强化混凝技术应用.课件.ppt

1、1强化混凝技术强化混凝技术the technology of enhanced coagulation定义定义2 强化混凝强化混凝是在常规混凝工艺的基础上是在常规混凝工艺的基础上 ,在保证在保证浊度去除效果的前提下，通过增加混凝剂的投浊度去除效果的前提下，通过增加混凝剂的投加量和调整加量和调整PH值等方法，来提高常规工艺中值等方法，来提高常规工艺中对有机物的去除效果，最大限度去除消毒副产对有机物的去除效果，最大限度去除消毒副产物的前驱物质（物的前驱物质（DBPFP）,保证饮用水消毒副保证饮用水消毒副产物（产物（DBPs）符合饮用水标准的方法。）符合饮用水标准的方法。3强化混凝对有机物的去除机理

2、强化混凝对有机物的去除机理利用强化混凝去除水中的利用强化混凝去除水中的NOM(特别是腐殖质特别是腐殖质)被证明是有被证明是有效的方法，作用机理主要有以下四种：效的方法，作用机理主要有以下四种： 通过压缩双电层、特性吸附电性中和、网捕作用或架桥通过压缩双电层、特性吸附电性中和、网捕作用或架桥作用使胶体脱稳作用使胶体脱稳: 通过表面吸附后，通过表面吸附后，NOM(腐殖质腐殖质)可与金属盐离子鳌合，可与金属盐离子鳌合，脱稳沉降脱稳沉降; 由沉降速度差造成的差降沉降作用由沉降速度差造成的差降沉降作用; 主要通过表面吸附非同类构造分子而产生的共同主要通过表面吸附非同类构造分子而产生的共同(协同协同)沉降

3、作用。沉降作用。 NOM包括颗粒态物质包括颗粒态物质(如植物碎片或残骸、微生物等如植物碎片或残骸、微生物等)和和溶解性有机物溶解性有机物DOM(DOC)。前者主要通过胶体脱稳机理去。前者主要通过胶体脱稳机理去除，而后者则主要通过差降沉降或共同沉降作用去除的除，而后者则主要通过差降沉降或共同沉降作用去除的4强化混凝对有机物的去除机理强化混凝对有机物的去除机理5强化混凝的方法强化混凝的方法l基于混凝剂形态的强化混凝方法基于混凝剂形态的强化混凝方法l基于投加助凝剂的强化混凝方法基于投加助凝剂的强化混凝方法l基于改善水力条件的强化混凝方法基于改善水力条件的强化混凝方法6强化混凝的影响因素强化混凝的影响

4、因素混凝剂的种类混凝剂的种类l对强化混凝而言，无机混凝剂要比合成有机物混凝剂效果对强化混凝而言，无机混凝剂要比合成有机物混凝剂效果好。好。l通常认为，在合成有机物混凝剂在天然水的混凝过程中，通常认为，在合成有机物混凝剂在天然水的混凝过程中，由于无法提供有机物的吸附位，只能产生电中和作用参与腐由于无法提供有机物的吸附位，只能产生电中和作用参与腐殖酸的沉淀，所以混凝效果很不理想。殖酸的沉淀，所以混凝效果很不理想。l高分子絮凝剂单独作为混凝剂时，它的效果不如无机金属高分子絮凝剂单独作为混凝剂时，它的效果不如无机金属盐类混凝剂，因为它不能有效地去除溶解性有机物（盐类混凝剂，因为它不能有效地去除溶解性有

5、机物（DOMDOM），但当被用作助凝剂时，则可发挥其提高固液分离的功能，但当被用作助凝剂时，则可发挥其提高固液分离的功能，有效地提高有效地提高TOCTOC的去除率。的去除率。7强化混凝的影响因素强化混凝的影响因素混凝剂的投加量混凝剂的投加量混凝剂的投加量直接影响强化混凝对水中有机物的去除效果。混凝剂的投加量直接影响强化混凝对水中有机物的去除效果。加大混凝剂投加量，会使有机物的水化壳压缩，水解的阳离加大混凝剂投加量，会使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除有机物对无机胶体的影响，子与有机物阴离子电中和，消除有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳，达到除去胶体的目的从而使

