水处理混凝法PPT课件

1、2021-11-191 根据分散相粒度不同，废水可分为三类：根据分散相粒度不同，废水可分为三类： （悬浮液悬浮液）：分散相粒度）：分散相粒度100nm。（胶体溶液胶体溶液）：）：分散相粒度为分散相粒度为1100nm。（真溶液真溶液）：分散相粒度为分散相粒度为0.11nm。第1页/共46页2021-11-192悬浮液悬浮液胶体溶液胶体溶液真溶液真溶液吸附法等处理吸附法等处理混凝法处理混凝法处理自然沉淀或自然沉淀或过滤处理过滤处理0.1nm1nm100nm粒度100m1nm0.1nm第2页/共46页2021-11-1933 3、混凝法混凝法的的可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某

2、些重金属和放射性可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。物质。如造纸、钢铁、纺织、化工、食品等工业废水及城市污水的三级处理如造纸、钢铁、纺织、化工、食品等工业废水及城市污水的三级处理能改善污泥的脱水性能。能改善污泥的脱水性能。如如污泥处理污泥处理2 2、：主要为废水中：主要为废水中。4 4、：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行皆可。：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行皆可。 ：运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。第3页/共46页2021-11-194是通过向废水中投加化学药剂是通

3、过向废水中投加化学药剂(coagulant)(coagulant)，破坏胶体的，破坏胶体的，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)(aggregation)成较粗大的颗成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。粒而沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。第4页/共46页2021-11-195：在水溶液中能引起光的反射的性质。：在水溶液中能引起光的反射的性质。：主要是指胶体的：主要是指胶体的布朗运动布朗运动。：比表面积大，具有极大的表面自由能，使胶体颗粒具有强烈的：比表面积大，具有极大的表面自由能，使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。吸附能

4、力和水化作用。：胶体的动电现象包括电泳与电渗。电泳现象说明胶体微粒是：胶体的动电现象包括电泳与电渗。电泳现象说明胶体微粒是的。的。第5页/共46页2021-11-196胶体的双电胶体的双电层结构模型层结构模型胶核胶核电位离子电位离子束缚束缚反离反离子子胶团边界胶团边界（2 2）胶胶体体的的结结构构滑动面滑动面吸附层吸附层扩扩散散层层第6页/共46页2021-11-197 胶体粒子的结构式：胶体粒子的结构式：第7页/共46页8 Fe(OH)Fe(OH)3 3 mm nH nH (n(nx)Clx)Cl x+ x+ x Cl x Cl 胶核胶核(nuclear)吸附层吸附层stationary l

5、ayer扩散层扩散层diffuse layer：氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。：氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。：氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示：氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示：电位形电位形成离子成离子自由反自由反离子离子束缚反束缚反离子离子其中，其中，m m为胶核中的分子数；为胶核中的分子数；n n为被吸附的电位离子数；为被吸附的电位离子数；(n-x)(n-x)为吸附层中反离子数；为吸附层中反离子数；x x为扩散层中的反离子数。为扩散层中的反离子数。第8页/共46页9 胶粒与扩散层之间的电位差，称为电动电位，常称胶粒与扩散

6、层之间的电位差，称为电动电位，常称 电位。电位。胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称为总电位或称胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称为总电位或称 电位电位 。在总电位一定时，扩散层愈厚，在总电位一定时，扩散层愈厚， 电位愈高；反之扩散层愈薄，电位愈高；反之扩散层愈薄， 电位电位也愈低。也愈低。 电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和接触碰撞。电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和接触碰撞。第9页/共46页2021-11-1910 对于某类胶体而言，是对于某类胶体而言，是的，的，它它，也不具备实用意义。，也不具备实用意义。可通过电泳或电渗计算得出，可通过电泳或电渗计算得出，它随着它随着温

