混凝设备课件.pptx
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1、混凝设备一、概述1.基本概念:n混凝:向水中投加混凝药剂,使其中的胶体和细微悬浮物脱稳,并聚集成具有明显沉降性能的絮凝体(矾花),进而通过重力沉降或其它固液分离手段予以去除的废水处理技术。(凝聚和絮凝的总称) n凝聚:投加混凝剂后使水中的胶体脱稳并聚集为微絮粒(小矾花)的过程。n絮凝:凝聚过程中形成的微絮粒(小矾花)成为更大的絮体(大矾花)的过程。2.混凝的作用及去除对象: 污水中的悬浮物和胶体物质; 某些溶解性物质,如砷、汞等; 一定量的细菌; 导致缓流水体富营养化的氮、磷等。 3.混凝的应用给水处理: 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水 废水处理: 混凝沉淀二级生物处理出水过滤4.混凝的
2、特点: 缺点:运行费用高; 沉渣量大,且沉渣处置困难。优点:设备简单,操作方便; 便于间歇运行,效果好。5.混凝的机理:1.胶体的稳定性2.胶体的脱稳混凝机理: 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散层扩散层胶体的结构与稳定性: 胶体的结构: 胶核滑动面图 胶体双电层结构示意电位离子反离子胶团边界扩散层胶粒吸附层u胶体稳定性:是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮 状态的特性。u胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定性”两种。u动力学稳定性:无规则的布朗运动对抗重力影响 的能力。粒子越小,动力稳定性越高。u聚集稳定性包括:胶体带电相斥(憎水性胶体); 水化膜的阻碍(亲水性胶体)。 胶体
3、的稳定性: 主要是由电位导致的 电位越高,扩散层越厚,胶体的稳定性越好 可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除,便失去聚集稳定性,小颗粒便可相互聚集成大的颗粒,从而动力学稳定性也随之破坏,沉淀就会发生。因此,胶体稳定性关键在于聚集稳定性。胶体稳定性关键在于聚集稳定性原因: 混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性,使胶体脱稳、聚集、沉淀析出。脱稳机理: 压缩双电层; 吸附电中和; 吸附架桥; 网捕。 当投入电解质后,使水中与反离子同电荷离当投入电解质后,使水中与反离子同电荷离子的浓度增加,进而引起子的浓度增加,进而引起电位降低,使扩电位降低,使扩散层厚度缩小。从而胶体颗粒失去稳定性,散层厚度缩小。从而胶体
4、颗粒失去稳定性,产生凝聚作用。这种作用称为产生凝聚作用。这种作用称为压缩双电层压缩双电层。500:8:1:32MMM 根据SchulzeHardy法则: 浓度相同的条件下,电解质离子破坏胶体稳定 性的效力随离子价数的增加而加大。 这种能力大致与离子价数的6次方成正比。 0.5-2二价0.01-0.125-150浓度(mol/L)三价一价价态例:注意混凝剂投加过多凝聚效果会下降,造成重新稳定现象。 指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等,由于这种吸附作用中和了部分或全部电荷,降低了电位,减小了静电斥力,因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。 当药剂投加量过多时,电位可反号,而出现
5、再稳现象。注意 如果投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物,或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上,胶粒间就能联结、团聚成絮凝体而被除去,这就是吸附吸附架桥作用架桥作用。 高分子投量过少,不足以形成吸附架桥;但投加过多,会出现“胶体保护”现象,注意 当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时,当投加量很大形成大量的金属氢氧化物(如Al(OH)3 、Fe(OH)3或带金属碳酸盐(CaCO3)沉淀沉淀时,可以网捕、卷扫水中的胶粒,水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀,这称为网捕作用网捕作用。基本上是一种机械作用一种机械作用。混凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比,胶粒越多,金属混凝剂
