水的混凝工藝混凝需要分別在混合器、反應池和分離設備中完成，也可以將這3個工序合成在一個澄清設備完成。另外，在混合設備之前通常還需設置藥劑溶液制備和計量投藥設備。其工藝流程如圖6-1所示。混凝劑投配方式有兩種:干投法和濕投法。干投法是指將固體混凝劑破碎成粉體之后向水中定量投加，其流程通常為藥劑輸送→粉碎→提升→計量→加藥混合;濕投法是指先將混凝劑溶解。配制成一定濃度的溶液，然后向待處理的水中定量投加。

　　從操作上來看，兩種投加方式各有優缺點。干投法設備占地面積小、投配設備無腐蝕問題、藥劑質量也較好(受污染變質較少)，但是，干投法存在不可避免的缺點:當投加藥量較大時需要配套破碎設備，而投加藥量較小時又不易調節，藥劑與水混合接觸條件差，勞動條件差，不適用于吸濕性、慢溶性混凝劑。濕投法則適用于多種混凝劑(包括固態、黏稠狀和乳狀混凝劑)，投加量便于控制和調節，易于與水充分混合，運行方便，其缺點則是設備占地面積大，同時設備也易于腐蝕。目前來說，工程中通常使用的是濕投法。而干投法使用較少，聚合氯化鋁廠家推薦，也主要介紹濕投法。

一、混凝藥液的配制

　　在制備混凝劑藥液時，須考慮絮凝劑的量、藥液的濃度、溶解槽體積和攪拌方式等。

　　每天所需混凝劑的量

　　每天所需混凝劑的量可按公式式計算：W=24QC/10f

　　式中，W為每天所需混凝劑的量，kg/d;Q為原水處理量，m3/h;C為混凝劑加入量，mg/L;f為混凝劑純度，%。

　　藥液的濃度和溶藥設備的有效容積

　　所配制的藥液應具有適宜的濃度，在不影響投加精確度的前提下，宜高不宜低。濃度過低，則設備體積大，藥劑還會發生水解。如FeCl3在濃度小于6.5%時就會發生水解。無機鹽絮凝劑和無機高分子絮凝劑的一般投加濃度為5%-7%(扣除結晶水的重量)。當采用聚

　　合電解質為絮凝劑時，以稀濃度為宜，因為濃度過高，黏度過大，使得無法投加，一般采用的濃度為0.05%-1%，可先配制為10%，然后再稀釋至所的濃度。

　　藥劑配制過程主要有兩個設備，即溶解池和溶液池。溶解池(濃液池)的作用是把塊狀或粒狀的藥劑溶解成濃溶液;溶液池(稀液池)的作用是把濃溶液配成一定濃度的溶液，一般采用兩個池子交替使用，槽的內壁需做防腐處理。每個槽的容積可按實際需要量的50%-100%選取。

　　溶液池的有效容積可采用下式計算:V=24*100PQ/1000*1000bn=PQ/417bn

　　式中，V為溶液池的有效容積，m3;P為混凝劑的最大投加量，mg/L;Q為原水的水量，m3/h;b為溶液濃度，按藥劑固體質量百分數計算，一般為10%-20%;n為每天配制溶液次數，一般為2-6次，用手工操作時不宜多于3次。

　　溶解池或溶藥池的容積V`可按下式估算:v`=(0.2-0.3)V

攪拌裝置

　　為了加速混凝劑的溶解，并使藥液濃度均勻，在溶解時通常設置攪拌設備。常見的攪拌方式有水力循環攪拌、機械攪拌和壓縮空氣攪拌3種。

　　水力循環攪拌流程如圖6-2(a)所示。它利用水泵從溶解池內抽取藥液再循環到溶解池，這種攪拌方式結構簡單，使用方便，但僅適用于藥劑使用量較小的情況。

　　為了使混凝劑完全溶解，也可采用機械攪拌6-2(b)。機械攪拌器可由電動機直接帶動。攪拌器可直接安裝在池壁上，能上下升降及調整攪拌角度，并應避免與固體塊狀藥品接觸。溶解池內需采用慢速機械攪拌，因高速攪拌會切斷聚合物分子鏈，使溶液黏度降低，并使絮凝效果也下降。一般如采用螺旋槳時，攪拌速度約為300r/min，如采用劃船槳式攪拌葉時，其轉速為30-60r/min。機械攪拌適用于藥劑使用量較大的情況。

