混凝G值(净水工)PPT课件.ppt

第十四章混凝 第一节 混凝的机理第二节 混凝剂和助凝剂第三节 影响混凝的主要因素第四节 混凝剂的投加系统及设备第五节 混凝和絮凝 1 第一节 混凝的机理 一 基本概念在给水处理中 向原水投加混凝剂以破坏水中胶体颗粒的稳定性 并在一定的水力条件下 通过微粒间的相互碰撞或聚集 从而形成易于从水中分离的絮状物质 生产中称为 矾花 的过程 称为混凝 混合和絮凝 反应 合称为混凝 也就是说 混凝分为混合和反应两个阶段 一般有的资料也称凝聚和絮凝的合称 我们一般把混凝剂迅速 均匀地分散到原水中 充分水解 从而使水中杂质脱稳凝聚 形成较小矾花的过程称为混合 反应是指脱稳后的较小矾花在一定的水力条件下 通过吸附架桥作用 进一步结大 结成具有良好沉降性能的矾花的过程 但是这在实际生产中很难真正截然区分 2 脱稳 向原水中投加一定量的混凝剂 混凝剂提供大量的正电荷去中和 压缩胶粒的负电荷及扩散层 从而降低胶体颗粒的电位 改变其分散程度 使微粒失去稳定性的过程 混凝阶段的处理对象 主要是水中的悬浮物和胶体杂质 它是净水处理中十分重要的环节 在生产实践中证明 混凝过程的完善程度对水质的后续处理影响很大 3 二 水中颗粒的稳定性所谓胶体颗粒的稳定性 系指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性 盐水 糖水等真溶液 含黏土类胶体溶液沉降速度十分缓慢的在水处理领域也被认为是 稳定体系 水中胶体颗粒具有稳定性的原因有三点 浑水不能静置变清的原因 胶体微粒的布朗运动 胶体颗粒间的静电斥力 胶体颗粒表面的水化作用 4 三 混凝的机理1 压缩双电层作用机理和吸附电中和机理 吸附层和扩散层 在天然水中投加混凝剂后 等于提供了大量的正离子 正离子压缩扩散层促使胶粒间相互凝聚 但是 当混凝剂投加量过大时 正离子含量过多 改变了胶粒表面的电性 使胶粒变成带正电的胶粒 使脱稳胶粒重新获得稳定 混凝效果反而不好 5 6 2 吸附架桥机理混凝剂水解成为不溶于水的正电胶体和许多中间高聚产物 这些正电胶体是长条形结构 体积比杂质的尺寸大很多 它象链条一样拉起来 在水中形成松散的网状物 由于表面积大 吸附能力强 不仅能吸附黏土 还能吸附有机物 细菌甚至摹写溶解物杂质 并用它的链状结构把杂质连接起来称为绒体 好像架桥一样 绒体在形成和下降的过程中 还能相互粘结 最后形成矾花 这一过程称为 生产中 混凝剂投加量小 不足以吸附架桥 过多形成胶粒保护 7 8 3 沉淀物的卷扫和网捕作用当某些混凝剂投加量很大时会产生大量的氢氧化物沉淀 可以卷扫 网捕水中胶粒以致产生沉淀分离 称 9 四 混凝剂和助凝剂 一 混凝剂 为了促使胶体颗粒相互凝聚而加入的化学药剂 混凝剂的要求 混凝效果好 对人体健康无害 适用方便 货源充足 价格低廉 10 生产中常用的混凝剂 1 聚合氯化铝 PAC 工业上也称为碱式氯化铝 是一种无机高分子化合物 以铝灰和含铝矿物为原料制成 特点 净化效率高 耗药量少 出水浊度低 色度小 过滤性能好 原水浊度高时尤为显著 温度适应性高 PH适用范围广 5 9 使用时操作方便 腐蚀性小 劳动条件好 设备简单 操作方便 成本较铁矾低 属无机高分子化合物 11 生产中常用的混凝剂 2 聚丙烯酰胺 PAM 工业上也称为3 矾 是一种有机高分子化合物 特点 处理高浊度原水效果很好 目前被认为是处理高浊度原水最有效的高分子絮凝剂之一 水解体效果较未水解好 生产中采用水解体 即稀释适用 生产中一般采用3 8 由于固体产品不易水解 生产中要预先配制水解浓度 产品独有极微弱的毒性 用于生活饮用水净化时 要注意控制投加量 属有机高分子化合物 12 生产中常用的混凝剂 3 硫酸亚铁 绿矾 FeSO4 7H2O适用于高碱度 高浊度原水 ph8 1 9 6 混凝效果好 形成矾花快 稳定 但是 腐蚀性高 且原水色度高时不能用 4 三氯化铁FeCL3 6H2O不受水温影响 矾花大 解释 效果好 但对金属和混凝土都有腐蚀性 