6、无机胶体脱稳，达到除去胶体的目的 8强化混凝的影响因素强化混凝的影响因素pH值的影响值的影响由于混凝剂有其发挥作用的最佳由于混凝剂有其发挥作用的最佳pHpH值范围，因此，值范围，因此，pHpH值对混值对混凝效果有很大的影响。凝效果有很大的影响。pHpH对有机物去除效果的影响，主要是对有机物去除效果的影响，主要是由于氢离子与金属离子水解产物对有机配位体的竞争由于氢离子与金属离子水解产物对有机配位体的竞争或者羟基与有机阴离子对金属离子水解产物的竞争造成。在或者羟基与有机阴离子对金属离子水解产物的竞争造成。在较低的较低的pH pH 下，有机物质子化程度增加，因而减少了混凝剂下，有机物质子化程度增加，

7、因而减少了混凝剂的需求量，混凝剂水解后的形态带更多的正电，有利于吸附，的需求量，混凝剂水解后的形态带更多的正电，有利于吸附，所需求的混凝剂剂量也减少；另外，可能电性中和和吸附共所需求的混凝剂剂量也减少；另外，可能电性中和和吸附共沉淀机理得以加强，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用减弱。沉淀机理得以加强，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用减弱。9强化混凝的影响因素强化混凝的影响因素原水水质的影响原水水质的影响原水水质对混凝效果影响很大，影响因素是有机物的分子量、原水水质对混凝效果影响很大，影响因素是有机物的分子量、电性及溶解性。原水中有机物的分子特性对其去除率大小起电性及溶解性。原水中有机物的分子特性对

8、其去除率大小起决定作用，憎水性越强、分子链越大、化学键结合部位多都决定作用，憎水性越强、分子链越大、化学键结合部位多都能使其去除率大大提高。通过强化混凝能去除绝大部分分子能使其去除率大大提高。通过强化混凝能去除绝大部分分子量大、憎水性强的有机物。当原水中的有机物主要由有机颗量大、憎水性强的有机物。当原水中的有机物主要由有机颗粒和大分子有机物组成时，混凝可以有效去除水中的粒和大分子有机物组成时，混凝可以有效去除水中的 TOC TOC。而水源水的腐殖质含量又会使而水源水的腐殖质含量又会使TOC TOC 降低。所以混凝去除腐殖降低。所以混凝去除腐殖类和高分子量有机物的效果比它去除非腐类和低分子量有机

9、类和高分子量有机物的效果比它去除非腐类和低分子量有机物好。物好。10强化混凝的影响因素强化混凝的影响因素水温的影响的影响水温的影响的影响水温对混凝的影响国内外已经有大量研究。低温对于常规混水温对混凝的影响国内外已经有大量研究。低温对于常规混凝具有负面的影响作用。低温可能造成水的粘度上升，阻碍凝具有负面的影响作用。低温可能造成水的粘度上升，阻碍混凝剂的扩散和絮体沉降；可以影响水解动力学平衡，影响混凝剂的扩散和絮体沉降；可以影响水解动力学平衡，影响金属氢氧化物的形成；同时可以降低水的离子积常数，从而金属氢氧化物的形成；同时可以降低水的离子积常数，从而降低水中氢氧根的浓度。此外，低温可能造成形成的絮

10、体密降低水中氢氧根的浓度。此外，低温可能造成形成的絮体密实度较低、絮体较小，导致分离效果差。实度较低、絮体较小，导致分离效果差。11强化混凝的影响因素强化混凝的影响因素水力条件的影响水力条件的影响混凝过程中两个关键性的控制因素是混凝剂的水解结合效力混凝过程中两个关键性的控制因素是混凝剂的水解结合效力和水力条件，混凝效果与混凝剂在水中的扩散有密切关系，和水力条件，混凝效果与混凝剂在水中的扩散有密切关系，原水中加入混凝剂后将产生两种效应：混凝剂在水中进行混原水中加入混凝剂后将产生两种效应：混凝剂在水中进行混合与扩散；混凝剂水解，水解产物与胶体颗粒作用使其脱稳。合与扩散；混凝剂水解，水解产物与胶体颗