　　壓縮空氣攪拌[圖6-2(c)]則是向溶解池中通入壓縮空氣進行攪拌。空氣壓力一般為2-2kg/cm2，空氣消耗量一般為0.2m3(空氣)/[m3(溶液)·min]。壓縮空氣有多孔管分配而達到均勻攪拌的作用。壓縮空氣管直徑由計算決定，流速以10-15m/s為宜，通常采用φ20-φ25mm的管子，為了空氣分配均勻而又不堵塞，孔眼宜采用φ3-φ4mm，孔口流速20-30m/s。孔眼按向下與垂線成45°角左右兩側交錯開口，孔眼間距50-100mm，如圖6-3所示。支狀多孔管間距根據持槽平面尺寸大小而定，一般采用0.5-1m左右。壓縮空氣管可采用聚氯乙烯材料。

二、混凝劑聚合氯化鋁藥液的計量

　　混凝劑的投加需要準確計量并且能夠實時調節，因此，必須使用計量設備。常見的計量設備有計量泵、轉子計量設備和孔口計量設備等，計量方式可以根據具體情況進行選用。

　　計量泵也稱定量泵或比例泵，屬于往復式容積泵，用于精確計量的，通常要求計量泵的穩定性精度不超過11%。計量泵簡便可靠，通常適用于大型水廠或污水處理廠。通常可分為柱塞(活塞)式、機械隔膜式、液壓隔膜式和波紋管式計量泵4種。

　　柱塞式計量泵(見圖6-4)主要由電機、傳動箱、缸體等二部分組成，其工作原理是通過電機經聯軸器帶動蝸桿并通過蝸輪減速使主軸和偏心輪作回轉運動，由偏心輪帶動弓形連桿的滑動調節座內作往復運動。當柱塞向后死點移時，泵腔內逐漸行程真空，吸入閥打開，吸入液體;當柱塞向前死點移動時，此時吸入閥關閉，排出閥打開，液體在柱塞向進一步運動時排出。在泵的往復順還工作形成連續有壓力、定量的排放液體。

　　機械隔膜式計量泵(見圖6-5)主要是往復式計量泵，按泵的缸數可分為單缸、雙缸、三缸等多種類型。其工作原理是電機經聯軸器帶動蝸桿并通過蝸輪減速使主軸和偏心輪作回轉運動，由偏心輪帶動挺桿在導筒內作往復運動。連同膜片，通

　　過單向閥的作用使泵腔內逐漸形成真空，吸入閥打開，吸入液體;當膜片向前死點移動時，此時吸入閥關閉，排出閥打開，液體在膜片的推動下排出。在泵通過調節一定的行程的往復順還工作形成連續有壓力、定量的排放液體。

　　液壓隔膜計量泵也叫住塞隔膜計量泵，是結合柱塞式計量泵和機械隔膜式計量泵的特點而設計的一種計量泵。該計量泵與被計量介質介質接觸部分為隔膜，而驅動部分為液壓柱塞。德國阿爾泰克(Alltech)公司的FKM系列柱塞隔膜計量泵便是這一種類型的計量泵的杰出代表，見圖6-6。由驅動齒輪箱2帶動中空柱塞10往復運動，并通過中空柱塞10中的液壓油驅動計量膜片6。中空柱塞10上有一個特殊設計的調節孔，使柱塞內外的液壓油相同。柱塞10外面套有一可調節的用來關閉調節孔的滑環11。當調節孔關閉時，柱塞推動里面的液壓油來驅動計量膜片6。在每個行程中，被柱塞推動來驅動計量隔膜的液壓油的量，正好等于被計量的介質的量。計量泵流量的調節，可通過柱塞法蘭上的手動旋鈕12實現，也可通過變頻器、伺服電機等實現。該計量泵的流量不隨壓力的變化而變化，在靜態和工作狀態下均可進行0-100%的線性調節。調節精度高。其中空柱塞不是固定在電機偏心輪上，在吸入行程中，柱塞被彈簧9反彈回到零位置，從而有效防止了吸入介質在計量頭中形成堵塞時給泵造成的損害。吸入閥8在介質吸入過程中被打開，使介質流入計量頭，在加壓時吸入閥則切斷。壓力閥5在介質加壓過程中被打開，而在吸入過程中關閉以防止壓出的介質同流入計量頭。

　　波紋管式計量泵結構與機械隔膜式計量泵相似，只是以波紋管取代隔膜，柱塞端部與波紋管固定在一起。當柱塞往復運動時，使波紋管被拉伸和壓縮，從而改變液缸的容積，達到輸液和計量的目的。

　　轉子計量設備又稱浮子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，浮子可以在錐管內自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運動，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到刻度盤指示流量。

　　一般分為玻璃和金屬轉子流量計。金屬轉子流量計是工業上最常用的，對于小管徑腐蝕性介質通常用玻璃材質，由于玻瑞材質的本身易碎性，關鍵的控制點也有用全鈦材等貴重金屬為材質的轉子流量計。轉子計量設備具有結構簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點，在實際中應用廣泛。

