水质处理___混凝

1、混 凝 天然水源中，无论是地下水还是地表水都不可避免地含有各种杂志，为了保障人的身体健康，做为饮用水的水源必须经过必要的净化处理手段来改善水质，使之达到清洁卫生，无毒无害的目的。给水净化工艺应该满足三个方面的需要： 1.改善水质的外观形状： 去除水中的悬浮杂质，异味、降低浑浊度、色度 2.改善水中可溶性组份： 去除水中可溶性杂质及有毒有害物质 3.改善水质卫生条件： 杀灭水中细菌，大肠杆菌及其他致病菌等，并抑制其复苏、繁殖常用的净化工艺流程主要有混凝、沉淀（澄清）、过滤、消毒，四个部分，一般采用如下所示的净化工艺流程： 在给水处理中，向原水投加混凝剂，以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，在一定水力条

2、件下，通过胶粒间以及和其它微粒间的相互碰撞和聚集，从而形成易于从水中分离的如絮体物质的过程，称为混凝混凝。何为混凝何为混凝混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物。 范围在：1nm0.1m（有时认为在1m） 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用胶体的性质胶体的性质动力学性质 布郎运动线度小于410-6m的粒子在分散介质中呈现不停息的、无规则的热运

3、动状态水化作用 颗粒带有电荷，可在颗粒表面形成一定的水化膜静电斥力 胶核吸附离子形成电位，电位差的作用下而引起的胶体溶液系统吸附层与扩散层产生的相对位移； 胶体微粒可能带负电也可能带正电，产生排斥力，不能聚合的原因。天然水体中胶体多带负电。胶体的结构胶体的结构胶体的双电层理论： 在粒子的中心是胶核，它由数百乃至数千个分散相固体物质分子组成。胶核表面吸附了某种离子而带有电荷。由于静电吸引力的作用，势必吸引溶液中的异号离子（反离子）到微粒周围反离子层。 电位离子层与反离子层组成了胶体粒子的双电层结构 胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为电位，而胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所

4、产生的电位称为电位。胶团的结构：按按照以上的描述胶体粒子的结构式可写为：胶核 电位形成离子，束缚反离子 自由反离子 吸附层扩散层胶粒胶团混凝的步骤混凝的步骤1、加药 a.减弱或消除原水中胶体颗粒的电位而使颗粒失去稳定性 b.药剂水解后能提供吸附水中杂质的介质2、混合 混合的要求是使药剂快速均匀的分散到水中，发生化学、物理反应，使水中胶体杂质形成微小绒体。这一过程应在30秒内完成，最多不得超过2分钟。3、反应 反应阶段任务是创造水力条件，使绒体能在一定时间内凝聚成“矾花”混凝的基本原理混凝的基本原理胶体保持稳定原因： 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

5、膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。 脱稳胶粒因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程。脱稳胶粒相互聚合为较大颗粒的过程称为凝聚凝聚。 未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象称为絮凝。絮凝。混凝机理：电中和、吸附架桥、沉淀物的卷扫电中和、吸附架桥、沉淀物的卷扫一、电中和机理一、电中和机理 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚； 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。 再稳现象：过多投加混凝剂，胶核的

6、强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。 二、吸附架桥作用二、吸附架桥作用 以硫酸铝为例，其水解后，产生了很多不溶于水的带正电荷的氢氧化铝胶体，成链条形，在水中形成松散的网状物，表面积很大，吸附力强。不但能吸附粘土颗粒，还能吸附有机物，细菌甚至溶解性杂质等，这样的链条形结构把水中的杂质像架桥一样地连接起来形成整体，成为矾花。 三、沉淀物的卷扫作用机理三、沉淀物的卷扫作用机理 混凝剂与水反应水解，聚合成长链高聚物，通过吸附架桥作用与胶粒形成粗大絮凝体（矾花），在沉淀过程中能吸附卷带水中的胶体、中性微粒，进行沉淀分离。 粗大絮凝体越多，卷扫作用越强，高分子凝聚剂（如聚丙烯胺）的

