混凝动力学对混凝工艺实践的指导意义

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1、混凝动力学对混凝工艺实践的指导意义余承烈（山西铝厂山西河津043300）GuidemeaningofcoagulationdynamicstocoagulatingtechnologypracticalityYuchenglie(ShanxialuminiumplantHejinShanxi043300)内容摘要：分析了混凝动力学几个公式，就公式中的每个因子展开讨论，认为：混凝动力学公式对混凝工艺实践有定性的指导意义，举例说明了目前几种经实践证明了的高效混凝技术与混凝动力学的相关性。关键词:混凝

2、动力学公式探讨混凝工艺高效混凝技术指导意义1．混凝动力学公式的探讨一般认为，混凝包括絮凝和凝聚两个过程，凝聚和絮凝都是使胶体或悬浮物中微细粒固体聚集而使颗粒尺寸变大的过程[8]。混凝动力学也应该包括絮凝动力学和凝聚动力学，目前就笔者掌握的资料，提法不统一，有的只提到凝聚动力学，如文献（8）。文献(5)就只提出絮凝动力学，还明确指出：研究水中胶体在絮凝过程中的颗粒浓度随时间的减少过程称为絮凝动力学。按照这个定义，絮凝动力学的研究范围虽然可以包括许多不同的絮凝过程，但一般絮凝动力学研究的只是憎水胶体

3、经电解质脱稳后的容积絮凝过程。笔者认为，絮凝动力学比较符合规律，但是在没有统一以前，目前还是提混凝动力学为宜。混凝动力学的研究自1943年Camp和Stein提出动力学的公式后至今，许多学者提出了很多类似的公式，本文列出目前常见的几个公式，并就公式所包含的意义展开讨论。1．1混凝动力学公式的认可文献[9]介绍的列维奇（Levich）利用扩散方程计算通过球形控制面单位时间的颗粒的时平均总数，即颗粒的碰撞数：Nt==12Πβ(ε/γ)½R³n²（1）式中ε——球形控制体周围单位体积水的能耗；γ——水

4、的动力粘滞系数；R——球形控制体半径；n——控制体周围的颗粒时平均浓度（单位体积颗粒时平均总数）β——实验系数。文献[5]介绍的当颗粒因水流所产生的速度梯度du/dz相碰时，每毫升中两种颗粒每秒钟相碰的次数为：N==4/3n1n2(r1+r2)³du/dz（2）式中：du/dz——速度梯度r1,r2——两种颗粒的直径，n1，n2——两种颗粒的浓度，文献[1]介绍的Camp和Stein同向絮凝理论认为：对于直径d1为的颗粒数为N1的和直径d2为的颗粒数为N2的整个体系，每单位体积内单位时间总的接触

5、数为：N==(G/6)N1N2(d1+d2)³（3）式中:du/dz为速度梯度文献[8]提出的同向絮凝的公式：–DN/dt=2/3Gd³N²（4）式中：N----单位容积的颗粒个数（个/cm³）d----颗粒直径（cm）G----速度梯度（s）文献[7]介绍的日本专家Tambo.N(丹保宪仁)先生提出接触絮凝方程式为：dn/dt=—π/4qVs(D+d)2Nn(5)式中：N，n----分别为单位体积内成熟絮凝体和微絮凝体的数目（个/cm³）;t----接触絮凝时间(s);q—--絮凝系数;Vs-

6、--水流上升流速(cm/s);D，d----分别为成熟絮体和微絮凝体平均粒径（cm）；以上公式形式虽有差异，但有一点是相同的，就是絮凝效果和水中的粒子数量有关，和速度梯度有关，和粒子的直径有关。有区别的是，公式（5）中没有速度梯度因子，却有水流上升的流速，且经过试验验证.公式形式与公式成立的条件、研究的对象有关。1．2混凝动力学公式的探讨为了说明问题，需要将混凝过程的几个概念阐述清楚。混凝分为两个过程，既反应和絮凝，反应包括混合和初凝，初凝中包含有凝聚的内容。由碰撞接触絮凝公式可以看出，和碰撞有

7、关系的是水中粒子的浓度和直径。其中，浓度是一次方，直径是三次方；也就是说提高碰撞效果，主要是增大水中的粒子直径，提高混凝反应过程中待反应的物质的浓度。显然，提高直径一个数量级所产生的效果就相当于提高碰撞次数2个数量级。在反应初期，粒子的直径都不会太大，此时在反应器中，保持高浓度就可以大大提高混凝效果。还可以加强搅拌，增加旋转次数，通过提高旋转速度来到到碰撞的目的。但是，胶粒与药剂分子只要一碰撞，则马上会粘结在一起，形成初絮体。一把情况下，反应需要几秒钟（7—8秒），这实际上是一个综合值，7—8秒

8、的时间内，所有的胶粒和药剂分子都反应完毕，因此这7—8秒的时间实际上是前后持续反应所需要的时间，这其中包括絮体和絮体、絮体和胶粒的反应时间。也就是说，反应之后进入絮凝阶段，绝大部分水中粒子是絮体和絮体之间的结合和分离。在絮凝阶段，絮体不断长大后，因为絮体直径比胶粒要大得多（100倍以上），粒子的数量显著下降，N·n降为次要因素，而(D+d)3逐渐上升为主要因素，这时的反应也要求碰撞、接触，但是它们要求的水力半径要适合于它们自身的直径。按理说搅拌强度大一些，水力梯度大一些，相互碰撞接触的机会才会多