混凝沉淀技術(shù)

1、?；炷恋砑夹g(shù)在工業(yè)廢水和生活廢水處理中，有一種很重要的物化處理方法：混凝法。這種水處理方法應(yīng)用廣泛，各種污染指標(biāo)去除率高?；炷哪康脑谟谕ㄟ^向水中投加一些藥劑（通常稱為混凝劑及助凝劑），混凝劑在水中通過電離和水解等化學(xué)作用使水中難以沉淀的膠體顆粒能互相聚合而形成膠體，然后通過膠體的壓縮雙電層作用、吸附電性中和、吸附架橋作用和沉析物網(wǎng)捕作用等與水體中的雜質(zhì)和有機(jī)物膠體結(jié)合形成更大的顆粒絮體，顆粒絮體在水的紊流中彼此易碰撞吸附，形成絮凝體（亦稱絨體或礬花）。絮凝體具有強(qiáng)大吸附力，不僅能吸附懸浮物，還能吸附部分細(xì)菌和溶解性物質(zhì)。絮凝體通過吸附，體積增大而下沉。-可編輯修改 -。目錄混凝沉淀技術(shù) .

2、 .1目錄 . .21 混凝法 ·.31.1混凝法的概念 .31.2混凝的基本原理 .31.2.1壓縮雙電層作用： .41.2.2吸附 - 電中和作用： .61.2.3吸附架橋作用： .61.2.4絮體的網(wǎng)捕作用： .72 幾種常見的混凝劑 .82.1聚合氯化鋁（又稱堿式氯化鋁 PAC） .82.2聚合硫酸鐵（ PFS） .82.2.1聚合硫酸鐵使用方法及注意事項(xiàng) .92.2.2聚合硫酸鐵使用注意事項(xiàng) .92.3聚丙烯酰胺（ PAM） .103 影響混凝效果的因素 .103.1水質(zhì)的影響： .103.2水體堿度的影響： .113.3水體 pH 值的影響： .113.4水溫對(duì)混凝效果也

3、有影響： .113.5絮凝劑的投加量、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響： .123.6水力學(xué)條件及混凝反應(yīng)的時(shí)間的影響： .124 混凝劑的選擇.13-可編輯修改 -。1 混凝法·1.1混凝法的概念物質(zhì)在水中存在的形式有三種：離子狀態(tài)、膠體狀態(tài)和懸浮狀態(tài)。一般認(rèn)為，顆粒粒徑小于1nm的為溶解物質(zhì)，顆粒粒徑在1100nm的為膠體物質(zhì)，顆粒粒徑在100nm1mm為懸浮物質(zhì)。其中的懸浮物質(zhì)是肉眼可見物，可以通過自然沉淀法進(jìn)行去除；溶解物質(zhì)在水中是離子狀態(tài)存在的，可以向水中加入一種藥劑使之反應(yīng)生成不溶于水的物質(zhì)，然后用自然沉淀法去除掉；而膠體物質(zhì)由于膠粒具有雙電層結(jié)構(gòu)而具有穩(wěn)定性，不能用自然沉淀法去除，需要向

4、水中投加一些藥劑，使水中難以沉淀的膠體顆粒脫穩(wěn)而互相聚合，增加至能自然沉淀的程度而去除。這種通過向水中加入藥劑而使膠體脫穩(wěn)形成沉淀的方法叫混凝法，所投加的藥劑叫混凝劑。1.2混凝的基本原理/廢水中的膠體物質(zhì)具有巨大的比表面積，可以吸附液體介質(zhì)中的正離子或負(fù)離子或極性分子等，使固液兩相界面上的電荷呈不平衡分布，在界面兩邊產(chǎn)生電位差，這就是膠體微粒的雙電層結(jié)構(gòu)。形成雙電層結(jié)構(gòu)的微粒的整個(gè)膠體結(jié)構(gòu)就稱為膠團(tuán)，整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。膠團(tuán)中心是帶有電荷的固體微粒本身，稱為膠核。膠核所帶電荷的符號(hào)就是膠體所帶電荷的符號(hào)。膠體微粒之所以能在水中保持穩(wěn)定性，原因在于膠體粒子之間的靜電斥力（膠體常常帶有同種電荷而