11、粒作用使其脱稳。由于水解、脱稳速率远远大于混凝剂在水中的扩散速率，故由于水解、脱稳速率远远大于混凝剂在水中的扩散速率，故扩散作用成为胶体颗粒能否迅速脱稳的决定性因素。实际上扩散作用成为胶体颗粒能否迅速脱稳的决定性因素。实际上混凝剂水解产物的吸咐架桥能力和混凝设施产生的微漩涡所混凝剂水解产物的吸咐架桥能力和混凝设施产生的微漩涡所带来的剪切力的对比关系，决定了矾花的尺寸、密实度及沉带来的剪切力的对比关系，决定了矾花的尺寸、密实度及沉降性能。前者取决于混凝剂本身，而后者则由水力条件所确降性能。前者取决于混凝剂本身，而后者则由水力条件所确定。许多研究显示，适宜的水力条件是混凝剂发挥效力的前定。许多研究

12、显示，适宜的水力条件是混凝剂发挥效力的前提，可以提高混凝出水水质。提，可以提高混凝出水水质。有人在对配水进行强化混凝条件的选择试验中，考察了混凝有人在对配水进行强化混凝条件的选择试验中，考察了混凝剂种类、快速搅拌时间及强度等对强化混凝效果的影响。通剂种类、快速搅拌时间及强度等对强化混凝效果的影响。通过测定絮凝指数、沉淀后水的浊度及过测定絮凝指数、沉淀后水的浊度及DOCDOC等发现：混凝剂的等发现：混凝剂的扩散过程和快速混合碰撞过程对混凝效果起着至关重要的作扩散过程和快速混合碰撞过程对混凝效果起着至关重要的作用，一定的搅拌强度和时间可以实现对有机物的较好去除。用，一定的搅拌强度和时间可以实现对有

13、机物的较好去除。12强化混凝机理研究的新发展强化混凝机理研究的新发展表面络合原理及其定量计算模式在强化混凝中的应用表面络合原理及其定量计算模式在强化混凝中的应用2020世纪世纪7070年代初期年代初期StulnnStulnn等首先提出对水合氧化物的分散体等首先提出对水合氧化物的分散体系中金属离子的专属吸附采用配位化学的处理方法，认为颗系中金属离子的专属吸附采用配位化学的处理方法，认为颗粒物界面上与粒物界面上与H+H+、OH-OH-和金属离子的结合属于络合化学反应，和金属离子的结合属于络合化学反应，此时的吸附量可以用与溶液中络合平衡类似的方法，按质量此时的吸附量可以用与溶液中络合平衡类似的方法，

14、按质量作用定律加以讨论。作用定律加以讨论。SchindlerSchindler等对这一概念加以进一步的等对这一概念加以进一步的阐述，因而后来被称为阐述，因而后来被称为StulnnSchindleStulnnSchindle络合模式，近年被络合模式，近年被广泛应用于固液界面上反应机制的研究。由于表面络合模型广泛应用于固液界面上反应机制的研究。由于表面络合模型的计算相当繁杂，主要应用计算机模块来进行多组分多相的的计算相当繁杂，主要应用计算机模块来进行多组分多相的复杂计算，目前主要的计算机程序有复杂计算，目前主要的计算机程序有REDEQLREDEQL，MINEQLMINEQL，MICROQLMICR

15、OQL，SUREQLSUREQL，HYDRAQLHYDRAQL，FITEQLFITEQL等。它们可用来计算等。它们可用来计算各种化学平衡和表面络合反应中的平衡常数和组分浓度。例各种化学平衡和表面络合反应中的平衡常数和组分浓度。例如如MICROQLMICROQL可以计算饱和可以计算饱和Al(OH)Al(OH)3 3，溶液中铝的形态分布及其，溶液中铝的形态分布及其表面平衡常数。王向天等应用表面平衡常数。王向天等应用StulnnSchindleStulnnSchindle络合模式，络合模式，计算了高岭土、二氧化硅的表面络合常数，得到了与实验数计算了高岭土、二氧化硅的表面络合常数，得到了与实验数据相吻

