第三章 混凝、沉淀和澄清.ppt

第三章混凝 沉淀与澄清 黄金阳 水处理工程 污染物在水中的状态工业用水的原水和排放废水的水体中存在的各种悬浮杂质和呈溶胶状态的胶体颗粒 由于布朗运动和静电斥力的作用而呈现相对的沉淀稳定性和聚合稳定性 粒径分布状态 第一节混凝机理 二 絮凝与混凝作用理论 1 固体微粒的双电层结构 工业用水中的悬浮物或固体颗粒通常呈现胶体状态分布 这些固体微粒具有巨大的比表面积 可以吸附液体介质中的正离子或负离子或极性分子等 使固液两相界面上的电荷呈不平衡分布 在界面两边产生电位差 这就是固体微粒的双电层现象 二 絮凝与混凝作用理论 2 固液分散体系的稳定性 固液分散体系的稳定化理论 dlvo理论 假设分散的固体微粒间存在一种排斥位能和吸引位能的平衡 排斥作用是由于带同种电荷的胶体颗粒的双电层相互作用而引起的 或者由于粒子和溶剂之间的相互作用而引起的 吸引作用则主要是范德华力所引起的 混凝沉淀法 为满足用水水质和环境排放的要求 向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性 使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体 以便从水中分离出来 达到水质净化的目的 混凝与絮凝的区别和联系 第一节混凝机理 1 压缩双电层与电中和作用 使固体颗粒迅速凝聚的方法 a 压缩双电层 加入电解质 减小双电层厚度 使范德华力占优势而达到彼此吸引 最后达到凝聚 b 电中和作用 加入带有不同电荷的固体微粒 使不同电荷的粒子由于静电吸引而最终达到凝聚 第一节混凝机理 2 吸附架桥作用 高分子絮凝剂的聚合度较大 即主链相当长 在水介质中 主链是弯曲和卷曲的 因此可以把这类聚电解质的絮凝作用简化地看成带有多个负电荷的卷曲的线状分子 在分子主链上的数个部位被固体微粒所吸附 就像在这些固体微粒之间架起桥梁似的 第一节混凝机理 3 絮体的卷扫作用 铝盐或铁盐在水中能形成高聚合度的多羟基化合物的絮体 在沉淀过程中可以吸附卷带水中胶体颗粒共沉淀 这种类似清扫的现象 称为絮体的卷扫沉淀作用 或称网捕 第一节混凝机理 第二节混凝剂及其配制与投加 一 混凝剂与助凝剂1 混凝剂定义 为了使胶体颗粒脱稳而聚集所投加的药剂 基本要求 混凝效果好 对人体健康无害 适应性强 使用方便 货源可靠 价格低廉 种类 按化学成分分为无机和有机两种 无机混凝剂 常用的有铝盐和铁盐 如 硫酸铝三氯化铁 硫酸亚铁 聚合铝 聚合铁等 有机混凝剂 分人工合成和天然两种 为巨大的线形分子 由许多链节组成 根据基团带电情况分为阳离子型 阴离子型 非离子型和两性型 第二节混凝剂及其配制与投加 第二节混凝剂及其配制与投加 硫酸铝性质外观及腐蚀性 有固液两态 常用固态 分精制和粗制两种 呈白色或灰色结晶体 腐蚀性较小对水温和ph值的适应性 适宜水温20 40 ph 5 7 7 8时 主要去除微小悬浮物 ph 6 4 7 8时 主要处理高浊低色度水 ph 4 6时 处理高色度水 适用条件 适应面广 但原水需有一定碱度 不宜处理低温低浊水 第二节混凝剂及其配制与投加 三氯化铁性质外观及腐蚀性 固态产品呈半透明绿色结晶体 腐蚀性较大 对水温和ph值的适应性 受水温影响小 ph 8 5 11时 主要处理碱度和浊度高的原水 配制浓度 一般在5 10 小水厂可为1 2 大水厂可为10 15 适用条件 絮体易沉淀 价格低 但需经氯氧化 不适宜处理色度和含铁量高的原水 适宜处理低浊 第二节混凝剂及其配制与投加 聚合氯化铝性质外观及腐蚀性 有固液两态产品 固态为无色或黄色树脂状 腐蚀性较小 配制浓度 最低浓度为5 适用条件 应用范围广 效果好 用量少 成本低 沉速快 适宜处理多种水质 但不够稳定 聚合硫酸铁聚合硫酸铁是20世纪70年代开发的新型无和高分子絮凝剂 有液体和固体两种 