5、具有斥力）、膠體表面的水化作用及膠粒之間相互吸引的范德華力共同作用。膠體微粒帶電越多，其電位就越大，帶電荷的膠粒和反離子與周圍水分子發(fā)生水化作用越大，水化殼也越厚，越具有穩(wěn)定性。向水中投加藥劑，使膠體失去穩(wěn)定性而形成微小顆粒，而后這些均勻分散的微小顆粒再進(jìn)一步形成較大的顆粒，從液體中沉淀下來，這個(gè)過程稱為凝聚。凝聚有以下幾方面的作用：-可編輯修改 -。壓縮雙電層作用：水中粘土膠團(tuán)含有吸附層和擴(kuò)散層，合稱雙電層。雙電層中正離子濃度由內(nèi)向外逐漸降低，最后與水中的正離子濃度大致相等。因此雙電層有一定的厚度。如向水中加入大量電解質(zhì)，則其正離子就會(huì)擠入擴(kuò)散層而使之變薄；進(jìn)而擠入吸附層，使膠核表面的負(fù)電性

6、降低。這種作用稱壓縮雙電層。（膠體雙電層結(jié)構(gòu)）-可編輯修改 -。（壓縮雙電層）由于離子的擴(kuò)散作用，水中的反離子進(jìn)入膠體的擴(kuò)散層和吸附層，從而為保持膠體電中性所需的擴(kuò)散層中的正離子的減少，擴(kuò)散層厚度變薄，壓縮了擴(kuò)散層， 于是 電位降低，排斥勢(shì)能 ER也隨之降低， 排斥能峰 Emax 也會(huì)減小甚至消失。當(dāng) 電位下降至一定程度，使 Emax = 0 ，膠粒發(fā)生聚集，此時(shí)的電位成為臨界電位； 當(dāng) 電位降低至 = 0 時(shí)稱為等電狀態(tài)，此時(shí)排斥勢(shì)能 ER消失，則排斥能峰 Emax也消失。簡(jiǎn)而言之，壓縮雙電層作用機(jī)理：通過加入電解質(zhì)壓縮擴(kuò)散層而導(dǎo)致膠粒脫穩(wěn)凝聚的作用機(jī)理。脫穩(wěn)：膠粒因 電位降低而失去穩(wěn)定性的

7、過程。凝聚：脫穩(wěn)膠體相互凝結(jié)形成微小絮凝體的過程。-可編輯修改 -。吸附 - 電中和作用：對(duì)于混凝劑投量過多而使膠體重新穩(wěn)定的現(xiàn)象，可以用電中和作用機(jī)理解釋：若混凝劑投加量過多，會(huì)使水中原來帶負(fù)電荷的膠體變化為正電荷的膠體，這是因?yàn)槟z核表面吸附了過多正離子的結(jié)果，從而使膠體又重新穩(wěn)定。若混凝劑投加量適中，帶有正電荷的高分子物質(zhì)或高聚合離子吸附了帶負(fù)電荷的膠體離子以后，就產(chǎn)生電性中和作用，從而導(dǎo)致膠粒 電位的降低，并達(dá)到臨界電位，再通過吸附作用，使膠體達(dá)到脫穩(wěn)凝聚的目的。壓縮雙電層和吸附 - 電中和的對(duì)比情況：總電位是帶電膠膠體 電位降低原因否變化作用單元粒異同壓縮雙依靠溶液中反離子濃度增加而使

8、膠電層體擴(kuò)散層厚度減小（靜電作用）否簡(jiǎn)單離子同種吸附 -異號(hào)反離子直接吸附在膠核表面高分子或電中和從而使彼此的電性中和是高聚合離子異種吸附架橋作用：對(duì)高分子絮凝劑，有的表面不帶電，為非離子型，有的表面帶負(fù)電荷，仍然能對(duì)負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)起混凝作用，這個(gè)現(xiàn)象可用吸附架橋作用機(jī)理來解釋。高分子絮凝劑為線性分子、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中碳碳單鍵一般情況下是可以旋轉(zhuǎn)的，聚合度較大，即主鏈較長(zhǎng)，在水介質(zhì)中主鏈?zhǔn)菑澢?，其表面積較大，吸附能力強(qiáng)。在主鏈的各個(gè)部位吸附了很多固體顆粒，就象是為固體顆粒架了許多橋梁，讓這些固體顆粒相對(duì)地聚集起來形成大的顆粒。-可編輯修改 -。（高分子物質(zhì)或高聚合物在不同情況下對(duì)膠粒的吸附架