　　孔口計量設備包括浮球閥和浮杯兩種。浮球閥主要是利用其與槽底竹口高差(液位)來控制孔板開啟度，從而調節藥液的投加量，見圖6-7(a)，浮杯計以設備與孔口計量設備原理類似，見圖6-7(b)，不同的是通過改變浮杯進水孔口徑以控制加藥量。

三、藥液的投加

　　藥液向原水中投加的方式上要有重力投加、壓力投加和虹吸投加系統。

　　重力投加系統[見圖6-8(a)]主要是利用藥液高位槽與投加點的水頭高差加藥，直接將藥液投入管道或水泵吸水喇叭口處。較早的一種投藥控制調節方式是苗嘴調節。根據對投藥量的要求，更換恒液位水箱出口苗嘴的規格，由水力學可知流出流量會發生改變。這是一種不能太頻繁的間歇式調節方式，在20世紀90年代初期仍有個別水廠應用。另一種常見的調節方式是對投藥管路上的閥門進行調節。觀察轉子流量計的指示，改變投藥量。

　　壓力投加系統[見圖6-8(b)]則是利用加藥泵(計量泵)或水射器的調整水流形成的負壓將藥液吸入，同時隨水的余壓注入原水管中。

　　虹吸投加系統，主要是利用空氣壓力進行加藥，并通過改變虹吸管及出口高位差控制投加量。

高效聚合氯化鋁藥液的投加控制技術

　　無論上述何種投加與調節方式，都涉及一個重要的問題:如何決定當前最佳投藥量應該是多少。混凝劑最佳投加量是指達到既定水質目標的最小的混凝劑投加量。混凝劑投加量的確定主要有以下及種方式。

(1)人工控制法

　　人工控制法有經驗目測法和燒杯試驗法。經臉目測法是操作人員根據工作經驗或者觀察絮凝池礬花生成情況，決定投藥量;燒杯實驗法是采用燒杯試驗來確定投藥量。人工控制法難以追隨水質水量等因素的變化，對投藥量進行及時準確的調節，投藥的準確性不僅取決于操作人員的技術與經驗，而且和操作人員的貴任心有很大關系，工人的勞動強度也較大。另外，由于此投藥控制技術的落后，會嚴重影響水處理的質量，同時也造成藥劑的較大浪費。

(2)模擬濾池法

　　模擬濾池是利用一個小的模型濾池或沉淀池，使水處理生產系統中得到初步絮凝的水流過該模型，計算機控制系統以該模型的出水濁度的情況來評價投藥量是否適宜，并作為調節投藥量的依據，實現對投藥量的在線自動連續控制，是一種中間參數反饋控制系統。西方國家從20世紀60年代初開始應用，我國無錫中橋水廠于1981年安裝了一套模擬建池系統控制投藥。

　　模擬濾池法關于相似性的解釋不僅未涉及幾何相似的問題，而且忽略了實際生產系統中反應池、沉淀池的作用，僅僅考慮濾池同藥耗的關系，對此還需要更深入的探討。另外，原水加藥后直至經過模擬濾池而得到結果，一般需要10-15min，在原水水質變化較快的情況下該滯后時間也對控制的有效性提出疑問，所以在原水水質變化急劇的水廠不適用。盡管如此，這種方法將一個復雜的混凝效果評價問題以簡單的模擬濾池出水濁度作為指標判斷，據此來調整混凝劑投量。系統設備簡單，易于實現，是一種簡易的投藥自動控制方案，在生產上也得到了一定程度的應用。

(3)數學模型法

　　數學模型法是投藥控制技術上的一個進步，它以若干原水水質、水量參數為變量，建立其與投藥量之間的相關函數，即數學模型;計算機系統自動采集參數數據，并按此模型自動控制投藥。在水處理中最好采用前饋和后饋相結合的控制模型。前饋數學模型應選擇影響混凝效果的主要參數為變量，例如原水濁度、pH值、水溫、溶解氧、堿度和水量等。前饋控制確定一個給出量，然后以沉淀池的出水濁度作為后饋信號來調節前饋給出量。由前饋給出量和后饋調節量就可獲得最佳藥劑量。這種方法國外自20世紀70年代初開始有研究和應用，如美國依阿華水廠、前蘇聯莫斯科水廠、日本朝霞水廠等，我國也有上海石化總廠水廠等應用該方法控制混凝投藥。

