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1、1,第七章 化学混凝法,2,主要内容,一、混凝原理和用途二、混凝的工艺过程 L三、混凝剂与助凝剂 L四、投药方法及设备 L五、混合与反应 L六、影响混凝的因素 L七、澄清池 L八、混凝方法的优缺点L,3,一、混凝原理和用途,混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒（colloidal matters)，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。混凝是通过向废水中投加混凝剂(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降与水分离，使废水得到净化.混凝法是废水处理中常采用的方法。可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机
2、物、某些重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。,4,废水,混凝剂L L,混合L,反应L,沉降L（澄清）,出水,污泥,二、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。许多因素影响反应过程L,澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程,5,三、混凝剂与助凝剂,混凝（coagulation-flocculation）水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；
3、絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；,6,凝聚是瞬时的，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。混凝过程涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。混凝剂(coagulant)：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。,7,常用的混凝剂,8,水处理对混凝剂的要求：,混凝效果好；对人类健康无害；价廉易得
4、；使用方便。目前常用的混凝剂按化学组成可分为 无机盐类和有机高分子类。,9,(1)无机盐类,三氯化铁(ferric chloride)硫酸亚铁(ferrous sulfate)硫酸铝(aluminum sulfate)聚合氯化铝(poly-aluminum chloride,PAC)活化硅酸(activated silicate)聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate,PFS),10,无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl36H2O，极易溶于水。优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。,1）
5、三氯化铁(ferric chloride),11,2）硫酸亚铁(ferrous sulfate),FeSO47H2O是半透明绿色晶体,易溶于水，在水温2O时溶解度为21。硫酸亚铁离解出的Fe2只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。残留在水中的Fe2会使处理后的水带色，Fe2与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。,12,3）硫酸铝(aluminum sulfate,alum),常用的是 A12(SO4)318H2O,外观为白色,有光泽结晶体。硫酸铝易溶于水,水溶液呈酸性,pH在2.5以下,室温下的溶
6、解度约为5Q%(质量百分比,下同),沸水中溶解度提高至90%以上。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好,不会给处理后的水质带来不良影响。缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。,13,4）聚合氯化铝(poly-aluminum chloride,PAC),聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称PAC。又名碱式氯化铝(BAC),其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果：对水浊度和色度有很好的去除率,对COD、BOD、富营养物质、重金属离子和放射污染物等也有作用,但效果不是很理想。,混凝效果为传统低分
7、子铝盐的2-3倍,水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。适宜的pH值范围较宽(59)，且处理后水的pH值和碱度下降较小。,14,15,5）活化硅酸(activated silicate),活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产物。对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。优点：絮凝体形成快且粗大、密实，在低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，适用pH值范围宽。与其它的混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。,16,6）聚合硫酸铁(poly-
8、ferric sulfate,PFS),化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。,17,(2)有机高分子类混凝剂(polyelectrolytes),分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，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，有机高分子混凝剂可分为阴离子型(anionic)、阳离子型(cationic)和非离子型(nonio
9、nic),18,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。单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约从10005000，甚至更高。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。,19,聚丙烯酰胺(polyacrylamides,PAM),分子式：示意产量占高分子混凝剂总产量的80，按性状，聚丙烯酰胺产
10、品有胶状(含量510)、片状(含量2030)和粉状(含量9095)三种。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。,20,CH2CH CONH2 n,其中 n 称为聚合度,21,当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。,22,2.助凝剂,（1）pH调整剂常用的
11、pH 调整剂包括石灰、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、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。,23,四、投药方法及设备,投药方法有干(dry)投法和湿(wetted)投法。干投法是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。湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。,24,混凝剂的水力调制设备,25,混凝剂的压缩空气调制