对塑料管也会因发热导致其变形 固体易吸水受潮 不易保管 13 二 助凝剂 在给水处理中 为了改变矾花结构 改善混凝条件 以提高混凝效果而投加的辅助药剂称为 助凝剂分类 调节和改善混凝条件 酸碱类和氧化剂类 如氯气 石灰 漂白粉等 用以改善絮凝体结构 高分子药剂 如黏土 活性泥渣 3 矾 骨胶等 其中 既可作混凝剂也可作助凝剂的是聚丙烯酰胺 14 在水处理过程中 如何正确选择助凝剂助凝剂的投入必须根据原水的水质情况选用 1 当原水PH值过低时 混凝剂水解很困难 可在水中投加助凝剂如石灰 苏打 烧碱 以调整水的PH值 改善混凝条件 2 当原水受到污染时 水中腐殖质 有机物 藻类等含量高很高 色度也较大 往往投加大量的混凝剂效果也不明显 在这种情况下 可选用氧化剂类助凝剂入氯气 漂白粉 臭氧 以破坏有机物的干扰 3 当水中的PH值偏高时 可考虑加大浑水加氯量 4 当矾花形成很细小松散时 可投加高分子助凝剂 原水浊度和水温都很低时 可在原水中投入粘土或活性泥渣 当原水浊度过高或过低时 可选用聚丙烯酰胺加快矾花的形成和沉降 15 第三节 影响混凝的主要因素 一 PH值对混凝效果的影响 前面我们提到过 PH值是反映水中酸碱度的指标 也是水中H 的浓度指标 一般天然水的ph值在6 5 7 5左右 每一种混凝剂都有合适的ph适用范围 由于水的ph值的不同 水中H 的含量不一样 混凝剂在水中存在的状态也不同 16 混凝剂在投入到水中之后 首先会进行自身的水解反应 水解反应越迅速充分 其混凝效果越好 当铁盐和铝盐水解时 都会产生一定量的H H 聚集在铁盐和铝盐的周围 阻止水解的进行 如果原水呈碱性 水中的OH 可以中和水解产生的H 水解反应会顺利进行 如果PH过低 水解就很困难 混凝剂不能充分发挥其作用 所以PH值高低直接影响混凝效果的好坏 17 二 原水碱度的影响为使混凝剂产生良好的混凝作用 水中必须要有一定的碱度 如果水中碱度不足就要投加碱性物质如石灰等 18 三 水中杂质成分的浓度和性质影响水中溶解性盐类影响混凝效果 如果水中存在大量的钙 镁离子时有助于混凝 而存在大量氯离子就影响混凝效果 水中存在大量的有机物时 它会附在胶体颗粒表面改变其特性 使胶体颗粒更稳定影响混凝效果 水中的浊度大部分是因为粘土杂质引起 粘土颗粒的浓度 尺寸大混凝效果好 如果水中粘土颗粒大小均一 浓度低 颗粒碰撞机会少 混凝效果就差 19 四 水温对混凝效果的影响水温对混凝效果影响很大 一般来讲 水温越低 混凝效果越差 不仅矾花形成慢 而且结构松散 颗粒细小 沉降性能差 其主要原因是1 影响无机盐类混凝剂水解的速度 无机盐类混凝剂的水解是个吸热的过程 温度过低水解速度就慢 2 水温低时 a 水分子运动不剧烈 水中胶体颗粒的布朗运动减弱 颗粒之间碰撞机会少 不利于凝聚 b 水的粘度增大 阻碍了颗粒之间的相互凝聚和下沉 c 水流剪力也增大 矾花不易结大 且易破碎 20 五 外部水力条件的影响是影响混凝效果的重要因素 我们从前面的学习可以知道 混凝包括两个阶段 混合阶段和凝聚阶段 21 1 混合阶段 混凝剂投入水中后 在非常短的时间内就应完成电离 水解 脱稳 凝聚过程 并形成细小矾花 在此期间 一方面要避免因混凝剂水解而使局部水区域PH值过低 另一方面应使生成的细小矾花尽快均匀分散 产生有效的吸附作用 同时 还要防止细小的矾花提前被打碎 所以 混合阶段要求水流产生激烈的湍流 达到迅速 剧烈 均匀的效果 混合的任务应该在10 30s内完成 最多不超过2min 俗称快速混合 控制G值应在700 1000s 1之间 22 2 反应阶段 在反应阶段 细小的矾花逐渐增大增强 成为具有良好沉降性能的矾花 在矾花的成长的前期 主要靠细小矾花之间的碰撞吸附 矾花成长后期靠矾花之间的吸附架桥和沉淀物的网捕作用 所以 在反应阶段 随着矾花的成长 搅拌强度和水流的速度都应逐渐降低 通常称为持续降速絮凝 一般在8 30分钟内完成 控制G值在20 70s 1之间 混合絮凝水流速度 快 稍快 慢 稍慢 