16、合的计算结果。据相吻合的计算结果。13强化混凝机理研究的新发展强化混凝机理研究的新发展分形理论在强化混凝中的应用分形理论在强化混凝中的应用分形理论用于对混凝的研究也是一种有效的新手段。絮体结分形理论用于对混凝的研究也是一种有效的新手段。絮体结构和性能在混凝研究中一直有十分重要的地位，其大小、强构和性能在混凝研究中一直有十分重要的地位，其大小、强度、密度与穿透性等特点对于污泥处置和出水水质至关重要，度、密度与穿透性等特点对于污泥处置和出水水质至关重要，其形成往往具有分形特征。通过分形结构分析，用一非整数其形成往往具有分形特征。通过分形结构分析，用一非整数维数来描述非规则体中的无规则程度，为这些看

17、起来复杂不维数来描述非规则体中的无规则程度，为这些看起来复杂不规则形态提供一种数学框架，从而得以定量的描述，而分形规则形态提供一种数学框架，从而得以定量的描述，而分形结构分析中最重要的特征参数是分形维数结构分析中最重要的特征参数是分形维数( (分维分维) )。一般认为，。一般认为，对应于分形体的不规则和复杂性或空间填充程度，分维不同对应于分形体的不规则和复杂性或空间填充程度，分维不同则反映了聚集体结构所具有的开放程度，在混凝研究中应用则反映了聚集体结构所具有的开放程度，在混凝研究中应用分维可以对不同条件下形成的絮体结构进行更为准确的描述。分维可以对不同条件下形成的絮体结构进行更为准确的描述。1

18、4强化混凝机理研究的新发展强化混凝机理研究的新发展混凝作用机理研究逐渐向半定量乃至定量化发展混凝作用机理研究逐渐向半定量乃至定量化发展表面络合理论和分形理论的引人推动了混凝研究的半定量和表面络合理论和分形理论的引人推动了混凝研究的半定量和定量化进程，发展了多种计算模式和软件，但多限于应用在定量化进程，发展了多种计算模式和软件，但多限于应用在传统混凝剂，对新型高分子混凝剂混凝过程的计算尚存在困传统混凝剂，对新型高分子混凝剂混凝过程的计算尚存在困难，有待进一步的研究。王东升等以典型难，有待进一步的研究。王东升等以典型IPFIPF颗粒物颗粒物水水溶液体系的相互作用为例，对溶液体系的相互作用为例，对D

19、entelDentel的吸附沉积一电中和模的吸附沉积一电中和模式式(Precipitation Charge Neutralization Model(Precipitation Charge Neutralization Model，PC-NM)PC-NM)作了适当改进，能够较好地预测聚合铝的混凝特征，实验结作了适当改进，能够较好地预测聚合铝的混凝特征，实验结果与模式预测值基本吻合。果与模式预测值基本吻合。15强化混凝技术应用中存在的问题强化混凝技术应用中存在的问题 1)1)由于大剂量投加混凝剂，水处理系统产生的污泥量也由于大剂量投加混凝剂，水处理系统产生的污泥量也必然增加。强化混凝条件下，

20、有可能不能达到理想的浊度去必然增加。强化混凝条件下，有可能不能达到理想的浊度去除效果，从而增加滤池的运行负担。除效果，从而增加滤池的运行负担。2)2)总药耗有所增加，包括调节混凝总药耗有所增加，包括调节混凝pHpH的硫酸消耗以及如的硫酸消耗以及如果考虑腐蚀问题调高出厂水果考虑腐蚀问题调高出厂水pHpH的碱石灰消耗等。的碱石灰消耗等。3)3)对杂质微粒及病原体的去除不利，无机物的组成水平，对杂质微粒及病原体的去除不利，无机物的组成水平，腐蚀控制，腐蚀控制，pHpH改变引起混凝条件变化有可能引起颗粒的重新改变引起混凝条件变化有可能引起颗粒的重新稳定。稳定。4)4)对溶解性有机物、对溶解性有机物、C