7、卷扫作用就特别强混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 区别凝聚、絮凝和混凝 凝聚：胶体被压缩双电层而脱稳的过程； 絮凝：胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大颗粒絮体的过程； 混凝：包括凝聚与絮凝两种过程 混凝剂 要求：混凝效果好，对人体健康无害，价廉易得，使用方便混凝剂：常用混凝剂可分为铝盐和铁盐两大类 硫酸铝 聚合氯化铝 三氯化铁 硫酸亚铁助凝剂：当单独使用混凝剂不能取得理想的净水效果时，需要投加某些辅助药剂以提高混凝效果 酸碱类 矾花核心类 氧化剂类 高分子化合物类作用：作用：（调节或改善混凝的条件）（调节或改善混凝的条件） 改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重

8、。 调整水的调整水的pHpH和碱度，使其达到最佳的混凝和碱度，使其达到最佳的混凝条件。条件。 常常 用用 的的 无无 机机 混混 凝凝 剂剂 混凝剂名称 分子式及分子量 主要成分含量 形状 适用 pH 范围 硫酸铝 Al2(SO4)18H2O 分子量 666 Al2O3 15% 白色块、粒、粉状 67.8 使用最多 明矾 Al2(SO4)3K2SO424H2O 分子量 949 Al2O310% 结晶块状 68 铝酸钠 Na2Al2O4 Al2O355% Na2O35% 结晶 聚合铝 （PAC） Al2(OH)nCl6-nm Al2O315% 液体 78 硫酸亚铁 （绿矾） FeSO47H2O

9、分子质量 278 FeSO455% Fe20% 半透明绿色结晶体 511 硫酸铁 Fe2(SO4)39H2O 分子质量 562 Fe2(SO4)370% 粉末状 511 氯化铁 FeCl36H2O 分子质量 270 FeCl360% 黑褐色结晶体 8.511 铵矾 Al2(SO4)3(NH4)2SO424H2O 分子质量 906.6 Al2O311% 块状 粉末状 10 聚合铁 （PFS） Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m N2,m=f(n) Fe2(SO4)3 液体 固体 粉末 78 影响混凝的因素影响混凝的因素1.pH1.pH和碱度对混凝效果的影响和碱度对混凝效果的影响pH影响着混凝

10、剂在水中的存在状态，不同的pH，混凝剂水解产物不同，所起的混凝作用各异。混凝剂投入原水后，由于水解作用，水中氢离子的数量增加，提高了水的酸度，pH值随之降低。这种现象阻碍了水解的进行，因此必须有一定量的碱度来中和水解产生的酸度。影响混凝的因素影响混凝的因素2.2.水温对混凝效果的影响水温对混凝效果的影响(1)水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢。(2)水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。(3)水温也影响反应后的沉降过程。影响混凝的因素影响混凝的因素3.3.水力条件对混凝效果的影响水力条件对混凝效果的影响水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为搅拌强度和搅拌时间。混合阶段，

11、要求混凝剂于废水迅速均匀混合，搅拌时间t 应在10-30s，至多不超过2min。反应阶段，一般反应池采用的流速，从进口0.6m/s逐渐减少到出口的0.2m/s。 为确定最佳的工艺条件，需要进行混凝模拟实验。(烧杯实验)影响混凝的因素影响混凝的因素4.4.水中杂质对混凝效果的影响水中杂质对混凝效果的影响(1)有利成分: 可促进混凝过程。 除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。(2)不利成分: 不利于混凝过程的进行。 磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。 氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝

12、。混凝试验混凝试验混凝搅拌试验使一种模拟混合、反应、沉淀三个工艺的实验手段，它能够提供净化构筑物的设计参数；判断净化系统所处的工作状态；评价净化构筑物的功能；评价混凝剂，助凝剂和其他化学药剂的水处理效果，指导净化药剂的经济合理加注量。具体步骤 1.根据试验的需要设置烧杯的个数，各量取1000mL水样装入烧杯中，并将烧杯定位，然后将搅拌桨片插入水样中，浆片轴要偏离烧杯中心，浆片一侧外框的烧杯壁之间至少要留有6.4mm的间隙。记录试验开始的温度。 2.把混（助）凝剂或其他水处理剂按试验的目的设定出投加顺序及加药量，而后将药剂分别装入药剂架的试管中，悬浮药液应均匀投加。 3.接通电源，设定混合，絮凝的时间，开动搅拌器控制转速在120r/min下快速搅拌，转动药剂架支杆