聚合硫酸铁聚合氯化铁铁系适宜pH课件.ppt

1、 Water Quality Engineering水质工程学水质工程学给水工程给水工程第三章第三章 混凝混凝环境与市政工程系给水排水工程教研室环境与市政工程系给水排水工程教研室天津城市建设学院天津城市建设学院第3章 混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除对象3.2胶体的性质3.3混凝机理3.4混凝剂和助凝剂3.5混凝影响因素3.6混凝动力学3.7混凝设施3.8混凝过程3.1混凝的去除对象胶体混凝目的混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。范围在：1nm0.1m（有时认为在1m）水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m）细菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白

2、质（1nm-50nm）、腐殖酸 通过某种方法（如投加混凝剂）使水中胶体粒子脱稳并生成微小聚集体（称为凝聚），然后脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体（称为絮凝）。3.2胶体的性质 胶体的稳定性 胶体的双电层结构 胶体之间的相互作用定义：指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。动力学稳定性：布朗运动对抗重力。聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。为什么带电？胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷。胶体颗粒表面某些化学基团水中电离使胶体带电。胶体颗粒表面与水作用溶解并电离使胶体带电。胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。胶体

3、颗粒表面阴阳离子的排列双电层的内部离子排列模式胶体距离xoa，稳定（二次凝聚除外）(AgI)m 胶核胶核胶团示意图胶胶团团NO3-NO3-NO3-NO3-胶胶粒粒Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-3.3混凝机理v凝聚机理压缩双电层吸附电中和作用吸附架桥作用网捕卷扫作用v絮凝机理异向絮凝同向絮凝Company L凝聚机理压缩双电层 根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入与反离子同电荷离子压缩双电层电位稳定性凝聚 电位0，等电状态，实际上混凝不需要电位0，只要使Emax=0即可，此

4、时的电位称为临界电位 凝聚机理压缩双电层但该理论不能解释但该理论不能解释1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；2）与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。凝聚机理压缩双电层 各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的。在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的能力随离子价的增高而加大(舒采哈代规则)。这种能力大致与离子价数的26方成比例。实验表明，对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时，用一价离子，浓度需25150mmolL，用二价离子浓度只要0.52mmolL，而用

5、三价离子则浓度可小到0.010.1mmolL。凝聚机理吸附-电中和作用定义胶粒表面对异号离子，异号胶粒或链状高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它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。凝聚机理吸附-电中和作用 吸附电中和示意图l左图表示高分子物质的带电部位与胶粒表面所带异号电荷的中和作用l右图则表示小的带正号胶粒被带异号电荷的大胶粒表面所吸附。凝聚机理吸附架桥作用 如果投加的化学药剂是具有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，胶粒间就能连结，团聚成絮凝体而被除去，这就是吸附架桥作用。凝聚机理网捕作用定义向水

6、中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来，这称为网捕作用。环境与市政工程系给水排水工程教研室凝聚机理网捕作用 絮凝机理异向絮凝定义胶体颗粒的布朗运动是无规则的，每一个脱稳的胶体颗粒可能不规则地向各个方向运动，可能同时受到来自各个方向的颗粒的碰撞，两个胶体颗粒向不同方向运动而发生碰撞聚集的情况为异向絮凝。絮凝机理同向絮凝相对于异向絮凝而言在机械搅拌、水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体颗粒，使所有胶体颗粒向某一方向运动。3.4混凝剂和助凝剂混凝剂 混凝剂应符合以下要求：

7、混凝效果好无毒害作用货源充足成本低，使用方便 混凝剂的种类有不少于200-300种，分为无机与有机两大系列 3.4混凝剂和助凝剂混凝剂无机无机铝系铝系硫酸铝硫酸铝明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PAS）适宜适宜pH：5.58铁系铁系三氯化铁三氯化铁硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁适宜适宜pH：511，但腐蚀性强，但腐蚀性强有机有机人工人工合成合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物国外开始增多，国内尚少国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰

8、胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），），聚氧化乙烯（聚氧化乙烯（PEO）两性型：两性型：使用极少使用极少天然天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂微生物絮凝剂 3.4混凝剂和助凝剂混凝剂高分子混凝剂凝聚示意图 3.4混凝剂和助凝剂助凝剂 凡是不能在某一特定的水处理工艺中单独用作混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善混凝效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。按投加目的可分为几类：以吸附架桥改善已形成的絮体结构：如骨胶、活化硅酸、聚丙烯酰胺（PAM）及其水解产物 以调节原水酸碱度来促进混凝剂水解：调整水的

