水質(zhì)處理___混凝

1、混 凝 天然水源中，無論是地下水還是地表水都不可避免地含有各種雜志，為了保障人的身體健康，做為飲用水的水源必須經(jīng)過必要的凈化處理手段來改善水質(zhì)，使之達到清潔衛(wèi)生，無毒無害的目的。給水凈化工藝應(yīng)該滿足三個方面的需要： 1.改善水質(zhì)的外觀形狀： 去除水中的懸浮雜質(zhì)，異味、降低渾濁度、色度 2.改善水中可溶性組份： 去除水中可溶性雜質(zhì)及有毒有害物質(zhì) 3.改善水質(zhì)衛(wèi)生條件： 殺滅水中細菌，大腸桿菌及其他致病菌等，并抑制其復(fù)蘇、繁殖常用的凈化工藝流程主要有混凝、沉淀（澄清）、過濾、消毒，四個部分，一般采用如下所示的凈化工藝流程： 在給水處理中，向原水投加混凝劑，以破壞水中膠體顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)，在一定水力條

2、件下，通過膠粒間以及和其它微粒間的相互碰撞和聚集，從而形成易于從水中分離的如絮體物質(zhì)的過程，稱為混凝混凝。何為混凝何為混凝混凝可去除的顆粒大小是膠體及部分細小的懸浮物。 范圍在：1nm0.1m（有時認(rèn)為在1m） 混凝目的：投加混凝劑使膠體脫穩(wěn)，相互凝聚生長成大礬花。 水處理中主要雜質(zhì)：粘土（50nm-4 m） 細菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白質(zhì)（1nm-50nm）、腐殖酸混凝過程涉及到三個方面的問題：水中膠體的性質(zhì) 混凝劑在水中的水解與形態(tài) 膠體與混凝劑的相互作用膠體的性質(zhì)膠體的性質(zhì)動力學(xué)性質(zhì) 布郎運動線度小于410-6m的粒子在分散介質(zhì)中呈現(xiàn)不停息的、無規(guī)則的熱運

3、動狀態(tài)水化作用 顆粒帶有電荷，可在顆粒表面形成一定的水化膜靜電斥力 膠核吸附離子形成電位，電位差的作用下而引起的膠體溶液系統(tǒng)吸附層與擴散層產(chǎn)生的相對位移； 膠體微?？赡軒ж?fù)電也可能帶正電，產(chǎn)生排斥力，不能聚合的原因。天然水體中膠體多帶負(fù)電。膠體的結(jié)構(gòu)膠體的結(jié)構(gòu)膠體的雙電層理論： 在粒子的中心是膠核，它由數(shù)百乃至數(shù)千個分散相固體物質(zhì)分子組成。膠核表面吸附了某種離子而帶有電荷。由于靜電吸引力的作用，勢必吸引溶液中的異號離子（反離子）到微粒周圍反離子層。 電位離子層與反離子層組成了膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu) 膠核與溶液主體間由于表面電荷的存在所產(chǎn)生的電位稱為電位，而膠粒與溶液主體間由于膠粒剩余電荷的存在所

4、產(chǎn)生的電位稱為電位。膠團的結(jié)構(gòu)：按按照以上的描述膠體粒子的結(jié)構(gòu)式可寫為：膠核 電位形成離子，束縛反離子 自由反離子 吸附層擴散層膠粒膠團混凝的步驟混凝的步驟1、加藥 a.減弱或消除原水中膠體顆粒的電位而使顆粒失去穩(wěn)定性 b.藥劑水解后能提供吸附水中雜質(zhì)的介質(zhì)2、混合 混合的要求是使藥劑快速均勻的分散到水中，發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)，使水中膠體雜質(zhì)形成微小絨體。這一過程應(yīng)在30秒內(nèi)完成，最多不得超過2分鐘。3、反應(yīng) 反應(yīng)階段任務(wù)是創(chuàng)造水力條件，使絨體能在一定時間內(nèi)凝聚成“礬花”混凝的基本原理混凝的基本原理膠體保持穩(wěn)定原因： 動力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運動對抗重力。 聚集穩(wěn)定性：膠體帶電相斥（憎水性膠體） 水化