液体是红褐色的粘稠液体 粘度 1lmpa s 20c 固体是一种淡黄色的颗粒 相对密度1 45 结构式 fe2 oh n so4 3 n 2 m 式中n 2 m f n 同传统的净水剂硫酸亚铁或硫酸铝相比较 聚合硫酸铁具有如下特点 投药量少 适应能力强 ph值适用范围广 4 11 对各种水质条件都能获得良好的结果 基本上不用改变水的ph值 具有脱色 除菌 除放射性元素 除重金属离子 降低cod及bod之功能 第二节混凝剂及其配制与投加 第二节混凝剂及其配制与投加 高分子絮凝剂特点用量少 絮凝能力高 效果好 成本低 应用范围广 絮凝体粗大 沉降速度快 处理时间短 效率高 所产污泥易处理 共存离子影响小 ph值影响小 缺点 有毒 不能用来处理饮用水 只能用来处理工业废水 第二节混凝剂及其配制与投加 2 助凝剂定义 在水的沉淀 澄清过程中 为改善絮凝效果 另外投加的辅助药剂 常用的助凝剂 调整剂絮体结构改良剂氧化剂 第二节混凝剂及其配制与投加 3 药剂的选择种类和用量都由实验确定 没有最好的 只有最合适的 第二节混凝剂及其配制与投加 混凝影响因素一 水温低温 混凝效果差 原因是 无机盐水解吸热温度降低 粘度升高 布朗运动减弱胶体颗粒水化作用增强 妨碍凝聚 第二节混凝剂及其配制与投加 混凝影响因素二 ph视混凝剂品种而异 无机盐水解 造成ph下降 影响水解产物形态 根据水质 去除对象 最佳ph范围也不同 第二节混凝剂及其配制与投加 混凝影响因素三 水中杂质浓度杂质浓度低 颗粒间碰撞机率下降 混凝效果差 对策 1 加高分子助凝剂2 加粘土3 投加混凝剂后直接过滤 第二节混凝剂及其配制与投加 二 混凝剂的配制与投加混凝剂投加分固体投加 干投 和液体投加 湿投 一般采用液体投加方式干投方式流程 药剂输送 粉碎 提升 计量 加药混合湿投方式流程 溶解池 溶液池 定量控制设备 投加设备 混合设备 第二节混凝剂及其配制与投加 第二节混凝剂及其配制与投加 湿法投药系统投药系统包括 溶解池 溶液池 计量设备 提升设备和投加设备等 1 混凝剂溶解和溶液配制溶解池 溶解混凝剂的设备 溶解池或陶缸 为加速溶解可设搅拌装置 机械 压缩空气 水泵 水力搅拌等 第二节混凝剂及其配制与投加 第二节混凝剂及其配制与投加 2 混凝剂投加计量设备 采用孔口计量 孔板流量计等 计量泵 转子流量计等 二 絮凝与混凝作用理论 孔板流量计 孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器 或差压变送器 温度变送器及压力变送器 配套组成的高量程比差压流量装置 可测量气体 蒸汽 液体及天然气的流量 广泛应用于石油 化工 冶金 电力 供热 供水等领域的过程控制和测量 二 絮凝与混凝作用理论 转子流量计 浮子流量计 又称转子流量计 是变面积式流量计的一种 在一根由下向上扩大的垂直锥管中 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的 浮子可以在锥管内自由地上升和下降 在流速和浮力作用下上下运动 与浮子重量平衡后 通过磁耦合传到与刻度盘指示流量 一般分为玻璃和金属转子流量计 金属转子流量计是工业上最常用的 对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质 由于玻璃材质的本身易碎性 关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计 二 絮凝与混凝作用理论 计量泵 计量泵 电磁隔膜计量泵 二 絮凝与混凝作用理论 污水计量 二 絮凝与混凝作用理论 计量泵 第二节混凝剂及其配制与投加 2 混凝剂投加计量设备 采用孔口计量 孔板流量计等 计量泵 流量计等 投加方式 重力投加 压力投加 重力投加是利用重力将混凝剂投加在水泵吸水管内或吸水井中的吸水喇叭口处 