第三章水污染

第三章 污水的化学处理第一节 化学混凝法处理对象 ：一、混凝原理 :污水中无机的、有机的（难于生物降解）溶解物质或胶体物质 。常用方法 ： 化学混凝法 中和法 化学沉淀法 氧化还原法处理对象 水中的微小悬浮物和胶体物质 。1、胶体的稳定性 主要 原因 ： 微粒的布朗运动 胶体间的静电斥力 颗粒表面的水化作用动力学稳定聚集稳定电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核电位 电位胶体的结构胶体的结构 第一节 化学混凝法胶体结构 ：胶体的双电层结构模型双 电层 ： 内层：电位离子 外层：反离子吸附一层带同号电荷的离子静电引力吸引异号离子胶粒 ：电位离子（胶核）反离子吸附层靠近胶核，随胶核运动而运动扩散层离胶核较远，受分子引力较弱，不随胶核运动而运动固定层当胶粒运动时，扩散层中反离子脱离胶团，形成多余电荷，胶粒与扩散层之间形成一个电位差，称 电动电位 常称 电位胶核表面电位离子与溶液主体的电位差，称总电位 常称 电位电中性胶团第一节 化学混凝法2、混凝原理：混凝过程 ：凝聚絮凝胶体颗粒的脱稳过程。使水中原有胶体粘附在固体颗粒上的性质。使具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体 。主要作用 ：压缩双电 层吸附架桥和网捕作用 压缩双电层作用：原理：方法： 投加电解质（混凝剂） 大量反离子进入扩散层甚至吸附层中和电荷，使 电位降低，扩散层变薄。 当 电位降到胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒开始产生明显的聚结。此时的 电位称临界电位。胶粒的稳定性主要由 电位决定，电位越大，胶体斥力越大，胶粒越稳定。消除或降低 电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。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高B A 到颗粒表面的距离反离子浓度O溶液中离子浓度低时，扩散层厚度为 OA溶液中离子浓度高时，扩散层厚度减小为 OB2、混凝原理： 压缩双电层作用：胶粒因 电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为 胶粒脱稳。脱稳胶粒相互聚结 称凝 聚。有时可以使扩散层消失， 电位为 0，称为等电状态，此时静电斥力消失，最易凝聚。适用于：无机盐混凝剂所提供的简单离子的脱稳过程。 吸附 架桥作用：吸附架桥作用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，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。三价铝盐、铁盐、高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成长链状的高分子聚合物。胶体颗粒可强烈吸附长链状的高聚物。相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程称为 絮凝。高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图 2、混凝原理： 压缩双电层作用：胶粒因 电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为 胶粒脱稳。脱稳胶粒相互聚结 称凝 聚。适用于：无机盐混凝剂所提供的简单离子的脱稳过程。 吸附 架桥作用：吸附架桥作用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，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。三价铝盐、铁盐、高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成长链状的高分子聚合物。胶体颗粒可强烈吸附长链状的高聚物。相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程称为 絮凝。 网捕作用：无机盐（三价铝、铁）水解过程形成沉淀物，在其自身沉淀的过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使粘结。沉淀金属氢氧化物 (如Al(OH)3、 Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐 (如 CaCO3)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。2、混凝原理：例：三价铝盐发挥混凝作用是各种形态的水解聚合物。 水解聚合物同时起 压缩双电层和吸附架桥 作用，充分利用二者作用，可达到优异的混凝效果。 