《化学处理方法混凝》PPT课件.ppt

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1、3.2 混凝 （一）混凝原理概述（二）混凝剂与助凝剂（三）混凝的工艺过程及设备（四）澄清池 （一）混凝原理1.混凝定义及用途混凝是通过向水中投加混凝是通过向水中投加混凝剂混凝剂，使水中难以沉，使水中难以沉淀的细小颗粒及胶体颗粒脱稳并互相聚集成粗淀的细小颗粒及胶体颗粒脱稳并互相聚集成粗大的颗粒而沉淀，实现与水分离，达到水质的大的颗粒而沉淀，实现与水分离，达到水质的净化。净化。混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。离出去。混凝法是废水处理中常采用的方法。混凝法是废水处理

2、中常采用的方法。可以用来降低废可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。混凝法还能改善污泥的脱水性能。2.混凝方法的优缺点混凝方法的优缺点优点：优点：设备简单，维护操作易于掌握，操作易于掌握，处理效理效果好，果好，间歇或歇或连续运行均可以。运行均可以。缺点：缺点：由于不断向由于不断向废水中投水中投药，经常性运行常性运行费用用较高，沉渣量大，且脱水高，沉渣量大，且脱水较困困难。返回目录 3.混凝原理1)1)胶体的特点：胶体的特点：粒径小，粒径小，布朗运动，布朗运动，颗粒在

3、废水中受水分子热运颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动；动的碰撞而作无规则的布朗运动；带电，带电，同类胶体微粒带有同性电荷。同类胶体微粒带有同性电荷。水水化化膜膜，许许多多水水分分子子被被吸吸引引在在胶胶体体微微粒粒周围，形成水化膜。周围，形成水化膜。胶体的双电层结构模型胶核胶核定位离子定位离子束束缚反离子，反离子，滑滑动面面胶胶团边界界2)2)胶体的结构胶体的结构 胶核胶核 电位形成离子，束缚反离子电位形成离子，束缚反离子 自由反离自由反离子子 Fe(OH)Fe(OH)3 3 mm nH nH (n (nx)Clx)Cl x+x+Cl Cl 胶核胶核(nuclear)胶粒(c

4、olloidal particle)吸附层吸附层 stationary layer扩散层扩散层 diffuse layer胶团(colloidal micelle)3)3)胶体的脱稳机理胶体的脱稳机理胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性（stabilization)。胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳(destabilization)凝聚、絮凝和混凝凝聚、絮凝和混凝凝聚凝聚(coagulation)(coagulation)是指胶体是指胶体电位降低或消除而脱而脱稳的的过程，聚集程，聚集为较大大颗粒而下沉；粒而下沉；絮凝絮凝(flocculation)(floccul

5、ation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚作用聚结成大成大粒絮体的粒絮体的过程；程；混凝混凝（coagulation-flocculationcoagulation-flocculation）则包括凝聚与絮凝两种包括凝聚与絮凝两种过程程。混凝的机理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种机理。（1）压缩双双电层机理机理(modification of the electrical double layer)双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液有关。当向溶液中投加电解质，

6、使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。减小。该过程的实质是加入的反离子与该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。小，胶粒得以迅速凝聚。（2）吸附）吸附电中和机理中和机理(electrical neutralization)胶粒表面胶粒表面对异号离子异号离子、异号胶粒异号胶粒、链状状离子离子或或分子分子带异号异号电荷的部位荷的部位有有强烈的烈的

7、吸附作用，由于吸附作用，由于这种吸附作用中和了种吸附作用中和了电位离子所位离子所带电荷，减少了静荷，减少了静电斥力，降斥力，降低了低了 电位，使胶体的脱位，使胶体的脱稳和凝聚易于和凝聚易于发生。生。（3）吸附架）吸附架桥（桥连）机理）机理(polymer bridging of colloids)吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混本机理能解释当废

8、水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。作用，从而达不到混凝的效果。高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图 （4）沉淀物网捕机理）沉淀物网捕机理(entrapment in the floc structure)沉淀金属氢氧化物沉淀金属氢氧化物(如如Al(OH)Al(OH)3 3、Fe(OH)Fe(OH)3 3)或

