化學(xué)處理課件

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化學(xué)處理

22.1、混凝定義和用途1）混凝是通過(guò)向廢水中投加混凝劑，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒而沉降與水分離，使廢水得到凈化?；炷闹饕獙?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。2）用途：混凝法是廢水處理中常采用的方法。（1）可以用來(lái)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)。（2）混凝法還能改善污泥的脫水性能。 返回目錄3廢水混凝劑L

L混合L反應(yīng)L沉降L（澄清）出水污泥2.2、混凝的工藝過(guò)程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。澄清的目的是使所生成的絮體與水分離，完成凈化過(guò)程返回目錄42.3、混凝劑與助凝劑凝聚、絮凝和混凝這三個(gè)詞常引起混淆。凝聚是指膠體雙電層被壓縮，而脫穩(wěn)的過(guò)程；絮凝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(guò)程；混凝則包括凝聚與絮凝兩種過(guò)程。返回工藝5凝聚是瞬時(shí)的，所需的時(shí)間是將化學(xué)藥劑擴(kuò)散到全部水中的時(shí)間。絮凝則與凝聚作用不同，它需要一定的時(shí)間讓絮體長(zhǎng)大，但在一般情況下兩者難以截然分開(kāi)?；炷齽阂话惆涯芷鹉叟c絮凝作用的藥劑統(tǒng)稱(chēng)為混凝劑。助凝劑：當(dāng)單用混凝劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某類(lèi)輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱(chēng)為助凝劑。61）.混凝劑類(lèi)別主要混凝劑無(wú)機(jī)類(lèi)低分子無(wú)機(jī)鹽類(lèi)硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鋁酸鈉、氯化鐵、氯化鋁、碳酸鎂、膨潤(rùn)土堿類(lèi)碳酸鈉、氫氧化鈉、氧化鈣、金屬電解產(chǎn)物氫氧化鋁、氫氧化鐵高分子陽(yáng)離子型聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁陰離子型活性硅酸有機(jī)類(lèi)表面活性劑陰離子型月桂酸鈉、硬脂酸鈉、油酸鈉、松香酸鈉、烷基三甲基氯化銨陽(yáng)離子型十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化銨低聚合度高分子陰離子型藻朊酸鈉、羧甲基纖維素鈉鹽陽(yáng)離子型水溶性苯胺樹(shù)脂鹽酸鹽、聚乙烯亞銨非離子型淀粉、水溶性尿醛樹(shù)脂兩性型動(dòng)物膠、蛋白質(zhì)高聚合度高分子陰離子型聚丙酸鈉、水解聚丙烯酰胺陽(yáng)離子型聚乙烯吡啶鹽、乙烯吡啶聚合物非離子型聚丙烯酰胺、氯化聚乙烯7水處理對(duì)混凝劑的要求：混凝效果好，用量少，效率高；生成的絮體密實(shí)，沉淀快，容易與水分離。價(jià)廉易得，使用方便；對(duì)人類(lèi)健康無(wú)害；目前常用的混凝劑按化學(xué)組成可分為無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和有機(jī)高分子類(lèi)。8(1)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)i）三氯化鐵無(wú)水物、結(jié)晶水物和液體，其中常用的是FeCl3·6H2O，極易溶于水。操作液濃度宜高，可達(dá)45％。

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（5~9）；缺點(diǎn)：處理后的水的色度比鋁鹽的高，腐蝕性大。9ii）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。殘留在水中的Fe2＋會(huì)使處理后的水帶色，F(xiàn)e2＋與水中的某些有色物質(zhì)作用后，會(huì)生成顏色更深的溶解物。因此，使用硫酸亞鐵時(shí)應(yīng)將二價(jià)鐵先氧化為三價(jià)鐵，然后再起混凝作用。10iii）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％。操作液常用10％-20％的濃度。

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。11iv）聚合氯化鋁（PAC）聚合氯化鋁是一種高分子混凝劑，簡(jiǎn)稱(chēng)其化學(xué)式可寫(xiě)為[Al2(OH)nCl6-n]m，式中n可取1到5中間的任何整數(shù)，m為

