水的混凝澄清及沉淀處理課件

3水的混凝澄清及沉淀處理10-1010-910-710-4粒度（m）真溶液膠體溶液懸浮液

混凝法沉淀法混凝的去除對象

主要對象是廢水中的細(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。降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)，還能改善污泥的脫水性能。電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動面膠粒吸附層膠核d.滑動面----固定層和擴(kuò)散層之間的交界面。e.膠團(tuán)----膠粒和擴(kuò)散層一起構(gòu)成電中性的膠體粒子。電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動面膠粒吸附層膠核ξ電位Ψ電位φ電位---膠核表面上的電位離子和反離子之間形成的電位稱為總電位，即φ電位。

ζ電位---膠體滑動面與溶液主體之間的電位稱為移動電位，即ζ電位?；炷母攀龌炷吻宸ǖ母拍?/p>

混凝澄清－－是指在混凝劑的作用下，使水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法?；炷踓oagulation

：膠體失去穩(wěn)定性的過程稱為凝聚

絮凝flocculation

：脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝?；炷龣C(jī)理膠體水處理中常見膠體粘土顆粒（對于d<4μm），大部分細(xì)菌（0.2~80nm），病毒（10~300nm），蛋白質(zhì)。膠體的性質(zhì)

(1)穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。動力學(xué)穩(wěn)定性：無規(guī)則的布朗運(yùn)動強(qiáng)，對抗重力影響的能力強(qiáng)。聚集穩(wěn)定性包括：①膠體帶電相斥（憎水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體）膠體穩(wěn)定性膠體的脫穩(wěn)和凝聚機(jī)理1.基本概念穩(wěn)定性（stabilization)---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。脫穩(wěn)(destabilization)---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).

---凝聚絮凝---脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為微絮粒的過程,稱為凝聚.2.混凝的機(jī)理混凝可分為壓縮雙電層、電性中和、吸附架橋、網(wǎng)羅卷帶四種機(jī)理。（1）壓縮雙電層機(jī)理

(modificationoftheelectricaldoublelayer)加入電解質(zhì)，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。產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使ξ電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。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，則擴(kuò)散層的厚度將減小。該過程的實(shí)質(zhì)是由于擴(kuò)散層厚度的減小，膠粒得以迅速凝聚。

壓縮雙電層――電位――穩(wěn)定性――凝聚（2）電性中和機(jī)理

(electricalneutralization)指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，膠粒間的排斥力減小，距離減小，吸引力增大，膠粒得以迅速凝聚。使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。其特點(diǎn)是：當(dāng)藥劑投加量過多時，電位可反號。電性中和――Φ電位↓－－電位――穩(wěn)定性――凝聚（3）吸附橋聯(lián)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。架橋模型示意見圖

高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個現(xiàn)象①高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；②但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護(hù)”現(xiàn)象；

高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖

＋＋＋形成“膠粒—高分子—膠?！钡男跄w膠體保護(hù)：當(dāng)高分子物質(zhì)投量過多時，膠粒的吸附面均被被高分子覆蓋，兩膠粒接近時，就受到高分子之間相互排斥而不聚集。這樣就會產(chǎn)生“膠體保護(hù)”。架橋模型膠體保護(hù)示意（4）網(wǎng)羅卷帶機(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，水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕，產(chǎn)生沉淀分離。

以上介紹的混凝的四種機(jī)理，實(shí)際應(yīng)用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(jī)理為主而已。影響混凝的因素1.廢水水質(zhì)的影響2.混凝劑的影響3.水力條件的影響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，都有一個相對最佳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。（3）水溫(temperature)水溫會影響無機(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。2.混凝劑的影響（1）混凝劑種類(kindsofcoagulants)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。2.混凝劑的影響（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，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，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，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)。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(biāo)是攪拌強(qiáng)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(yīng)在10–30s。反應(yīng)階段：既要創(chuàng)造足夠的碰撞機(jī)會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機(jī)會，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)時間要長，相應(yīng)G和t值分別應(yīng)在20－70s-1和15－30min。(1)速度梯度G的含義：直徑分別為d1和d2的兩個微粒，二者在豎直方向上的中心距為dy，且dy≤(d1十d2)／2。如果兩微粒所在的兩相鄰水層之間有速度差du，且du＞0，那末兩水層在垂直水流方向上單位長度的相對速度變化率du／dy就稱為二者的平均速度梯度，以G表示，單位為s-1。