6、投加量越少。注意 对于混凝剂而言,在废水处理时:(带负电胶体) (1)普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用; (2)高分子物质 A、阳离子型(带正电荷)聚合电解质,具 有电中和作用和吸附架桥功能。 B、非离子型(不带电荷)或阴离子型(带 负电荷)聚合电解质,只能起吸附架桥作用。二、混凝剂、助凝剂及其作用二、混凝剂、助凝剂及其作用定义:水处理工程中把为使胶体脱稳沉淀而投加的电解 质称为混凝剂 。混凝剂应符合以下要求:混凝效果好; 对人体无危害; 使用方便; 货源充足,价格低廉。分类:铝系1、无机类铁系2、有机类人工合成天然三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁硫酸铝明矾聚合氯化铝 ( (一一) ) 无
7、机混凝剂无机混凝剂 传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。 铝盐铝盐 硫酸铝(硫酸铝(AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 318H18H2 2O O) 明矾(明矾(K K2 2SOSO4 4AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 324H24H2 2O O) 由于铝的比重小,在水温低的情况下,絮粒较轻而由于铝的比重小,在水温低的情况下,絮粒较轻而疏松,处理效果较差。疏松,处理效果较差。 pHpH有效范围较窄,在有效范围较窄,在5.5-85.5-8之间。之间。 投加量大。投加量大。最常用的混凝剂 三氯化铁(三氯化铁(FeClFeCl3 36H6H2 2O O
8、) 硫酸亚铁(硫酸亚铁(FeSOFeSO4 47H7H2 2O O) 生成的絮粒在水中的沉淀速度较快;生成的絮粒在水中的沉淀速度较快; 处理浊度高、水温较低的废水,效果比较显著;处理浊度高、水温较低的废水,效果比较显著; FeClFeCl3 3容易吸水潮解,故不易保管;腐蚀性强,对容易吸水潮解,故不易保管;腐蚀性强,对混凝土也产生腐蚀作用;生成混凝土也产生腐蚀作用;生成Fe(OH)Fe(OH)2 2它的溶解度很大,它的溶解度很大,残留水中的残留水中的FeFe2+2+会使处理后的水带色,会使处理后的水带色, 铁盐聚合氯化铝聚合氯化铝 ( (碱式氯化铝,简称碱式氯化铝,简称PAC)PAC) 化学通
9、式为化学通式为AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n6-n m m, , 式中式中n5n5,m10m10。 制备:以铝灰或含铝矿物作原料,采用酸溶法或碱制备:以铝灰或含铝矿物作原料,采用酸溶法或碱 溶法加工制成的。溶法加工制成的。 优点:优点: A A 对水质适应性较强,适用对水质适应性较强,适用pHpH范围广,范围广,5-95-9之间;之间; B B 絮凝体形成快,比重大,沉降性能好;絮凝体形成快,比重大,沉降性能好; C C 投药量低(与硫酸铝比)。投药量低(与硫酸铝比)。 D D 碱化度较高,对设备的腐蚀性小,处理后的水碱化度较高,对设备的腐蚀性小,处理后的水pH pH 和碱
10、度下降较小。和碱度下降较小。 无机高分子混凝剂 聚合硫酸铁聚合硫酸铁( (碱式硫酸铁碱式硫酸铁)()(简写简写PFS)PFS) 化学通式为化学通式为FeFe2 2(OH)(OH)n n(SO(SO4 4) )3- n/23- n/2 m m 式中式中n10n10。 A A 适用范围广:适用范围广:pH 4-11pH 4-11,水温,水温10-5010-50; 低水温,混凝效果稳定;低水温,混凝效果稳定; B B 用量小(与普通铁铝盐比),矾花生成快,絮凝用量小(与普通铁铝盐比),矾花生成快,絮凝 体沉降性能好;体沉降性能好; C C COD COD去除率和脱色效果好;去除率和脱色效果好; D
11、D 处理后水中铁残留量低,腐蚀性较小。处理后水中铁残留量低,腐蚀性较小。 总体来说,铝系和铁系混凝剂相比较,铁盐形成的絮体比铝盐絮体密实,但铁系混凝剂的腐蚀性强,而且容易造成出水色度升高。 AlAl3+3+在水中的存在状态和在水中的存在状态和pHpH有关有关: 在在pH pH 较低时,较低时,高电荷低聚合度的络合物占多数;高电荷低聚合度的络合物占多数; 在在pH pH 较高时,较高时,低电荷高聚合度的络合物占多数。低电荷高聚合度的络合物占多数。其中:其中: 对于高电荷低聚合度的水解聚合物,主要起到对于高电荷低聚合度的水解聚合物,主要起到压缩双压缩双电层和吸附架桥作用;电层和吸附架桥作用; 对于
