混凝 - 郑州益源天泽环境科技有限公司
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混凝

混凝常作为污水处理前的预处理之一,它是通过向废水中投加混凝剂,使细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒而沉淀,得以与水分离,使废水得以净化。混凝除了能够促进浑水澄清外,还能降低水的色度和去除附着于胶粒和致浊杂质上的细菌和病菌,去除各种难降解有机物、某些重金属毒物和放射性物质,改善污泥的脱水性质。
一、基本原理:
  混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有四种:压缩双电层作用机理、吸附-电性中和作用机理、吸附架桥作用机理和沉淀物的网捕、卷扫作用机理。
  1、压缩双电层作用机理在水中投加混凝剂后,混凝剂电离产生大量的正离子或聚合离子,通过加入电解质压缩扩散层而导致胶粒脱稳凝聚。
  2、吸附-电性中和作用机在水中投加适量的混凝剂,通过吸附作用,使胶体电性中和而达到脱稳凝聚的目的。
  3、吸附架桥作用机理对高分子絮凝剂,有的表面不带电,为非离子型,有的表面带负电荷,仍然能对带负电荷的胶体杂质起混凝作用,这个现象可用吸附架桥作用机理来解释。
  对于高分子物质,其混凝作用机理可分为两种情(1)高分子物质为阳离子型时,吸附-电性中和作用和吸附架桥作用都有。(2)高分子物质为阴离子型和非离子型时,则为吸附架桥作用。
  4、沉淀物的网捕、卷扫作用机理无机盐混凝剂投量很多时(例如铝盐、铁盐),会在水中产生大量氢氧化物沉淀,形成一张絮凝网状结构,在下沉过程中网捕、卷扫水中胶体颗粒,以致产生沉淀分离。沉淀物的网捕、卷扫作用是一种机械作用。对于低浊度水,可以利用这个作用机理,在水中投加大量混凝剂,以达到去除胶体杂质的目的。

 

聚合混凝剂

混凝剂按化学成分分为无机混凝剂和有机混凝剂
     

二、混凝过程及设备:
  混凝处理工艺流程包括混凝剂的配置与投加、混合、反应及沉淀分离等过程。其流程如下图所示:

  1、投药
  投药方法分为干投法和湿投放。干投法就是将固体混凝剂破碎成粉末后定量地投入待处理水中。此法对混凝剂的粒度要求较严,投量控制较难,对机械设备的要求较高,劳动条件也较差,目前国内使用较少。湿投法是将混凝剂和助凝剂先溶解配成一定浓度的溶液,然后按处理水量大小定量投加。
  2、混合
  混合是指当药剂投入污水后发生水解并产生异电荷胶体与水中胶体和悬浮物接触形成细小絮凝体(俗称矾花)的过程。在专用混合设备中进行混合,有机械和水力两种方法。采用机械搅拌的有机械搅拌混合槽、水泵混合槽等,利用水力混合的有管道式、穿孔板式、涡流式混合槽等。
  3、反应
  混合完成后,水中已产生细小絮体,但还未达到能自然沉降的粒度,反应阶段的作用是小絮体继续形成大的、具有良好沉淀性能的絮凝体,以使其在后续的沉淀池内下沉。
  4、澄清池
  澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应、澄清合成一体的设备,具有占地面积小,处理效果好,生产效率高,节省药剂用量等优点。它利用的是接触絮凝原理,即强化絮凝过程:在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层(接触絮凝区),当投加混凝剂的水通过它时,废水中新生成的微絮粒迅速吸附在悬浮泥渣上,从而达到良好的去除效果。
三、影响混凝效果的主要因素:
  1、水温
  水温对混凝效果有明显影响,我国北方到冬季水温低达0~2℃,尽管投加大量无机盐类混凝剂,混凝效果也不好,也就是说,低温水难处理。原因是:
  (1)低温时无机盐水解速度慢,因为无机盐水解为吸热反应。
  (2)水温低时水的粘度大,会使布朗运动减弱,减少颗粒碰撞机会,同时水的剪力增大,絮凝体容易破碎。
  (3)水温低时絮凝体不容易沉淀
  (4)水温低时胶体水化作用增强,妨碍胶体凝聚。
  (5)水温与水的pH值有关。当水温低时,水的pH值提高,相应的混凝最佳pH值也将提高。
  鉴于以上原因,为提高低温水的混凝效果,可采取以下措施:
  (1)采用PAC、铁盐作混凝剂。
  (2)投加助凝剂活化硅酸
  (3)增加混凝剂投加量,利用沉淀物网捕、卷扫作用去除水中杂质。
  2、pH值
  对不同的混凝剂,水的pH值影响不同。
  (1)硫酸铝
  硫酸铝作为混凝剂时,水的最佳pH值为:去除浊度时pH=6.5~7.5,去除色度时pH=4.5~5.5。
  (2)三氯化铁
  三氯化铁适用的pH值范围比硫酸铝宽,最佳范围为:去除浊度时pH=6.0~8.4,去除色度时pH=3.5~5.0。
  (3)硫酸亚铁
  使用硫酸亚铁作为混凝剂时,分两种情况考虑:
  1)当pH<8.5时,通常采用亚铁氯化法将二价铁离子氧化成三价铁离子。
  (2)当pH>8.5时,且水中有足够溶解氧,则可完成二价铁离子氧化过程。
  但是天然水pH<8.5,故可采取投加石灰的方法来提高水的pH值。高分子混凝剂对水的pH值变化适应性较强,故可不考虑。
  3、碱度
  碱度指水中含碱物质的多少。从铝盐的水解反应:Al3++3H2O → Al(OH)3+3H+可看出,水解过程中不断产生H+,会导致水的pH值不断下降,要使水的pH值保持在最佳范围,则水中应有足够的碱性物质与H+中和。天然水中均含有一定碱度(HCO3-),一般有两种情况:
  (1)当原水的碱度足够时,就能对水的pH值有缓冲作用。
  (2)当原水碱度不足或混凝剂投量较多,水中产生大量的H+时,必须投加石灰等碱性物质来中和水解过程中产生的H+。
  石灰投加量可通过试验确定或按下式估算:
  [CaO]=[α]-[χ]+[δ]式中,
  [CaO] —— 纯石灰CaO投量(meq/L);
  [α] —— 混凝剂投量(meq/L);
  [χ] —— 原水碱度(meq/L,以CaO计);
  [δ] —— 剩余碱度,一般取0.5~1.0meq/L(以CaO计);
  4、浊度
  A、低浊水
  水中悬浮物浓度很低时,颗粒碰撞速率大大减小,混凝效果较差,对低浊水可采取以下措施提高混凝效果:
  (1)投加高分子助凝剂活化硅酸或PAM。
  (2)投加粘土,以增加混凝剂水解产物的凝结中心,提高碰撞速率,或者采用机械搅拌澄清池。
  (3)采用直接过滤法。
  B、高浊水
  对于高浊度水,为了减少铝盐、铁盐等混凝剂的投加量,可投加PAM作助凝剂。  

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