第 3章 凝聚和絮凝
一.填空题
1.胶体颗粒尺寸范围是 。
2.胶体的稳定性包括 、 、 。
3.目前，得到水处理专家比较公认的凝聚机理有 、 、 、
。
4. 和 等有利于胶体对离子的吸附。
5.混凝剂按其化学组成可分为 、 ，按其作用可分为 、
、 ，按其来源可分为 、 。
6.混凝剂的投加方式，按混凝剂的状态分 和 ；按混凝剂投加到原水中的位置分 和 ；溶液投加中按药液加注到原水中的动力来源有 和 。
7.快速混合主要分为 、 、 、 四类。
8.混凝试验通常分为 、 、 、 四个阶段。
9.絮凝反应设施主要可分为 和 两大类。
10.混凝剂投加量自动控制的主要方法有 、 、 。
（至少写出三种）
二．选择题
1.为提高低温水絮凝效果，常用的方法是（ ）
A．增加混凝剂投加量和投加高分子助凝剂
B．增加氧化剂投加量和投加高分子助凝剂
C．增加盐酸投加量和投加黏土颗粒
D．增加石灰投加量和投加黏土颗粒
2.衡量聚合铝的主要性能指标是（ ）
A.酸碱度和氧化铝含量
B.碱化度和三氧化二铝含量
C.碱化度和PH值
D.水解度和PH值
3.絮凝池形式的选择和絮凝时间的采用，应（ ）和（ ）的运行经验或通过（ ）确定。.
A.根据原水水质情况；相似条件下；试验
B．根据出水要求；相同条件下；试验
C.根据原水情况；以往；分析
D．根据用水情况；相似条件下；比较
4.设计机械絮凝池时，池内一般设（ ）档搅拌机，且搅拌机的转速应逐档（ ）；并池内宜设防止水体（ ）的设施。
A.3-4; 变小；短流
B.1-2; 变大；短流
C.3-4; 变大；回流
D.1-2; 变小；回流
5.某水厂处理水量为4500m3/h，采用叶轮快速混合，混合功率为20kW，池容积
=1.14×
25m3. 核算水温15℃时该池的G.T值是否符合一般控制要求。(u
15℃
10-3Pa*S（ ）
A.G值符合；T值不符合
B. G值不符合；T值符合
C.G值符合；T值也符合
D. G值不符合；T值不符合
6.广义上而言，水处理中常用的助凝剂可以分为（ ）
A.酸碱类、氧化剂类、矾花核心类、高分子物质类等
B.酸碱类、还原剂类、矾花核心类、高分子物质类等
C.PH值调节类、氧化剂类、中和剂类、阴离子型低分子物质类等
D.PH值调节类、缓蚀剂类、矾花核心类、阴离子型低分子物质类等
7.硫酸铝混凝剂适用的PH值范围比三价铁盐（ ）。处理低温低浊水时三氯化铁的效果（ ）硫酸铝
A.窄；不如
B.宽；相当于
C.宽；远不如
D. 窄；优于
8．当前水厂中常用的絮凝设备主要有（ ）。其中（ ）属于水力搅拌式；（ ）属于机械搅拌式。
A.隔板絮凝池、水泵絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；隔板絮凝池和折板絮凝池；水泵絮凝池和穿孔旋流絮凝池
B. 隔板絮凝池、机械絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；隔板絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池；机械絮凝池
C. 静态絮凝池、机械絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；静态絮凝池、
折板絮凝池；机械絮凝池和穿孔旋流絮凝池
D. 隔板絮凝池、虹吸絮凝池、折板絮凝池和悬浮絮凝池等；隔板絮凝池、折板絮凝池；虹吸絮凝池和悬浮絮凝池
9.凝聚剂投配的溶液浓度，可采用（ ）%(按固体重量计算)
A.3-10
B.5-20
C.5-10
D.3-15
10.絮凝池宜与沉淀池（ ）。
A. 高程相同
B. 合建
C. 深度一致
D. 宽度 一致
11.设计隔板絮凝池时，絮凝时间一般宜为（ ）min
A. 20-30
B. 15-20
C. 10-15
D.12-15
12.设计隔板絮凝池时，絮凝池廊道的流速，应按由大到小的渐变流速进行设计，起端流速一般宜为（ ）m/s，末端流速一般宜为0.2-0.3m/s.