7、度、温度、PHPH值及溶液中反离子浓度等外部条件值及溶液中反离子浓度等外部条件而变化，在水处理中具有重要的意义。而变化，在水处理中具有重要的意义。第10页/共46页11 1）。同类的胶体微粒间的静同类的胶体微粒间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。 2）。带电荷的胶粒和反离子都能与周带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻碍各胶粒的聚合。碍各胶粒的聚合。上述分析说明，水中胶体物质是相当稳定的，要想去除它，首先要使它们脱稳，上述分析说明，水中胶体物质是相当稳定的，要想去

8、除它，首先要使它们脱稳，然后凝聚和絮凝。然后凝聚和絮凝。第11页/共46页2021-11-19122.2.胶体的脱稳机理胶体的脱稳机理 胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的的稳定性（稳定性（stabilization)stabilization)。 胶体胶体因因 电位降低或消除电位降低或消除，从而失去稳定性的，从而失去稳定性的过程称为过程称为脱稳脱稳(destabilization)(destabilization)。 ：指指的胶粒相互聚集为较大颗粒的过的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。程。指指的胶体形成大颗粒絮体的过的胶体形成大颗粒絮体的过程。程。

9、包括凝聚和絮凝两个过程。包括凝聚和絮凝两个过程。：可分为可分为、四种。四种。第12页/共46页2021-11-1913(modification of the electrical double layer) 双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。 该过程的该过程的是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小

10、。离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。 由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。第13页/共46页2021-11-1914溶液中离子浓度与扩散层厚度的关系溶液中离子浓度与扩散层厚度的关系 溶液中离子浓度低溶液中离子浓度低溶液中离子浓度高溶液中离子浓度高BA到颗粒表面的距离到颗粒表面的距离反离子浓度反离子浓度O溶液中离子浓度低溶液中离子浓度低时，扩散层厚度为时，扩散层厚度为OAOA溶液中离子浓度高溶液中离子浓度高时，扩散层厚度减时，扩散层厚度减小为小为OBOB第14页/共46页2021-11-1915因为淡水进入海水时，海水中盐类浓度较大，使淡水中胶

11、粒的稳定因为淡水进入海水时，海水中盐类浓度较大，使淡水中胶粒的稳定性降低，易于凝聚，所以在港湾处泥砂易沉积。性降低，易于凝聚，所以在港湾处泥砂易沉积。如以三价铝盐或铁盐作混凝剂，当其投量过多如以三价铝盐或铁盐作混凝剂，当其投量过多时，凝聚效果反而下降，其至重新稳定。时，凝聚效果反而下降，其至重新稳定。压缩双电层机理只是压缩双电层机理只是来说明电解质对脱稳的作用，如仅来说明电解质对脱稳的作用，如仅用它来解释水中的混凝现象，会产生一些矛盾。为此，又提出了其他几种机用它来解释水中的混凝现象，会产生一些矛盾。为此，又提出了其他几种机理。理。第15页/共46页2021-11-1916(electrica

12、l neutralization) 胶粒表面对胶粒表面对、有强烈的吸有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了 电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。 显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。第16页/共46页17(polymer bridgin

13、g of colloids)主要是指链状高分子聚合物在静电主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。L 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而

14、达不到混凝的效果。不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。第17页/共46页高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图架桥作用示意图 在吸附桥联过程中，在吸附桥联过程中，胶粒并不一定要脱稳，也无需直接接触。胶粒并不一定要脱稳，也无需直接接触。该该机理可解释非机理可解释非离子型或带同号电荷离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。离子型或带同号电荷离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。初期初期吸附吸附絮体絮体形成形成第18页/共46页2021-11-1919(entrapment in the floc structure) 沉淀金属氢氧化物沉淀金属氢氧化物(

15、(如如Al(OH)Al(OH)3 3、Fe(OH)Fe(OH)3 3) )或带金属的碳酸盐或带金属的碳酸盐( (如如CaCOCaCO3 3) )时，时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。 以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已只是在一定情况下以某种机理为主而已。返回目录第19页/共46页2021-11-1920三、混凝剂与助凝剂三、混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这

