《混凝动力学》PPT课件.ppt

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1、第三章混凝动力学3.1混凝动力学推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称“异向絮凝”。另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝”。一、异向絮凝假定颗粒为均匀球体，根据费克定律，可导出颗粒的碰撞速率：Np=8dDBn2…………………..(1)Np_——单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率；（l/cm3.s）n——颗粒数量浓度；（个/cm3）d——颗粒直径；（cm)DB_——布朗运动扩散系数;(cm2/s)扩散系数DB可用斯笃克斯—

2、曼因斯坦公式表示：……………………………….(2)K——波兹曼常数,(1.38×10-16g.cm2/s2.k)T——水的绝对温度,(K)——水的运动黏度,(cm2/s)——水的密度,(g/cm3)将(2)式代入(1)式…………………………….(3)故Np只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关。但当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。二、同向絮凝同向絮凝简称絮凝,它在整个混凝过程中占有十分重要的地位.如图所示,当水流处于层流状态下的流速分布,i和j颗粒均跟随水流前进.由于I颗粒当前进速度大于j颗粒，则在某一时刻，i与j必将碰撞。

3、设水中颗粒为均匀球体，di=dj=d,则再以j颗粒中心为圆心，Rij为半径的范围内的所有i和j颗粒均会发生碰撞。碰撞速率N0为：…………………………..(4).…………………………….(5)G——速度梯度(S-1)u和u——分别为流速和相邻两流层的流速增量(cm/s)z——垂直与水流方向的两流层之间距离(cm)n和d为原水杂质特性，而G是控制混凝效果的水力条件。故在混凝设备中，往往以速度梯度G值作为重要的控制参数之一。：所谓的速度梯度，就是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比，以G表示。单位体积水流所耗功率P为………………

4、…………….(6)根据牛顿内摩擦定律：=G代入(6)式……………………………..(7)——水的动力黏度（pas)p——单位体积流体所耗功率（w/m3)G——速度梯度（S-1）当用机械搅拌时，式中的P由机械搅拌器提供，当采用水力絮凝池时，P应为水流本身能量消耗；PV=gQh…………………………(8)V=QT……………………………(9)将和(11)代入得：……………..（10）g——重力加速度（9.8m/s2)h——混凝设备中的水头损失（m)——水的运动黏度（m2/s）T——水流在混凝设备中的停留时间（s)三、混凝控制指

5、标在混合阶段，水中杂质颗粒微小，异向凝聚占主导地位，混合速度快速剧烈，通常在10-30S，最多不超过2分钟既告完成。搅拌强度按速度梯度计，一般G=700-1000S-1之内。在此阶段形成的颗粒较小。在絮凝阶段，属同向絮凝，不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关。通常以G值和GT作为控制指标。G=20-70S-1范围内，GT=1×104-1×105范围内。有人将颗粒浓度及脱稳程度等因素考虑进去，提出以CVGT或aCVGT值作为控制指标。CV——水中颗粒体积浓度。a——颗粒有效碰撞系数。如果脱稳颗粒每次碰撞都可导致凝聚，则：a=1,而实际

6、a1。从理论上而言，采用CVGT或aCVGT值控制絮凝体效果自然更合理，但具体数值至尽还无法确定，因而目前也只能从概念上加以理解或作为继续研究的目标。影响混凝效果的因素较多也很复杂，但总体上可以分为两类，一类是客观因素，主要是指所处理对象即原水所具有的一些特性因素如水温、水的pH值、水中各种化学成分的含量及性质等，另一类是主观因素，即可以通过人为改变的一些混凝条件如混凝剂的种类及投加方式、水利条件等。3.2影响混凝的因素一、水温水温低时1.混凝剂的水解速度慢，生成的絮凝体细而松，强度小，不易沉淀。2.水的粘度大，颗粒沉淀速度降低，而

7、且颗粒之间碰撞机会减少，影响了混凝效果。3.水温低时，水中胶体颗粒的布朗运动减弱。克服水温低效果差的措施：1.增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。2.投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速。二、水的pH值和碱度1.水的pH值直接与水中胶体颗粒的表面电荷和电位有关，不同的pH值下胶体颗粒的表面电荷和点位不同，所需的混凝剂量也不同。2.水的pH值对混凝剂的水解反应有显著影响，不同的混凝剂的最佳水解反应所需的pH值范围不同，因此，水的pH值对混凝效果的影响也因混凝剂的种类而异。对一般的浑浊水，投硫酸铝的最佳pH

8、范围为6.5-7.5。三价铁盐混凝剂适应的pH值范围较宽，最优pH值大约在6.0-8.4之间。从铝盐和铁盐水解反应式可以看出，水解过程中不断产生的H+必然导致水的PH值的下降，天然水中含有一定的碱度。HCO3-+H+C