高浊度水混凝(高校研究生课件)

一、高浊度水的概念

我国给水工程中， 我国给水工程中 ， 通常将 含沙量较高， 含沙量较高 ， 有清晰界面分 选沉降的含沙水体称为高浊 度水。 度水 。 这同国外高浊度水的 概念有所不同。 概念有所不同。

二、高浊度水的组成黄河高浊度水中的泥沙主要 来源于新黄土分布十分广泛的中 游黄土地区， 游黄土地区，因此其物质组成具 有以下特点 :

1、不同地区的高浊度水中的泥 、 沙颗粒级配差别很大; 沙颗粒级配差别很大

2、泥沙颗粒的组成随含沙量的 、 增大而变粗

3、粘性颗粒(直径小于0.01mm的细 、粘性颗粒(直径小于 . 的细 颗粒泥沙) 颗粒泥沙)的含量不因含沙量的增 大而成比例增加

三、高浊度水的性质1、高浊度水中泥沙的自絮凝现象 DLVO理论： 理论： 理论两个颗粒的粘着力Fc为： 两个颗粒的粘着力Fc为 Fc Fc= Fc=FR+FA Fc-颗粒间的粘着力； 其中 Fc-颗粒间的粘着力； 静电斥力； FR-静电斥力； 范德华引力。 FA-范德华引力。

2、高浊度水的粘性高浊度水的粘性实质上反映了其在 运动过程中的内摩擦力的大小。 运动过程中的内摩擦力的大小。不同的 含沙量、不同的粒径组成、 含沙量、不同的粒径组成、颗粒的不同 矿物成分及不同介质的高浊度水， 矿物成分及不同介质的高浊度水，其粘 性不同

当泥沙颗粒比较少， 当泥沙颗粒比较少 ， 颗粒之间的距离很 没有相互影响， 大 ， 没有相互影响 ， 并且颗粒为无粘性的 均匀球形颗粒时， Einstein. 均匀球形颗粒时 ， Einstein.H.A 推导出 了著名的相对粘滞系数公式： 了著名的相对粘滞系数公式： μr=1+2.5Sv 式中， 式中，μr—悬浊液的粘滞系数与同温度清 悬浊液的粘滞系数与同温度清 水的粘滞系数之比； 水的粘滞系数之比； 是以体积比表示的泥沙浓度。 Sv —是以体积比表示的泥沙浓度。 是以体积比表示的泥沙浓度

如果含沙量很高， 如果含沙量很高，即使不考虑泥沙颗 粒的粘性、级配及形状， 粒的粘性、级配及形状，高浊度水流在颗 粒附近的变形也会涉及到固体与固体之间 的影响， 的影响，这时任何一个颗粒的存在都将会 影响附近的其他颗粒， 影响附近的其他颗粒，即颗粒和颗粒之间 开始有力的作用， 开始有力的作用，在这种情况上式必须进 行校正： 行校正： μr=1+ 式中， ,kn均为常数 式中，k1,k2,k3,…,kn均为常数。 ,kn均为常数。

实际的高浊度水除了含有一定量 的粘性泥沙颗粒， 的粘性泥沙颗粒，而且粒径分布也很 广。故往往用不同的经验或半经验计 算粘滞系数的公式， 算粘滞系数的公式，计算结果相差很 并且各种粘滞系数计算

公式， 大，并且各种粘滞系数计算公式，只 能突出一个或几个影响高浊度水粘性 的主要因素， 的主要因素，因此这些公式只适用于 某种特定条件， 某种特定条件，因为高浊度粘性受众 多因素的影响， 多因素的影响，很难用数学表达式综 合反映出全部影响因素

工程中最直接和最有效 的方法是用粘度计对高浊度 水进行流变试验， 水进行流变试验 ， 测定高浊 度水的粘滞系数。 度水的粘滞系数。

3、高浊度水的流变特性高浊度水在流动中所承受的剪力τ 高浊度水在流动中所承受的剪力τ 和切变速率的关系， 和切变速率的关系，称为高浊度水的流 变特性。 变特性。 当剪切力与切变速率 du / dy 成直线 关系时，称该流体为牛顿体； 关系时，称该流体为牛顿体； 当剪切力与切变速率的关系是非线 性的，称为非牛顿体。 性的，称为非牛顿体。

高浊度水随泥沙颗粒体积浓度的增加， 高浊度水随泥沙颗粒体积浓度的增加，流型 由牛顿体逐渐过渡到非牛顿体， 由牛顿体逐渐过渡到非牛顿体，并且常常可以近 似地用宾汉( 似地用宾汉(Bingham K.C.)模型表达，宾 . . 模型表达， 汉模型的数学表达式为： 汉模型的数学表达式为：

式中， 宾汉极限切应力， 式中，τB—宾汉极限切应力，或称极限切应力 宾汉极限切应力 刚度系数， η—刚度系数，与牛顿体粘滞系数μ相当 刚度系数 与牛顿体粘滞系数μ 高 浊 度 水 中 的 细 颗 粒 泥 沙 ( 尤 其 是 d〈 01mm的粘性颗粒〉 mm的粘性颗粒 0.01mm的粘性颗粒〉的絮凝作用是产生极限切应 力的主要原因。 力的主要原因。

高浊度水中含有一定量的粘性颗粒， 高浊度水中含有一定量的粘性颗粒，但若高 浊度水的含沙量或细颗粒泥沙的含量达不到一 定浓度限值时，泥沙絮体将仍处于分散状态， 定浓度限值时，泥沙絮体将仍处于分散状态， 不能形成一个有联系的整体或结构， 不能形成一个有联系的整体或结构，流型仍为 牛顿体。 牛顿体。当含有一定粘性颗粒的高浊度水的含 沙量达到某临浓度时， 沙量达到某临浓度时，粘性颗粒在含有离子的 水中形成絮团，絮团进一步发育成长， 水中形成絮团，絮团进一步发育成长，并互相 搭接形成网状结构，或称絮网， 搭接形成网状结构，或称絮网，它具有一定的 抗剪能力，当水流剪切力小于这一抗剪能力时， 抗剪能力，当水流剪切力小于这一抗剪能力时， 高浊高水不会流动， 高浊高水不会流动，这时高浊度水的流型变为 非牛顿体，即宾汉流体， 非牛顿体，即宾汉流体，高浊主水的流变特性 发生根本性的变化。 发生根本性的变化。

高浊度水的流变特

性由 牛顿体转变为非牛顿体的 临界含沙浓度S 临界含沙浓度Sv0与泥沙组 成中小于0 01mm mm的泥沙 成中小于0.01mm的泥沙 颗粒的含量关系很大，费 颗粒的含量关系很大， 祥俊的实验结果如图所示： 祥俊的实验结果如图所示：