10的整數(shù)。這個(gè)化學(xué)式實(shí)際是指m個(gè)Al2(OH)nCl6-n（堿式氯化鋁）單體的聚合物。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％。12聚合氯化鋁優(yōu)點(diǎn)：(a)應(yīng)用范圍廣，對(duì)各種廢水都可以獲得較好的混凝效果。(b)易快速形成大的礬花，沉降性能好，投藥量一般比硫酸鋁低，過(guò)量投加時(shí)也不會(huì)象硫酸鋁那樣造成水渾濁。(c)適宜的pH值范圍較寬(在5－9間)，且處理后水的pH值和堿度下降較小。(d)受水溫影響??；水溫低時(shí)，仍可保持穩(wěn)定的混凝效果。(e)其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高，因此藥液對(duì)設(shè)備的侵蝕作用小。13v）活化硅酸活化硅酸實(shí)質(zhì)上是硅酸鈉（水玻璃）用酸（硫酸）中和并熟化，使硅酸鈉轉(zhuǎn)化成硅酸單體，聚合成高分子物質(zhì)。對(duì)膠體的混凝是通過(guò)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。14vi）聚合硫酸鐵(PFS)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(wú)機(jī)高分子聚合物，且作用機(jī)理也頗為相似。15(2)有機(jī)高分子類(lèi)混凝劑i）分類(lèi)：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、陽(yáng)離子型和非離子型16ii）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(chēng)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(xiàn)形高分子。iii）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(xiàn)型高分子在溶液中的吸附架橋作用。17聚丙烯酰胺簡(jiǎn)介(PAM)分子式：示意處理時(shí)凝聚速度快，用量少。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)。18—CH2—CH—CONH2n其中n稱(chēng)為聚合度19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。202）助凝劑在廢水混凝處理中，有時(shí)使用單一的混凝劑不能取得良好的效果，往往需要投加輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱(chēng)為助凝劑。助凝劑的作用只是提高絮凝體的強(qiáng)度，促進(jìn)沉降，本身并不起凝聚作用。21（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)改良劑如鋁鹽產(chǎn)生的絮凝體細(xì)小而松散時(shí)，可用聚丙烯酰胺或活性硅酸等助凝。（3）氧化劑可投加氯氣、次氯酸鈉、臭氧等氧化劑來(lái)破壞有機(jī)物或?qū)嗚F氧化成高鐵，以提高混凝效果。返回目錄222.4、投藥方法及設(shè)備1）投藥方法有干投法和濕投法。（1）干投法是把經(jīng)過(guò)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。（2）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(guò)程。返回工藝232）混凝劑的水力調(diào)制設(shè)備24混凝劑的壓縮空氣調(diào)制25混凝劑的機(jī)械調(diào)制設(shè)備返回目錄軸承軸承出管漿葉漿葉立軸底板262.5、廢水中膠體顆粒的穩(wěn)定性及脫穩(wěn)機(jī)理1）膠體的特點(diǎn)：粒徑小，一般直徑為10-3－10-8mm；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(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)；帶電，同類(lèi)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?chē)纬伤?。返回工?7膠體的雙電層結(jié)構(gòu)模型膠核電位離子層反離子層膠團(tuán)邊界2）膠體的結(jié)構(gòu)吸附層擴(kuò)散層滑動(dòng)面Ψ電位ξ電位28

[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－

膠核膠粒吸附層擴(kuò)散層膠團(tuán)電位離子層反離子層293）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(chēng)為膠體的穩(wěn)定性。膠體因

電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱(chēng)為脫穩(wěn)，脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為較大顆粒的過(guò)程稱(chēng)為凝聚。混凝的機(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。30（1）壓縮雙電層機(jī)理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(guò)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。31溶液中離子濃度與擴(kuò)散層厚度的關(guān)系

溶液中離子濃度低溶液中離子濃度高BA到顆粒表面的距離反離子濃度O溶液中離子濃度低時(shí)，擴(kuò)散層厚度為OA溶液中離子濃度高時(shí)，擴(kuò)散層厚度減小為OB32（2）吸附電中和機(jī)理而電中和作用，是指混凝劑在水中形成帶正電的膠粒，它們能和水中帶負(fù)電的膠粒相互吸引，從而使彼此的電性中和而凝聚。為此，要求兩者的電荷量要大致相等。33（3）吸附架橋（橋連）機(jī)理一些呈線(xiàn)型結(jié)構(gòu)的高分子混凝劑，以及金屬鹽類(lèi)混凝劑在水中形成線(xiàn)型高聚物后，均能強(qiáng)烈吸附膠體微粒。當(dāng)吸附的微粒增多時(shí)，上述線(xiàn)型分子會(huì)彎曲變形和成網(wǎng)，從而起到橋的作用，使微粒間的距離縮短而相互粘結(jié)，逐漸形成粗大的絮凝體。

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。34高分子聚合物對(duì)膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖

＋＋＋35（4）沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理沉淀金屬氫氧化物(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。返回目錄36

上述四種作用所引起的凝聚和絮凝，總稱(chēng)混凝。

現(xiàn)以硫酸鋁為例，說(shuō)明這些作用的意義。

Al2(SO4)3·18H20溶于水后，即離解出[Al(H2O)6]3+。后者通過(guò)水解形成單核羥基絡(luò)合物，最終生成水合氫氧化鋁沉淀。

為使上述反應(yīng)進(jìn)行，水中應(yīng)有足夠的堿度，以中和H+。如水的pH＜4，水解受抑制；

pH＞8．5，水合氫氧化鋁會(huì)進(jìn)一步水解成[Al(OH)4(H2O)2]-而溶解。因此，用硫酸鋁作混凝劑時(shí)，水的有效pH約在5-8之間。上述水解產(chǎn)物能縮聚成多核羥基組合物,