21、ODCODMnMn去除能力提高有限，对氨氮、去除能力提高有限，对氨氮、矿物油等的去除没有促进作用矿物油等的去除没有促进作用. .5)5)更重要的是，针对某特定的原水特性提出的降低反应更重要的是，针对某特定的原水特性提出的降低反应体系体系pHpH值和增大混凝剂量的方式，并不一定对所有原水水质值和增大混凝剂量的方式，并不一定对所有原水水质都奏效。都奏效。16关于强化混凝的一些研究成果关于强化混凝的一些研究成果17新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l新生态新生态MnO2是高锰酸钾在线还原的产物，较固是高锰酸钾在线还原的产物，较固体二氧化锰具有更大的比表面积和更高的反应体二氧化锰具有更大的

22、比表面积和更高的反应活性。过去曾把它作为高锰酸钾水处理药剂的活性。过去曾把它作为高锰酸钾水处理药剂的副产物，随着高锰酸钾水处理应用的深入研究副产物，随着高锰酸钾水处理应用的深入研究，发现它在高锰酸钾强化水处理过程中起重要，发现它在高锰酸钾强化水处理过程中起重要作用。作用。18新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l钙离子的影响钙离子的影响19新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l单宁酸的影响单宁酸的影响20新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l新生态新生态 MnO2投量投量的影响的影响21新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l高岭土投量的影响高岭土投量的影

23、响22新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究lPH值的影响值的影响23新生态 MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究l结论结论 （1）钙离子能够提高新生态二氧化锰强化混凝对苯酚的去除，单）钙离子能够提高新生态二氧化锰强化混凝对苯酚的去除，单宁宁 酸与苯酚共存时能明显促进苯酚的混凝去除。酸与苯酚共存时能明显促进苯酚的混凝去除。 （2）新生态二氧化锰作为助凝剂，投加少量就能得到很好的效果。）新生态二氧化锰作为助凝剂，投加少量就能得到很好的效果。若达到相同苯酚的去除率，新生态二氧化锰助凝作用能够明显减若达到相同苯酚的去除率，新生态二氧化锰助凝作用能够明显减少混凝剂的用量。少混凝剂的用量。 （

24、3）中性、弱酸性及弱碱性条件，新生态二氧化锰强化混凝对苯）中性、弱酸性及弱碱性条件，新生态二氧化锰强化混凝对苯酚的去除率较高，而强酸性和强碱性条件则不利于苯酚的去除。酚的去除率较高，而强酸性和强碱性条件则不利于苯酚的去除。24高铁酸盐预氧化对藻类细胞的破坏作用及其助凝机理l湖泊与水库是常用的地表水水源湖泊与水库是常用的地表水水源. .近年来近年来, ,由于由于水体污染严重水体污染严重, ,在河流中也出现了藻类含量升在河流中也出现了藻类含量升高的情况高的情况. .含藻水混凝困难含藻水混凝困难, ,不易形成良好的絮不易形成良好的絮体体, ,沉淀效果差沉淀效果差. .水中的一些藻类能引起异味水中的一

25、些藻类能引起异味, ,影响饮用水的感官性状影响饮用水的感官性状; ;一些藻类会堵塞滤池一些藻类会堵塞滤池, ,还有的藻类由于形体细小还有的藻类由于形体细小, ,可能会穿过滤池可能会穿过滤池, ,造造成滤后水的水质恶化成滤后水的水质恶化. .l研究结果表明研究结果表明, ,高铁酸盐预氧化能够有效地去高铁酸盐预氧化能够有效地去除水中的藻类细胞除水中的藻类细胞, ,高铁酸盐预氧化可以大幅高铁酸盐预氧化可以大幅度降低腐殖酸对藻类混凝去除的阻碍作用，提度降低腐殖酸对藻类混凝去除的阻碍作用，提高混凝效果高混凝效果高铁酸盐预氧化对藻类细胞的破坏作用及其助凝机理l以杆状颤藻为例，高铁的作用机制是增强了颤藻的交

