污水處理混凝工藝

關于污水處理混凝工藝第1頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五2主要內容一、混凝原理和用途二、混凝的工藝過程L三、混凝劑與助凝劑L四、投藥方法及設備L五、混合與反應L六、影響混凝的因素L七、澄清池L八、混凝方法的優(yōu)缺點L第2頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五3一、混凝原理和用途混凝的主要對象是廢水中的細小懸浮顆粒和膠體微粒（colloidalmatters)，這些顆粒用自然沉降法很難從水中分離出去。混凝是通過向廢水中投加混凝劑(coagulant)，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細小懸浮顆粒和膠體微粒聚集(aggregation)成較粗大的顆粒而沉降與水分離，使廢水得到凈化.混凝法是廢水處理中常采用的方法?？梢杂脕斫档蛷U水的濁度和色度，去除多種高分子有機物、某些重金屬和放射性物質?；炷ㄟ€能改善污泥的脫水性能。第3頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五4廢水混凝劑LL混合L反應L沉降L（澄清）出水污泥二、混凝的工藝過程混合目的是使混凝劑盡快與水混合，需要短時間高強度攪拌反應階段的目的是使藥劑與水中的細小顆?；蚰z體物質作用生成盡可能大的絮體，為沉降分離創(chuàng)造條件，需要低強度長時間攪拌。許多因素影響反應過程L澄清的目的是使所生成的絮體與水分離，完成凈化過程第4頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五5三、混凝劑與助凝劑混凝（coagulation-flocculation）水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。凝聚(coagulation)是指膠體被壓縮雙電層而脫穩(wěn)的過程；絮凝(flocculation)則指膠體由于高分子聚合物的吸附架橋作用聚結成大粒絮體的過程；第5頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五6凝聚是瞬時的，所需的時間是將化學藥劑擴散到全部水中的時間。絮凝則與凝聚作用不同，它需要一定的時間讓絮體長大，但在一般情況下兩者難以截然分開?；炷^程涉及：①水中膠體的性質；②混凝劑在水中的水解；③膠體與混凝劑的相互作用?；炷齽?coagulant)：一般把能起凝聚與絮凝作用的藥劑統(tǒng)稱為混凝劑。助凝劑(coagulantaids)：當單用混凝劑不能取得良好效果時，可投加某類輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。第6頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五7無機鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5-8鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵聚合氯化鐵硫酸鐵（國內生產少）聚合硫酸鐵適宜pH：5-11，但腐蝕性強有機人工合成陽離子型：含氨基、亞氨基聚合物國內尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM）、聚氯乙烯、苛性淀粉兩性型：明膠使用極少天然淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑常用的混凝劑第7頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五8水處理對混凝劑的要求：混凝效果好；對人類健康無害；價廉易得；使用方便。目前常用的混凝劑按化學組成可分為無機鹽類和有機高分子類。第8頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五9(1)無機鹽類三氯化鐵(ferricchloride)硫酸亞鐵(ferroussulfate)硫酸鋁(aluminumsulfate)聚合氯化鋁(poly-aluminumchloride,PAC)活化硅酸(activatedsilicate)聚合硫酸鐵(poly-ferricsulfate,PFS)第9頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五10無水物、結晶水物和液體，其中常用的是FeCl3·6H2O，極易溶于水。優(yōu)點：形成的礬花沉降性好，處理低溫水或低濁度水效果比鋁鹽好，適宜的pH值范圍較寬；缺點：處理后的水的色度比鋁鹽的高，腐蝕性大。1）三氯化鐵(ferricchloride)第10頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五112）硫酸亞鐵(ferroussulfate)FeSO4·7H2O是半透明綠色晶體,易溶于水，在水溫2O℃時溶解度為21％。硫酸亞鐵離解出的Fe2＋只能生成最簡單的單核絡合物，因此，不如三價鐵鹽混凝效果好。殘留在水中的Fe2＋會使處理后的水帶色，F(xiàn)e2＋與水中的某些有色物質作用后，會生成顏色更深的溶解物。