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1、污水的化学处理法,2.1 化学混凝法2.2 中和法2.3 化学沉淀法2.4 氧化-还原法,2.1 化学混凝法(Coagulation),概述 混凝原理 混凝剂和助凝剂 影响混凝的主要因素 混凝工艺过程与设备,一、概 述,1、废水分散体系 根据分散相粒度不同，废水可分为三类：,粗分散体系（悬浮液）：分散相粒度100nm。,胶体分散体系（胶体溶液）：分散相粒度为1100nm。,分子 - 离子分散体系（真溶液）：分散相粒度为0.11nm。,悬浮液,胶体溶液,真溶液,吸附法等处理,混凝法处理,自然沉淀或过滤处理,3、混凝法的用途可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质
2、。如造纸、钢铁、纺织、化工、食品等工业废水及城市污水的三级处理能改善污泥的脱水性能。如污泥处理,2、去除对象：主要为废水中细小的悬浮颗粒和胶体颗粒。,4、优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行皆可。 缺点：运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。,二、混凝原理,混凝是通过向废水中投加化学药剂混凝剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。,1、废水中胶体颗粒的稳定性,（1）胶体特性光学性质：在水溶液中能引起光的反射的性质。力学性质：主要是指胶体的布朗运动。表面性能：比表
3、面积大，具有极大的表面自由能，使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。动电现象：胶体的动电现象包括电泳与电渗。电泳现象说明胶体微粒是带电的。,胶体的稳定性正是上述特性的综合表现，尤其是胶粒之间的静电斥力的作用结果。如要了解胶体带电现象和使胶体脱稳的途径，就必须研究胶体的结构。,胶体的双电层结构模型,胶核,电位离子,束缚反离子,胶团边界,（2）胶体的结构,滑动面,吸附层,扩散层, 胶体粒子的结构式：,Fe(OH)3m nH (nx)Clx+ x Cl,胶核(nuclear),胶粒(colloidal particle),吸附层stationary layer,扩散层diffuse layer,胶
4、团(colloidal micelle),例：氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。,解：氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示：,电位形成离子,自由反离子,束缚反离子,其中，m为胶核中的分子数；n为被吸附的电位离子数；(n-x)为吸附层中反离子数；x为扩散层中的反离子数。,(3) 电位（总电位）与 电位（电动电位）,胶粒与溶液主体之间的电位差，称为电动电位，常称电位。胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称为总电位或称电位 。在总电位一定时，扩散层愈厚， 电位愈高；反之扩散层愈薄， 电位也愈低。 电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和接触碰撞。,电位对于某类胶体而言，是固
5、定不变的，它无法测出，也不具备实用意义。 电位可通过电泳或电渗计算得出，测定电位可确定电荷大小以及稳定程度。它随着温度、PH值及溶液中反离子浓度等外部条件而变化，在水处理中具有重要的意义。,q电动电荷密度扩散层厚度水的介电常数,(4) 胶体保持稳定的原因,1）胶体微粒的带电性。同类的胶体微粒间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。 2）水化作用。带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻碍各胶粒的聚合。,上述分析说明，水中胶体物质是相当稳定的，要想去除它，首先要使它们脱稳，然后凝聚和絮凝。,2.胶体的脱稳机理, 胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳
6、定性（stabilization)。 胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳(destabilization)。 凝聚：指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。絮凝：指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。混凝：包括凝聚和絮凝两个过程。混凝机理：可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。,（1）压缩双电层机理(modification of the electrical double layer),双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分
7、反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。,溶液中离子浓度与扩散层厚度的关系,溶液中离子浓度低,溶液中离子浓度高,B,A,溶液中离子浓度低时，扩散层厚度为OA,溶液中离子浓度高时，扩散层厚度减小为OB,港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。,因为淡水进入海水时，海水中盐类浓度较大，使淡水中胶粒的稳定性降低，易于凝聚，所以在港湾处泥砂易沉积。,该机理无法解释的现象：如以三价铝盐或铁盐作混凝剂，当其投量过多时，凝聚效果反而下降，其至重新稳定。,压缩双电层机理只是通过单纯静电现象来说明电解质对脱稳的作用，如仅用它来解释水中的混凝现象，会产生一些矛盾。为此，
8、又提出了其他几种机理。,（2）吸附电中和机理(electrical neutralization),胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。铝盐和铁盐混凝剂投加量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。,因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。,（3）吸附架桥（桥连）机理(polymer bridging of colloids),吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物
9、在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。L本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。,因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。,高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图,在吸附桥联过程中，胶粒并不一定要脱稳，也无需直接接触。该机理可解释非离子型或带同号电荷离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。,初期吸附,絮体形成,（4）沉淀物网捕机理(entrapment in the floc structure),沉淀金属氢氧化物(如
10、Al(OH)3、Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。,返回目录,三、混凝剂与助凝剂,凝聚(coagulation)是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。絮凝(flocculation) 则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。混凝（coagulation - flocculation）习惯上将低分子电解质称为凝聚剂，而将高分子药剂称为絮凝剂。混凝剂(coa
