）、被吸附（小颗粒或带电粒子）的过程。

　　水通过过滤介质除去悬浮物等颗粒性物质的过程。用于过滤的材料称为滤料或过滤介质。石英砂是最常用的粒状过滤材料，过滤设备中堆积的滤料层称为滤层或滤床。装填粒状滤料的钢筋混凝土构筑物称为滤池。

　　装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器，运行时相对压力大于零的过滤器称之为压力式机械过滤器。悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤；而在滤床内部截留的过滤称为深层过滤或滤床过滤。水通过滤床的空塔流速简称滤速。

　　过滤池（器）按水流方向分，有下向流、上向流、双向流等；按构成滤池（器）中填充滤料的种类分，有单层滤料、双层滤料和三层滤料滤池；按阀门分，有单阀滤池、双阀滤池、无阀滤池等。

　　过滤设备通常位于澄清池或沉淀池之后，过滤浊度一般在15mg/L以下，滤出浊度一般在2mg/L以下。

　　当原水浊度低于150mg/L时，也可以采用原水直接过滤或接触混凝过滤。有的地下水，虽然浊度较低（一般在5mg/L以下），但为了除去铁和锰等金属化合物，常用接触混凝或者锰砂过滤。(

　　原水经过滤料层前，向水中投加混凝剂（有时同时投加絮凝剂），使水中胶体脱稳凝聚形成初始矾花。水进入滤料层前的凝聚反应时间一般为5～15min。这种过滤形式的特点是省去了专门的混凝澄清设备，混凝剂投加量少。适用于常年原水浊度小于50mg/L，有机物含量中等以下的水源和地下水除铁、锰、胶体硅。

　　采用不同材质的滤料组成双层或三层滤料层（极少用三层以上），密度较小的滤料在上层，密度较大的滤料在下层。双层滤料一般采用无烟煤和石英砂，三层滤料一般采用无烟煤、石英砂和磁铁矿砂。反冲洗时因为滤料密度不同而自动分层。这种过滤方式具有截污能力大，过滤周期长，出水水质好，允许采用较高的滤速等优点。

　　天然砂、人工破碎的石英砂、无烟煤、磁铁矿砂、石榴石、大理石、白云石、花岗石等，其中石英砂、无烟煤和磁铁矿砂较为常用。

　　过滤运行呈循环状态，是由反洗→正洗→过滤组成的周而复始的过程。当颗粒状滤料工作到滤层中截留有较多量泥渣时，为了恢复其过滤能力，需要将滤层进行反冲洗，如果冲洗不当，会使滤池的水头损失加快、过滤周期缩短。

　　正洗是在反冲操作之后，将按水的过滤方向通水，将不合格的出水排走。待正洗完成后，即可重新投入运行。

　　滤池的反洗周期与过滤速度、滤层厚度、滤料粒径、进水品质、要求的出水品质等因素有关。在运行中一般以下列指标来决定反冲洗频率。

　　按照最优设计的滤池，运行时的水头损失和出水浊度应该几乎同时达到极限值，但一般设计大多是水头损失先达到，因此以水头损失决定冲洗频率的较多。

　　过滤设备反洗时，利用水的动力使滤层松动，滤料间高速水流产生的剪切力使滤料颗粒相互碰撞、摩擦，将粘在滤料颗粒表面的泥渣剥离下来。

　　为了保证良好的反洗效果，滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当，冲洗强度过小时，下部滤层浮不起来；冲洗强度过大时，滤料之间碰撞机率减小，细小滤料也易流失。一般来讲，石英砂的反洗强度为15～18L/（m2·s），无烟煤的反洗强度为10～12L/（m2·s），反洗膨胀率为50%，反洗时间为5～10min。

　　滤池的冲洗方法主要包括水冲洗、辅以空气擦洗的水冲洗、带表面冲洗的水冲洗。

　　冲洗水从滤池底部通过滤层使滤层流化，凭借水力冲刷作用和滤料的相互摩擦使吸附在滤料上的杂质脱落，随冲洗水带出。这种冲洗方式必须要有一定的冲洗流速，使滤层的膨胀率至少达到15％，最佳膨胀率为45％左右。