因此，使用硫酸亞鐵時應將二價鐵先氧化為三價鐵，然后再起混凝作用。第11頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五123）硫酸鋁(aluminumsulfate,alum)常用的是A12(SO4)3·18H2O,外觀為白色,有光澤結晶體。硫酸鋁易溶于水,水溶液呈酸性,pH在2.5以下,室溫下的溶解度約為5Q%(質量百分比,下同),沸水中溶解度提高至90%以上。優(yōu)點：價格較低，使用方便，混凝效果好,不會給處理后的水質帶來不良影響。缺點：當水溫低時硫酸鋁水解困難，形成的絮體較松散。由于雜質含量高，所以渣量大。第12頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五134）聚合氯化鋁(poly-aluminumchloride,PAC)聚合氯化鋁是一種高分子混凝劑，簡稱PAC。又名堿式氯化鋁(BAC),其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高，因此藥液對設備的侵蝕作用小。應用范圍廣，對各種廢水都可以獲得較好的混凝效果：對水濁度和色度有很好的去除率,對COD、BOD、富營養(yǎng)物質、重金屬離子和放射污染物等也有作用,但效果不是很理想。第13頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五混凝效果為傳統(tǒng)低分子鋁鹽的2-3倍,水溫低時，仍可保持穩(wěn)定的混凝效果。易快速形成大的礬花，沉降性能好，投藥量一般比硫酸鋁低，過量投加時也不會象硫酸鋁那樣造成水渾濁。適宜的pH值范圍較寬(5－9)，且處理后水的pH值和堿度下降較小。14第14頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五155）活化硅酸(activatedsilicate)活化硅酸實質上是硅酸鈉在加酸條件下水解聚合反應進行到一定程度的中間產物。對膠體的混凝是通過吸附架橋使粒子粘連而完成的。優(yōu)點：絮凝體形成快且粗大、密實，在低水溫、低堿度條件下也能良好絮凝，適用pH值范圍寬。與其它的混凝劑配合使用，特別是與鋁鹽和鐵鹽混合使用，可縮短沉降時間，節(jié)省混凝劑用量。第15頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五166）聚合硫酸鐵(poly-ferricsulfate,PFS)化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m優(yōu)點：投加劑量小，絮體生成快，對水質的適應范圍廣以及水解時消耗水中堿度少。它與聚合鋁鹽都是具有一定堿化度的無機高分子聚合物，且作用機理也頗為相似。第16頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五17(2)有機高分子類混凝劑(polyelectrolytes)分類：高分子混凝劑分為天然和人工兩種，其中天然高分子混凝劑的應用遠不如人工的廣泛，主要原因是電荷密度小，分子量較低，且容易發(fā)生降解而失去活性。根據高分子聚合物所帶基團能否離解及離解后所帶離子的電性，有機高分子混凝劑可分為陰離子型(anionic)、陽離子型(cationic)和非離子型(nonionic)第17頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五18特點：高分子混凝劑一般為鏈狀結構，各單體間以共價鍵結合。單體的總數稱為聚合度，高分子混凝劑的聚合度約從1000－5000，甚至更高。高分子混凝劑溶于水中，將生成大量的線形高分子。作用機理：（a）由于氫鍵結合、靜電結合、范德華力等作用對膠粒的吸附結合；（b）線型高分子在溶液中的吸附架橋作用。在一般情況下，不論混凝劑為何種離子型，對不同電性的膠體和細微懸浮物都是有效的。但如為離子型，且電性與膠粒電性相反，就能起降低電位和吸附架橋雙重作用，可明顯提高絮凝效果。第18頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五19聚丙烯酰胺(polyacrylamides,PAM)分子式：示意產量占高分子混凝劑總產量的80％，按性狀，聚丙烯酰胺產品有膠狀(含量5％－10％)、片狀(含量20％－30％)和粉狀(含量90％－95％)三種。聚丙烯酰胺也常作為助凝劑與其他混凝劑一起使用，可產生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質有關。第19頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五20—CH2—CH—CONH2n其中

