混凝的原理与应用newPPT学习教案

1、会计学1 混凝的原理与应用混凝的原理与应用new 第1页/共46页 第2页/共46页 Many of the contaminants in water and wastewater contain matter in the colloidal form. These colloids result in a stable “suspension”. In general the suspension is stable enough so that gravity forces will not cause precipitation of these colloidal particle

2、s. So they need special treatment to remove them from the aqueous phase. This destabilization of colloids is called “coagulation”. Coagulation 第3页/共46页 lSize range: 10-3- 1 micron. 50 70 % of the organic matter in domestic wastewater is composed of colloidal matter. In water treatment color, turbidi

3、ty, viruses, bacteria, algae and organic matter are primarily either in the colloidal form or behave as colloids. Typical colloidal characteristics for water and wastewater 第4页/共46页 粒粒径径 Mm 1010.110-210-310-410-510-6 沉淀沉淀 时间时间 1 秒秒 10 秒秒 2 分分钟钟 1.83 小小时时 183 小小时时 765 天天 20 年年 20 年年 * 颗粒比重：颗粒比重：2.65k

4、g/dm3 第5页/共46页 混凝处理对象：混凝处理对象： 胶体胶体 细小悬浮物细小悬浮物 溶解性大分子有机物（疏水性）溶解性大分子有机物（疏水性） 第6页/共46页 第7页/共46页 扩散层扩散层 胶团边界胶团边界 滑动面滑动面 胶粒胶粒 吸附层吸附层 胶胶 核核 电位电位 电位电位 第8页/共46页 胶粒胶粒 胶团胶团 第9页/共46页 第10页/共46页 胶体颗粒在水中保持分散状态的性质 n产生原因 第11页/共46页 第12页/共46页 (1) 压缩双电层作压缩双电层作 用用 混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至 吸附层吸附层, 使使电位降低

5、。当电位降低。当电位为零时电位为零时, 称为等电状称为等电状 态。此时胶体间斥力消失态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。胶粒最易发生聚结。 实际上，实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒电位电位只要降至某一程度而使胶粒 间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就 开始产生明显的聚结，这时的开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。电位称为临界电位。 胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的电位电位降低或消除以至失去稳定性的 过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为 凝聚。凝聚。 第1

6、3页/共46页 (2) 吸附架桥作吸附架桥作 用用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的 过程。过程。 (3) 网捕作网捕作 用用 沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的 胶体等微粒，使胶体粘结。胶体等微粒，使胶体粘结。 以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶于水后，离解出溶于水后，离解出Al3+， 并结合有并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子个配位水分子，成为水合铝离子 Al(H2O)63+。 第14页/共46页 水合铝离子进一步水解，形成单羟

7、基单核络合水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合 物：物： OHO)Al(OH)(HOHO)Al(H 3 2 522 3 62 单羟基单核络合物又进一步水解：单羟基单核络合物又进一步水解： OHO)(HAl(OH)OHO)Al(OH)(H 34222 2 52 OHO)(HAl(OH)OHO)(HAl(OH) 33232422 上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H+(或或H3O+)浓度或提高浓度或提高 pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐 降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。 第15页/共46页

8、 当当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是时，水解受到抑制，水中存在的主要是 Al(H2O)33+ 。 当当pH45时，水中有时，水中有Al(OH)(H2O)52+、 Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。 当当pH78时，水中主要是时，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉沉 淀物。淀物。 但在某一特定但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的时，水解产物还有许多复杂的 高聚物和络合物同时共存。高聚物和络合物同时共存。 因为初步水解产物中的羟基因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。具有桥键性质。 第16页/共46页 在由在由Al(H2O)63+转向转向

9、Al(OH)3(H2O)3的中间过的中间过 程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合 物：物： OHO)Al(HOHO)Al(HO)Al(OH)(HO)Al(H 2 5 5252 2 52 3 62 或或OHO)Al(OH)(HO)Al(OH)(HO)Al(H 2 5 102 2 52 3 62 两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟 基双核络合物：基双核络合物： O2HO)(H(OH)AlO)2Al(OH)(H 2 4 8222 2 32 第17页/共46页 第18页/共46页 从上述反应可以看出，

10、三价铝盐发挥混凝作用从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用 的是各种形态的水解聚合物。的是各种形态的水解聚合物。 带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层 的脱稳和吸附架桥的作用。的脱稳和吸附架桥的作用。 为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶 体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。 当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌， 使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使 胶体脱稳，随后，脱稳胶体

11、在相互凝聚的同时，靠胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠 聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大 的絮凝体，使混凝过程很好完成。的絮凝体，使混凝过程很好完成。 第19页/共46页 1. 分混合与絮凝二个阶段：分混合与絮凝二个阶段： （1）混合阶段快速混合）混合阶段快速混合。 药剂水解、聚合及颗粒脱稳进程很药剂水解、聚合及颗粒脱稳进程很 快，故要求混合快速剧烈。快，故要求混合快速剧烈。1030 秒，不超过秒，不超过2分钟。分钟。 （2）絮凝阶段慢速搅拌）絮凝阶段慢速搅拌 适当的紊流程度，适当的紊流程度，G由大到小，既由大到小，既 要保证碰