A. 0.2-0.3
B.0.5-0.6
C. 0.6-0.8
D.0.8-1.0
13.设计隔板絮凝池时，隔板间净距一般宜大于（ ）m.
A. 1.0
B.0.8
C. 0.5
D.0.3
14. 设计机械絮凝池时，搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的（ ）m/s逐渐变小至末档的（ ）m/s
A.0.5；0.1
B. 0.5；0.2
C. 0.6；0.3
D. 0.6；0.2
15. 设计穿孔旋流絮凝池时，絮凝池每格孔口应作（ ）对角交叉布置。
A. 前后
B. 左右
C. 进出
D. 上下
三.名词解释
1.混凝
2.异向絮凝
3.同向絮凝
4.亲液溶胶
5.总电位 ζ电位
6.管式混合
四．简答题
1.影响混凝效果的主要因素有哪些?
2.使胶体颗粒表面带有电荷的途径有哪些？
3. ζ电位的测定方法有哪些？
4.混凝药剂选用的原则是什么，常用的混凝剂有哪些？
5.水泵混合原理是什么，分别列举适用范围和不适是什么？
6.为什么要实施快速混合？
7.混合过程控制的指标有哪些?
8.什么叫助凝剂，助凝剂按投加目的划分为哪几类？
9.混凝试验的目的是什么？在哪些情形下需要进行混凝试验？
10.正确的混凝实验方法是确定哪两个因素，为什么？
11.对混凝实验的技术要求有哪些？
12.用压缩双电层理论说明混凝机理，该理论有哪些不能解释的现象？
13.某水厂以某江水为水源，由于原水水质变化较大。在夏季时浊度比较高一般为100-200NTU；在冬季时一般10-15NTU，水质难于保障。特别是在低温、低浊时期，水厂工人将混凝剂投加量增加几倍后水质仍然难以改善，请你帮助采取一些措施，如何提高水质。（哈工大）
四、计算题
1.河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al
2O
3
为16%）投加量为25mg/L，
问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50%计,剩余碱度取0.37mmol/L）。
2.设聚合铝[Al
2(OH)
n
Cl
6-n
]
m
在制备过程中，控制m=5，n=4，试求该聚合铝的碱化
度为多少？
3.某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35mg/L。水厂设计水量
100000m3/d。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10%计，试求溶解池和溶液池体积各为多少？
4.隔板絮凝池设计流量75000m3/d。絮凝池有效容积为1100m3。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多少？（水厂自用水按5%）。
5. 某机械絮凝池分成3格。每格有效容积为26m3。每格设1台垂直轴浆板搅拌器且尺寸均相同，见下图。叶轮中心点旋转线速度为：
=0.5m/s
第一格 V
1
第二格 V
=0.35m/s
2
=0.2m/s
第三格 V
3
求3台搅拌器所需功率并核算G值（水温按15℃计）。
第 3章 凝聚和絮凝 习题答案
一．填空题
1. 0.001～1μm之间
2.胶体的动力稳定性 胶体的带电稳定性 胶体的溶剂化作用稳定性
3.压缩双电层作用 吸附-电中和作用 吸附-架桥作用 网捕-卷扫作用
4.范德华力 形成氢键或配位键
5.无机混凝剂 有机混凝剂 凝聚剂 絮凝剂 助凝剂 天然混凝剂 合成混凝剂
6.固体投加 溶液投加 泵前投加 泵后投加 重力投加 压力投加
7.水力混合 水泵混合 管式混合 机械混合
8.准备 混凝沉淀 测定与数据记录 混凝效果总体评价
9.水力絮凝反应设施 机械絮凝反应设施
10.数学模型法 现场模拟试验法 流动电流检测（SCD）法
透光率脉动检测法 絮凝颗粒影像检测控制法
二．选择题
1. A
2.B
3.A
4.A
5.C
6.A
7.D
8.B
9.B 10.B 11.A 12.B 13.C 14.B 15.D
三．名词解释
1.混凝是指通过某种方法使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程，是水和废水处理工艺中的一种单元操作。
2.胶体颗粒的布朗运动是无规则的，每一个脱稳的胶体颗粒可能不规则地向各个方向运动，可能同时受到来自各个方向的颗粒的碰撞，两个胶体颗粒向不同的方向运动而发生碰撞聚集的情况。这就是异向絮凝的含义。
3.同向絮凝是指在如机械搅拌、水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体颗粒，使所有胶体颗粒向某一方向运动，但由于不同胶体颗粒存在速度快慢的差异，速度快的胶体颗粒将赶上速度慢的胶体颗粒，如果两个胶体颗粒在垂直方向的球心距离小于它们的半径之和，两个胶体颗粒将会碰撞聚集而产生絮凝现象，由于两个胶体颗粒是在同一运动方向上发生碰撞而絮凝的，故称为同向絮凝。
4.亲液溶胶是指分散相和分散介质之间有很好的亲和力、很强的溶剂化作用、固
液间没有明显的相界面的胶体分散体系。
5.双电子层内层（荷电胶体颗粒表面）与外层（溶液内部）之间的电位差称为胶团的总电位。
胶粒在移动时滑动面上相对于溶液内部的电位差称为ζ电位。
6.管式混合是利用:从原水泵后到絮凝反应设施之间的这一段压水管使药剂与原水混合的一种混合方式。
四．简答题
1.