n稱為聚合度第20頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五21當廢水濁度低時，宜先投加其他混凝劑，再投加聚丙烯酰胺，使膠體顆粒先脫穩(wěn)到一定程度，為聚丙烯酰胺的絮凝作用創(chuàng)造有利條件；當廢水濁度高時，應先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝劑，以讓聚丙烯酰胺先在高濁度水中充分發(fā)揮作用，吸附部分膠粒，使?jié)岫认陆?，其余膠粒由其它混凝劑脫穩(wěn)，再由聚丙烯酰胺吸附，這樣可以降低其它絮凝劑的用量。第21頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五222.助凝劑（1）pH調整劑常用的pH調整劑包括石灰、硫酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等。（2）絮體結構改良劑如活性硅酸、粘土等。（3）氧化劑可投加氯氣、次氯酸鈉、臭氧等氧化劑來破壞有機物，以提高混凝效果。第22頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五23四、投藥方法及設備投藥方法有干(dry)投法和濕(wetted)投法。干投法是把經過破碎易于溶解的藥劑直接投入廢水中。干投法占地面積小，但對藥劑的粒度要求較嚴，投加量較難控制，對機械設備的要求較高，同時勞動條件也較差。目前應用的較少。濕投法是將混凝劑和助凝劑配成一定濃度的溶液，然后按處理水量大小定量添加?；炷齽┑臐穹ㄍ都影ㄋ巹┑呐渲啤⑺巹┑挠嬃亢退巹┑耐都尤齻€過程。第23頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五24混凝劑的水力調制設備第24頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五25混凝劑的壓縮空氣調制第25頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五26混凝劑的機械調制設備第26頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五27五、混合與反應(mixingandreaction)1.混合廢水與混凝劑和助凝劑進行充分混合，是進行反應和混凝沉淀的前提。對混合要求是速度快。一般有兩種混合形式：一種是借水泵的吸水管或壓水管混合。另一種是在混合槽內進行混合。混合槽混合常用的有機械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。第27頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五28水泵混合（1）吸水管混合投藥投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，節(jié)省動力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構筑物的場合，兩者間距不大于150m。（2）管式混合管式靜態(tài)混合器：流速不宜小于1m/s，水頭損失不小于0.3-0.4m，簡單易行。第28頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五29混合槽內混合（1）機械混合槽在池內安裝攪拌裝置，攪拌器可以是槳板式、螺旋槳式或透平式，速度梯度700-1000s-1，時間10-30s以內，優(yōu)點是混合效果好，不受水質影響，缺點是增加機械設備，增加維修工作。第29頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五30（2）分流隔板式混合槽槽為鋼筋混凝土或鋼制，槽內設隔板，藥劑于隔板前投入，水在隔板通道間流動過程中與藥劑達到充分的混合。第30頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五31（3）多孔隔板式混合槽槽為鋼筋混凝土或鋼制，槽內設若干穿孔隔板，水流經小孔時作旋流運動，保證迅速、充分地得到混合。第31頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五322.反應(reaction)水與藥劑混合后進入反應池進行反應。反應池內水流特點是流速由大到小。在較大的反應流速時，使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞吸附，在較小的反應流速時，使碰撞吸附后的顆粒結成更大的礬花。反應池的型式有機械攪拌、隔板反應池，渦流式反應池等。第32頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五33（1）機械攪拌反應池攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝位置分水平軸式和垂直軸式。攪拌強度決定于攪拌器轉速和槳板面積第33頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五34第34頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五35（2）隔板反應池分往復（平流）式和回轉式往復式反應池第35頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五36回轉式反應池第36頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五37（2）隔板反應池及平流式沉淀池隔板反應池穿孔配水墻吸泥機導流墻上部穿孔出水墻第37頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五38第38頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五39（3）渦流式反應池進水出水第39頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五40六、影響混凝的因素第40頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五411.