水質(zhì)處理___混凝

1、混 凝 天然水源中，無(wú)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(guò)必要的凈化處理手段來(lái)改善水質(zhì)，使之達(dá)到清潔衛(wèi)生，無(wú)毒無(wú)害的目的。給水凈化工藝應(yīng)該滿足三個(gè)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(xì)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(guò)濾、消毒，四個(gè)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(guò)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(guò)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(xì)小的懸浮物。 范圍在：1nm0.1m（有時(shí)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(zhǎng)成大礬花。 水處理中主要雜質(zhì)：粘土（50nm-4 m） 細(xì)菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白質(zhì)（1nm-50nm）、腐殖酸混凝過(guò)程涉及到三個(gè)方面的問(wèn)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(dòng)力學(xué)性質(zhì) 布郎運(yùn)動(dòng)線度小于410-6m的粒子在分散介質(zhì)中呈現(xiàn)不停息的、無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)

3、動(dòng)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(kuò)散層產(chǎn)生的相對(duì)位移； 膠體微粒可能帶負(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(gè)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(shì)必吸引溶液中的異號(hào)離子（反離子）到微粒周?chē)措x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(tuán)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(xiě)為：膠核 電位形成離子，束縛反離子 自由反離子 吸附層擴(kuò)散層膠粒膠團(tuán)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(guò)程應(yīng)在30秒內(nèi)完成，最多不得超過(guò)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(shí)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(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)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(duì)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(guò)程。脫穩(wěn)膠粒相互聚合為較大顆粒的過(guò)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(jī)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(jī)理一、電中和機(jī)理 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)電荷的部分有強(qiáng)烈的吸附作用，異號(hào)膠粒間相互吸引達(dá)到電中和而凝聚； 大膠粒吸附許多小膠粒或異號(hào)離子，電位降低，吸引力使同號(hào)膠粒相互靠近發(fā)生凝聚。 在水處理中，一般均投加高價(jià)電解質(zhì)或聚合離子。 再穩(wěn)現(xiàn)象：過(guò)多投加混凝劑，膠核的

6、強(qiáng)烈吸附作用，使膠體重新帶電（電荷異號(hào)），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(qiáng)。不但能吸附粘土顆粒，還能吸附有機(jī)物，細(xì)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(lái)形成整體，成為礬花。 三、沉淀物的卷掃作用機(jī)理三、沉淀物的卷掃作用機(jī)理 混凝劑與水反應(yīng)水解，聚合成長(zhǎng)鏈高聚物，通過(guò)吸附架橋作用與膠粒形成粗大絮凝體（礬花），在沉淀過(guò)程中能吸附卷帶水中的膠體、中性微粒，進(jìn)行沉淀分離。 粗大絮凝體越多，卷掃作用越強(qiáng)，高分子凝聚劑（如聚丙烯胺）的

7、卷掃作用就特別強(qiáng)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(guò)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(guò)程； 混凝：包括凝聚與絮凝兩種過(guò)程 混凝劑 要求：混凝效果好，對(duì)人體健康無(wú)害，價(jià)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(dú)使用混凝劑不能取得理想的凈水效果時(shí)，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(dá)到最佳的混凝和堿度，使其達(dá)到最佳的混凝條件。條件。 常常 用用 的的 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 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(duì)混凝效果的影響和堿度對(duì)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?；炷齽┩度朐?，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(jìn)行，因此必須有一定量的堿度來(lái)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(duì)混凝效果的影響水溫對(duì)混凝效果的影響(1)水溫會(huì)影響無(wú)機(jī)鹽類的水解。水溫低，水解反應(yīng)慢。(2)水的粘度增大，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，混凝效果下降。(3)水溫也影響反應(yīng)后的沉降過(guò)程。影響混凝的因素影響混凝的因素3.3.水力條件對(duì)混凝效果的影響水力條件對(duì)混凝效果的影響水力條件對(duì)混凝劑效果有重要影響。主要的控制指標(biāo)為攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間?；旌想A段，

11、要求混凝劑于廢水迅速均勻混合，攪拌時(shí)間t 應(yīng)在10-30s，至多不超過(guò)2min。反應(yīng)階段，一般反應(yīng)池采用的流速，從進(jìn)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(jìn)行混凝模擬實(shí)驗(yàn)。(燒杯實(shí)驗(yàn))影響混凝的因素影響混凝的因素4.4.水中雜質(zhì)對(duì)混凝效果的影響水中雜質(zhì)對(duì)混凝效果的影響(1)有利成分: 可促進(jìn)混凝過(guò)程。 除硫、磷化合物以外的其他各種無(wú)機(jī)金屬鹽，均能壓縮膠體粒子的擴(kuò)散層厚度，促進(jìn)膠體凝聚，且濃度越高，促進(jìn)能力越強(qiáng)。(2)不利成分: 不利于混凝過(guò)程的進(jìn)行。 磷酸離子、亞硫酸離子、高級(jí)有機(jī)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、。混凝試驗(yàn)混凝試驗(yàn)混凝攪拌試驗(yàn)使一種模擬混合、反應(yīng)、沉淀三個(gè)工藝的實(shí)驗(yàn)手段，它能夠提供凈化構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)；判斷凈化系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)；評(píng)價(jià)凈化構(gòu)筑物的功能；評(píng)價(jià)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(jì)合理加注量。具體步驟 1.根據(jù)試驗(yàn)的需要設(shè)置燒杯的個(gè)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(yàn)開(kāi)始的溫度。 2.把混（助）凝劑或其他水處理劑按試驗(yàn)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(shí)間，開(kāi)動(dòng)攪拌器控制轉(zhuǎn)速在120r/min下快速攪拌，轉(zhuǎn)動(dòng)藥劑架支桿