混凝

水中含有各种细小的悬浮物和胶体物质，在水体较静止的状态下和水温不太低的条件下，悬浮物通过自然沉淀作用可以去除，然而一般需要较长的沉淀时间，特别是水中细小胶体颗粒带有阴电荷，粒子之间互相排斥，颇难凝集成较大颗粒，从而不易沉淀。
混凝是对浑浊的水投加混凝剂，在净化水质的构筑物和装置中经过搅和混合，使水中胶体物及细小的悬浮物借助混凝剂的絮凝作用形成较大颗粒逐渐下沉。其中一些带阴电荷的胶体物与混凝剂水解后的带阳电荷的胶体物更能起到中和作用和吸附凝聚作用，同时利用细小颗粒的粗糙表面而相互粘合在一起，最后结成较大的絮状物，颗粒增大后，加大下沉力，而颗粒表面的下沉阻力则相应地减少，有利于水质澄清。搅和混合主要是增加混凝剂与胶体物及悬浮物接触的机会，特别是使带有不同电荷的胶体物互相结合。搅和混合的动力可利用水力或机械动力，但这种搅和混合力不宜过猛，以免使已形成的絮状物又复破碎，而由于中和失去电荷的胶体物很难重新凝聚，最终导致沉淀困难，影响水质。
混凝剂及其混凝化学反应 常用的混凝剂有铝制剂，如硫酸铝，明矾、钾矾及铝酸钠等；铁制剂，如硫酸亚铁、三氯化铁等。
上述混凝剂在净水过程中其混凝作用的化学反应是比较复杂的，下面用反应式来简略说明它们的混凝作用。
硫酸铝和明矾常以块状或粉状灰白色的晶体物供应水厂，一般含有17%的水溶性氧化铝，国外已有供应含8%有效氧化铝的液体硫酸铝。硫酸铝投入拟净化的水中后，首先出现白色细小的矾花，化学式为Al(OH)₃，在一般情况下，当水的pH值近似中性时其化学反应式为：
Al₂(SO₄)₃·4H₂O+3Ca(HCO₃)₂→2Al(OH)₃↓+3CaSO₄+6CO₂+14H₂O
如拟净化的水因碱度太低而必需投加石灰或碳酸钠时则反应式分别为：

根据上述化学反应，1mg/L分子量为600的硫酸铝将与0.5mg/L的自然碱度(CaCO₃)，或0.39mg/L的95%的石灰乳[Ca(OH)2]，或0.33mg/L的85%的生石灰(CaO)，或0.53mg/L的碳酸钠(Na₂CO₃)起反应，这些反应在水的pH值为5.5～8.0时都有较好的混凝效果。
铝酸钠由于其价值较高，一般仅作助凝剂，特别用于处理色度较高的水，或在水质软化中作为混凝剂使用。
硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)是一种淡绿色的晶状物，在使用时为了提高混凝效果，常同时投加石灰，以促其较快地形成氢氧化铁。但这种混凝作用需要水质的pH值大于8.5，且水中有足够溶解氧才能产生有效的混凝作用，其化学反应式如下：

硫酸亚铁与氯同时投加，对pH值的适应范围可扩大到4.8～11.0，一般1mg/L的硫酸亚铁需要投加至少0.13mg/L的氯，以保证其反应完全，这就能使硫酸亚铁成为一种极好的混凝剂，其化学反应式如下：

硫酸铁[Fe₂(SO₄)₃]与水的自然碱度或投加到水中的石灰起反应，形成有效的凝集体氢氧化铁[Fe(OH)3]，对pH值的适应范围较广，特别是在pH低时能处理水的色度，在pH值高时可用于去除水中的铁和锰，同时也可用于软化水质，其化学反应式如下：

混凝剂的投加设备 混凝剂投加设备有干式和湿式两类，干式多用于硫酸亚铁和明矾等，而湿式则多用于三氯化铁和液体硫酸铝等。
干式投加器又分为两种，一种为容量计投加器，另一种为重量计投加器。容量计投加器，一般是由螺旋杆、转盘、输送带、振动盘、摇摆料斗等组件在机械动力的配合下组合而成，图1表示一种摇摆斗式投加器。通过由电动机经减速齿轮转动的螺旋杆将粉状混凝剂送入溶解池中，池的一边装射水孔，用以产生搅和混合作用，最后以混凝剂溶液投加到拟净化的水体中，其投加量可用转速旋钮控制。
重量计投加器的精确度较高，其设备也相应地复杂，图2表示一种输送带式投加器，混凝剂通过旋转斗卸到输送带上，输送带连续不断的转动，最后在其末端将混凝剂投入水中。输送带上的混凝剂重量，由带下的称重台记录其重量，并据此记录控制旋转斗的转速和输送带的运动速度，最后较准确地将混凝剂投入水中。

图1 容量计混凝剂投加器示意图1.马达 2.齿轮减速器3.投料率记录器及投料调节钮4.溶液池5.摇摆料斗 6.往复式投料螺旋杆 7.搅和料水口

图2 重量计混凝剂投加器示意图

湿式投加器设备，由溶解池、溶液池、衡位箱和投药苗嘴等组成。将混凝剂放入溶解池，加水溶解成一定浓度的溶液，送入溶液池。衡位箱内装有浮球阀。混凝剂溶液通过管道和浮球阀，流入衡位箱，借浮球的浮力可使箱内维持恒定的液面高度。衡位箱下部设投药苗嘴，由于衡位箱内液面恒定，故在一定压力下苗嘴在单位时间内流出的溶液数量可保持恒定。可根据单位时间内需要投加的溶液数量，选用不同孔径的苗嘴。苗嘴流出的混凝剂溶液如投加在水泵的吸水管上，应另设水封箱，内有接通清水的浮球阀。混凝剂溶液先流入水封箱，再与清水一起不断被吸入水泵。混凝剂溶液如投加到水泵的出水管上，则需借助水射器用高压清水将混凝剂溶液压入水泵的出水管中。
混和絮凝 混凝剂投加到拟净化的水中后应根据投加混凝剂是液状、浆状、粉状或颗粒状等不同情况设计不同的混和絮凝池。一般液状所需混和强度最小，絮凝时间也最短，浆状和粉状则应加强搅和并增长絮凝时间，至于颗粒状则很少使用，因其搅和强度必须很大，且要增加溶解时间，以至有可能使混和絮凝池的容积过大，造价太高。
轻度混和可借助水流动时的水力作用，并可利用水流过程中设置的各种隔板，使水上下翻腾或左右迂回，其混和的强度还可将各隔板间的距离予以调整。间距越小，水流速度越大，混和力越强大。如需要更强大的混和力，则可利用机械搅拌叶轮，其搅拌强度大小可采用不同大小的叶轮和转速加以调整。然而在每一个混和絮凝过程中，一般是搅和在先，絮凝在后，而混和强度总是先强后弱，在絮凝阶段更应缓和，这时特别注意不应对已形成的絮状物造成破碎状态，但也不宜使流速过低，从而造成絮状物在混和絮凝池中即发生沉淀现象。因此，一般建议搅拌叶轮外缘运动速度为0.15～0.76m/s，到絮凝池中的水流速度则应下降到0.46m/s以下，但最后在絮凝池尾端的水流速度也不应小于0.15m/s，至于混和后的水在絮凝池中的停留时间，即形成成熟的絮状物时间，则不宜少于30min，已经形成絮状物的水在流入沉淀池渠道中的流速不应大于0.46m/s，当然也不宜小于0.15m/s。