混凝動力學(xué)對混凝工藝實踐的指導(dǎo)意義

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1、混凝動力學(xué)對混凝工藝實踐的指導(dǎo)意義余承烈（山西鋁廠山西河津043300）GuidemeaningofcoagulationdynamicstocoagulatingtechnologypracticalityYuchenglie(ShanxialuminiumplantHejinShanxi043300)內(nèi)容摘要：分析了混凝動力學(xué)幾個公式，就公式中的每個因子展開討論，認為：混凝動力學(xué)公式對混凝工藝實踐有定性的指導(dǎo)意義，舉例說明了目前幾種經(jīng)實踐證明了的高效混凝技術(shù)與混凝動力學(xué)的相關(guān)性。關(guān)鍵詞:混凝

2、動力學(xué)公式探討混凝工藝高效混凝技術(shù)指導(dǎo)意義1．混凝動力學(xué)公式的探討一般認為，混凝包括絮凝和凝聚兩個過程，凝聚和絮凝都是使膠體或懸浮物中微細粒固體聚集而使顆粒尺寸變大的過程[8]。混凝動力學(xué)也應(yīng)該包括絮凝動力學(xué)和凝聚動力學(xué)，目前就筆者掌握的資料，提法不統(tǒng)一，有的只提到凝聚動力學(xué)，如文獻（8）。文獻(5)就只提出絮凝動力學(xué)，還明確指出：研究水中膠體在絮凝過程中的顆粒濃度隨時間的減少過程稱為絮凝動力學(xué)。按照這個定義，絮凝動力學(xué)的研究范圍雖然可以包括許多不同的絮凝過程，但一般絮凝動力學(xué)研究的只是憎水膠體

3、經(jīng)電解質(zhì)脫穩(wěn)后的容積絮凝過程。筆者認為，絮凝動力學(xué)比較符合規(guī)律，但是在沒有統(tǒng)一以前，目前還是提混凝動力學(xué)為宜。混凝動力學(xué)的研究自1943年Camp和Stein提出動力學(xué)的公式后至今，許多學(xué)者提出了很多類似的公式，本文列出目前常見的幾個公式，并就公式所包含的意義展開討論。1．1混凝動力學(xué)公式的認可文獻[9]介紹的列維奇（Levich）利用擴散方程計算通過球形控制面單位時間的顆粒的時平均總數(shù)，即顆粒的碰撞數(shù)：Nt==12Πβ(ε/γ)?R3n2（1）式中ε——球形控制體周圍單位體積水的能耗；γ——水

4、的動力粘滯系數(shù)；R——球形控制體半徑；n——控制體周圍的顆粒時平均濃度（單位體積顆粒時平均總數(shù)）β——實驗系數(shù)。文獻[5]介紹的當顆粒因水流所產(chǎn)生的速度梯度du/dz相碰時，每毫升中兩種顆粒每秒鐘相碰的次數(shù)為：N==4/3n1n2(r1+r2)3du/dz（2）式中：du/dz——速度梯度r1,r2——兩種顆粒的直徑，n1，n2——兩種顆粒的濃度，文獻[1]介紹的Camp和Stein同向絮凝理論認為：對于直徑d1為的顆粒數(shù)為N1的和直徑d2為的顆粒數(shù)為N2的整個體系，每單位體積內(nèi)單位時間總的接觸

5、數(shù)為：N==(G/6)N1N2(d1+d2)3（3）式中:du/dz為速度梯度文獻[8]提出的同向絮凝的公式：–DN/dt=2/3Gd3N2（4）式中：N----單位容積的顆粒個數(shù)（個/cm3）d----顆粒直徑（cm）G----速度梯度（s）文獻[7]介紹的日本專家Tambo.N(丹保憲仁)先生提出接觸絮凝方程式為：dn/dt=—π/4qVs(D+d)2Nn(5)式中：N，n----分別為單位體積內(nèi)成熟絮凝體和微絮凝體的數(shù)目（個/cm3）;t----接觸絮凝時間(s);q—--絮凝系數(shù);Vs-

6、--水流上升流速(cm/s);D，d----分別為成熟絮體和微絮凝體平均粒徑（cm）；以上公式形式雖有差異，但有一點是相同的，就是絮凝效果和水中的粒子數(shù)量有關(guān)，和速度梯度有關(guān)，和粒子的直徑有關(guān)。有區(qū)別的是，公式（5）中沒有速度梯度因子，卻有水流上升的流速，且經(jīng)過試驗驗證.公式形式與公式成立的條件、研究的對象有關(guān)。1．2混凝動力學(xué)公式的探討為了說明問題，需要將混凝過程的幾個概念闡述清楚?；炷譃閮蓚€過程，既反應(yīng)和絮凝，反應(yīng)包括混合和初凝，初凝中包含有凝聚的內(nèi)容。由碰撞接觸絮凝公式可以看出，和碰撞有

7、關(guān)系的是水中粒子的濃度和直徑。其中，濃度是一次方，直徑是三次方；也就是說提高碰撞效果，主要是增大水中的粒子直徑，提高混凝反應(yīng)過程中待反應(yīng)的物質(zhì)的濃度。顯然，提高直徑一個數(shù)量級所產(chǎn)生的效果就相當于提高碰撞次數(shù)2個數(shù)量級。在反應(yīng)初期，粒子的直徑都不會太大，此時在反應(yīng)器中，保持高濃度就可以大大提高混凝效果。還可以加強攪拌，增加旋轉(zhuǎn)次數(shù)，通過提高旋轉(zhuǎn)速度來到到碰撞的目的。但是，膠粒與藥劑分子只要一碰撞，則馬上會粘結(jié)在一起，形成初絮體。一把情況下，反應(yīng)需要幾秒鐘（7—8秒），這實際上是一個綜合值，7—8秒

8、的時間內(nèi)，所有的膠粒和藥劑分子都反應(yīng)完畢，因此這7—8秒的時間實際上是前后持續(xù)反應(yīng)所需要的時間，這其中包括絮體和絮體、絮體和膠粒的反應(yīng)時間。也就是說，反應(yīng)之后進入絮凝階段，絕大部分水中粒子是絮體和絮體之間的結(jié)合和分離。在絮凝階段，絮體不斷長大后，因為絮體直徑比膠粒要大得多（100倍以上），粒子的數(shù)量顯著下降，N·n降為次要因素，而(D+d)3逐漸上升為主要因素，這時的反應(yīng)也要求碰撞、接觸，但是它們要求的水力半徑要適合于它們自身的直徑。按理說攪拌強度大一些，水力梯度大一些，相互碰撞接觸的機會才會多