（1） 水温对混凝效果有较大的影响，水温过高或过低都对混凝不利，最适宜的混凝水温为20-30℃之间。
（2） 水的PH值对混凝效果的影响很大，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电位不同，所需的混凝剂量也不同；水的PH值对混凝效果的影响因混凝剂因混凝剂种类而异。
（3） 水的碱度的影响，由于混凝剂加入原水中后，发生水解反应消耗水中的碱度，当原水碱度低或混凝剂投量较大，通常需加碱性药剂来提高混凝效果。（4） 水中浊质颗粒浓度对混凝效果有明显影响，浊质颗粒浓度过低时，颗粒之间的碰撞几率大大减小，混凝效果变差。
（5） 水中有机污染物的影响，水中有机物对胶体有保护稳定作用，阻碍混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝聚作用。
（6） 混凝剂种类与投加量的影响，不同种类的混凝剂其水解特性和适用的水质情况不完全相同，因此应根据原水水质情况优化选用适当的混凝剂种类。（7） 混凝剂投加方式的影响，混凝剂的投加方式有干投和湿投两种。由于固体混凝剂与液体混凝剂甚至不同浓度的液体混凝剂之间，其中能压缩双电层或具有电中和能力的混凝混凝剂水解形态不完全一样，因此投加到水中的混凝效果也不一样。
（8） 水力条件的影响，投加混凝剂之后，混凝过程分为快速混合与絮凝反应两个阶段，但在实际水处理工艺中，两个阶段是连续不可分割的，在水力条件上也要求具有连续性。
（1） 胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷；
（2） 胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离使胶体带电；
（3） 胶体颗粒表面与水作用后溶胶并电离使胶体带电；
（4） 胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。
3.
（1）可以使用专门的ζ电位测定仪测得。
（2）通过测定胶体颗粒的电泳速度或扩散层反离子溶液的电渗速度，然后通过公式 DE πημζΚ= 计算得到DE
πημζΚ=,其中Κ与胶体颗粒形状有关的常数，球形颗粒为6，棒形颗粒为4；η为液体的粘滞系数；μ为相对于液体的胶粒移动速度cm/s；D 为液体的介电常数 ；E 为电场V/m。
4.
（1）①混凝效果好；②无毒害作用；③货源充足；④成本低；⑤新型药剂的卫生许可；⑥借鉴已有经验。
（2）①无机盐类混凝剂，如硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾等；②高分子混凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等；③复合混凝剂，是指将两种以上特性互补的混凝剂复合在一起而得到的混凝剂。 5.