　　但是數學模型法并未獲得廣泛的推廣，其主要原因有:混凝的影響因素眾多，準確建模困難：建立數學模型，需要長期大量的準確數據統計;涉及儀器、儀表多，投資大，維護要求高;模型靈活性差，難以適應混凝劑品種改變、控制目標調整等變化。但這不失為一種較先進的方法。今后，隨著監測和數據自動采集的逐步實現，以及供水行業資金的逐步雄厚，數學模型法會得到進一步的發展。

(4)流動電流法

　　20世紀80年代，國際上出現了流動電流投藥控制技術，其關鍵是通過測員流動電流，實現了對水中膠體電荷的在線連續檢測。1989年，流動電流投藥自動控制技術被首次介紹到了國內。1992年，首套國產流動電流混凝控制系統在牡丹江應用成功。與流動電流技術相配合，還將變頻調速技術應用于包括計量泵和離心泵在內的投藥泵的調節。在應用中，流動電流技術得到了不斷的改進，發展出了流動電流-濁度串級反饋控制系統、流量-流動電流前饋-反饋控制系統等。

　　流動電流是膠體的電動現象之一，是指在機械力作用下，膠體雙電層中擴散層的反電荷離子定向遷移而產生電場的現象。流動電流可以描述水中膠體雜質的荷電特征，作為表征膠體穩定性的指標，因此將之應用于以電中和脫穩凝聚為主的水處理混凝過程控制是可能的。一系列的研究證實，投藥混凝后水中膠體的流動電流值確實與混凝劑投加量以及經混凝沉淀處理后水的濁度相關，這為以流動電流為參數進行混凝控制提供了直接的依據。流動電流混凝投藥自動控制技術正是在這些研究的基礎上發展起來的，其原理為:水中膠體粒子加藥后，其負電位會發生變化，從而引起流動電流的變化，膠體電荷遠程傳感器通過檢測流動電流的變化可以準確地反映水中加藥量的多少，并傳遞信號給監測控制儀，控制儀根據傳感器傳遞來的信號，經過程序的處理，輸出控制信號給變頻柜，通過改變供電頻率來調整投藥泵的投藥量，使之達到最佳值。

　　由以上理論可知，只需檢測并控制與膠體ξ電位正相關的流動電流這一反映混凝本質的單因子。所謂單因子是指將影響混凝效果的幾種主要因素，如水質、水量、藥劑、效能等的變化都反映在流動電流這一混凝本質參數上，只要測定和控制流動電流這一因子，就可實現準確控制混凝劑的投加量。流動電流控制技術抓住了水中膠體的微觀電特性，解決了影響水處理效果的主要矛盾。控制效果比傳統“多因子數學模型法”更準確、可靠。

　　測定流動電流的是流動電流檢測器(SCD)系統(見圖6-9)。控制中心通常由微機或單片機構成，負責接受SCD的信號并與給定值比較，做出調整投藥量的判斷，指揮執行機構，即絮凝劑投加設備(泵或調節閥)的動作，完成投藥量的調節。

　　混凝過程中影響混凝效果的因素很多，存在許多干擾。流動電流控制系統具有克服各種干擾的調節能力，能迅速反映水質、水量、濃度等各項表觀參數的綜合影響，實現混凝劑的精確投加。但是，因為該技術是基于膠體電中和脫穩為主的混凝控制技術，若混凝作用非以電中和脫穩為主而是以高分子(尤其是非離子型或陰離子型絮凝劑)以吸附架橋為主，則投藥量與流動電流就很少相關，此技術就不適用。

(5)透光率脈動法

　　透光率脈動法是利用光電原理檢側水中絮凝顆拉變化(包括顆粒尺寸和數量)從而達到在線連續控制的一種新技術。透光率脈動檢側器是一種在線光學檢側裝置，但跟其他各種以光阻塞或光散射為基礎的檢測器有本質區別。該儀器用透光流動懸浮液的透光強度的波動狀態，計算出形成的絮凝體粒徑的變化，因而靈敏度高、響應迅速。無論使用何種絮凝劑靠何種機理發生混凝，混合絮凝后絮凝體粒徑的相對大小只要有所改變，該透光率脈動檢測器都可以準確、靈敏地連續響應。其獨特的自校準電路結合先進的函數算法，完全排除了檢測室沾污和電子漂移對檢測精度的影響，使儀器的完全免維護成為現實。

　　絮凝脈動檢測技術成功地解決了流動電流法不能解決的問題。該技術測量水中雜質絮凝過程中尺寸的相對變化，檢測過程不受水中雜質沾污的影響。我國將國外尚處于實驗室研究階段的該項技術進行了應用開發，并于1992年首次成功地應用于黃河高濁度水的投藥控制。但此技術目前還不成熟，存在著滯后時間長、原水濁度變化對系統設定值影響較大、工藝相似性差、系統不易穩定等缺點。