9、pH，如石灰、硫酸等 以破坏水中有机污染物对胶体颗粒的稳定作用来改善混凝效果：如投加高锰酸盐、臭氧等 以改变混凝剂化学形态促进混凝效果：主要指硫酸亚铁作为混凝剂时，投加Cl2促使亚铁离子氧化成三价铁 3.5混凝影响因素主要包括：q原水性质，包括水温、pH值、碱度、水中浊质颗粒浓度、水中有机污染物的影响等；q投加的凝聚剂种类、数量与投加方式；q使用的絮凝设备及其相关水力参数。3.5混凝影响因素水温 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。原因：无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高布朗运动减弱；水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；水温与水的pH值有关 3.5混凝影响因素

10、水的pH和碱度影响q水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。q混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象等密切有关。q当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。3.5混凝影响因素水中浊质颗粒浓度的影响q杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有：q加高分子助凝剂；q加粘土q投加混凝剂后直接过滤q如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。3.5混凝影响因素水的pH和碱度影响q水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。q混凝时最佳pH范围与原水水质

11、、去除对象等密切有关。q当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。3.6混凝动力学基本概念：q解决颗粒碰撞速率和混凝速率的问题。q包括混合过程和絮凝过程中的动力学，混合时间很短，重点讨论絮凝过程。q絮凝过程动力学包括异向絮凝动力学和同向絮凝动力学。布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝：颗粒的碰撞速率可按下式计算：DB：布朗运动扩散系数，T为温度，为水的运动粘度，为水的密度；可见，Np只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关。但当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。絮凝动力学异向絮凝动力学28ndDNBp dKTDB3 238KTnNp 层流理论

12、颗粒的碰撞速率 采用机械搅拌：p由机械搅拌器提供 水力絮凝池：G:速度梯度；p：单位体积水所耗功率同向紊流理论 絮凝动力学同向絮凝动力学GdnN32034 pG TghG 层流条件下颗粒碰撞示意图 同向紊流理论外部施加的能量形成大涡旋大涡旋将能量输送给不涡旋小涡旋将能量输送给更小的涡旋只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞用用G可以来判断混合和絮凝的程度：可以来判断混合和絮凝的程度：混合（凝聚）过程：G7001000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂，时间通常在10 20s，一般2min絮凝过程：不仅与G有关，还与时间有关。平均G2070s-1，GT1104 1105实际设计，采用实际设

13、计，采用V和和T，反过来校核，反过来校核GT或者平均或者平均G最近采用：最近采用：GCT（建议值（建议值100），），C：颗粒浓度：颗粒浓度 3.6混凝动力学混凝控制指标包括q混合设施q絮凝设施 3.7混凝设施 混合目的v迅速均匀地将药剂扩散到水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。这一过程要求搅拌强度要大，使水流产生激烈的湍流，但混合时间要短，一般不超过2分钟。混合方式v水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。v管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间23秒。v机械混合：搅拌 3.7混凝设施混合设施常用的混合设备 任务 是使细小矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀

14、除去。反应设备中要求水流有适宜的搅拌强度，既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。因此，搅拌强度比混合阶段要小，但时间比较长。3.7混凝设施絮凝设施 几种典型的絮凝设施q机械絮凝池q隔板絮凝池 q折板絮凝池 3.7混凝设施絮凝设施v利用电动机经减速装置驱动搅拌器使水中絮凝体由于存在不同速度梯度而产生同向絮凝的构筑物v搅拌器叶片可以旋转运动或上下往复运动v根据搅拌轴的安装位置：水平轴式和垂直轴式 絮凝设施机械絮凝池 絮凝设施机械絮凝池水平和垂直隔板絮凝池，其中水平隔板絮凝池常见往复式和回转式两种水头损失由局部水头和沿程水头损失组成往复式隔板絮凝池

15、总水头损失一般在0.30.5m回转式隔板絮凝池水头损失比往复式的小40左右 絮凝设施隔板絮凝池 絮凝设施隔板絮凝池 絮凝设施隔板絮凝池v在隔板絮凝池基础上发展而来v竖流式和平流式两种，通常采用竖流式，竖流式又分为同波和异波折板两种v与隔板式相比，水流条件大大改善，可以缩短总絮凝时间，絮凝效果良好v但安装维修较困难，折板费用较高 絮凝设施折板絮凝池 絮凝设施折板絮凝池 絮凝设施折板絮凝池 折板絮凝池折板絮凝池 折板絮凝池过流折板絮凝池过流 3.8混凝过程包括 混凝剂的配制、投加、计量 快速混合 絮凝反应 混凝剂的配制、投加和计量q配制需要药剂溶解或稀释q投加可分为干投和湿投，或分为泵前和泵后投加，或重力投加和压力投加 混凝剂的配制、投加和计量混凝剂投加量可实行自动控制q数学模拟法q现场模拟实验法q流动电流检测法q透光率脉动检测法q絮凝颗粒影像检测控制法