12、,26,混凝剂的机械调制设备,27,五、混合与反应(mixing and reaction),1.混合废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。对混合要求是速度快。一般有两种混合形式：一种是借水泵的吸水管或压水管混合。另一种是在混合槽内进行混合。混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。,28,水泵混合（1）吸水管混合 投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于150m。,（2）管式混合 管式静态混合器：流速不宜小于1m/s，水头损失不小于，简单易行。,29,混合槽内混合,
13、（1）机械混合槽在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度700-1000s-1，时间10-30s以内，优点是混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。,30,（2）分流隔板式混合槽,槽为钢筋混凝土或钢制，槽内设隔板，药剂于隔板前投入，水在隔板通道间流动过程中与药剂达到充分的混合。,31,（3）多孔隔板式混合槽,槽为钢筋混凝土或钢制，槽内设若干穿孔隔板，水流经小孔时作旋流运动，保证迅速、充分地得到混合。,32,2.反应(reaction),水与药剂混合后进入反应池进行反应。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附
14、，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。,33,（1）机械搅拌反应池,搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积,34,35,（2）隔板反应池,分往复（平流）式和回转式,往复式反应池,36,回转式反应池,37,（2）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,38,39,（3）涡流式反应池,进水,出水,40,六、影响混凝的因素,41,1.污水水质的影响,（1）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
15、解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。一般而言,pH对金属盐混凝剂的混凝作用影响较大,对高分子混凝剂影响较小。硫酸铝是给水和污水处理中应用十分广泛的一种混凝剂,其混凝作用受水pH的影响较太。用于去除浊度时,最佳pH宜在6.57.5之间。在此pH范围内,混凝作用主要是Al(OH)3的网捕和正电荷聚合物的吸附中和作用。但用于去除水中色度胶体时,pH则宜在4.55.0范围内Fe(OH)3溶解度较Al(OH)3小，适用的pH范围较宽。用以去除浊度时,pH可在6.O8.4之间;用以去除水的色度时,pH可在3.55.0之间，因此,三价铁盐混凝作用虽也受pH影响，但不像硫酸铝那样敏感。,42,1.污
16、水水质的影响,（2）水温(temperature)水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。水温对混凝效果影响十分显著。寒冷地区,冬季地表水温有时低达02C,即使增加混凝剂投加量或改善混凝时的水力条件,也很难弥补水温低而造成的影响。使用硫酸铝时,混凝速度随水温降低而降低,水温每降低10C,混凝速度要降低12倍,而且形成的絮凝体细小而松散,沉淀性能很差。水温 2030C 为宜。,43,1.污水水质的影响,（3）共存杂质(impurities)水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。例如,天然水中含黏土类杂质较多,需要投加的混凝剂
17、的量较少;而污水中含有大量有机物时,需要投加较多的混凝剂才有混凝效果,其投量可达10103mg/L。但由于影响的因素比较复杂,理论上只限于做些定性推断和估计。在生产和应用上,主要靠混凝实验来选择合适的混凝剂品种和最佳投量。,44,2.混凝剂的影响,混凝剂种类(kinds of coagulants)混凝剂投加量(dosage)混凝剂投加顺序(sequence),45,（1）混凝剂种类(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
18、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。,高分子絮凝剂除在离解时产生H+和OH-外，一般受pH影响较小；铁、铝盐水解时不断产生H+，导致pH下降，应用碱性物质中和，可采取投加石灰的方法。投加量：C=84CR/AR-28(B-d)CR为混凝剂中铁、铝含量AR为铁、铝原子量B为原水碱度d为剩余碱度，一般取0.51.0mg当量/l,46,（2）混凝剂投加量(dosage),投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定。一般投加量的范围是:
19、普通铁盐、铝盐为1030mg/L；聚合盐为普通盐的1/31/2;有机高分子混凝剂通常只需15mg/L;若投加过量,易造成胶体的再次稳定。此外,若两种或多种混凝剂混合使用时,混凝剂的投加顺序在某些时候也会影响混凝效果。,47,（3）混凝剂投加顺序(sequence),当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50m以上时，常先投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。,48,3.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：
20、要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度G在5001000s1，搅拌时间t应在1030s，最多不超过2min内完成。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，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应G和t值分别应在2070s-1和1530min。,49,50,七、澄清池,澄清池(clarifier)是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同时完成混合、反应、沉降分离等过程。其优点是占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量.缺点是对进水水质要求严格，设备结构复杂。,51,澄清池,它利用的是接触凝聚原理，即为了强化混凝
21、过程，在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层(接触凝聚区)，当投加混凝剂的水通过它时，污水中新生成的微絮粒被迅速吸附在悬浮泥渣上，从而能够达到良好的去除效果。,根据泥渣与污水接触方式的不同,泥渣循环型,脉冲澄清池,悬浮澄清池,机械加速澄清池,水力循环加速澄清池,悬浮泥渣型,52,悬浮澄清池,53,钟罩式脉冲澄清池示意图,出水,泥渣,54,机械加速澄清池,水力循环加速澄池清,55,水力循环加速澄池清,水力循环加速澄池清,水力循环加速澄池清,水力循环加速澄池清,56,八、混凝方法的优缺点,优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。缺点：由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。,