5、膜的阻礙（親水性膠體） 兩者之中，聚集穩(wěn)定性對膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。 脫穩(wěn)膠粒因電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程。脫穩(wěn)膠粒相互聚合為較大顆粒的過程稱為凝聚凝聚。 未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。絮凝?；炷龣C理：電中和、吸附架橋、沉淀物的卷掃電中和、吸附架橋、沉淀物的卷掃一、電中和機理一、電中和機理 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分有強烈的吸附作用，異號膠粒間相互吸引達到電中和而凝聚； 大膠粒吸附許多小膠?；虍愄栯x子，電位降低，吸引力使同號膠粒相互靠近發(fā)生凝聚。 在水處理中，一般均投加高價電解質(zhì)或聚合離子。 再穩(wěn)現(xiàn)象：過多投加混凝劑，膠核的

6、強烈吸附作用，使膠體重新帶電（電荷異號），而出現(xiàn)的再穩(wěn)現(xiàn)象。 二、吸附架橋作用二、吸附架橋作用 以硫酸鋁為例，其水解后，產(chǎn)生了很多不溶于水的帶正電荷的氫氧化鋁膠體，成鏈條形，在水中形成松散的網(wǎng)狀物，表面積很大，吸附力強。不但能吸附粘土顆粒，還能吸附有機物，細菌甚至溶解性雜質(zhì)等，這樣的鏈條形結(jié)構(gòu)把水中的雜質(zhì)像架橋一樣地連接起來形成整體，成為礬花。 三、沉淀物的卷掃作用機理三、沉淀物的卷掃作用機理 混凝劑與水反應(yīng)水解，聚合成長鏈高聚物，通過吸附架橋作用與膠粒形成粗大絮凝體（礬花），在沉淀過程中能吸附卷帶水中的膠體、中性微粒，進行沉淀分離。 粗大絮凝體越多，卷掃作用越強，高分子凝聚劑（如聚丙烯胺）的

7、卷掃作用就特別強混凝劑與助凝劑混凝劑與助凝劑 區(qū)別凝聚、絮凝和混凝 凝聚：膠體被壓縮雙電層而脫穩(wěn)的過程； 絮凝：膠體由于高分子聚合物的吸附架橋作用聚結(jié)成大顆粒絮體的過程； 混凝：包括凝聚與絮凝兩種過程 混凝劑 要求：混凝效果好，對人體健康無害，價廉易得，使用方便混凝劑：常用混凝劑可分為鋁鹽和鐵鹽兩大類 硫酸鋁 聚合氯化鋁 三氯化鐵 硫酸亞鐵助凝劑：當(dāng)單獨使用混凝劑不能取得理想的凈水效果時，需要投加某些輔助藥劑以提高混凝效果 酸堿類 礬花核心類 氧化劑類 高分子化合物類作用：作用：（調(diào)節(jié)或改善混凝的條件）（調(diào)節(jié)或改善混凝的條件） 改善絮粒結(jié)構(gòu)，增大顆粒粒度及比重。改善絮粒結(jié)構(gòu)，增大顆粒粒度及比重

8、。 調(diào)整水的調(diào)整水的pHpH和堿度，使其達到最佳的混凝和堿度，使其達到最佳的混凝條件。條件。 常常 用用 的的 無無 機機 混混 凝凝 劑劑 混凝劑名稱 分子式及分子量 主要成分含量 形狀 適用 pH 范圍 硫酸鋁 Al2(SO4)18H2O 分子量 666 Al2O3 15% 白色塊、粒、粉狀 67.8 使用最多 明礬 Al2(SO4)3K2SO424H2O 分子量 949 Al2O310% 結(jié)晶塊狀 68 鋁酸鈉 Na2Al2O4 Al2O355% Na2O35% 結(jié)晶 聚合鋁 （PAC） Al2(OH)nCl6-nm Al2O315% 液體 78 硫酸亞鐵 （綠礬） FeSO47H2O

