化學(xué)處理方法混凝

化學(xué)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(xì)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(shí)現(xiàn)與水分離，達(dá)到水質(zhì)的凈化。混凝的主要對(duì)象是廢水中的細(xì)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(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)。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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運(yùn)行均可以。缺點(diǎn)：由于不斷向廢水中投藥，經(jīng)常性運(yùn)行費(fèi)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(diǎn)：粒徑小，

布朗運(yùn)動(dòng)，顆粒在廢水中受水分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而作無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)；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(jié)構(gòu)模型膠核定位離子束縛反離子，滑動(dòng)面膠團(tuán)邊界2)膠體的結(jié)構(gòu)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(kuò)散層diffuselayer膠團(tuán)(colloidalmicelle)第六頁，共五十頁，2022年，8月28日3)膠體的脫穩(wěn)機(jī)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(jié)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(jī)理：混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種機(jī)理。第七頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）壓縮雙電層機(jī)理

(modificationoftheelectricaldoublelayer)雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關(guān)。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高時(shí)，則擴(kuò)散層的厚度將減小。該過程的實(shí)質(zhì)是加入的反離子與擴(kuò)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(kuò)散層厚度減小。由于擴(kuò)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(jī)理(electricalneutralization)膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、異號(hào)膠粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)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(jī)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(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的過程。本機(jī)理能解釋當(dāng)廢水濁度很低時(shí)有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象。因?yàn)閺U水中膠粒少，當(dāng)聚合物伸展部分一端吸附一個(gè)膠粒后，另一端因粘連不著第二個(gè)膠粒，只能與原先的膠粒粘連，就不能起架橋作用，從而達(dá)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(duì)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(wǎng)捕機(jī)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(shí)，水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時(shí)作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。以上介紹的混凝的四種機(jī)理，在水處理中往往可能是同時(shí)或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機(jī)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(dāng)單用混凝劑不能取得良好效果時(shí)，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(duì)混凝劑的要求：混凝效果好；對(duì)人類健康無害；價(jià)廉易得；使用方便。目前常用的混凝劑按化學(xué)組成可分為無機(jī)鹽類和有機(jī)高分子類。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日無機(jī)鹽類1）硫酸鋁

工業(yè)產(chǎn)品有精制和粗制兩種。精制硫酸鋁是白色結(jié)晶體。粗制硫酸鋁的Al203含量不少于14.5％－16.5％，不溶雜質(zhì)含量不大于24％－30％。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格較低，使用方便，混凝效果好。缺點(diǎn)：當(dāng)水溫低時(shí)硫酸鋁水解困難，形成的絮體較松散。由于雜質(zhì)含量高，所以渣量大。第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日無機(jī)鹽類2）聚合氯化鋁是一種高分子混凝劑，簡(jiǎn)稱PAC,其化學(xué)式可寫為[Aln(OH)mCl3n-m]