9、带金属的碳酸盐或带金属的碳酸盐(如如CaCOCaCO3 3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。捕。以上介绍的混凝的四种机理，在水处理以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已只是在一定情况下以某种机理为主而已。（二）（二）混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂混凝剂混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂助凝剂(coagul

10、ant aids)：当单用混凝剂：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。为助凝剂。1.混凝剂2.水水处理理对混凝混凝剂的要求：的要求：混凝效果好；混凝效果好；对人类健康无害；对人类健康无害；价廉易得；价廉易得；使用方便。使用方便。目前常用的混凝剂按化学组成可分为目前常用的混凝剂按化学组成可分为无无机盐类机盐类和和有机高分子类有机高分子类。无机无机盐类1 1）硫酸铝）硫酸铝 工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于，不溶杂质含量不大于2

11、430。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。无机无机盐类2 2）聚合氯化铝）聚合氯化铝 是一种高分子混凝剂，简称是一种高分子混凝剂，简称PAC,PAC,其化学其化学式可写为式可写为AlAln n(OH)(OH)mmClCl3n-m3n-m ，聚合氯化铝中，聚合氯化铝中OHOH与与AlAl的比值对混凝效果有很大关系，的比值对混凝效果有很大关系，一般可用一般可用碱化度碱化度B B表示：表示：B=0H100B=0H100/3Al/3Al，例如，例如n n4 4时，碱化度时，碱化度B=4/B=4/（3232）100100。

12、一般要求。一般要求B B为为40406060。特点：吸附能力强，凝。特点：吸附能力强，凝聚效果好。聚效果好。无机无机盐类3 3）硫酸亚铁）硫酸亚铁FeSOFeSO4 47H7H2 2O O是半透明绿色晶体，易溶于是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温水，在水温2O2O时溶解度为时溶解度为2121。硫酸硫酸亚铁离解出的亚铁离解出的FeFe2 2只能生成最简单的单只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。果好。特点：沉降时间短，能去除臭味特点：沉降时间短，能去除臭味和一定色度，但腐蚀性强，污水色度高和一定色度，但腐蚀性强，污水色度高时，不易除净。适用于

13、碱度高、浊度大时，不易除净。适用于碱度高、浊度大的污水。的污水。无机无机盐类4）三氯化铁）三氯化铁无水物、结晶水物和液体，其中常用的无水物、结晶水物和液体，其中常用的是是FeCl36H2O，极易溶于水。，极易溶于水。优点：优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围值范围较宽；较宽；缺点：腐蚀性强，易吸水潮解，缺点：腐蚀性强，易吸水潮解，处理后的水的色度比铝盐的高，。处理后的水的色度比铝盐的高，。无机无机盐类 5 5）聚合硫酸铁）聚合硫酸铁化学式为化学式为FeFe2 2(OH)(OH)n n(SO(SO

14、4 4)3-n/23-n/2 m m 优点：投优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。范围广以及水解时消耗水中碱度少。它它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。无机无机盐类6 6）活化硅酸）活化硅酸 活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产水解聚合反应进行到一定程度的中间产物。物。对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。子粘连而完成

15、的。优点：优点：絮凝体形成快且粗大、密实，在絮凝体形成快且粗大、密实，在低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，适用适用pHpH值范围宽。与其它的混凝剂配合值范围宽。与其它的混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。有机高分子有机高分子类 分分类：高分子混凝：高分子混凝剂分分为天然和人工两种，天然和人工两种，其中天然高分子混凝其中天然高分子混凝剂的的应用用远不如人不如人工的广泛，主要原因是工的广泛，主要原因是电荷密度小，分荷密度小，分子量子量较低，且容易低，且容易发生

16、降解而失去活性。生降解而失去活性。根据高分子聚合物所根据高分子聚合物所带基基团能否离解及能否离解及离解后所离解后所带离子的离子的电性，有机高分子混性，有机高分子混凝凝剂可分可分为阴离子型阴离子型(anionic)、阳离子阳离子型型(cationic)和和非离子型非离子型(nonionic)有机高分子有机高分子类特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。间以共价键结合。单体的总数称为单体的总数称为聚合度聚合度，高分子混凝剂的聚合度约从高分子混凝剂的聚合度约从1000100050005000，甚至，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的更