同時(shí)，多核經(jīng)基絡(luò)合物又會(huì)水解。

因此，水解和縮聚反應(yīng)交錯(cuò)進(jìn)行，產(chǎn)物相當(dāng)復(fù)雜；且隨水的pH變化而變化。但一般地說(shuō)，pH較低時(shí)，以高電荷低聚合度的產(chǎn)物為主，因而側(cè)重于電中和和壓縮雙電層作用。研究表明，此時(shí)有利于消除水膜，但所需混凝劑量大。因此，為去除腐殖質(zhì)等有機(jī)物及其色度，應(yīng)控制水的pH在5左右。pH較高時(shí)，以低電荷高聚合度的產(chǎn)物為主，因而側(cè)重于吸附架橋作用，此時(shí)有利于去除負(fù)電荷不高的粘土膠體372.6、混合與反應(yīng)1）混合廢水與混凝劑和助凝劑進(jìn)行充分混合，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水管混合。另一種是在混合槽內(nèi)進(jìn)行混合。混合槽混合常用的有機(jī)械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。返回工藝38（1）分流隔板式混合槽溢流管溢流堰39（2）多孔隔板式混合槽402）反應(yīng)水與藥劑混合后進(jìn)入反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)，其作用是使凝聚顆粒凝結(jié)成沉淀性能良好的絮凝體。反應(yīng)池內(nèi)水流特點(diǎn)是流速由大到小。在較大的反應(yīng)流速時(shí)，使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞吸附，在較小的反應(yīng)流速時(shí)，使碰撞吸附后的顆粒結(jié)成更大的礬花。反應(yīng)池的型式有機(jī)械攪拌、隔板反應(yīng)池，渦流式反應(yīng)池等。41（1）機(jī)械攪拌反應(yīng)池42（2）隔板反應(yīng)池（平流式）回轉(zhuǎn)式43（3）帶回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池的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4445（4）渦流式反應(yīng)池進(jìn)水出水返回目錄圓周出水槽出水管放水閥462.7、影響混凝的因素1）廢水水質(zhì)的影響（1）濁度濁度過(guò)高或過(guò)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(guò)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(guò)試驗(yàn)確定。47（3）水溫水溫會(huì)影響無(wú)機(jī)鹽類(lèi)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)有些雜質(zhì)的存在能促進(jìn)混凝過(guò)程。如：除硫磷以外的其他各種無(wú)機(jī)金屬鹽，均能壓縮膠體粒子的擴(kuò)散層厚度；而有些物質(zhì)則不利于混凝的進(jìn)行。如磷酸根、亞硫酸根、表面活性劑等會(huì)阻礙高分子絮凝作用。482）混凝劑的影響（1）混凝劑種類(lèi)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(wú)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(wú)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。49（2）混凝劑投加量投加量除與水中微粒種類(lèi)、性質(zhì)、濃度有關(guān)外，還與混凝劑種類(lèi)、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(wèn)題，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。（3）混凝劑投加順序當(dāng)使用多種混凝劑時(shí)，其最佳投加順序可通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。一般而言，當(dāng)無(wú)機(jī)混凝劑與有機(jī)混凝劑并用時(shí)，先投加無(wú)機(jī)混凝劑，再投加有機(jī)混凝劑。但當(dāng)處理的膠粒在50

m以上時(shí)，常先投加有機(jī)混凝劑吸附架橋，再加無(wú)機(jī)混凝劑壓縮擴(kuò)散層而使膠體脫穩(wěn)。503）水力條件的影響水力條件對(duì)混凝效果有重要影響。（1）兩個(gè)主要控制指標(biāo)是攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間。（2）混合階段：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。（3）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。返回目錄512.8、沉降與澄清（1）設(shè)備：澄清池在澄清池內(nèi)，可以同時(shí)完成混合、反應(yīng)、沉降分離等過(guò)程。包括：混合室、反應(yīng)室、導(dǎo)流室、分離室四個(gè)功能區(qū)。（2）特點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，處理效果好，生產(chǎn)效率高，節(jié)省藥劑用量.缺點(diǎn)是對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求嚴(yán)格，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（3）分類(lèi)：從基本原理上澄清池可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是懸浮泥渣型，有懸浮澄清池，脈沖澄清池；另一類(lèi)是泥渣循環(huán)型，有機(jī)械加速澄清池和水力循環(huán)加速澄池清返回工藝52

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