，聚合氯化鋁中OH與Al的比值對(duì)混凝效果有很大關(guān)系，一般可用堿化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，例如n＝4時(shí)，堿化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。一般要求B為40％－60％。特點(diǎn)：吸附能力強(qiáng)，凝聚效果好。第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日無機(jī)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(shí)溶解度為21％。硫酸亞鐵離解出的Fe2＋只能生成最簡(jiǎn)單的單核絡(luò)合物，因此，不如三價(jià)鐵鹽混凝效果好。特點(diǎn)：沉降時(shí)間短，能去除臭味和一定色度，但腐蝕性強(qiáng)，污水色度高時(shí)，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(jī)鹽類4）三氯化鐵無水物、結(jié)晶水物和液體，其中常用的是FeCl3·6H2O，極易溶于水。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：腐蝕性強(qiáng)，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(jī)鹽類5）聚合硫酸鐵化學(xué)式為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m優(yōu)點(diǎn)：投加劑量小，絮體生成快，對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)范圍廣以及水解時(shí)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(jī)高分子聚合物，且作用機(jī)理也頗為相似。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日無機(jī)鹽類6）活化硅酸活化硅酸實(shí)質(zhì)上是硅酸鈉在加酸條件下水解聚合反應(yīng)進(jìn)行到一定程度的中間產(chǎn)物。對(duì)膠體的混凝是通過吸附架橋使粒子粘連而完成的。優(yōu)點(diǎn)：絮凝體形成快且粗大、密實(shí)，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(shí)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(jī)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(yīng)用遠(yuǎn)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(jù)高分子聚合物所帶基團(tuán)能否離解及離解后所帶離子的電性，有機(jī)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(jī)高分子類特點(diǎn)：高分子混凝劑一般為鏈狀結(jié)構(gòu)，各單體間以共價(jià)鍵結(jié)合。單體的總數(shù)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(jī)理：（a）由于氫鍵結(jié)合、靜電結(jié)合、范德華力等作用對(duì)膠粒的吸附結(jié)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(duì)不同電性的膠體和細(xì)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(jiǎn)介(polyacrylamides,PAM)產(chǎn)量占高分子混凝劑總產(chǎn)量的80％，按性狀，聚丙烯酰胺產(chǎn)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(dá)2×104－9×104。相應(yīng)的相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)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(chǎn)生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質(zhì)有關(guān)。第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日當(dāng)廢水濁度低時(shí)，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(dāng)廢水濁度高時(shí)，應(yīng)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(diào)整劑常用的pH調(diào)整劑包括石灰、硫酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等。（2）絮體結(jié)構(gòu)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(jī)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(zhì)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(gè)相對(duì)最佳pH值存在，使混凝反應(yīng)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(yàn)確定。第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）水溫(temperature)水溫會(huì)影響無機(jī)鹽類的水解，水溫低，水解反應(yīng)慢。另外水溫低，水的粘度增大，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，混凝效果下降。（4）共存雜質(zhì)(impurities)有些雜質(zhì)的存在能促進(jìn)混凝過程。而有些物質(zhì)則不利于混凝的進(jìn)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(xì)微懸浮物的性質(zhì)、濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，且電位較高，則應(yīng)先投加無機(jī)混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如絮體細(xì)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(jī)混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴(kuò)大應(yīng)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(zhì)、濃度有關(guān)外，還與混凝劑品種、投加方式及介質(zhì)條件有關(guān)。對(duì)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(yīng)通過試驗(yàn)確定。（3）混凝劑投加順序(sequence)當(dāng)使用多種混凝劑時(shí)，其最佳投加順序可通過試驗(yàn)來確定。一般而言，當(dāng)無機(jī)混凝劑與有機(jī)混凝劑并用時(shí)，先投加無機(jī)混凝劑，再投加有機(jī)混凝劑。但當(dāng)處理的膠粒在50m以上時(shí)，常先投加有機(jī)混凝劑吸附架橋，再加無機(jī)混凝劑壓縮擴(kuò)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(duì)混凝效果有重要影響。兩個(gè)主要的控制指標(biāo)是攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)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(shí)間t應(yīng)在10–30s。反應(yīng)階段：既要?jiǎng)?chuàng)造足夠的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)，又要防止生成的小絮體被打碎，因此攪拌強(qiáng)度要逐漸減小，而反應(yīng)時(shí)間要長(zhǎng)，相應(yīng)G和t值分別應(yīng)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(yīng)沉淀（澄清）出水污泥（三）混凝的工藝過程及設(shè)備混合目的是使混凝劑盡快與水混合，需要短時(shí)間高強(qiáng)度攪拌反應(yīng)階段的目的是使藥劑與水中的細(xì)小顆粒或膠體物質(zhì)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(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間攪拌。許多因素影響反應(yīng)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(shè)備投藥方法有干(dry)投法和濕(wetted)投法。干投法是把經(jīng)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(duì)藥劑的粒度要求較嚴(yán)，投加量較難控制，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求較高，同時(shí)勞動(dòng)條件也較差。目前應(yīng)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?、藥劑的計(jì)量和藥劑的投加三個(gè)過程。第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的水力調(diào)制設(shè)備第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝劑的機(jī)械調(diào)制設(shè)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(diào)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(yīng)1）混合作用：將藥劑迅速均勻的擴(kuò)散到污水中，達(dá)到充分混合，以確?；炷齽┑乃夂途酆?，使膠粒脫穩(wěn)，聚集成礬花。是進(jìn)行反應(yīng)和混凝沉淀的前提。對(duì)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(nèi)進(jìn)行混合?；旌喜刍旌铣Ｓ玫挠袡C(jī)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(yīng)水與藥劑混合后進(jìn)入反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)。促使混合階段細(xì)小礬花形成沉淀性能好的絮凝體。反應(yīng)池內(nèi)水流特點(diǎn)是流速由大到小。在