17、高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子线形高分子。作用机理：作用机理：（a）由于氢键结合、）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效

18、果。凝效果。聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides,PAM)产量占高分子混凝量占高分子混凝剂总产量的量的8080，按性状，聚丙按性状，聚丙烯酰胺胺产品有胶状品有胶状(含量含量5 51010)、片状、片状(含量含量20203030)和和粉状粉状(含量含量90909595)三种。其聚合度三种。其聚合度可达可达2102104 49109104 4。相。相应的相的相对分子分子质量高达量高达1.5101.5106 66.0106.0106 6。聚丙聚丙烯酰胺也常作胺也常作为助凝助凝剂与其他混凝与其他混凝剂一起使用，可一起使用，可产生生较好的混凝效果。好的混凝效果。聚丙聚丙烯酰胺的投

19、加次序与胺的投加次序与废水水水水质有关有关。当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样凝剂脱稳，

20、再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。可以降低其它絮凝剂的用量。3.助凝剂（1）pH调整整剂 常用的常用的pHpH调整整剂包括石灰、硫酸、包括石灰、硫酸、氢氧化氧化钠、碳酸、碳酸钠等。等。（2）絮体）絮体结构改良构改良剂 如活性硅酸、粘土等。如活性硅酸、粘土等。（3）氧化）氧化剂 可可投投加加氯气气、次次氯酸酸钠、臭臭氧氧等等氧氧化化剂来来破坏有机物，以提高混凝效果。破坏有机物，以提高混凝效果。4.影响混凝的因素1 1）废水水质的影响）废水水质的影响 （1）浊度度(turbidity)浊度度过高或高或过低都不低都不利于混凝，利于混凝，浊度不同，所需的混凝度不同，所需的混凝剂用用量也

21、不同。量也不同。（2）pH值 在混凝在混凝过程中，都有一个相程中，都有一个相对最佳最佳pHpH值存在，使混凝反存在，使混凝反应速度最快，速度最快，絮体溶解度最小絮体溶解度最小。不同混凝不同混凝剂最佳最佳pHpH值要通要通过试验确定。确定。（3）水温）水温(temperature)水温会影响无机水温会影响无机盐类的水解，水温低，的水解，水温低，水解反水解反应慢。另外水温低，水的粘度增慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运大，布朗运动减弱，混凝效果下降。减弱，混凝效果下降。（4）共存）共存杂质(impurities)有些有些杂质的存在能促的存在能促进混凝混凝过程。而有程。而有些物些物质则不利于混凝的

22、不利于混凝的进行。行。2）混凝剂的影响（1）混凝）混凝剂种种类 混凝混凝剂的的选择主要取决于胶体和主要取决于胶体和细微微悬浮物的性浮物的性质、浓度。度。如水中如水中污染物主要呈胶体状染物主要呈胶体状态，且，且 电位位较高，高，则应先投加无机混凝先投加无机混凝剂使其脱使其脱稳凝聚，如絮体凝聚，如絮体细小，小，还需投加高分子混需投加高分子混凝凝剂或配合使用活性硅酸等助凝或配合使用活性硅酸等助凝剂。很很多多情情况况下下，将将无无机机混混凝凝剂与与高高分分子子混混凝凝剂并并用用，可可明明显提提高高混混凝凝效效果果，扩大大应用范用范围。（2）混凝）混凝剂投加量投加量(dosage)投加量除与水中微粒种类

23、、性质、浓度有关外，还投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝）混凝剂投加投加顺序序(sequence)当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。

24、但但当当处处理理的的胶胶粒粒在在50 m以以上上时时，常常先先投投加加有有机机混混凝凝剂剂吸吸附附架架桥桥，再再加加无无机机混混凝凝剂剂压压缩缩扩扩散散层层而而使使胶胶体体脱稳。脱稳。3）水力条件的影响 水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度G在5001000s1，搅拌时间t应在1030s。反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减