速梯度實(shí)質(zhì)上反映了顆粒的碰撞機(jī)會。常用混凝劑1定義：為了使膠體顆粒脫穩(wěn)而聚集所投加的藥劑。凝聚劑－－壓縮雙電層和電性中和機(jī)理起作用；絮凝劑－－吸附橋聯(lián)機(jī)理起作用；2混凝劑應(yīng)符合以下要求：①混凝效果好；②對人體無危害；③使用方便；④貨源充足，價格低廉。分類:目前混凝劑的種類有不少于200－300種，分為無機(jī)與有機(jī)兩大系列無機(jī)鋁系鐵系硫酸鋁;明礬,硫酸鋁鉀[KAL(SO4)2·12H2O];聚合氯化鋁（PAC）;聚合硫酸鋁（PAS）三氯化鐵;硫酸亞鐵;硫酸鐵（國內(nèi)生產(chǎn)少）;聚合硫酸鐵;聚合氯化鐵;有機(jī)人工合成天然a.陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物;b.陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）;c.非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）;d.兩性型a.淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等;b.微生物絮凝劑名稱代號分子式主要性能三氯化鐵FCFeCl3.6H2O混凝效果不受水溫影響，最佳PH為6.0~8.4，但在4.0~11范圍內(nèi)仍可使用。易溶解，絮體大而密實(shí)，沉降快，但腐蝕性大，在酸性水中易生成HCl氣體而污染空氣聚合硫酸鐵PFS[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m用量小，絮體生成快，大而密實(shí)。腐蝕性比FeCl3小，所需堿性助劑量小于PAC以外的鐵鋁鹽。適宜水溫10~50oC，PH5.0~8.5，但在4.0~11范圍內(nèi)仍可使用精制硫酸鋁ASAl2(SO4).18H2O

含Al2(SO4)250~60%。適宜水溫20~40oC，PH6.0~8.5。水解緩慢，使用時需加堿性助劑，衛(wèi)生條件好，但在廢水處理中應(yīng)用較少，在循環(huán)水中易生成堅(jiān)硬的鋁垢聚合氯化鋁PAC[Al2(OH)nCl6-n]m

對水溫、PH值和堿度的適應(yīng)性強(qiáng)，絮體生成快且密實(shí)，使用時無需加堿性助劑，腐蝕性小。最佳PH值為6.0~8.5，使用時一般無需加堿性助劑聚合硫酸鋁PAS[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m

使用條件與硫酸鋁基本相同，但用量小，性能好。最佳PH值為6.0~8.5，使用時一般無需加堿性助劑聚硫氯化鋁PACS[Al4(OH)2nCl1-2n(SO4)]m系新型品種，絮體生成快，大而密實(shí)。對水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，脫色效果優(yōu)良。最佳PH為5.0~9.0，消耗水中堿度小于其他鐵鋁鹽，無需加堿性助劑鐵鋁聚合鹽質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn):鹽基度鹽基度----產(chǎn)品分子中OH與金屬原子的當(dāng)量百分比,可用下式表示:B=[OH]n/xRm×100%式中:B---鹽基度,%;N---單體分子中OH的個數(shù);Rm---單體分子中Fe或Al的原子個數(shù);X---Fe和Al的化合價.鹽基度決定了產(chǎn)品的化學(xué)組成,混凝效果等重要性質(zhì).混凝劑的凝聚能力表示:凝聚值凝聚值---使膠體開始脫穩(wěn)凝聚所需要的最低混凝劑劑量.討論:混凝劑所產(chǎn)生的反離子價數(shù)越高,凝聚值就越小.例如,使負(fù)電荷膠體凝聚所需的Na+,Ca2+,Al3+的數(shù)量大體呈1:10-2:10-3的比例減少.1.定義:

凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(xué)藥劑可稱為助凝劑。助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。2.分類：①pH調(diào)整劑：調(diào)整水的pH，常用的pH調(diào)整劑有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3等。②絮體結(jié)構(gòu)改良劑：加大礬花的粒徑，密度和機(jī)械強(qiáng)度，如活化硅酸（SiO2nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑；③氧化劑類：破壞干擾混凝的物質(zhì)，如有機(jī)物。如投加Cl2、O3等,例如當(dāng)用FeSO4作混凝劑時，則常用O2和Cl2將Fe2+氧化為Fe3+，以提高混凝效果。助凝劑混凝設(shè)備1混凝劑的配制與投配2混合反應(yīng)設(shè)備3澄清池1.投加方式:固體投加(干投）和液體投加（濕投），一般采用液體投加方式

干投方式流程：藥劑輸送--粉碎--提升--計(jì)量--藥混合

濕投方式流程：溶解池--溶液池--定量控制設(shè)備--投加設(shè)備--混合設(shè)備混凝劑的配制與投配2.濕投方式投藥系統(tǒng)投藥系統(tǒng)包括：溶解池、溶液池、計(jì)量設(shè)備、提升設(shè)備、投加設(shè)備。(1)混凝劑溶解和溶液配制

a.溶解池----溶解混凝劑的設(shè)備（溶解池或陶缸）。溶解池一般為地下式，為加速溶解可設(shè)攪拌裝置（機(jī)械、壓縮空氣、水泵、水力攪拌等）;