缓慢 23 G值 相邻水层的水流速度差和它们之间的距离比 就是速度梯度 只有在相邻水层之间存在速度差 才能引起颗粒之间的碰撞和接触 在混合和凝聚过程中 G值是重要的技术参数 它反映同向凝聚受水流影响的程度 G值大小受温度影响很大 温度低时 水的粘度大 G值减小 24 第四节 混凝剂的投加系统及设备 水力 管 池式 溶解方式 机械 泵 搅拌 压缩空气干投投加设备水射器湿投计量泵 孔口和苗嘴计量孔板计量计量设备转子计量 浮杯计量电磁流量仪 泵前投加重力投加高架溶液池投加方法 水射器压力投加计量泵湿投法加注系统设备包括 药剂存储搬运溶解浓度储液计量投加存储量为最大投加量的1 3个月用量 25 一 混凝剂的投加量的大小与下列因素有关 1 原水水质的影响 2 制水量大小的影响 3 水温和气候条件影响 4 混凝剂的种类 投加浓度 投加方法 投加量的影响 5 运行人员综合素质的影响 26 在实际生产中 如何根据原水水质确定矾的投加量在实际生产中 投矾量得分多少除了要根据原水浊度的高低来决定外 还应重视分析原水中杂质的成分 1 当杂质主要成分是悬浮物时 由于其能自然沉淀的性质 虽然呈现的浑浊度高 但容易处理 此时投矾量不一定需要很大 2 当杂质主要成分是胶体物时 呈现的浑浊度不高 但不易处理 投矾量应该适当加大 3 当杂质成分是悬浮物和胶体物比例相差不大时时 是水质最易处理的时节 此时可考虑节约用矾 4 当原水受到严重污染时 水中溶解物杂质多 他们阻碍了混凝工艺的正常进行 即便投加量很大也不会取得很好的效果 此时可以考虑投加混凝剂 27 二 混凝剂投加系统及设备 干投法把固体药剂破碎成粉末后进行定量头加 优点 设备占地小 易调节排渣容易 缺点 投药量不太准确 特别是用药量少时 块状药剂须进行破碎 须增设破碎机 28 深圳某水厂石灰投加设备石灰投加设备局部 29 湿投法 常用方法 混凝剂配制成一定浓度的溶液后再投加 比较容易控制混合条件和投加量 大中型水厂通常建造混凝土溶解池并配置搅拌装置 搅拌的目的在于加速药剂溶解 搅拌装置有 机械搅拌 压缩空气搅拌 水力搅拌等湿投法优点 投药量准确 工作稳定可靠 适应性强 粗 精 块均可 缺点 设备较庞大 占地大 造价高 投药量突然增大时 不易调节 排渣困难 30 31 32 33 三 混凝剂的配制 单位体积矾液中所含混凝剂的重量叫做混凝计的配制浓度 一般用百分比表示 计算 例1 某水厂用容积法计算投矾量 已知溶液池的面积为20m2 甲班使用8小时后 矾液下降高度为0 2M 求该班共用矾液多少m3 若矾液的浓度为10 该班用矾多少公斤 比重为1T 已知 矾液 A 20 0 2 4m3矾量 4 1000 10 400kg答 34 2020 3 22 35 例2 有固体碱式氯化铝50kg 要配制10 的稀释溶液 需要加多少公斤水 溶质 溶液 浓度溶液 溶质 溶液 50 10 500kg水量 500 50 450kg答 36 四 投加设备1 重力投加2 水射器投加 37 3 水泵前投加 38 五 计量设备1 孔口计量q 流量 w 孔口面积 孔口的流量系数 g 重力加速度 h 孔口前作用水头 3 转子流量计计量2 浮杯计量 39 4 计量加药泵计量5 电磁流量仪计量 40 第五节混合和絮凝 一 混合和混合设备 对无机盐混凝剂而言 因其水解速度极快 要求迅速均匀地扩散到水中 一般要求混合在10 30s至多2min内完成 对高分子混凝剂 混合时主要是使药剂均匀扩散 对快速和剧烈的要求并不重要 G是控制混凝效果的水力条件 故在混凝设备中 往往以速度梯度G值作为重要的控制参数之一 所谓的速度梯度 就是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比 以G表示 只有在相邻水层之间存在速度差 才能引起颗粒之间碰撞和接触 在混合阶段 一般G 500 1000S 1之内 在此阶段形成的颗粒较小 41 1 水泵混合投药投加在水泵吸水口或管上 混合效果好 节省动力 各种水厂均可用 