化學處理方法混凝

化學處理方法混凝第一頁，共五十頁，2022年，8月28日

（一）混凝原理

1.混凝定義及用途混凝是通過向水中投加混凝劑，使水中難以沉淀的細小顆粒及膠體顆粒脫穩(wěn)并互相聚集成粗大的顆粒而沉淀，實現(xiàn)與水分離，達到水質的凈化?；炷闹饕獙ο笫菑U水中的細小懸浮顆粒和膠體微粒，這些顆粒用自然沉降法很難從水中分離出去?；炷ㄊ菑U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。混凝法還能改善污泥的脫水性能。 第二頁，共五十頁，2022年，8月28日2.混凝方法的優(yōu)缺點優(yōu)點：設備簡單，維護操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運行均可以。缺點：由于不斷向廢水中投藥，經常性運行費用較高，沉渣量大，且脫水較困難。返回目錄第三頁，共五十頁，2022年，8月28日3.混凝原理1)膠體的特點：粒徑小，

布朗運動，顆粒在廢水中受水分子熱運動的碰撞而作無規(guī)則的布朗運動；帶電，同類膠體微粒帶有同性電荷。水化膜，許多水分子被吸引在膠體微粒周圍，形成水化膜。第四頁，共五十頁，2022年，8月28日膠體的雙電層結構模型膠核定位離子束縛反離子，滑動面膠團邊界2)膠體的結構第五頁，共五十頁，2022年，8月28日[膠核]電位形成離子，束縛反離子自由反離子[Fe(OH)3]mnH＋(n－x)Cl－x+Cl－

膠核(nuclear)膠粒(colloidalparticle)吸附層stationarylayer擴散層diffuselayer膠團(colloidalmicelle)第六頁，共五十頁，2022年，8月28日3)膠體的脫穩(wěn)機理膠體顆粒保持分散的懸浮狀態(tài)的特性稱為膠體的穩(wěn)定性（stabilization)。膠體因電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程稱為脫穩(wěn)(destabilization)凝聚、絮凝和混凝凝聚(coagulation)是指膠體電位降低或消除而脫穩(wěn)的過程，聚集為較大顆粒而下沉；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；混凝（coagulation-flocculation）則包括凝聚與絮凝兩種過程?；炷臋C理：混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網捕四種機理。第七頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）壓縮雙電層機理

(modificationoftheelectricaldoublelayer)雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關。當向溶液中投加電解質，使溶液中離子濃度增高時，則擴散層的厚度將減小。該過程的實質是加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度減小。由于擴散層厚度的減小，膠粒得以迅速凝聚。第八頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）吸附電中和機理(electricalneutralization)膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）吸附架橋（橋連）機理

(polymerbridgingofcolloids)吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的過程。本機理能解釋當廢水濁度很低時有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象。因為廢水中膠粒少，當聚合物伸展部分一端吸附一個膠粒后，另一端因粘連不著第二個膠粒，只能與原先的膠粒粘連，就不能起架橋作用，從而達不到混凝的效果。第十頁，共五十頁，2022年，8月28日高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖

＋＋＋第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日（4）沉淀物網捕機理

(entrapmentintheflocstructure)沉淀金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或帶金屬的碳酸鹽(如CaCO3)時，水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質所網捕。以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中往往可能是同時或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機理為主而已。

第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）混凝劑與助凝劑混凝劑(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。第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日1.混凝劑第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日2.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。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類1）硫酸鋁

工業(yè)產品有精制和粗制兩種。精制硫酸鋁是白色結晶體。粗制硫酸鋁的Al203含量不少于14.5％－16.5％，不溶雜質含量不大于24％－30％。優(yōu)點：價格較低，使用方便，混凝效果好。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。第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類2）聚合氯化鋁是一種高分子混凝劑，簡稱PAC,其化學式可寫為[Aln(OH)mCl3n-m]

，聚合氯化鋁中OH與Al的比值對混凝效果有很大關系，一般可用堿化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，例如n＝4時，堿化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。一般要求B為40％－60％。特點：吸附能力強，凝聚效果好。第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類3）硫酸亞鐵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。特點：沉降時間短，能去除臭味和一定色度，但腐蝕性強，污水色度高時，不易除凈。適用于堿度高、濁度大的污水。

第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類4）三氯化鐵無水物、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：腐蝕性強，易吸水潮解，處理后的水的色度比鋁鹽的高，。第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類5）聚合硫酸鐵化學式為[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。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日無機鹽類6）活化硅酸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。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日有機高分子類分類：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)第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日有機高分子類特點：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。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日聚丙烯酰胺簡介(polyacrylamides,PAM)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。其聚合度可達2×104－9×104。相應的相對分子質量高達1.5×106－6.0×106。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。第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日當廢水濁度低時，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。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日3.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。第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日4.影響混凝的因素1）廢水水質的影響（1）濁度(turbidity)濁度過高或過低都不利于混凝，濁度不同，所需的混凝劑用量也不同。（2）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。第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）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。（4）共存雜質(impurities)有些雜質的存在能促進混凝過程。而有些物質則不利于混凝的進行。第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日2）混凝劑的影響（1）混凝劑種類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。第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（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。（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)。第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日3）水力條件的影響水力條件對混凝效果有重要影響。兩個主要的控制指標是攪拌強度和攪拌時間?；旌想A段：要求混凝劑與廢水迅速均勻混合，為此要求速度梯度G在500–1000s－1，攪拌時間t應在10–30s。反應階段：既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止生成的小絮體被打碎，因此攪拌強度要逐漸減小，而反應時間要長，相應G和t值分別應在20－70s-1和15－30min。第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日廢水混凝劑混合反應沉淀（澄清）出水污泥（三）混凝的工藝過程及設備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，完成凈化過程第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日1.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。第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的水力調制設備第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的機械調制設備第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的壓縮空氣調制第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的投加重力投加壓力投加第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日2.混合與反應1）混合作用：將藥劑迅速均勻的擴散到污水中，達到充分混合，以確保混凝劑的水解和聚合，使膠粒脫穩(wěn)，聚集成礬花。是進行反應和混凝沉淀的前提。對混合要求是速度快。一般有兩種混合型式：一種是借水泵的吸水管或壓力管混合。另一種是在混合槽內進行混合?；旌喜刍旌铣Ｓ玫挠袡C械混合槽，水力混合槽（隔板式混合池，穿孔板式混合池、渦流式混合池等）。

第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）分流隔板式混合槽第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）穿孔板式混合池第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日2）反應水與藥劑混合后進入反應池進行反應。促使混合階段細小礬花形成沉淀性能好的絮凝體。反應池內水流特點是流速由大到小。在