11、gulant )：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。,1.混凝剂,类型,(1)无机盐类,1）普通铝、铁盐普通铝盐：硫酸铝、明矾等普通铁盐：三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等2）聚合铝、铁盐聚合氯化铝聚合硫酸铁,(2)有机高分子类 (polyelectrolytes),分类：天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是其电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，可分为阴离子型
12、(anionic)、阳离子型(cationic)和非离子型(nonionic),特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子。作用机理：（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。,在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。,2.助凝剂,（1）pH调整剂常用石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。（2）絮体结构改良剂如活性硅酸、粘土等。（3）氧化剂可投加氯气、次氯酸
13、钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。,返回目录,四、影响混凝的因素,废水水质混凝剂水利条件,1.废水水质的影响,（1）浊度(turbidity)浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。,1.废水水质的影响,（3）水温(temperature)水温会影响无机盐类的水解水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质(impurities)有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。,2.混凝剂的影响,（1）混
14、凝剂种类(kinds of coagulants)混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。,（2）混凝剂投加量(dosage)与水中微粒种类、性质、浓度有关；与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。,（3）混凝剂投加顺序(sequence)最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机与有机并用时，先加无机混凝剂，再加有机混凝剂。但当处
15、理的胶粒在50m以上时，常先加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。,3.水力条件的影响,水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求搅拌强度要大，但时间要短。速度梯度G应在5001000s1，搅拌时间t应在1030s。反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要小，而时间要长，相应G和t值分别应在2070s-1和1530min。,五、混凝工艺过程及设备,混凝的工艺过程混凝设备,废水,混凝剂,混合,反应,沉降（澄清）,出水,污泥,1
16、、混凝的工艺过程,混合目的是使混凝剂尽快与水混合，需要短时间高强度搅拌,反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件，需要低强度长时间搅拌。,澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程,2、混凝的设备,混凝剂的配置与投加设备混合设备反应设备澄清设备,（1）混凝剂的配制与投加设备,投药方法：有干(dry)投法和湿(wetted)投法。1）干投法：把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。2） 湿投法：将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶
17、液，然后按处理水量大小定量添加。包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。整个投加过程见下图。,药剂的溶解和投加过程, 混凝剂的溶解和配制,混凝剂在溶解池中进行溶解，溶解池设有搅拌装置。搅拌方法常用机械搅拌、压缩空气搅拌和水泵搅拌等。药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。无机混凝剂溶液浓度一般用10%20%。有机高分子混凝剂溶液的浓度一般用0.51.0%。, 混凝剂溶液的投加,药剂投入原水中必须有计量和定量设备，并能随时调节投加量。投加要求：计量准确，调节灵活，设备简单。常用计量设备：计量泵、水射器、虹吸定量投药设备和孔口计量设备等。投加方式：泵前重力投加水射器
18、投加计量泵直接投加,2、混合（mixing）设备,当药剂投入废水后，在水中发生水解反应并产生异电荷胶体，与水中胶体和悬浮物接触，形成细小的矾花，这一过程就是混和。它是进行反应和混凝沉淀的前提。, 对混合的要求：快速而均匀。快速是因混凝剂在废水中发生水解反应的速度很快，需要尽量造成急速扰动以生成大量细小胶体，并不要求生成大颗粒；均匀是为了使化学反应能在废水中各部分得到均衡发展。, 混合的动力来源：有水力搅拌和机械搅拌两类。, 混合方式：,一般有两种：水泵混合：借水泵的吸水管或压水管混合。, 水泵混合 利用提升水泵进行混合是一种常用的方法。药剂在水泵的吸水管上或吸水喇叭口处投入，利用水泵叶轮的高速
19、转动达到快速而剧烈的混合目的。,混合槽混合：在混合槽内进行混合。常用混合槽： 机械混合槽 分流隔板式混合槽 多孔隔板式混合槽,机械混合,用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌的混合方法。优点：搅拌强度可以调节，比较机动。缺点：由于使用了机械设备，增加了维修保养工作和动力消耗。,桨板混合池,分流隔板式混合槽,在混合槽内设有数块隔板，水流通过隔板孔道时产生急剧的收缩和扩散，形成涡流，使药剂与原水充分混合。,3、反应（reaction）设备,水与药剂混合后进入反应池进行反应，使小絮体逐渐絮凝成大絮体而便于沉淀。反应池应有一定的停留时间和适当的搅拌强度，且沿着水流方向搅拌强度应越来越小。反应池内水流特点
20、是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。反应池的型式有机械搅拌、隔板反应池，涡流式反应池等。,（1）机械搅拌反应池,反应池用隔板分为24格，每格装一搅拌叶轮，叶轮有水平和垂直两种。水力停留时间一般采用1530min，叶轮半径中点线速度由进水格的0.50.6m/s依次减到出水格的0.10.2m/s。,（2）水力搅拌反应池,主要有隔板反应池、涡流反应池、旋流反应池等。隔板反应池 工作原理：利用水流断面上流速分布不均匀所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。 特点：构造简单，管理方便，效果较好，但反应时间较长，容积较
21、大，且主要适用于处理水量较大的处理厂，因水量过小时，隔板间距过狭，难于施工和维修。,隔板反应池（往复式）,隔板反应池及平流式沉淀池,隔板反应池,穿孔配水墙,吸泥机,导流墙,上部穿孔出水墙,4、澄清池(clarifier),澄清池是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可同时完成混合、反应、沉降分离等过程。优点：占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量。缺点：对进水水质要求严格，设备结构复杂。根据泥渣与废水接触方式的不同，澄清池可分为：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。,机械加速澄清池示意图,混凝剂,甘肃绿净化工有限责任公司制 作,