溶解池容積可按溶液池容積的20%-30%計(jì)算。

b.溶液池----配制一定濃度溶液的設(shè)施。其容積計(jì)算公式為：

式中：W2——溶液池容積，m3Q——處理的水量m3/ha——混凝劑最大投加量，mg/Lc——溶液濃度，一般取5%~20%n——每日調(diào)制次數(shù)，一般不超過3次(3)計(jì)量設(shè)備----流量計(jì)(轉(zhuǎn)子,電磁)；苗嘴；計(jì)量泵等。(4)投加設(shè)備1）泵前投加----安全可靠，一般適用取水泵房距水廠較近者，圖中水封箱是為防止空氣進(jìn)入，見圖6-9。。2）高位溶液池重力投加----適用取水泵房距水廠較遠(yuǎn)者，安全可靠，但溶液池位置較高，見圖6-10。3）水射器投加----設(shè)備簡單，使用方便，溶液池高度不會受太大限制，但效率低，易磨損，見圖6-11。4）泵投加----不必另設(shè)計(jì)量設(shè)備，適合混凝劑自動控制系統(tǒng)，有利于藥劑與水混合，見圖6-12?；旌显O(shè)備功能：混凝劑與原水混合的過程.要求：使投入的藥劑迅速均勻地擴(kuò)散于被處理水中，以創(chuàng)造良好的混凝條件的過程。一般設(shè)專門的混合裝置，而且緊靠絮凝池，以提高絮凝效果。分類水泵混合；管式混合；機(jī)械混合。

混合和絮凝反應(yīng)設(shè)備1)水泵混合-----將混凝劑溶液在輸水泵的吸入管加入，利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流達(dá)到混合。簡便易行，能耗低，且混合均勻。但水泵離反應(yīng)器不能太遠(yuǎn)，否則容易在輸水管內(nèi)形成細(xì)碎絮凝體。2)管式混合-----將混凝劑溶液加入壓力管，利用管內(nèi)紊流使藥劑擴(kuò)散于水中。為了提高混合效果，可增設(shè)擋板或孔板。無活動部件，結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便。

3)機(jī)械攪拌混合槽攪拌槳快速旋轉(zhuǎn)造成的紊流完成混合。

槽體有效容積按水力停留時間為10～30s計(jì)算。槳葉外緣線速度取1．5～3．0m／s。絮凝反應(yīng)池1.絮凝反應(yīng)池任務(wù)----使細(xì)小的礬花逐漸絮凝成較大而密實(shí)的顆粒。(礬花：原水與藥劑混合后，水中膠體等微小顆粒初步凝結(jié)產(chǎn)生的細(xì)小絮凝體。

)2.種類(1)機(jī)械攪拌式(2)水力攪拌式:隔板絮凝池；折板絮凝池；穿孔旋流絮凝池;網(wǎng)格絮凝池

(1)機(jī)械攪拌反應(yīng)池----利用電動機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動攪拌器對水進(jìn)行攪拌，使水中顆粒相互碰撞，發(fā)生絮凝。

a.分類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。b.運(yùn)行

第一格攪拌強(qiáng)度最大，而后逐步減小，G值也相應(yīng)減小，攪拌強(qiáng)度決定于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。機(jī)械攪拌絮凝池宜分格串聯(lián)使用，以提高絮凝效果。c.設(shè)計(jì)參數(shù)

①絮凝時間10~15分。②池內(nèi)一般設(shè)3～4擋攪拌機(jī)。③攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速按葉輪半徑中心點(diǎn)線速度計(jì)算確定，線速度第一擋0.5m/s逐漸減小至末擋的0.2m/s。④槳板總面積宜為水流截面積的10～20％，槳板長度不大于葉輪半徑的75％，寬度宜取10～30cm。

(2)水力攪拌式（一）隔板絮凝池1.類型：分往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種

往復(fù)式隔板絮凝池隔板反應(yīng)池及平流式沉淀池隔板反應(yīng)池穿孔配水墻吸泥機(jī)導(dǎo)流墻上部穿孔出水墻(二)折板絮凝池1.描述池內(nèi)放置一定數(shù)量的平折板或波紋板，水流沿折板豎向上下流動，多次轉(zhuǎn)折，促進(jìn)絮凝。即將隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。2.分類

a.按折板安裝方式分為同波和異波折板(折板波峰對波谷平行安裝稱“同波折板”，波峰相對安裝稱“異波折板”)；

b.按水流通過折板間隙數(shù)分為單通道和多通道。各類型可組合使用，同波和異波的絮凝效果差別不大，但平板效果較差，只能放置在池末。

(三)穿孔旋流絮凝池

1.描述

由若干方格組成(一般不少于6格），格之間的隔墻上沿池壁開孔，孔口上下交錯布置，孔口尺寸逐格增大，流速逐漸減小,格內(nèi)水流為旋流。2.設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)絮凝時間15～25min。起點(diǎn)孔口流速宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。3.特點(diǎn)穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，施工方便，造價低，可用于中、小型水廠或與其他形式的絮凝池組合應(yīng)用。(四)網(wǎng)格絮凝池1.描述為多格豎井回流式，每個豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條；各豎井之間的隔墻上下交錯開孔；每個豎井網(wǎng)格或柵條數(shù)自進(jìn)水端到出水端逐漸減少，一般分三段（密、疏、無）；水流通過網(wǎng)格時，相繼收縮、擴(kuò)大，形成旋渦,造成顆粒碰撞；水流通過豎井之間孔洞流速及過網(wǎng)流速按絮凝規(guī)律逐漸減小。2.特點(diǎn)網(wǎng)格絮凝池效果好，水頭損失小，絮凝時