化學處理混凝

化學處理混凝1第1頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月本章要講的問題5.1、混凝定義和用途連5.2、廢水中膠體顆粒的穩(wěn)定性及脫穩(wěn)機理5.3、混凝劑與助凝劑5.4、混凝的工藝過程5.5、投藥方法及設(shè)備連5.6、混合與反應(yīng)連5.7、影響混凝的因素連5.8、混凝方法的優(yōu)缺點連2第2頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1、混凝定義和用途1）混凝是通過向廢水中投加混凝劑，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細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。混凝的主要對象是廢水中的細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）可以用來降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機物、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第3頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2、廢水中膠體顆粒的穩(wěn)定性及脫穩(wěn)機理1）膠體的特點：粒徑小，一般直徑為10-3－10-8mm；布朗運動，顆粒在廢水中受水分子熱運動的碰撞而作無規(guī)則的布朗運動；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。返回工藝4第4頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月膠體的雙電層結(jié)構(gòu)模型膠核電位離子層反離子層膠團邊界2）膠體的結(jié)構(gòu)吸附層擴散層滑動面Ψ電位ξ電位5第5頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月[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+XCl－

膠核膠粒吸附層擴散層膠團電位離子層反離子層6第6頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3）膠體的脫穩(wěn)機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。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)，脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為較大顆粒的過程稱為凝聚?；炷臋C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)捕四種機理。7第7頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）壓縮雙電層機理雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關(guān)。當向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高時，則擴散層的厚度將減小。該過程的實質(zhì)是加入的反離子與擴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，從而使擴散層厚度減小。由于擴散層厚度的減小，膠粒得以迅速凝聚。8第8頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月溶液中離子濃度與擴散層厚度的關(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，擴散層厚度為OA溶液中離子濃度高時，擴散層厚度減小為OB9第9頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）吸附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位等有強烈的吸附作用，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，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。10第10頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）吸附架橋（橋連）機理一些呈線型結(jié)構(gòu)的高分子混凝劑，以及金屬鹽類混凝劑在水中形成線型高聚物后，均能強烈吸附膠體微粒。當吸附的微粒增多時，上述線型分子會彎曲變形和成網(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。

本機理能解釋當廢水濁度很低時有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象。因為廢水中膠粒少，當聚合物伸展部分一端吸附一個膠粒后，另一端因粘連不著第二個膠粒，就不能起架橋作用，從而達不到混凝的效果。11第11頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖

＋＋＋12第12頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）沉淀物網(wǎng)捕機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，水中的膠粒和細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。以上介紹的混凝的四種機理，在水處理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理為主而已。返回目錄13第13頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月上述四種作用所引起的凝聚和絮凝，總稱混凝。

現(xiàn)以硫酸鋁為例，說明這些作用的意義。

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，水合氫氧化鋁會進一步水解成[Al(OH)4(H2O)2]-而溶解。因此，用硫酸鋁作混凝劑時，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，多核羥基絡(luò)合物又會水解。

因此，水解和縮聚反應(yīng)交錯進行，產(chǎn)物相當復(fù)雜，且隨水的pH變化而變化。但一般地說，pH較低時，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)等有機物及其色度，應(yīng)控制水的pH在5左右。pH較高時，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，此時有利于去除負電荷不高的粘土膠體。14第14頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3、混凝劑與助凝劑凝聚、絮凝和混凝這三個詞常引起混淆。凝聚是指膠體雙電層被壓縮，而脫穩(wěn)的過程；絮凝則指膠體由于高分子聚合物的吸附架橋作用聚結(jié)成大粒絮體的過程；混凝則包括凝聚與絮凝兩種過程。返回工藝15第15頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月凝聚是瞬時的，所需的時間是將化學藥劑擴散到全部水中的時間。絮凝則與凝聚作用不同，它需要一定的時間讓絮體長大，但在一般情況下兩者難以截然分開。混凝劑：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：當單用混凝劑不能取得良好效果時，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。16第16頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月1）.混凝劑類別主要混凝劑無機類低分子無機鹽類硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鋁酸鈉、氯化鐵、氯化鋁、碳酸鎂、膨潤土堿類碳酸鈉、氫氧化鈉、氧化鈣金屬電解產(chǎn)物氫氧化鋁、氫氧化鐵高分子陽離子型聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁陰離子型活性硅酸有機類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的分子陰離子型藻朊酸鈉、羧甲基纖維素鈉鹽陽離子型水溶性苯胺樹脂鹽酸鹽、聚乙烯亞銨非離子型淀粉、水溶性尿醛樹脂兩性型動物膠、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17第17頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月水處理對混凝劑的要求：混凝效果好，用量少，效率高；生成的絮體密實，沉淀快，容易與水分離；價廉易得，使用方便；對人類健康無害；目前常用的混凝劑按化學組成可分為無機鹽類和有機高分子類。18第18頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)無機鹽類i）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，黑褐色結(jié)晶體。操作液濃度宜高，可達45％。

