16-1化学混凝法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,内容,一混凝原理和用途,二、混凝的工艺过程,三、混凝剂与助凝剂,四、投药方法及设备,五、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理,六、混合与反响,七、影响混凝的因素,八、沉降与澄清,九、混凝方法的优缺点,概念,混混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水别离，使废水得到净化,混凝法是废水处理中常采用的方法：,1.可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。,混合,反响,沉淀,混凝剂与助凝剂,凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。,凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；,絮凝(flocculation)那么指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；,混凝coagulation - flocculation那么包括凝聚与絮凝两种过程。,混凝剂与助凝剂,凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。,絮凝那么与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。,混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。,助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂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，这种辅助药剂称为助凝剂。,类 别,主 要 混 凝 剂,无机类,低分子,无机盐类,硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝、碳酸镁、膨润土,碱类,碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、,金属电解产物,氢氧化铝、氢氧化铁,高分子,阳离子型,聚合氯化铝、聚合硫酸铝,阴离子型,活性硅酸,有机类,表面活性剂,阴离子型,月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、烷基三甲基氯化铵,阳离子型,十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵,低聚合度高分子,阴离子型,藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠盐,阳离子型,水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵,非离子型,淀粉、水溶性尿醛树脂,两性型,动物胶、蛋白质,高聚合度高分子,阴离子型,聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺,阳离子型,聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶聚合物,非离子型,聚并烯酰胺、氯化聚乙烯,胶体结构,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)，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚(coagulation)。,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。,压缩双电层机理,(modification of the electrical double layer),双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，那么扩散层的厚度将减小。,该过程的实质是参加的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有局部反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。,由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。,压缩双电层机理,反离子浓度,到颗粒外表的距离,溶液中反离子浓度较高,吸附电中和机理,(electrical neutralization),胶粒外表对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。,吸附架桥桥连机理,(polymer bridging of colloids),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。 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展局部一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。,图示,沉淀物网捕机理,(,entrapment in the floc structure),沉淀金属氢氧化物(如,Al(OH),3,、Fe(OH),3,),或带金属的碳酸盐(如,CaCO,3,),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捕。,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，只是在一定情况下以某种机理为主而已,。,水处理对混凝剂,要求,1.混凝效果好；,2.对人类健康无害；,3.价廉易得；,4.使用方便。,目前常用的混凝剂按化学组成可分为,无机盐类,和,有机高分子类,。,三氯化铁,(,ferric chloride),无水物、结晶水物和液体，其中常用的是,FeCl,3,6H,2,O，,极易溶于水。,优点：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,pH,值范围较宽；,缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。,硫酸亚铁,(,ferrous sulfate),FeSO,4,7H,2,O,是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温2,O,时溶解度为21。 硫酸亚铁离解出的,Fe,2,只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。,残留在水中的,Fe,2,会使处理后的水带色，,Fe,2,与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。,因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。,硫酸铝,(,aluminum sulfate, alum),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,Al,2,0,3,含量不少于14.516.5，不溶杂质含量不大于2430。,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,。,聚合氯化铝,(poly-aluminum chloride, PAC)聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称PAC(poly-aluminium chloride)其化学式可写为Al2(OH)nCl6-nm，式中n可取1到5中间的任何整数，m为10的整数。这个化学式实际是指 m个 Al2(OH)nCl6-n 单体的聚合物。 聚合氯化铝中OH与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：B=0H100/3Al，例如n4时，碱化度B=4/32100=66.7。一般要求B为4060。,聚合氯化铝优点,聚合氯化铝优点：,(,a),应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。 (,b),易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。 (,c),适宜的,pH,值范围较宽(在59间)，且处理后水的,pH,值和碱度下降较小。 (,d),水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。 (,e),其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。,活化硅酸,(activated silicate)活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反响进行到一定程度的中间产物。 对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。 优点：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，适用pH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，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。,聚合硫酸铁,(,poly-ferric sulfate, PFS),化学式为,Fe,2,(OH),n,(SO,4,),3-n/2,m,优点：投加剂量小，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,。,它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,。,有机高分子类混凝剂,分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。 根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为,阴离子型(,anionic),、,阳离子型(,cationic),和,非离子型(,nonionic),高分子絮凝剂选用的根本原那么是：阴离子和非离子型主要用于去除浓度较高的细微悬浮物，但前者更适于中性和碱性水质，后者更适于中性至酸性水质；阳离子型主要用于去除胶体状有机物，pH值为酸性至碱性均可；如果絮凝对象的E电位较高，那么应优先选用电性相反的离子型絮凝剂；此外，还应考虑来源、本钱利是否引入有害物质等因素。,高分子混凝剂,混凝剂投加顺序,当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；,当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附局部胶粒，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，这样可以降低其它絮凝剂的用量。,助凝剂,1pH调整剂 常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。,2絮体结构改进剂 如活性硅酸、粘土等。,3氧化剂 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。,投药方法及设备,投药方法有,干(,dry),投法,和,湿(,wetted),投法,。,干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。 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，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。,湿投法是将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。混凝剂的湿法投加包括,药剂的配制,、,药剂的计量,和,药剂的投加,三个过程,。,混凝剂水力调制设备,压缩空气调制,机械调制设备,混凝助工艺条件,(1) 水温 水温一般以2030为宜，水温过低，混凝剂水解缓慢，生成的絮体细碎枚散，不易沉降,(2) pH值和碱度 每种混凝剂都有其适宜的pH值，这是因为pH值的上下不但直接影响着污染物存在的形态和外表性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和存在时间。高分子絮凝剂除离解时产生H和OH-者外，一般受pH值的影响很小。,混凝剂的种类和加量,种类的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的种类、性质和浓度。如果水中的污染物主要是细微悬浮物或次生化学沉淀物，可单独采用高分子絮凝剂；如果污染物主要呈胶体状态，且电位较高，那么应首先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，勿韶体细小，还需投加高分子絮凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。在很多情况下，将无机混凝剂和絮凝剂并用，使混凝效果明显提高，应用范围扩大。,混凝剂的参加量除与水中微粒种类、性质和浓度有关外，还与混凝剂的品种、投加方式及介质条件有关，应视具体情况而定。一般的剂量范围是：普通铁、铝盐为1030mgL，聚合盐那么大体为普通盐的1213；有机高分子絮凝剂通常只需l5mgL，且对剂量较为敏感，稍有过量，就容易造成肢体再稳。,搅拌强度和搅拌时间,混凝澄清的工艺过程可分为混合、反响 和絮体别离三个阶段。混合和反响阶段都需要搅拌，此时，水中微粒通过速度梯度实现碰撞。,在混合阶段，为了到达混凝剂与原水的快速均匀混分，搅拌强 度要大，但时间要短，通常认为G应在5001000s-1，搅拌时间t应在1030s。在反响阶段，既要为微絮粗的接触碰撞提供必要的紊流条件和絮体成长所需的足够时间，又要防止已经生成的絮凝体被击碎，因此搅拌强度要小，但时间要长，相应的G和t值分别为2070s-1和1530min。G和t的乘积Gt可间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数。如Gt值在104-105之间，那么可认为符合混合和反响的要求。,混合设备,废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反响和混凝沉淀的前提。,对混合要求是速度快。一般有两种混合型式： 一种是借水泵的吸水管或压水管混合。 另一种是在混合槽内进行混合。,混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽,水泵混合,(1)水泵混合将混凝剂溶液在输水泵的吸入管参加，利用叶轮旋转产生的涡流到达混合。这种方式简便易行，能耗低，且混合均匀。但水泵离反响器不能太远，否那么容易在输水管内形成细碎絮凝体。,管道混合,ms，m。,为了提高混合效果，可在管内增设孔板或23块交错排列的挡板管道混合无活动部件，结构简单，安装使用方便。,机械混合,分流隔板式混合槽,多孔隔板式混合槽,机械混合槽,机械搅拌混合槽这种混合槽 由搅拌桨快速旋转造成的紊流完成混合，槽体结构如图。为了提高混合效果，槽内宜设壁挡板。当混合与反响在同一槽内完成时，为了控制物料流向和一定的回流比，还应增设导流筒,反响池,水与药剂混合后进入反响池进行反响。,反响池内水流特点是流速由大到小。在较大的反响流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反响流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。,反响池的型式有机械搅拌、隔板反响池，涡流式反响池等。,机械搅拌,机械搅拌,机械搅拌反响池多为长方形，用隔板分为数格，每格装一搅拌叶轮，,每台搅拌设备上的浆板总面积为水流截面面积的1020，宽度为100mm300mm；,m s m s ，,有效池容按水力停留时间为1520min计算；,m的超高。,平流式隔板反响池,回转式隔板反响池,涡流式反响池,沉降与澄清,澄清池(clarifier)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、反响、沉降别离等过程。 其优点是占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量. 缺点是对进水水质要求严格，设备结构复杂。 从根本原理上澄清池可分为两大类： 一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池； 另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和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,水力循环澄清池,钟罩式,澄清池,