常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合 两者间距不大于150m 42 2 管式混合管式静态混合器 流速不宜小于1m s 水头损失不小于0 3 0 4m 简单易行 见图6 13 扩散混合器 是在管式孔板混合器前加一个锥形帽 锥形帽夹角90 顺流方向投影面积为进水管总截面面积的1 4 开孔面积为进水管总截面面积的3 4 流速为1 0 1 5m s 混合时间2 3s 节管长度不小于500mm 水头损失约0 3 0 4 直径在DN200 DN1200 43 44 3 机械混合在池内安装搅拌装置 搅拌器可以是桨板式 螺旋桨式或透平式 速度梯度700 1000s 1 时间10 30s以内 优点是混合效果好 不受水质影响 缺点是增加机械设备 增加维修工作 45 二 絮凝 絮凝要创造一定的水力条件使胶体颗粒相互碰撞 凝聚 还要有一定的容积使水有足够的停留时间 一般絮凝池的G值从80 20s 1递减 反应池进口 G值可与混合池G值相衔接 而后后递减 经反应池出口 G值可降至5 10s 1 46 1 隔板絮凝池隔板絮凝池分往复式和回转式 隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失组成 往复式总水头损失一般在0 3 0 5m 回转式的水头损失比往复式的小40 左右 隔板絮凝池特点 构造简单 管理方便 但絮凝效果不稳定 池子大 适应大水厂 隔板絮凝池的设计参数 47 48 隔板絮凝池通常适用于大 中型水厂 絮凝效果好 构造简单 施工方便 管理方便 缺点是流量变化大者 絮凝效果不稳定 与折板及网格式絮凝池相比 因水流条件不甚理想 能量消耗中无效比例较大 故需较长絮凝时间 池子容积较大 出水流量不易分配均匀 出口处易集泥 49 流速 起端0 5 0 6m s 末端0 2 0 3m s段数 4 6段 转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1 2 1 5倍 絮凝时间 20 30min 隔板间距 不大于0 5m 池底应有0 02 0 03坡度直径不小于150mm的排泥管 廊道的最小宽度不小于0 5m 各段的水头损失 总水头损失 50 2 折板絮凝池通常采用竖流式 它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板 折板波峰对波谷平行安装称 同波折板 波峰相对安装称 异波折板 与隔板式相比 水流条件大大改善 有效能量消耗比例提高 但安装维修较困难 折板费用较高 51 折板絮凝池特点 是将隔板絮凝池的平板隔板改成具有一定角度的折板 其优点是水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩 放流动且连续不断 以至形成众多的小涡旋 提高了颗粒碰撞絮凝效果 该池型具有絮凝效果好 絮凝时间短 容积较小等特点 但同时构造较隔板复杂 造价较高 52 53 3 机械絮凝池机械絮凝池的剖面示意见图 搅拌器有浆板式和叶轮式 按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式 第一格搅拌强度最大 而后逐步减小 G值也相应减小 搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积 1 机械絮凝池特点 利用电动机经减速器驱动搅拌器对水进行搅拌 故动力消耗高 需要机械设备和经常维修 但是絮凝效果好 水头损失较小 造价较小 54 55 56 2 设计参数 絮凝时间10 15分 池内一般设3 4挡搅拌机 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定 线速度第一挡0 5m s逐渐减小至末挡的0 2m s 桨板总面积宜为水流截面积的10 20 不宜超过75 桨板长度不大于叶轮半径的75 宽度宜取10