16、三个词常引起混淆。凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程； 絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；粒絮体的过程； 混凝混凝（coagulation - flocculationcoagulation - flocculation）则包括凝聚与絮凝两种过程）则包括凝聚与絮凝两种过程。第20页/共46页2021-11-1921 凝聚是瞬时的，所

17、需的时间是将化学药剂扩凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。散到全部水中的时间。 习惯上将低分子电解质称为习惯上将低分子电解质称为，而将高，而将高分子药剂称为分子药剂称为。：一般把能起一般把能起与与作用的药剂统称为作用的药剂统称为：当单用混凝剂不：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。第21页/共46页2021-11-19221.1.混凝剂混凝剂类型类型无机盐类无机盐类（铁盐和铝盐）（铁盐和铝盐）有机高分子类有机高分子类普通铝、铁盐普通铝、铁盐聚合

18、聚合铝、铁铝、铁盐盐第22页/共46页2021-11-1923普通铝、铁盐普通铝、铁盐 普通铝盐：普通铝盐：硫酸铝、明矾等硫酸铝、明矾等 普通铁盐：普通铁盐：三氯化铁、三氯化铁、硫酸亚铁、硫硫酸亚铁、硫酸铁等酸铁等聚合聚合铝、铁盐铝、铁盐 聚合氯化铝聚合氯化铝 聚合硫酸铁聚合硫酸铁第23页/共46页2021-11-1924和和两种，两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是是其电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。其电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。 根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离

19、子的电性，根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，可分为可分为阴离子阴离子型型(anionic)、阳离子型阳离子型(cationic)和和非离子型非离子型(nonionic)第24页/共46页2021-11-1925高分子混凝剂一般为高分子混凝剂一般为，各单体，各单体间间。高分子混凝剂溶于水中，将。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子生成大量的线形高分子。（a a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的用对胶粒的；（b b）线型高分子在溶液中的）线型高分子在溶液中的作用。作用。在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性

20、的在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起胶粒电性相反，就能起降低电位降低电位和和吸附架桥吸附架桥双重作用，可双重作用，可明显提高絮凝效果。明显提高絮凝效果。第25页/共46页2021-11-1926 常用石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。 如活性硅酸、粘土等。 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。返回目录第26页/共46页2021-11-1927废水水质废水水质混凝剂混凝剂水利条件水利条件第27页/共46页2021-11-19281.1.

21、废水水质的影响废水水质的影响 浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。所需的混凝剂用量也不同。 在混凝过程中，都有一个相对最佳pHpH值存在，使混凝。第28页/共46页2021-11-19291.1.废水水质的影响废水水质的影响 水温会影响无机盐类的水解水温会影响无机盐类的水解 水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。 有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。有利于混凝的物质：有利于混凝的物质：如

22、除硫、磷化合物以外的其他各种如除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐。无机金属盐。不利于混凝的物质：不利于混凝的物质：如磷酸离子、亚硫酸离子、高级有如磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子会阻碍高分子絮凝作用。另外，氯、机酸离子会阻碍高分子絮凝作用。另外，氯、 螯合物、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质都不利于混凝。水溶性高分子物质和表面活性物质都不利于混凝。第29页/共46页2021-11-19302.2.混凝剂的影响混凝剂的影响 混凝剂的混凝剂的主要主要胶体和细微悬浮物的胶体和细微悬浮物的。 很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用很多情况下，将无机混凝剂

23、与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。范围。第30页/共46页2021-11-1931 与水中微粒种类、性质、浓度有关；与水中微粒种类、性质、浓度有关； 与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。 最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。一般的投加量范围一般的投加量范围： 普通铁盐、铝盐为1030mg/L； 聚合盐为普通盐的1/21/3; 有机高分子混凝剂通常只需15mg/L。 若投加量过量，很容易造成胶体的再稳。最佳投加顺序可通过试验来确定。最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机与有机并用时，一般