9、橋作用）絮體的網(wǎng)捕作用：無機(jī)混凝劑（如鋁鹽或鐵鹽）投量很多時(shí)，會(huì)在水中形成高聚合度的多羥基化合物的絮體或大量氫氧化物沉淀，形成一張絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在沉淀過程中可以吸附、卷帶水中膠體顆粒共同沉淀，此過程稱為絮凝劑的網(wǎng)捕作用機(jī)理，是一種機(jī)械作用。對(duì)于低濁度水，可以利用這個(gè)作用機(jī)理，在水中投加大量混凝劑，以達(dá)到去除膠體雜質(zhì)的目的。-可編輯修改 -。2 幾種常見的混凝劑常用的混凝劑有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、生物絮凝劑等。無機(jī)絮凝劑主要產(chǎn)品有硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硅酸鋁鐵和聚合硫酸氯化鋁等。有機(jī)高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類產(chǎn)品為代

10、表，生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的高分子有機(jī)物，主要有蛋白質(zhì)、黏多糖、纖維素和核酸。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的混凝劑。2.1 聚合氯化鋁（又稱堿式氯化鋁PAC）聚合氯化鋁是應(yīng)用最廣泛的一種絮凝劑，它在常溫下化學(xué)性能穩(wěn)定，久儲(chǔ)不變質(zhì)，固體裸露易吸潮，但不變質(zhì)，無毒無害，溶液為無色至黃褐色透明狀液體，聚合氯化鋁易溶于水并易發(fā)生水解，水解過程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附、沉淀等物理化學(xué)現(xiàn)象。相對(duì)于硫酸鋁而言，聚合氯化鋁混凝效果隨溫度變化較小，形成絮體的速度較快，絮體顆粒和相對(duì)密度都較大，沉淀性能好，投加量較小。聚合氯化鋁適宜的PH值范圍在 5-9 之間，最佳處理范圍在 6-8 之間。PAC處

11、理水體適應(yīng)力強(qiáng)，反應(yīng)快、耗藥少、制水成本低，礬花大，沉降快，濾性好，可提高設(shè)備利用率。但是 PAC過量投加一般不會(huì)出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)定現(xiàn)象。聚合氯化鋁水溶液呈弱酸性，PH值在 5.5-6.0 ，對(duì)設(shè)備的腐蝕性很小。2.2聚合硫酸鐵（ PFS）聚合硫酸鐵簡(jiǎn)稱固體（聚鐵），形態(tài)淡黃色無定型粉狀固體，極易溶于水，水溶液隨時(shí)間有淺黃色變成紅棕色透明溶液。在產(chǎn)品的儲(chǔ)存的使用過程中，聚合硫酸鐵對(duì)設(shè)備基本無腐蝕作用。聚合硫酸鐵投藥量低，而且基本不用控制液體的 PH值。與鋁鹽相比，聚合硫酸鐵絮凝速度更快，形成的礬花大，沉降速度更快；另外，它還具有脫色、除重金屬離子、降低水中 COD、BOD濃度的作用；但是其出水容

12、易顯黃色。-可編輯修改 -。聚合硫酸鐵使用方法及注意事項(xiàng)因原水性質(zhì)各異，應(yīng)根據(jù)不同情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或作燒杯試驗(yàn)，取得最佳使用條件和最佳投藥量以達(dá)到最好的處理效果。1）使用前，將本產(chǎn)品按一定濃度（10-30%）投入溶礬池，注入自來水?dāng)嚢枋怪浞炙?，靜置至呈紅棕色液體，再兌水稀釋到所需濃度投加混凝。水廠亦可配成2-5%直接投加，工業(yè)廢水處理直接配成5-10%投加。2）投加量的確定，根據(jù)原水性質(zhì)可通過生產(chǎn)調(diào)試或燒杯實(shí)驗(yàn)視礬花形成適量而定，制水廠可以原用的其它藥劑量作為參考，在同等條件下本產(chǎn)品與固體聚合氯化鋁用量大體相當(dāng)，是固體硫酸鋁用量的1/3-1/4 。如果原用的是液體產(chǎn)品，可根據(jù)相應(yīng)藥劑濃度計(jì)算