25、生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应小，而反应时间要长，相应GG和和t t值分别应在值分别应在202070s70s-1-1和和151530min30min。废水水混凝混凝剂混合混合反应反应沉淀沉淀（澄清）（澄清）出水出水污泥污泥（三）混凝的工艺过程及设备混合目的是使混凝混合目的是使混凝剂尽尽快与水混合，需要短快与水混合，需要短时间高高强度度搅拌拌反反应阶段的目的是使段的目的是使药剂与水中与水中的的细小小颗粒或胶体物粒或胶体物质作用生成作用生成尽可能大的絮体，尽可能大的絮体，为沉降分离沉降分离创造条件，需要低造条件，需要低强度度长时间搅拌。拌。许多因素影响反多因素影响

26、反应过程程L澄清的目的是使所澄清的目的是使所生成的絮体与水分生成的絮体与水分离，完成离，完成净化化过程程 1.1.投药方法及设备投药方法及设备投药方法有投药方法有干干(dry)投法投法和和湿湿(wetted)投法投法。干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。的较少。湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，湿投法是将

27、混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括加包括药剂的配制药剂的配制、药剂的计量药剂的计量和和药剂的投加药剂的投加三三个过程个过程。混凝混凝剂的剂的水力水力调制调制设备设备混凝剂的机械调制设备混凝剂的压缩空气调制混凝剂的投加重力投加压力投加2.混合与反应 1）混合）混合 作用：将药剂迅速均匀的扩散到污水中，达到充分作用：将药剂迅速均匀的扩散到污水中，达到充分混合，以确保混凝剂的水解和聚合，使胶粒脱稳，混合，以确保混凝剂的水解和聚合，使胶粒脱稳，聚集成矾花。是进行反应和混凝沉淀的前提。聚集成矾花。是进行反应和混凝沉

28、淀的前提。对混对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：合要求是速度快。一般有两种混合型式：一种是借水泵的吸水管或压力管混合。一种是借水泵的吸水管或压力管混合。另一种是另一种是在混合槽内进行混合。在混合槽内进行混合。混合槽混合常用的有混合槽混合常用的有机械混机械混合槽，水力混合槽（隔板式混合池，穿孔板式混合合槽，水力混合槽（隔板式混合池，穿孔板式混合池、涡流式混合池等）池、涡流式混合池等）。（1）分流隔板式混合槽）分流隔板式混合槽 （2）穿孔板式混合池）穿孔板式混合池2）反应）反应水与药剂混合后进入反应池进行反应。促使混合阶段细小矾花形成沉淀性能好的絮凝体。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大

29、的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。反应池的型式有机械搅拌、水力搅拌（隔板反应池，涡流式反应池）等。（1）隔板反）隔板反应池（平流式）池（平流式）（2）隔板反）隔板反应池（回池（回转式式）（3）带隔板反隔板反应池的平流式沉淀池池的平流式沉淀池隔隔 板板 反反 应 池池穿孔配穿孔配水水墙吸泥机吸泥机导流流墙上部穿孔上部穿孔出水出水墙（4）涡流式反流式反应池池进水水出水出水（5）机械）机械搅拌反拌反应池池3）沉淀 污水经过投药混合反应生成絮凝体后，进入沉淀池使之与水分离，达到最终净化的目的。（四）澄清（四）澄清澄清池是用于混凝处理的另一

30、种设备。澄清池是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同时完成混合、反应、在澄清池内，可以同时完成混合、反应、沉降分离等过程。沉降分离等过程。其优点是处理效果好，生产效率高，节其优点是处理效果好，生产效率高，节省药剂用量，占地面积小省药剂用量，占地面积小.缺点是对进缺点是对进水水质要求严格，设备结构复杂水水质要求严格，设备结构复杂。从基本原理上澄清池可分为两大类：从基本原理上澄清池可分为两大类：一类是一类是悬浮泥渣型悬浮泥渣型，有，有悬浮澄清池悬浮澄清池，脉脉冲澄清池冲澄清池；另一类是另一类是泥渣循环型泥渣循环型，有，有机机械加速澄清池械加速澄清池和和水力循环加速澄池清水力循环加速澄池清机械加速澄清池示意图机械加速澄清池示意图混凝剂混凝剂水力循环澄清池水力循环澄清池