24、而言，当无机与有机并用时，加加混凝剂，混凝剂，加加混凝剂。混凝剂。但当处理的胶粒在但当处理的胶粒在5050 mm以上时，常先加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩以上时，常先加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。扩散层而使胶体脱稳。第31页/共46页2021-11-1932 水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。 两个主要的控制指标是两个主要的控制指标是和和。要求混凝剂与废水要求混凝剂与废水均匀混合，为此要均匀混合，为此要求求。速度梯度。速度梯度G G应在应在5005001000s1000s1 1，搅拌时间，搅拌时间t t应在应在101030s30

25、s。既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此絮体被打碎，因此，相应相应GG和和t t值分别应在值分别应在202070s70s-1-1和和151530min30min。第32页/共46页2021-11-1933第33页/共46页2021-11-1934混合混合反应反应沉降沉降（澄清）（澄清）混合目的是使混凝剂尽混合目的是使混凝剂尽快与水混合，需要快与水混合，需要短时短时间高强度搅拌间高强度搅拌反应阶段的目的是使药剂与水中反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物

26、质作用生成的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件，需要造条件，需要低强度长时间搅拌低强度长时间搅拌。澄清的目的是使所生成的絮体澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程与水分离，完成净化过程第34页/共46页2021-11-1935混凝剂的配置与投加设备混凝剂的配置与投加设备混合设备混合设备反应设备反应设备澄清设备澄清设备第35页/共46页2021-11-1936 投药方法：有投药方法：有和和。：把经过破碎易于溶解的药剂直接投把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。入废水中。 干投法干投法，但对药剂的粒度要求较严，但对药剂的粒度要求较严

27、，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。时劳动条件也较差。目前应用的较少。将混凝剂和助凝剂配成一定浓度将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。包括的溶液，然后按处理水量大小定量添加。包括、和和三个过三个过程程。整个投加过程见下图。第36页/共46页2021-11-1937第37页/共46页2021-11-1938 混凝剂在混凝剂在中进行溶解，溶解池设有中进行溶解，溶解池设有。搅拌方法常用搅拌方法常用、和和等。等。药剂溶解完全后，将浓药液送入药剂溶解完全后，将浓药液送入，用清水稀释到一定的浓度备用

28、。用清水稀释到一定的浓度备用。无机混凝剂溶液浓度一般用无机混凝剂溶液浓度一般用10%20%。有有机高分子混凝剂溶液的浓度一般用机高分子混凝剂溶液的浓度一般用0.51.0%。第38页/共46页2021-11-1939 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量和定量设备，并药剂投入原水中必须有计量和定量设备，并能随时调节投加量。能随时调节投加量。计量准确，调节灵活，设备简单。计量准确，调节灵活，设备简单。： 泵前重力投加泵前重力投加 水射器投加水射器投加 计量泵直接投加计量泵直接投加第39页/共46页2021-11-1940当药剂投入废水后，在水中发生水解反应并产生异电荷胶体，与水

29、中胶体和悬浮当药剂投入废水后，在水中发生水解反应并产生异电荷胶体，与水中胶体和悬浮物接触，形成细小的矾花，这一过程就是物接触，形成细小的矾花，这一过程就是。它。它是进行反应和混凝沉淀的前提。是进行反应和混凝沉淀的前提。 是因混凝剂在废水中发生水解反应的速度很快，需要尽量造成急速扰动以生是因混凝剂在废水中发生水解反应的速度很快，需要尽量造成急速扰动以生成大量细小胶体，并不要求生成大颗粒；成大量细小胶体，并不要求生成大颗粒；是为了使化学反应能在废水中各部分得到均衡发展。是为了使化学反应能在废水中各部分得到均衡发展。 有有水力水力搅拌和搅拌和机械机械搅拌两类。搅拌两类。第40页/共46页2021-11-1941 一般有两种：一般有两种：借水泵的吸水管或压水管混合。借水泵的吸水管或压水管混合。 水泵混合水泵混合 利用提升水泵进行混合是一种常用的利用提升水泵进行混合是一种常用的方法。药剂在水泵的吸水管上或吸水喇叭口处投入，方法。药剂在水泵的吸水管上或吸水喇叭口处投入，利用水泵叶轮的高速转动达到快速而剧烈的混合目利用