13、酌定。大致按重量比1:3 而定。3）使用時(shí)，將上述配制好的藥液，泵入計(jì)量槽，通過計(jì)量投加藥液與原水混凝。4）一般當(dāng)日配制當(dāng)日使用， 配藥需要自來水， 稍有沉淀物屬正常現(xiàn)象。聚合硫酸鐵使用注意事項(xiàng)(1) 凝聚階段：是藥液注入混凝池與原水快速混凝在極短時(shí)間內(nèi)形成微細(xì)礬花的過程，此時(shí)水體變得更加渾濁，它要求水流能產(chǎn)生激烈的湍流。(2) 絮凝階段：是礬花成長(zhǎng)變粗的過程，要求適當(dāng)?shù)耐牧鞒潭群妥銐虻耐Ａ魰r(shí)間（ 10-15min ），至后期可觀察到大量礬花聚集緩緩下沉，形成表面清晰層。(3) 沉降階段：它是在沉降池中進(jìn)行的絮凝物沉降過程， 要求水流緩慢，為提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用氣浮法分

14、離絮凝物），大量的粗大礬花被斜管（板）壁阻擋而沉積于池底，上層水為澄清水，剩下的粒徑小、密度小的礬花一邊緩緩下降，一邊繼續(xù)相互碰撞結(jié)大，至后期余濁基本不變。-可編輯修改 -。2.3聚丙烯酰胺（ PAM）聚丙烯酰胺按離子特殊性分類，可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性酰胺四種。陽離子酰胺主要用于水處理，陰離子酰胺主要用于造紙、水處理，兩性酰胺主要用于污泥脫水處理。聚丙烯酰胺易溶于冷水，分子量對(duì)溶解度影響不大，但高分子量的酰胺濃度超過質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10%以后，會(huì)形成凝膠狀態(tài)。 溶解溫度超過 50 度，PAM發(fā)生分子降解而失去助凝作用。因此溶解聚丙烯酰胺時(shí)要用 45-50 度的溫水最為適宜。配制聚丙

15、烯酰胺溶液一般配成質(zhì)量濃度為 0.05-2%，陽離子酰胺粘度較小， 可配制成濃度較大的溶液，陰離子酰胺粘度較大，可適當(dāng)配制成濃度較小的溶液。配制溶液時(shí)不可濃度過大，否則不容易控制加藥量，容易造成加藥過量。聚丙烯酰胺的加入量很小，一般加藥量在 0.1-2ppm。聚丙烯酰胺溶液用于處理廢水時(shí)，加藥后的絮凝效果與攪拌時(shí)間與攪拌有關(guān)。當(dāng)已經(jīng)形成大塊絮凝時(shí)，就不要再繼續(xù)攪拌，否則會(huì)使已經(jīng)形成的較大礬花被打碎，變成細(xì)小的絮凝體，影響沉降效果。3 影響混凝效果的因素影響混凝效果的因素比較復(fù)雜，其中主要由水質(zhì)本身的復(fù)雜變化引起，其次還要受到混凝過程中水力條件等因素的影響。3.1 水質(zhì)的影響：工業(yè)廢水中的污染物

16、成分及含量隨行業(yè)、工廠的不同而千變?nèi)f化，而且通常情況下同一廢水中往往含有多種污染物。廢水中的污染物在化學(xué)組成、帶電性能、親水性能、吸咐性能等方面都可能不同，因此某一種混凝劑對(duì)不同廢水的混凝效果可能相關(guān)很大。另外有機(jī)物對(duì)于水中的憎水膠體具有保護(hù)作用，因此對(duì)于高濃度有機(jī)廢水采用混凝沉淀方法處理效果往往不好。有些廢水中含有表面活性劑或活性染料一類污染物質(zhì)，通常使用的混凝劑對(duì)它們的去除效果也大多不理想。-可編輯修改 -。3.2水體堿度的影響：堿度（ HCO）-指水中含堿物質(zhì)的多少鋁鹽的水解反應(yīng)： Al 3+3H2OAl(OH) 3+3H+可以看出，水解過程不斷產(chǎn)生H+，會(huì)導(dǎo)致水的 pH值不斷下降，要使

