混凝沉淀技術

混凝沉淀技術混凝沉淀技術在工業(yè)廢水和生活廢水處理中，有一種很重要的物化處理方法：混凝法。這種水處理方法應用廣泛，各種污染指標去除率高。混凝的目的在于通過向水中投加一些藥劑（通常稱為混凝劑及助凝劑），混凝劑在水中通過電離和水解等化學作用使水中難以沉淀的膠體顆粒能互相聚合而形成膠體，然后通過膠體的壓縮雙電層作用、吸附電性中和、吸附架橋作用和沉析物網(wǎng)捕作用等與水體中的雜質和有機物膠體結合形成更大的顆粒絮體，顆粒絮體在水的紊流中彼此易碰撞吸附，形成絮凝體（亦稱絨體或礬花）。絮凝體具有強大吸附力，不僅能吸附懸浮物，還能吸附部分細菌和溶解性物質。絮凝體通過吸附，體積增大而下沉。目錄TOC\o"1-4"\h\z\u混凝沉淀技術 2目錄 31混凝法· 41.1混凝法的概念 41.2混凝的基本原理 41.2.1壓縮雙電層作用： 51.2.2吸附-電中和作用： 71.2.3吸附架橋作用： 71.2.4絮體的網(wǎng)捕作用： 82幾種常見的混凝劑 92.1聚合氯化鋁（又稱堿式氯化鋁PAC） 92.2聚合硫酸鐵（PFS） 92.2.1聚合硫酸鐵使用方法及注意事項 102.2.2聚合硫酸鐵使用注意事項 102.3聚丙烯酰胺（PAM） 113影響混凝效果的因素 113.1水質的影響： 113.2水體堿度的影響： 123.3水體pH值的影響： 123.4水溫對混凝效果也有影響： 123.5絮凝劑的投加量、性質和結構影響： 133.6水力學條件及混凝反應的時間的影響： 134混凝劑的選擇 141.2.2吸附-電中和作用：對于混凝劑投量過多而使膠體重新穩(wěn)定的現(xiàn)象，可以用電中和作用機理解釋：若混凝劑投加量過多，會使水中原來帶負電荷的膠體變化為正電荷的膠體，這是因為膠核表面吸附了過多正離子的結果，從而使膠體又重新穩(wěn)定。若混凝劑投加量適中，帶有正電荷的高分子物質或高聚合離子吸附了帶負電荷的膠體離子以后，就產(chǎn)生電性中和作用，從而導致膠粒ζ電位的降低，并達到臨界電位，再通過吸附作用，使膠體達到脫穩(wěn)凝聚的目的。壓縮雙電層和吸附-電中和的對比情況：膠體ζ電位降低原因總電位是否變化作用單元帶電膠粒異同壓縮雙電層依靠溶液中反離子濃度增加而使膠體擴散層厚度減?。o電作用）否簡單離子同種吸附-電中和異號反離子直接吸附在膠核表面從而使彼此的電性中和是高分子或高聚合離子異種1.2.3吸附架橋作用：對高分子絮凝劑，有的表面不帶電，為非離子型，有的表面帶負電荷，仍然能對負電荷的膠體雜質起混凝作用，這個現(xiàn)象可用吸附架橋作用機理來解釋。高分子絮凝劑為線性分子、網(wǎng)狀結構，其中碳碳單鍵一般情況下是可以旋轉的，聚合度較大，即主鏈較長，在水介質中主鏈是彎曲的，其表面積較大，吸附能力強。在主鏈的各個部位吸附了很多固體顆粒，就象是為固體顆粒架了許多橋梁，讓這些固體顆粒相對地聚集起來形成大的顆粒。（高分子物質或高聚合物在不同情況下對膠粒的吸附架橋作用）1.2.4絮體的網(wǎng)捕作用：無機混凝劑（如鋁鹽或鐵鹽）投量很多時，會在水中形成高聚合度的多羥基化合物的絮體或大量氫氧化物沉淀，形成一張絮凝網(wǎng)狀結構，在沉淀過程中可以吸附、卷帶水中膠體顆粒共同沉淀，此過程稱為絮凝劑的網(wǎng)捕作用機理，是一種機械作用。對于低濁度水，可以利用這個作用機理，在水中投加大量混凝劑，以達到去除膠體雜質的目的。2幾種常見的混凝劑常用的混凝劑有無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑、生物絮凝劑等。無機絮凝劑主要產(chǎn)品有硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硅酸鋁鐵和聚合硫酸氯化鋁等。有機高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類產(chǎn)品為代表，生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的高分子有機物，主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核酸。下面簡單介紹幾種常用的混凝劑。