污水水質的影響（1）pH值在混凝過程中，都有一個相對最佳pH值存在，使混凝反應速度最快，絮體溶解度最小。不同混凝劑最佳pH值要通過試驗確定。一般而言,pH對金屬鹽混凝劑的混凝作用影響較大,對高分子混凝劑影響較小。硫酸鋁是給水和污水處理中應用十分廣泛的一種混凝劑,其混凝作用受水pH的影響較太。用于去除濁度時,最佳pH宜在6.5~7.5之間。在此pH范圍內,混凝作用主要是Al(OH)3的網捕和正電荷聚合物的吸附中和作用。但用于去除水中色度膠體時,pH則宜在4.5~5.0范圍內Fe(OH)3溶解度較Al(OH)3小，適用的pH范圍較寬。用以去除濁度時,pH可在6.O~8.4之間;用以去除水的色度時,pH可在3.5~5.0之間，因此,三價鐵鹽混凝作用雖也受pH影響，但不像硫酸鋁那樣敏感。第41頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五421.污水水質的影響（2）水溫(temperature)水溫會影響無機鹽類的水解，水溫低，水解反應慢。另外水溫低，水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降。水溫對混凝效果影響十分顯著。寒冷地區(qū),冬季地表水溫有時低達0~2°C,即使增加混凝劑投加量或改善混凝時的水力條件,也很難彌補水溫低而造成的影響。使用硫酸鋁時,混凝速度隨水溫降低而降低,水溫每降低10°C,混凝速度要降低1~2倍,而且形成的絮凝體細小而松散,沉淀性能很差。水溫20~30°C為宜。第42頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五431.污水水質的影響（3）共存雜質(impurities)水中雜質的成分、性質和濃度對混凝效果有明顯的影響。例如,天然水中含黏土類雜質較多,需要投加的混凝劑的量較少;而污水中含有大量有機物時,需要投加較多的混凝劑才有混凝效果,其投量可達10~103mg/L。但由于影響的因素比較復雜,理論上只限于做些定性推斷和估計。在生產和應用上,主要靠混凝實驗來選擇合適的混凝劑品種和最佳投量。第43頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五442.混凝劑的影響混凝劑種類(kindsofcoagulants)混凝劑投加量(dosage)混凝劑投加順序(sequence)第44頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五45（1）混凝劑種類(kindsofcoagulants)混凝劑的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的性質、濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，且電位較高，則應先投加無機混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如絮體細小，還需投加高分子混凝劑或配合使用活性硅酸等助凝劑。很多情況下，將無機混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴大應用范圍。高分子絮凝劑除在離解時產生H+和OH-外，一般受pH影響較小；鐵、鋁鹽水解時不斷產生H+

，導致pH下降，應用堿性物質中和，可采取投加石灰的方法。投加量：C=84CR/AR-28(B-d)CR為混凝劑中鐵、鋁含量AR為鐵、鋁原子量B為原水堿度d為剩余堿度，一般取0.5~1.0mg當量/l第45頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五46（2）混凝劑投加量(dosage)投加量除與水中微粒種類、性質、濃度有關外，還與混凝劑品種、投加方式及介質條件有關。對任何廢水的混凝處理，都存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題，應通過試驗確定。一般投加量的范圍是:普通鐵鹽、鋁鹽為10~30mg/L；聚合鹽為普通鹽的1/3~1/2;有機高分子混凝劑通常只需1~5mg/L;若投加過量,易造成膠體的再次穩(wěn)定。此外,若兩種或多種混凝劑混合使用時,混凝劑的投加順序在某些時候也會影響混凝效果。第46頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五47（3）混凝劑投加順序(sequence)當使用多種混凝劑時，其最佳投加順序可通過試驗來確定。一般而言，當無機混凝劑與有機混凝劑并用時，先投加無機混凝劑，再投加有機混凝劑。但當處理的膠粒在50m以上時，常先投加有機混凝劑吸附架橋，再加無機混凝劑壓縮擴散層而使膠體脫穩(wěn)。第47頁，共56頁，2022年，5月20日，9點43分，星期五483.水力條件的影響水力條件對混凝效果有重要影響。兩個主要的控制指