9、分子質(zhì)量 278 FeSO455% Fe20% 半透明綠色結(jié)晶體 511 硫酸鐵 Fe2(SO4)39H2O 分子質(zhì)量 562 Fe2(SO4)370% 粉末狀 511 氯化鐵 FeCl36H2O 分子質(zhì)量 270 FeCl360% 黑褐色結(jié)晶體 8.511 銨礬 Al2(SO4)3(NH4)2SO424H2O 分子質(zhì)量 906.6 Al2O311% 塊狀 粉末狀 10 聚合鐵 （PFS） Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m N2,m=f(n) Fe2(SO4)3 液體 固體 粉末 78 影響混凝的因素影響混凝的因素1.pH1.pH和堿度對混凝效果的影響和堿度對混凝效果的影響pH影響著混凝

10、劑在水中的存在狀態(tài)，不同的pH，混凝劑水解產(chǎn)物不同，所起的混凝作用各異。混凝劑投入原水后，由于水解作用，水中氫離子的數(shù)量增加，提高了水的酸度，pH值隨之降低。這種現(xiàn)象阻礙了水解的進行，因此必須有一定量的堿度來中和水解產(chǎn)生的酸度。影響混凝的因素影響混凝的因素2.2.水溫對混凝效果的影響水溫對混凝效果的影響(1)水溫會影響無機鹽類的水解。水溫低，水解反應(yīng)慢。(2)水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降。(3)水溫也影響反應(yīng)后的沉降過程。影響混凝的因素影響混凝的因素3.3.水力條件對混凝效果的影響水力條件對混凝效果的影響水力條件對混凝劑效果有重要影響。主要的控制指標(biāo)為攪拌強度和攪拌時間。混合階段，

11、要求混凝劑于廢水迅速均勻混合，攪拌時間t 應(yīng)在10-30s，至多不超過2min。反應(yīng)階段，一般反應(yīng)池采用的流速，從進口0.6m/s逐漸減少到出口的0.2m/s。 為確定最佳的工藝條件，需要進行混凝模擬實驗。(燒杯實驗)影響混凝的因素影響混凝的因素4.4.水中雜質(zhì)對混凝效果的影響水中雜質(zhì)對混凝效果的影響(1)有利成分: 可促進混凝過程。 除硫、磷化合物以外的其他各種無機金屬鹽，均能壓縮膠體粒子的擴散層厚度，促進膠體凝聚，且濃度越高，促進能力越強。(2)不利成分: 不利于混凝過程的進行。 磷酸離子、亞硫酸離子、高級有機酸離子影響高分子絮凝作用。 氯、螯合物、水溶性高分子物質(zhì)和表面活性物質(zhì)不利于混凝

12、?；炷囼灮炷囼灮炷龜嚢柙囼炇挂环N模擬混合、反應(yīng)、沉淀三個工藝的實驗手段，它能夠提供凈化構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)；判斷凈化系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)；評價凈化構(gòu)筑物的功能；評價混凝劑，助凝劑和其他化學(xué)藥劑的水處理效果，指導(dǎo)凈化藥劑的經(jīng)濟合理加注量。具體步驟 1.根據(jù)試驗的需要設(shè)置燒杯的個數(shù)，各量取1000mL水樣裝入燒杯中，并將燒杯定位，然后將攪拌槳片插入水樣中，漿片軸要偏離燒杯中心，漿片一側(cè)外框的燒杯壁之間至少要留有6.4mm的間隙。記錄試驗開始的溫度。 2.把混（助）凝劑或其他水處理劑按試驗的目的設(shè)定出投加順序及加藥量，而后將藥劑分別裝入藥劑架的試管中，懸浮藥液應(yīng)均勻投加。 3.接通電源，設(shè)定混合，絮凝的時間，開動攪拌器控制轉(zhuǎn)速在120r/min下快速攪拌，轉(zhuǎn)動藥劑架支桿