2.1聚合氯化鋁（又稱堿式氯化鋁PAC）聚合氯化鋁是應用最廣泛的一種絮凝劑，它在常溫下化學性能穩(wěn)定，久儲不變質，固體裸露易吸潮，但不變質，無毒無害，溶液為無色至黃褐色透明狀液體，聚合氯化鋁易溶于水并易發(fā)生水解，水解過程中伴隨有電化學、凝聚、吸附、沉淀等物理化學現(xiàn)象。相對于硫酸鋁而言，聚合氯化鋁混凝效果隨溫度變化較小，形成絮體的速度較快，絮體顆粒和相對密度都較大，沉淀性能好，投加量較小。聚合氯化鋁適宜的PH值范圍在5-9之間，最佳處理范圍在6-8之間。PAC處理水體適應力強，反應快、耗藥少、制水成本低，礬花大，沉降快，濾性好，可提高設備利用率。但是PAC過量投加一般不會出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)定現(xiàn)象。聚合氯化鋁水溶液呈弱酸性，PH值在5.5-6.0，對設備的腐蝕性很小。2.2聚合硫酸鐵（PFS）聚合硫酸鐵簡稱固體（聚鐵），形態(tài)淡黃色無定型粉狀固體，極易溶于水，水溶液隨時間有淺黃色變成紅棕色透明溶液。在產(chǎn)品的儲存的使用過程中，聚合硫酸鐵對設備基本無腐蝕作用。聚合硫酸鐵投藥量低，而且基本不用控制液體的PH值。與鋁鹽相比，聚合硫酸鐵絮凝速度更快，形成的礬花大，沉降速度更快；另外，它還具有脫色、除重金屬離子、降低水中COD、BOD濃度的作用；但是其出水容易顯黃色。2.2.1聚合硫酸鐵使用方法及注意事項因原水性質各異，應根據(jù)不同情況，現(xiàn)場調試或作燒杯試驗，取得最佳使用條件和最佳投藥量以達到最好的處理效果。1）使用前，將本產(chǎn)品按一定濃度（10-30%）投入溶礬池，注入自來水攪拌使之充分水解，靜置至呈紅棕色液體，再兌水稀釋到所需濃度投加混凝。水廠亦可配成2-5%直接投加，工業(yè)廢水處理直接配成5-10%投加。2）投加量的確定，根據(jù)原水性質可通過生產(chǎn)調試或燒杯實驗視礬花形成適量而定，制水廠可以原用的其它藥劑量作為參考，在同等條件下本產(chǎn)品與固體聚合氯化鋁用量大體相當，是固體硫酸鋁用量的1/3-1/4。如果原用的是液體產(chǎn)品，可根據(jù)相應藥劑濃度計算酌定。大致按重量比1:3而定。3）使用時，將上述配制好的藥液，泵入計量槽，通過計量投加藥液與原水混凝。4）一般當日配制當日使用，配藥需要自來水，稍有沉淀物屬正?，F(xiàn)象。2.2.2聚合硫酸鐵使用注意事項(1)凝聚階段：是藥液注入混凝池與原水快速混凝在極短時間內形成微細礬花的過程，此時水體變得更加渾濁，它要求水流能產(chǎn)生激烈的湍流。(2)絮凝階段：是礬花成長變粗的過程，要求適當?shù)耐牧鞒潭群妥銐虻耐Ａ魰r間（10-15min），至后期可觀察到大量礬花聚集緩緩下沉，形成表面清晰層。(3)沉降階段：它是在沉降池中進行的絮凝物沉降過程，要求水流緩慢，為提高效率一般采用斜管（板式）沉降池（最好采用氣浮法分離絮凝物），大量的粗大礬花被斜管（板）壁阻擋而沉積于池底，上層水為澄清水，剩下的粒徑小、密度小的礬花一邊緩緩下降，一邊繼續(xù)相互碰撞結大，至后期余濁基本不變。2.3聚丙烯酰胺（PAM）聚丙烯酰胺按離子特殊性分類，可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性酰胺四種。陽離子酰胺主要用于水處理，陰離子酰胺主要用于造紙、水處理，兩性酰胺主要用于污泥脫水處理。聚丙烯酰胺易溶于冷水，分子量對溶解度影響不大，但高分子量的酰胺濃度超過質量分數(shù)10%以后，會形成凝膠狀態(tài)。溶解溫度超過50度，PAM發(fā)生分子降解而失去助凝作用。因此溶解聚丙烯酰胺時要用45-50度的溫水最為適宜。配制聚丙烯酰胺溶液一般配成質量濃度為0.05-2%，陽離子酰胺粘度較小，可配制成濃度較大的溶液，陰離子酰胺粘度較大，可適當配制成濃度較小的溶液。配制溶液時不可濃度過大，否則不容易控制加藥量，容易造成加藥過量。聚丙烯酰胺的加入量很小，一般加藥量在0.1-2ppm。聚丙烯酰胺溶液用于處理廢水時，加藥后的絮凝效果與攪拌時間與攪拌有關。當已經(jīng)形成大塊絮凝時，就不要再繼續(xù)攪拌，否則會使已經(jīng)形成的較大礬花被打碎，變成細小的絮凝體，影響沉降效果。