（1） 水泵混合是将混凝药剂投加到原水泵之前吸水管或吸水喇叭口处，利用
水泵叶轮高速旋转产生的涡流而达到混合目的的一种混合方式。
（2） 水泵混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，适合于大、中、小型
水厂。在以下情况下，不宜采用水泵混合，一种情况是当所用混凝药剂具有较强的腐蚀性时，长期运行可能对水泵叶轮有腐蚀作用，另一种情况是当取水泵房离水厂处理构筑物较远时，水泵混合后的原水中胶体颗粒已经脱稳，在长距离输水管道中可能过早形成絮凝体，已形成的絮凝体若在管道中破碎，很难重新聚集，不利于后续的絮凝反应，若管道中流速很低时，还可能发生絮凝体沉积在管道中的现象。
（1） 快速混合的目的是使胶体颗粒凝聚脱稳，根据混凝凝聚机理，在混合过程中，必须使混凝剂水解产物中具有压缩双电层和吸附电中和作用
的高价正离子等有效成分迅速均匀地与水中胶体颗粒接触产生凝聚作
用，
（2） 像铝盐和铁盐混凝剂的水解反应速度非常快，如形成单氢氧化物所需时间约为10-10s，形成聚合物也只需10-12s，超过水解反应时间后，水
解产物自身将会聚合产生沉淀物，压缩双电层和吸附电中和作用效能降
低。
（3） 胶体颗粒吸附水解产物所需时间也很短，对铝盐约为10-4s，对分子量为几百万的高分子聚合物，形成吸附的时间也仅为1s到数s，从理论
上得出的结论需要快速混合。
（4） 混合过程需要强烈快速短时。在尽可能短的时间内使混凝剂均匀分散在原水中，是混合过程追求主要目标。
7.
（1） 在混合阶段，主要目的是使混凝药剂快速均匀地分散到水中以利于混凝剂的快速水解，聚合及胶体颗粒的凝集，因此需要对水流进行快速剧烈搅拌。
搅拌速度按梯度计，一般控制G；
（2） 在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，同向絮凝起主
要作用，反应器中的平均颗粒碰撞速率N
0，絮凝时间T, N
T就是水中颗粒在
絮凝反应器中碰撞的总次数，它可以作为反映絮凝效果的一个参数。GT也是反应絮凝效果的参数。
8.
（1） 从广义上讲，凡是不能在某一特定的水处理工艺中单独用作混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善凝聚和絮凝效果的化学药剂均为助凝剂；（2） ①以吸附架桥改善已形成的絮体结构为目的的助凝剂；②以调节原水酸碱度来促进混凝剂水解为目的的助凝剂；③以破坏水质有机污染物对胶体颗粒的稳定作用来改善混凝效果的助凝剂；④以改变混凝剂化学形态来促进混凝效果的助凝剂。
（1）混凝试验的目的在于评价特定原水水质和水厂工艺条件下的混凝过程，指导水处理厂的生产运行和管理。
（2）一般在以下情形下需要进行混凝试验：
①需要比较多种混凝剂对特定原水的混凝处理效果；
②需要确定某种混凝药剂的最佳投加量；
③需要优化生产中快速混合条件参数
④需要优化生产处理工艺中的絮凝条件参数
⑤进行快速混合、絮凝反应、沉淀时间的优化组合
10.
（1）正确的混凝实验方法应该是确定混凝剂的最佳投加量以及合适的混凝PH 值。
（2）①铝盐等混凝剂在不同的PH值时其性质有很大的变化，
②由于水中杂质的性质和数量不同混凝剂投量和PH值也有较大幅度的变化。
11.
（1）对混凝试验搅拌器的技术要求
（2）对搅拌杯的技术要求
（3）对其它方面的技术要求
12.
(1)混凝剂加入，大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层，增加扩散层及吸附层中的正离子浓度，就使扩散层减薄（双电层被压缩）,电位降低。（2分） (2) 当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时，电位为零，称为等电状态。在此状态下，胶粒间静电斥力消失，胶粒最易发生聚结。（1.5分）
（3）电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。（1.5分）
（4） 该理论不能解释：（2分）
①混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；
②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。
③在等电状态下，混凝效果似应最好，但生产实践却表明，混凝效果最佳时的电位常大于零。
13.
（1）可以采用投加微砂的方法，提高絮凝效果，加砂絮凝首先微砂作为絮核，可以加速絮凝体的形成；其次微砂在絮凝搅拌过程中会在其移动路径的后方形成微小涡旋，可增加的水中颗粒的有效碰撞几率，强化了絮凝作用；微砂大大增加絮凝体的有效密度和沉降速度。
（2）可以采用改性絮凝＋气浮池来处理，效果较好。
（3）还可以投加新型高分子助凝剂来提高絮凝效果。
四．
1.（1）需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解，
（2）2167kg
2.B=66.67%
3.溶解池：233.2m3-349.8m3
溶液池：1166 m3
4.G=4
5.8S-1
GT=5.54×104
5.(1)150W 53W 9.6W
(2) 49S-1