12、撞吸附，又要防止絮体破要保证碰撞吸附，又要防止絮体破 碎。时间一般碎。时间一般1030分钟。分钟。 矾花直径 小 大 搅拌强度 大 小 1 s1000500 G t=1030s 1 s7020 G t=1530mins G t间接表示在时间间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数内颗粒碰撞的总次数 第20页/共46页 dy du G G速度梯度（速度梯度（Velocity gradient） 相邻两水层中两个颗粒的速度差与垂直于水流方向相邻两水层中两个颗粒的速度差与垂直于水流方向 的两流层之间的距离的比值的两流层之间的距离的比值, T-1,(1/S)。 V P G G: 反应器内平均水力梯度反应器内

13、平均水力梯度, T-1,1/S; P: 需要的功率需要的功率, W; : 动力学黏度系数动力学黏度系数, N.S/m2; V: 絮凝池体积，絮凝池体积，m3 适当的紊流程度，适当的紊流程度，G由大到小，既要保证碰撞吸附，由大到小，既要保证碰撞吸附， 又要防止絮体破碎。时间一般又要防止絮体破碎。时间一般1030分钟分钟 G t间接表示在时间间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数内颗粒碰撞的总次数 V P Q V tG 第21页/共46页 工艺工艺停留时间停留时间G （S-1） 搅拌搅拌 F废水处理中的快速搅拌废水处理中的快速搅拌 典型值典型值 5-30s500-1500 接触絮凝过滤接触絮凝过滤1s

14、2500-7500 絮凝絮凝 废水处理工艺中典型的废水处理工艺中典型的 絮凝工艺絮凝工艺 30-60min50-100 直接过滤中的絮凝阶段直接过滤中的絮凝阶段2-10min25-150 接触絮凝过滤接触絮凝过滤2-5min25-200 第22页/共46页 异向絮凝异向絮凝 同向絮凝同向絮凝 第23页/共46页 第24页/共46页 第25页/共46页 第26页/共46页 投加高分子助凝剂。投加高分子助凝剂。 第27页/共46页 第28页/共46页 An actual gang-stirrer apparatus is shown in the figure below. 第29页/共46页 2

15、 2高浓度高浓度 铝盐和铁盐投加量增大。为减少混凝剂铝盐和铁盐投加量增大。为减少混凝剂 投加量，常加高分子助凝剂。投加量，常加高分子助凝剂。 聚合氯化铝对高浊水效果较好。聚合氯化铝对高浊水效果较好。 第30页/共46页 药剂投量药剂投量 此外此外还还有有药剂药剂投加量的投加量的问题问题，当，当药剂药剂投加量投加量过过小会小会 降低混凝效果，但投加量降低混凝效果，但投加量过过大会引起胶体复大会引起胶体复稳稳，此，此时时必必 须须增加投加量才能使复增加投加量才能使复稳稳后的胶体重新通后的胶体重新通过过吸附架吸附架桥桥、 沉淀网捕等作用去除。沉淀网捕等作用去除。 第31页/共46页 Typical

16、results from a jar test series might look like: Dose (mg/L) 第32页/共46页 水力混合水力混合 水力条件水力条件 跌水、跌水、搅搅拌、曝气等混合作用形成的水流紊拌、曝气等混合作用形成的水流紊动动性性 要配合混凝的脱要配合混凝的脱稳稳与絮凝与絮凝过过程。水力坡度在凝聚程。水力坡度在凝聚过过程程 中不易中不易过过大，大，过过大会造成大会造成颗颗粒破碎。粒破碎。 第33页/共46页 第34页/共46页 四、 化学混凝的设备 1. 混凝剂的配制和投加设混凝剂的配制和投加设 备备 3. 反应絮凝设备反应絮凝设备 2. 混合反应设备混合反应设备

17、 第35页/共46页 四、 化学混凝的设备 1. 混凝剂的配制和投加设混凝剂的配制和投加设 备备 (1) 混凝剂的溶液和配混凝剂的溶液和配 制制 混凝剂在溶解池中进行溶解混凝剂在溶解池中进行溶解: 搅搅 拌拌 加速加速 药剂药剂 溶解溶解 机械搅拌机械搅拌 压缩空气搅压缩空气搅 拌拌 水泵搅拌水泵搅拌 第36页/共46页 药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用 清水稀释到一定的浓度备用。清水稀释到一定的浓度备用。 溶液池的容积可按下式计算：溶液池的容积可按下式计算： cn Aq cn Aq W 41710001000 10024 VV 1 溶解池的容积：溶

18、解池的容积： 12 )3 . 02 . 0(WW 式中式中: W1溶液池容积，溶液池容积，m3； qv处理地水量，处理地水量，m3/h; A混凝剂地最大投加量，混凝剂地最大投加量，mg/L; c溶液浓度，；溶液浓度，； n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为26次。次。 第37页/共46页 (2) 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加 计计 量量 设设 备备 转子转子 流量流量 计计 电磁电磁 流量流量 计计 投投 加加 方方 式式 泵前泵前 重力重力 投加投加 水射水射 器投器投 加加 第38页/共46页 混合设备混合设备 (1) 水泵、水力混合水泵、水力混合 (2) 管式混合管式混合 (3) 机械混合机械混合 第39页/共46页 工艺工艺停留时间停留时间G （S-1） 搅拌搅拌 F废水处理中的快速搅拌废水处理中的快速搅拌 典型值典型值 5-30s500-1500 接触絮凝过滤接触絮凝过滤1s2500-7500 絮凝絮凝 废水处理工艺中典型的废水处理工艺中典型的 絮凝工艺絮凝工艺 30-60min50-100 直接过滤中的絮凝阶段直接过滤中的絮凝阶段2-10min25-150 接触絮凝过滤接触絮凝过滤2-5m