17、水的 pH值保持在最佳范圍， 則水中應(yīng)有足夠堿性物質(zhì)與 H+中和。當(dāng)原水的堿度不足或混凝劑投量較多，水中產(chǎn)生大量 H+時(shí)，必須投加石灰等堿性物質(zhì)來中和水解過程中產(chǎn)生的 H+。3.3水體 pH 值的影響：每種絮凝劑都有它適合的PH值范圍，超出它的范圍就會(huì)影響絮凝效果。比如對(duì)于鋁鹽，由于不同pH值的鋁鹽水解以后產(chǎn)物的形態(tài)不同，混凝的效果也不一樣。鋁鹽水解以后生成的是具有兩性的氫氧化鋁，在酸性條件下，pH<4時(shí)氫氧化鋁易溶于水，其反應(yīng)為：Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O此時(shí)鋁鹽在水中以大量的鋁離子Al3+ 形式存在，由于鋁離子沒有吸附架橋作用，不能使水中雜質(zhì)粘結(jié)在一起，因此混凝效果不好

18、。而在堿性條件下，當(dāng)PH值大于 8 時(shí)，氫氧化鋁也溶于水，其反應(yīng)為：Al(OH) 2(H2O)3-+H2O=Al(OH) 4(H2O)2+H3O所以，當(dāng)選用鋁鹽如聚合氯化鋁為混凝劑時(shí)， pH值應(yīng)控制在 6.5-7.5 之間最為合適，這時(shí)才能形成穩(wěn)定的氫氧化鋁膠狀沉淀。3.4水溫對(duì)混凝效果也有影響：無機(jī)鹽混凝劑的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)不利于混凝劑水解。水的粘度也與水溫有關(guān)，水溫低時(shí)水的粘度大，致使水分子的布朗運(yùn)動(dòng)減弱，不利于水中污染物質(zhì)膠粒的脫穩(wěn)和聚集，因而絮凝體形成不易。水溫低時(shí)膠體水化作用增強(qiáng)，妨礙膠體凝聚，升高水溫絮凝效果則會(huì)提高，在低溫條件下，必須增加絮凝劑用量。但是，水溫過高，形

19、成的絮凝體細(xì)小，污泥含水率增大，難以處理。-可編輯修改 -。所以，水溫過高或過低對(duì)絮凝均不利。 一般水溫條件宜控制在20-30 。同時(shí)為提高低溫水的混凝效果，可以采取以下措施：采用 PAC、鐵鹽作混凝劑；投加助凝劑活化硅酸；增加混凝劑投加量，利用絮凝劑的網(wǎng)捕作用去除水中雜質(zhì)。3.5絮凝劑的投加量、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響：各種絮凝劑都有在相應(yīng)條件下的最佳投加量，低于或者超過這個(gè)最佳量都會(huì)使絮凝效果變差。用量不足時(shí)，絮凝不徹底，用量過量則會(huì)造成膠體的再穩(wěn)定，降低絮凝效果。所以，不同的絮凝劑要在使用之前做小試確定其最佳加入量。對(duì)于高分子絮凝劑來說，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)絮凝作用影響很大。無機(jī)高分子絮凝劑的聚合度越大，其電中和能力和吸附架橋功能越強(qiáng)。而對(duì)于有機(jī)絮凝劑來說，除了聚合度的影響外，線性結(jié)構(gòu)的絮凝劑絮凝作用大，而環(huán)狀或支鏈結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑絮凝效果就差。3.6水力學(xué)條件及混凝反應(yīng)的時(shí)間的影響：把一定的混凝劑投加到廢水中后，首先要使混凝劑迅速、均勻地?cái)U(kuò)散到水中?；炷齽┏浞秩芙?/p>