優(yōu)點：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：處理后的水的色度比鋁鹽的高，腐蝕性大。19第19頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月ii）硫酸亞鐵FeSO4·7H2O是半透明綠色晶體，易溶于水，在水溫2O℃時溶解度為21％。硫酸亞鐵離解出的Fe2＋只能生成最簡單的單核絡(luò)合物，因此，不如三價鐵鹽混凝效果好。殘留在水中的Fe2＋會使處理后的水帶色，F(xiàn)e2＋與水中的某些有色物質(zhì)作用后，會生成顏色更深的溶解物。因此，使用硫酸亞鐵時應(yīng)將二價鐵先氧化為三價鐵，然后再起混凝作用。20第20頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月iii）硫酸鋁18個結(jié)晶水，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：價格較低，使用方便，混凝效果好。缺點：當水溫低時硫酸鋁水解困難，形成的絮體較松散。由于雜質(zhì)含量高，所以渣量大。21第21頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月iv）聚合氯化鋁（PAC）聚合氯化鋁是一種高分子混凝劑，簡稱其化學式可寫為[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)。這個化學式實際是指m個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，堿化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。一般要求B為40％－60％。22第22頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合氯化鋁優(yōu)點：(a)應(yīng)用范圍廣，對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，過量投加時也不會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，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，因此藥液對設(shè)備的侵蝕作用小。23第23頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月v）活化硅酸活化硅酸實質(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)。對膠體的混凝是通過吸附架橋使粒子粘連而完成的。優(yōu)點：絮凝體形成快且粗大、密實，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，可縮短沉降時間，節(jié)省混凝劑用量。24第24頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月vi）聚合硫酸鐵(PFS)化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m優(yōu)點：投加劑量小，絮體生成快，對水質(zhì)的適應(yīng)范圍廣以及水解時消耗水中堿度少。它與聚合鋁鹽都是具有一定堿化度的無機高分子聚合物，且作用機理也頗為相似。25第25頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)有機高分子類混凝劑i）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能否離解及離解后所帶離子的電性，有機高分子混凝劑可分為陰離子型、陽離子型和非離子型26第26頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月ii）特點：高分子混凝劑一般為鏈狀結(jié)構(gòu)，各單體間以共價鍵結(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。iii）作用機理：（a）由于氫鍵結(jié)合、靜電結(jié)合、范德華力等作用對膠粒的吸附結(jié)合；（b）線型高分子在溶液中的吸附架橋作用。27第27頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月聚丙烯酰胺簡介(PAM)分子式：示意處理時凝聚速度快，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2×104－9×104。相應(yīng)的相對分子質(zhì)量高達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)。28第28頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月—CH2—CH—CONH2n其中n稱為聚合度29第29頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月當廢水濁度低時，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；當廢水濁度高時，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。30第30頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2）助凝劑在廢水混凝處理中，有時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，這種輔助藥劑稱為助凝劑。助凝劑的作用只是提高絮凝體的強度，促進沉降，本身并不起凝聚作用。31第31頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（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)生的絮凝體細小而松散時，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、臭氧等氧化劑來破壞有機物或?qū)嗚F氧化成高鐵，以提高混凝效果。返回目錄32第32頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月廢水混凝劑LL混合L反應(yīng)L沉降分離出水污泥5.4、混凝的工藝過程快速而均勻，需要短時間高強度攪拌反應(yīng)階段的目的是使藥劑與水中的細小顆?；蚰z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，需要低強度長時間攪拌。澄清的目的是使所生成的絮體與水分離，完成凈化過程返回目錄33第33頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5、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，但對藥劑的粒度要求較嚴，投加量較難控制，對機械設(shè)備的要求較高，同時勞動條件也較差。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?、藥劑的計量和藥劑的投加三個過程。返回工藝34第34頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2）混凝劑的水力調(diào)制設(shè)備35第35頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝劑的壓縮空氣調(diào)制36第36頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝劑的機械調(diào)制設(shè)備返回目錄軸承軸承出管漿葉漿葉立軸底板37第37頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.6、混合與反應(yīng)1）混合廢水與混凝劑和助凝劑進行充分混合，是進行反應(yīng)和混凝沉淀的前提。對混合要求是速度快。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)進行混合?；旌喜刍旌铣Ｓ玫挠袡C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第38頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）分流隔板式混合槽溢流管溢流堰39第39頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2）反應(yīng)水與藥劑混合后進入反應(yīng)池進行反應(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)水流特點是流速由大到小。在較大的反應(yīng)流速時，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，使碰撞吸附后的顆粒結(jié)成更大的礬花。反應(yīng)池的型式有機械攪拌、隔板反應(yīng)池，渦流式反應(yīng)池等。40第40頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）機械攪拌反應(yīng)池41第41頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）隔板反應(yīng)池平流式回轉(zhuǎn)式42第42頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（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導流墻上部穿孔出水墻43第43頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）渦流式反應(yīng)池進水出水返回目錄圓周出水槽出水管放水閥44第44頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7、影響混凝的因素1）廢水水質(zhì)的影響（1）濁度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值要通過試驗確定。45第45頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）水溫水溫會影響無機鹽類的水解，水溫低，水解反應(yīng)慢。另外水溫低，水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降。（4）共存雜質(zhì)有些雜質(zhì)的存在能促進混凝過程。如：除硫磷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；而有些物質(zhì)則不利于混凝的進行。如磷酸根、亞硫酸根、表面活性劑等會阻礙高分子絮凝作用。46第46頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023