3影響混凝效果的因素影響混凝效果的因素比較復雜，其中主要由水質本身的復雜變化引起，其次還要受到混凝過程中水力條件等因素的影響。3.1水質的影響：工業(yè)廢水中的污染物成分及含量隨行業(yè)、工廠的不同而千變萬化，而且通常情況下同一廢水中往往含有多種污染物。廢水中的污染物在化學組成、帶電性能、親水性能、吸咐性能等方面都可能不同，因此某一種混凝劑對不同廢水的混凝效果可能相關很大。另外有機物對于水中的憎水膠體具有保護作用，因此對于高濃度有機廢水采用混凝沉淀方法處理效果往往不好。有些廢水中含有表面活性劑或活性染料一類污染物質，通常使用的混凝劑對它們的去除效果也大多不理想。3.2水體堿度的影響：堿度（HCO-）指水中含堿物質的多少鋁鹽的水解反應：Al3++3H2O→Al(OH)3+3H+可以看出，水解過程不斷產(chǎn)生H+，會導致水的pH值不斷下降，要使水的pH值保持在最佳范圍，則水中應有足夠堿性物質與H+中和。當原水的堿度不足或混凝劑投量較多，水中產(chǎn)生大量H+時，必須投加石灰等堿性物質來中和水解過程中產(chǎn)生的H+。3.3水體pH值的影響：每種絮凝劑都有它適合的PH值范圍，超出它的范圍就會影響絮凝效果。比如對于鋁鹽，由于不同pH值的鋁鹽水解以后產(chǎn)物的形態(tài)不同，混凝的效果也不一樣。鋁鹽水解以后生成的是具有兩性的氫氧化鋁，在酸性條件下，pH<4時氫氧化鋁易溶于水，其反應為：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O此時鋁鹽在水中以大量的鋁離子Al3+形式存在，由于鋁離子沒有吸附架橋作用，不能使水中雜質粘結在一起，因此混凝效果不好。而在堿性條件下，當PH值大于8時，氫氧化鋁也溶于水，其反應為：[Al(OH)2(H2O)3]-+H2O=[Al(OH)4(H2O)2]-+H3O+所以，當選用鋁鹽如聚合氯化鋁為混凝劑時，pH值應控制在6.5-7.5之間最為合適，這時才能形成穩(wěn)定的氫氧化鋁膠狀沉淀。3.4水溫對混凝效果也有影響：無機鹽混凝劑的水解反應是吸熱反應，水溫低時不利于混凝劑水解。水的粘度也與水溫有關，水溫低時水的粘度大，致使水分子的布朗運動減弱，不利于水中污染物質膠粒的脫穩(wěn)和聚集，因而絮凝體形成不易。水溫低時膠體水化作用增強，妨礙膠體凝聚，升高水溫絮凝效果則會提高，在低溫條件下，必須增加絮凝劑用量。但是，水溫過高，形成的絮凝體細小，污泥含水率增大，難以處理。所以，水溫過高或過低對絮凝均不利。一般水溫條件宜控制在20-30℃。同時為提高低溫水的混凝效果，可以采取以下措施：采用PAC、鐵鹽作混凝劑；投加助凝劑活化硅酸；增加混凝劑投加量，利用絮凝劑的網(wǎng)捕作用去除水中雜質。3.5絮凝劑的投加量、性質和結構影響：各種絮凝劑都有在相應條件下的最佳投加量，低于或者超過這個最佳量都會使絮凝效果變差。用量不足時，絮凝不徹底，用量過量則會造成膠體的再穩(wěn)定，降低絮凝效果。所以，不同的絮凝劑要在使用之前做小試確定其最佳加入量。對于高分子絮凝劑來說，其結構和性質對絮凝作用影響很大。無機高分子絮凝劑的聚合度越大，其電中和能力和吸附架橋功能越強。而對于有機絮凝劑來說，除了聚合度的影響外，線性結構的絮凝劑絮凝作用大，而環(huán)狀或支鏈結構的有機高分子絮凝劑絮凝效果就差。3.6水力學條件及混凝反應的時間的影響：把一定的混凝劑投加到廢水中后，首先要使混凝劑迅速、均勻地擴散到水中?；炷齽┏浞秩芙夂?，所產(chǎn)生的膠體與水中原有的膠體及懸浮物接觸后，會形成許許多多微小的礬花，這個過程又稱為混合?；旌线^程要求水流產(chǎn)生激烈的湍流，在較快的時間內使藥劑與水充分混合，混合時間一般要求幾十秒至2分鐘?；旌献饔靡话憧克驒C械方法來完成。在完成混合后，水中膠體等微小顆粒已經(jīng)產(chǎn)生初步凝聚現(xiàn)象，生成了細小的礬花，其尺寸可達5μm以上，但還不能達到靠重力可以下沉的尺寸（通常需要0.6～1.0mm以上）。因此還要靠絮凝過程使礬花逐漸長大。在絮凝階段，要求水流有適當?shù)奈闪鞒潭?，為細小礬花提供相碰接觸和互相吸附的機會，并且隨著礬花的長大這種紊流應該逐漸減弱下來。反應時間（T）一般控制在10～30mim。4混凝劑的選擇針對