26、联性以杆状颤藻为例，高铁的作用机制是增强了颤藻的交联性和加剧小球藻的收缩聚集作用和加剧小球藻的收缩聚集作用.25高铁酸盐预氧化对藻类细胞的破坏作用及其助凝机理 高铁酸盐预氧化对藻体细胞结构的影响高铁酸盐预氧化对藻体细胞结构的影响l促使藻体细胞向周围的介质中释放了大量的胞内物质促使藻体细胞向周围的介质中释放了大量的胞内物质 1.氧化破坏了细胞的鞘套氧化破坏了细胞的鞘套(图左图左)使其外壳开裂，从而造成使其外壳开裂，从而造成藻类细胞胞内物质的外流藻类细胞胞内物质的外流 2.高铁酸盐刺激了藻体细胞高铁酸盐刺激了藻体细胞(图右图右)，造成其过度分泌胞内，造成其过度分泌胞内物质物质26高铁酸盐预氧化对藻

27、类细胞的破坏作用及其助凝机理l另一个破坏作用就是造成了藻类细胞外部鞘套的强烈卷绕另一个破坏作用就是造成了藻类细胞外部鞘套的强烈卷绕.27氢氧化铁胶体沉淀对藻类细胞的影响氢氧化铁胶体沉淀对藻类细胞的影响 1.改变藻细胞的表面电性，降低改变藻细胞的表面电性，降低Zeta 电位电位 2.降低了藻细胞的活动性，增加了藻细胞的沉淀性降低了藻细胞的活动性，增加了藻细胞的沉淀性.图：氢氧化铁胶体沉淀到藻图：氢氧化铁胶体沉淀到藻类细胞表面类细胞表面图：藻细胞发生聚集图：藻细胞发生聚集高铁酸盐预氧化对藻类细胞的破坏作用及其助凝机理28高铁酸盐预氧化对藻类细胞的破坏作用及其助凝机理 结论结论 以颤藻，绿球藻和栅列

28、藻为例以颤藻，绿球藻和栅列藻为例 1.高铁氧化直接导致了藻类细胞的断裂，影响了颤藻的正高铁氧化直接导致了藻类细胞的断裂，影响了颤藻的正常段殖体繁殖方式，从而达到去除藻类的作用。常段殖体繁殖方式，从而达到去除藻类的作用。 2.高铁酸盐分解后产生的高铁酸盐分解后产生的Fe(OH)3胶体能够吸附并沉淀到胶体能够吸附并沉淀到藻细胞的表面，降低了藻细胞的稳定性，从而达到沉淀去藻细胞的表面，降低了藻细胞的稳定性，从而达到沉淀去除藻类的目的。除藻类的目的。 3.高铁酸盐预氧化能够改变水中藻类细胞的表面性质，破高铁酸盐预氧化能够改变水中藻类细胞的表面性质，破坏细胞表面结构，并刺激胞体向其周围的介质中释放出胞坏

29、细胞表面结构，并刺激胞体向其周围的介质中释放出胞内物质；这些胞内物质具有大分子结构，在混凝过程中可内物质；这些胞内物质具有大分子结构，在混凝过程中可能起到助凝剂的作用。能起到助凝剂的作用。29主要参考文献1.王东升等王东升等, 强化混凝与优化混凝强化混凝与优化混凝:必要性、目标和发展方向必要性、目标和发展方向, 中国化学中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会会第七届水处理化学大会暨学术研讨会2004: 中国济南中国济南. 2.郑洪领郑洪领, 王龙与宗逸君王龙与宗逸君, 我国微污染水源饮用水处理技术应用进展我国微污染水源饮用水处理技术应用进展. 山山东建筑大学学报东建筑大学学报, 2008(

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34、ions in the production of interleukin-6 (IL-6), IL-1, and tumor the production of interleukin-6 (IL-6), IL-1, and tumor necrosis factor (TNF) in human blood mononuclear cells: IL-6 necrosis factor (TNF) in human blood mononuclear cells: IL-6 suppresses IL-1 and TNF. Blood, 1990. 75(1): p. 40-47.supp

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