混凝及混合、絮凝设备设计，有效方式与实践技巧

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：助凝剂的作用在于改善絮体结构、促进细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。混凝剂溶解次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定，每日不宜超过3次。混凝剂投加量较大时，宜设机械运输设备或将固体溶解池设在地下。

1.混凝机理

混凝过程是通过向水中投加药剂使胶体物质脱稳并聚集成较大的颗粒，使其在后续的沉淀过程中分离或在过滤过程中被截除。为使胶体颗粒能通过碰撞而彼此聚集，就需要消除和降低胶体颗粒的稳定因素，这一过程称为胶体的脱稳。

混凝的机理一般可分为以下四种：

（1）压缩双电层水处理所去除的胶体主要为带负电的胶体（黏土、细菌等），常用的铝盐、铁盐混凝剂产生的带正电荷的高价金属羟基聚合离子可以起到压缩双电层的作用。电解质的凝聚能力随其离子价数增加而显著增加，即高价电解质压缩双电层的能力优于低价电解质离子，所以一般选作混凝剂的多为高价电解质，如Fe3+、Al3+。

（2）吸附电中和胶体表面通过与带异号电荷的离子、带异号电荷的胶粒或大分子中带异号电荷部分的静电吸附，中和了原来胶粒所带的电荷。铝盐、铁盐混凝剂产生的带正电荷的氢氧化铝、氢氧化铁胶体、带正电荷的单核或多核羟基配合物或聚合物等，都能与负电胶体很好地吸附，使水中胶体的电动电位下降，胶体脱稳凝聚。对于在表面不同部位含有许多电荷的胶体，在相互吸附电中和时，由于空间效应，多个不同电性的胶体颗粒就可以相互吸附与桥联，形成空间网架结构的絮状聚合体（矾花）。

（3）吸附架桥高分子混凝剂多为一种松散的网状长链式结构，相对分子质量大，具有能与胶粒表面某些部位作用的化学基团，对水中胶粒产生强烈的吸附作用和黏结桥联作用。架桥作用主要是利用高分子本身的长链结构来进行对胶粒的连接，而形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮状体。除了长链有机高分子物质外，无机高分子物质及其胶体微粒，如铝盐、铁盐的水解产物等，也都可产生黏结架桥的作用。

（4）沉淀物的卷扫或网捕作用当金属盐做混凝剂时，如果投量非常大，足以产生金属氢氧化物或金属碳酸盐沉淀时，水中的胶体颗粒可以被这些沉淀物在形成时所网捕，随之一起沉淀。即水中胶体颗粒直接吸附在已形成的大絮体上，而不是从胶体小颗粒相互絮凝长大。

上述几种混凝机理在水处理过程中往往是同时存在的，只不过随不同的药剂种类、投加量和水质条件而发挥作用程度不同，以某一种作用机理为主。对于水处理中常用的高分子混凝剂来说，主要以吸附架桥机理为主；而无机的金属盐混凝剂则同时存在电性中和作用和黏结架桥作用，当投加量很多时，还会有网捕或卷扫作用。

2.混凝剂和助凝剂

混凝剂按化学成分可分为无机和有机两大类。无机混凝剂主要是铁盐、铝盐及其水解聚合物，如硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等。有机混凝剂是高分子物质，在水处理中用量比无机混凝剂要少得多。

当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加助凝剂以提高混凝效果，助凝剂对混凝过程的改善可以是物理方面的，如提高矾花强度；也可以是化学方面的，如氧化有机物等。助凝剂的作用在于改善絮体结构、促进细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。

用于生活饮用水处理的混凝剂或助凝剂必须符合卫生要求，其品种的选择和用量，应根据原水混凝沉淀试验结果或参照相似条件下的水厂运行经验等，经综合比较确定。

混凝剂的投配宜采用液体投加方式。混凝剂的溶解和稀释应按投加量的大小、混凝剂性质，选用水力、机械或压缩空气等搅拌、稀释方式。有条件的水厂，应直接采用液体原料的混凝剂。混凝剂溶解次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定，每日不宜超过3次。混凝剂投加量较大时，宜设机械运输设备或将固体溶解池设在地下。混凝剂投加量较小时，溶解池可兼作投药池。投药池应设备用池。

混凝剂投配的溶液含量，可采用5%～20%（按固体质量计算）。投加混凝剂应采用计量泵加注，且应设置计量设备并采取稳定加注量的措施。混凝剂或助凝剂宜采用自动控制投加。