　　冲洗滤池时，将压缩空气从滤池底部进入，借助空气的搅动将滤料层冲成流化状态，这样可提高冲洗频率，减少冲洗水量，缩短冲洗时间。

　　通常由两个方面来评价：一是进水水质，也就是水中残留悬浮物的多少；二是滤层的截污能力。

　　滤层的截污能力又称泥渣容量，是指每1m3滤料所能除去泥渣的质量，它与下列因素有关：

　　滤料粒径大，形成的滤孔通道体积大，截污能力也大。同时滤料粒径大，悬浮物也易于渗透到滤层深处，使截污能力相应增大。如果滤料粒径过大，水中的悬浮物颗粒易产生穿透，从而影响出水浊度。

　　过滤水中的杂质随处理方式不同，其被截留的能力也不同。据测试，当滤料粒径为0.5~1.0mm时，未经处理的水，其截污能力为0.5~1.0kg/m3；经石灰处理的水，其截污能力为1.5~2.0 kg/m3；对于混凝处理的水为2.5~3.0 kg/m3。

　　滤池的滤速不宜过快或过慢。滤速过慢则单位过滤面积出水量小，为了达到一定的制水量则必须增大过滤面积，这不仅需要增加投资，而且会使设备过多而系统复杂；滤速太快会使出水质量下降，运行时水头阻力增加过快，过滤周期变短。一般最大滤速与滤料的粒径、出水中允许悬浮物含量、混凝处理方式等有关。滤料粒径小，出水允许悬浮物含量小，则允许的滤速就小。在过滤经过混凝和澄清处理后的水时其滤速可设定为10~12m/h。

　　单层滤料经反洗后，由于水力筛分的作用，滤层颗粒成“上小下大”排列。上层砂最细，吸附表面积也最大。

　　当水自上而下进入滤层时，水中部分悬浮物由于吸附和机械阻留作用，被滤层表面截留下来，此时悬浮物之间会发生彼此重复和架桥等作用。所以运行一段时间后，会在滤层表面形成一层由悬浮物构成的“滤膜”，在以后的过滤作用中，这层滤膜起了主要的过滤作用，也就是通常所说的“薄膜过滤”。

　　生产实践表明：“薄膜过滤”的设备运行周期短，制水量少。由于过滤仅在表面滤层进行，下面大量的床层滤砂并未发生吸附和截留作用，因而经济性也差。但是单层滤料级配简单，滤料可以采用无烟煤，也可以采用石英砂，铺筑简单，检修维护容易，反洗强度也好掌握。

　　双层滤料的出现是为了使过滤作用在较深的床层中进行，提高过滤速度和截污能力，延长工作周期。目前使用的双层滤料，一般都是由无烟煤和石英砂组成。

　　无烟煤的密度为1.5~1.8g/cm3,石英砂的密度为2.65 g/cm3。由于无烟煤比石英砂轻，所以它的滤料粒径可以选得比石英砂大些，形成“上大下小”的级配。

　　因而当反洗时，颗粒较大而密度较小的无烟煤在上层，颗粒较小而密度大的石英砂在下层，两种砂层基本不混层，双层滤料与单层滤料相比，由于过滤时，水中大部分杂质被截留在煤层及煤砂交界处，因而截污能力约增加1倍以上。在相同的滤速下，工作周期增长，出水量约增加0.5~1倍。因此，滤速可以提高，水头损失增加也比较缓慢。

　　三层滤料的原理和结构与双滤料相似。在三层滤料过滤器中，大粒径、小密度的滤料在上层；中粒径、中密度的滤料在中间；小粒径、大密度的滤料在下部。

　　滤层的三种滤料平均粒径由上而下逐渐变小，形成一个“上大下小”的滤层，使滤层的截污能力可以得到充分的发挥。目前三层滤料大都采用轻质滤料（无烟煤或焦炭）、石英砂、重质滤料（通常为磁铁矿）组成。

　　而在三层滤料中，由于滤料分为三层，上层可以采用较大颗径的滤料以发挥其“接触混凝过滤”的作用，提高截留量，下层则可以采用较小颗径的滤料以除去水中细小的悬浮物，保证出水浊度。