12、低电荷高聚合度的水解聚合物,主要起到对于低电荷高聚合度的水解聚合物,主要起到吸附架吸附架桥作用和沉淀网捕作用;桥作用和沉淀网捕作用; 对于高聚合度的水解沉淀物,以对于高聚合度的水解沉淀物,以吸附、网捕、卷带作吸附、网捕、卷带作用为主。用为主。以 铝盐 为例,说明混凝剂的机理: ( (二二) ) 有机混凝剂有机混凝剂 天然高分子混凝剂和人工合成高分子混凝剂。天然高分子混凝剂和人工合成高分子混凝剂。 水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型3 3种高种高分子混凝剂。分子混凝剂。 (1) (1) 天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。
13、主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。 特点:特点:电荷密度小,分子量较低,且易发生降解电荷密度小,分子量较低,且易发生降解而失去活性。而失去活性。 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 简称简称PAMPAM,又称三号混凝剂,又称三号混凝剂,PAMPAM的分子结构通式为:的分子结构通式为: PAMPAM是线状水溶性高分子,其分子量在是线状水溶性高分子,其分子量在300-1800300-1800万。万。 阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM) 阳离子聚丙烯酰胺(阳离子聚丙烯酰胺(APAMAPAM) 非离子型聚丙烯酰胺(非离子型聚丙烯酰胺(NPAMNPAM) 两性离子型聚丙烯酰胺(两性离子型聚丙烯酰胺(
14、NPAMNPAM) -CH2-CH-n , CONH2 (2) 人工合成高分子混凝剂80% 高分子混凝剂的作用:高分子混凝剂的作用: 靠氢键、静电、范德华力的作用对胶粒强烈的吸附靠氢键、静电、范德华力的作用对胶粒强烈的吸附作用。作用。 高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状,从而发挥吸附架桥作用,把许多细小颗粒吸附后,状,从而发挥吸附架桥作用,把许多细小颗粒吸附后,缠结在一起。缠结在一起。 有机高分子混凝剂使用时须注意的问题:有机高分子混凝剂使用时须注意的问题: 与其他混凝剂共同使用时的与其他混凝剂共同使用时的投加顺序:投加顺序: 当废水低浊
15、度时,宜先投其他混凝剂;当废水浊度当废水低浊度时,宜先投其他混凝剂;当废水浊度 高时,应先投加高时,应先投加PAMPAM。 在高分子混凝剂使用时,应尽量采用较低的浓度。在高分子混凝剂使用时,应尽量采用较低的浓度。(1 1)定义)定义 当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。(2 2)作用)作用 (调节或改善混凝的条件)(调节或改善混凝的条件) 改善絮粒结构,增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构,增大颗粒粒度及比重。 调整废水的调整废水的pHpH和碱度,使其达到
16、最佳的混凝条件。和碱度,使其达到最佳的混凝条件。 (三)助凝剂(3)(3)分类分类 A A、pHpH调整剂调整剂:调节废水的:调节废水的pHpH符合混凝处理工艺要求。符合混凝处理工艺要求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。 B B、絮体结构改良剂、絮体结构改良剂:投加絮体结构改良剂以增大絮体:投加絮体结构改良剂以增大絮体的粒径、密度和机械强度。的粒径、密度和机械强度。常用常用活化硅酸、水玻璃活化硅酸、水玻璃、粉煤灰、粘土粉煤灰、粘土等。等。 C C、氧化剂、氧化剂:有机物含量高,易起泡沫,絮凝体不易沉:有机物含量高,易起泡沫,絮凝体不易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有
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