加药间应尽量设置在通风良好的地段，室内必须设置通风设备及具有保障工作人员卫生安全的劳动保护措施。加药间宜靠近投药点，加药间的地坪应有排水坡度。

药剂仓库及加药间应根据具体情况设置计量工具和搬运设备。混凝剂的固定储备量，应按当地供应、运输等条件确定，宜按最大投加量的7～15d计算。其周转储备量应根据当地具体条件确定。计算固体混凝剂和石灰贮藏仓库面积时，其堆放高度为：当采用混凝剂时可为1.5～2.0m；当采用石灰时可为1.5m；当采用机械搬运设备时，堆放高度可适当增加。

3.混合设备设计

混合设备的基本要求是药剂与水的混合必须快速均匀。常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合和机械混合。

（1）水泵混合是将药剂投加在取水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合目的。水泵混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，各种类型的水厂均可采用。当取水泵房距离净水厂较远时，不宜采用水泵混合，因为原水在长距离的输送中，可能过早地在管中形成絮凝体，一经破碎难于重新聚集。通常水泵混合用于取水泵房与净水厂之间距离小于150m的场合。

（2）管式混合管式静态混合器是广泛使用的管式混合器。混合器内安装若干混合单元，由若干固定叶片按一定角度交叉组成，水流和药剂通过混合器时形成漩涡，达到混合目的。这种混合器构造简单，无活动部件，安装方便，混合快速而均匀。管式混合器的缺点是水头损失稍大，流量过小时混合效果下降。

（3）机械混合是在池内安装搅拌装置，以电动机驱动搅拌器使水和药剂混合。搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，桨板式适用于容积在2m³以下的混合池，螺旋桨式和透平式可用于容积较大的混合池。搅拌功率按产生的速度梯度为700～1000s^-1计算确定，混合时间控制在10～30s之间，最大不超过2min。机械混合池的优点是混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂；其缺点是增加机械设备并相应增加维修工作量。

4.絮凝设备设计

絮凝设备的基本要求是原水与药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。絮凝池的形式和絮凝时间，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。常用的絮凝设备有以下几种：

（1）隔板絮凝池通常用于大中型水厂，其具有结构简单，管理方便的优点；其缺点是流量变化大时絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积较大。

隔板絮凝池设计时，宜符合下列要求：

1）絮凝时间宜为20～30min。(https://www.chuimin.cn)

2）絮凝池廊道的流速，应按由大到小渐变进行设计，起端流速宜为0.5～0.6m/s，末端流速宜为0.2～0.3m/s。

3）隔板间净距宜大于0.5m。

（2）机械絮凝池是利用电动机经减速装置驱动搅拌器对水进行搅拌，其主要优点是可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，缺点是因增加了机械设备而增加了机械维修工作量。

机械絮凝池设计时，宜符合下列要求：

1）絮凝时间为15～20min。

2）池内设3～4档搅拌机。

3）搅拌机的转速应根据桨板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s。

4）池内宜设防止水体短流的设施。

（3）折板絮凝池是在隔板絮凝池的基础上发展起来的，通常采用竖流式。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缩、放流动且连续不断，形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果；其缺点是安装维修较困难，折板费用较高。

折板絮凝池设计时，宜符合下列要求：

1）絮凝时间为12～20min。

2）絮凝过程中的速度应逐段降低，分段数不宜少于3段，各段的流速可分别为：

第一段：0.25～0.35m/s。

第二段：0.15～0.25m/s。

第三段：0.10～0.15m/s。

3）折板夹角采用90°～120°。

4）第三段宜采用直板。

（4）栅条（网格）絮凝池设计成多格竖井回流式，每个竖井安装若干网格或栅条，当水流通过网格或栅条时，相继收缩、扩大，形成涡旋，造成颗粒碰撞。网格絮凝池效果好、水头损失小、絮凝时间较短，但存在末端池底积泥现象，或在网格上滋生藻类，堵塞网眼。

栅条（网格）絮凝池设计时，宜符合下列要求：

1）絮凝池宜设计成多格竖流式。

2）絮凝时间宜为12～20min，用于处理低温或低浊水时，絮凝时间可适当延长。

3）絮凝池竖井流速、过栅（过网）和过孔流速应逐段递减，分段数宜分三段，流速分别为：①竖井平均流速：前段和中段为0.14～0.12m/s，末段为0.14～0.10m/s。②过栅（过网）流速：前段为0.30～0.25m/s，中段为0.25～0.22m/s。③竖井之间孔洞流速：前段为0.30～0.20m/s，中段为0.20～0.15m/s，末段为0.14～0.10m/s。

4）絮凝池宜布置成2组或多组并联形式。

5）絮凝池内应有排泥设施。

混凝及混合、絮凝设备设计，有效方式与实践技巧

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