三价铝离子的水解、缩聚逐步趋向沉淀物 Al（ 0H） 3 ，应充分利用中间产物带电聚合物， 混凝剂投加 立即搅拌 缓慢搅拌 再静沉。 带电聚合物能迅速 使脱稳胶体顺利絮凝和充分发挥均匀与胶粒接触脱稳 吸附架桥作用形成大的絮凝体。二、混凝剂和助凝剂 ：1、混凝剂要求 ： 对人健康无害，混凝效果好 ，价 廉易得，使用方便。1、混凝剂 无机盐 类混凝剂分类 铝盐 （硫酸铝、明矾）：硫酸铝效果好，使用方便，无不良影响，但水温低 ,水解困难，絮体松散，不如铁盐 铁盐 ： FeCl3 极易溶，絮体紧密易沉淀，但腐蚀性强，易吸水潮解，不易保管 。FeSO4 7H2O 无 Fe 3 较好凝聚作用，需氧化成 Fe 3 ， 且过量水呈绿色 。 高分子 混凝剂 ： 无机 ： （聚合氯化铝 PAC和聚合氯化铁 PFC)利用人工方法控制其形成最优形态的 聚合物，投入水中可发挥优良的混凝作用。适用 各种水质， PH值范围广，适应低水温，絮体大、重，用量少 有机： 天然 F691（刨花木、白胶粉）；人工（聚丙烯酰胺） PAM主要靠有机高聚物的极强吸附作用，如未脱稳有碍吸附架桥，阳离子型对负电胶体不仅吸附同是有电中和作用 。2、助凝剂：单用混凝剂作用不太好时，投加助凝剂调节和改善混凝条件： pH、絮凝体结构 。常用 聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、红花树等。三、影响混凝效果的主要因素 ：1、水温：无机盐类混凝剂水解是吸热反应，水温低、粘度大，不利水解，不利脱稳、絮凝，不易结大。对策：投加高分子助凝剂或用气浮法代替沉淀法，作为后续处理。2、 pH值：无机盐类受 pH值影响较大： 确定 pH值范围达到确定的效果，使设备、操作复杂 。高分子混凝剂受 pH影响小 。3、水中杂质的成分、性质和浓度影响过程复杂，主要通过试验确定合适的混凝剂及其用量。三、影响混凝效果的主要因素 ：1、水温： 2、 PH值： 混合阶段 使药剂迅速、均匀扩散到全部水中 得到良好水解、聚 合条件。无机盐类： 快速、剧烈、搅拌高分子混凝剂 :主要是药剂在水中均匀分散，不宜进行过份剧烈的搅拌。3、水中杂质的成分、性质和浓度4、水力条件： 反应阶段 搅拌强度逐渐降低（过滤或气浮时，可省反应阶段 ）。四、化学混凝的设备 : 混凝剂的配制和投加设备 混合设备 反应设备1、混凝剂的配制和投加设备投加方法 ： 干投法湿投法固体药剂破碎成粉末后定量投加先溶解，再配制成一定浓度的溶液后定量投加1、混凝剂的配制和投加设备溶解池 +搅拌装置（机械、压缩空气、水泵搅拌） 溶液池 叶轮 通压缩气 形成循环水 混凝剂的溶解和配制无机盐类溶解池应设防腐措施和材料。溶解 加水稀释 一定浓度备用。 (无机 10 20%，有机 0.5 1.0%) 溶液池 溶解池混凝剂的水力调制设备混凝剂的压缩空气调制混凝剂的机械调制设备1、混凝剂的配制和投加设备计量、定量设备 可随时调节投加量。（转子流量计，电磁流量计） 混凝剂的投加转子流量计转子流量计 电磁流量计 计量泵计量泵1、混凝剂的配制和投加设备 混凝剂的投加投加方式 泵前重力投加、水射器投加、计量泵投加2、混合设备利用叶轮高速转动达到快速剧烈的混合。需防腐、管线长、易絮凝、絮体断 水泵混合 隔板混合利用水流过隔板产生急剧的收缩、扩散，形成涡流，使其充分混合。多孔隔板式混合槽2、混合设备利用叶轮高速转动达到快速剧烈的混合。需防腐、管线长、易絮凝、絮体断 水泵混合 隔板混合利用水流过隔板产生急剧的收缩、扩散，形成涡流，使其充分混合。 机械混合电动机带动桨板进行搅拌（ 强度可调机动，缺点：有机械设备，增加维护保养和动力消耗 ）3、反应设备（水力搅拌） 隔板反应池水流断面流速不均造成颗粒相互碰撞而絮凝，为避免结成絮体被打碎，流速降低优点 构造简单、管理方便、效果较好。缺点 反应 时间 长， 体积 大。 隔板间距过小，难于施工，维修。适用 处理水量大 设计参数： 起始 V=0.5 0.6m/s 末端 V=0.15 0.2m/s， 隔板间距逐渐 增大。 反应 t=20 30min 间距 0.5 0.7m , i=0.02 0.03 转弯处 断面面积 为隔板 1.2 1.5倍 h损 0.3 0.5m涡流式反应池进水出水3、反应设备涡流式反应池进水出水3、反应设备涡流式反应池进水出水3、反应设备（机械搅拌） 机械反应池设计参数： 桨板总面积 =水流截面积的 10% 20%桨板长叶轮直径 75%，宽 =10 30cm 叶轮旋转线速度渐小 反应时间 t=15 20min水平轴式、垂直轴式第二节 中和法适用 酸性、碱性废水的处理。一般将 pH值调到 7反应方式 投加法 中和剂能制成溶液和浆料时。 过滤法 中和剂能制成粒料或块料时。 塔式反应器 烟道气中和碱性废水。中和所需条件： 排入水体后会对水生生物有影响。 会对排水管道产生腐蚀作用。 化学或生物处理之前。 碱性 石灰、电石渣、石灰石、白云石。 酸性 废酸、粗制酸、烟道气。中和剂：第二节 中和法1、投加法常用药剂 石灰、电石渣、石灰石、苛性钠、碳酸钠用量 按反应式估算或试验碱性药剂投加量：第二节 中和法1、投加法中和池反应方式： 连续