泵前投加 利用水泵叶轮混合 或建高位溶液池 压力投加是利用水射器或水泵将药剂投加到压力水管中或构筑物内 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 第二节混凝剂及其配制与投加 第三节混凝设备 1 混合设备 水泵混合 投药投加在水泵吸水口或管上 管式混合 管式静态混合器 扩散混合器 混合时间2 3秒机械混合 搅拌 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备之管道式混合器 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备之穿孔板 穿孔旋流混合 二 絮凝与混凝作用理论 混凝设备 反应池隔板折流反应池 二 絮凝与混凝作用理论 混凝设备 反应池隔板折流反应池 设计关键 过流面积和底面坡度 二 絮凝与混凝作用理论 混凝设备 反应池折板反应池 二 絮凝与混凝作用理论 混凝设备 反应池折板反应池 二 絮凝与混凝作用理论 混凝设备 反应池折板反应池 同波折板 异波折板 平行直板 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 反应池涡流式反应池 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备网格反应池 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 网格絮凝池为多格竖井回流式 每个竖井安装若干层网格或栅条 各竖井之间的隔墙上下交错开孔 每个竖井网格或栅条数自进水端到出水端逐渐减少 一般分三段 密 疏 无 水流通过网格时 相继收缩 扩大 形成旋涡 造成颗粒碰撞 水流通过竖井之间孔洞流速及过网流速按絮凝规律逐渐减小 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 絮凝池组合应用不同形式的絮凝池组合应用往往可以相互补充 取长补短 如往复式和回转式隔板絮凝池的竖向组合 穿孔旋流絮凝池与隔板絮凝池的组合 隔板絮凝池和机械搅拌絮凝池的组合等 可达到良好的絮凝效果 二 絮凝与混凝作用理论 混凝处理流程及设备 混凝设备 三 混凝的应用 1 给水处理以地面水为水源时 去除浊度和细菌 经混凝沉淀后一般浊度小于10度2 废水处理处理特殊废水 脱色 除悬浮物3 改善污泥脱水性能 第3节沉淀原理与分类 一 原理利用颗粒与水的密度之差 比重 1 下沉比重 1 上浮沉淀工艺简单 应用极为广泛 主要用于去除100um以上的颗粒给水处理 混凝沉淀 高浊预沉废水处理 沉砂池 去除无机物 初沉池 去除悬浮有机物 二沉池 活性污泥与水分离 第3节沉淀原理与分类 二 分类自由沉淀 离散颗粒 在沉淀过程中沉速不变 沉砂池 初沉池前期 絮凝沉淀 絮凝性颗粒 在沉淀过程中沉速增加 初沉池后期 二沉池前期 给水混凝沉淀 拥挤沉淀 颗粒浓度大 相互间发生干扰 分层 高浊水 二沉池 污泥浓缩池 压缩沉淀 颗粒间相互挤压 下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出 污泥得到浓缩 第3节沉淀原理与分类 一 颗粒沉速公式 stokes law 假设沉淀的颗粒是球形所受到的重力为f1 1 6 d3 p l g所受到的水的阻力f2 cd lu2 2 d2 4cd与颗粒大小 形状 粗造度 沉速有关 平衡时 f1 f2可得到沉速 terminalvelocity 计算公式 对球形颗粒 三 理想沉淀池假设 颗粒为自由沉淀水流水平流动 在过水断面上 各点流速相等 颗粒到底就被去除 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 避免进水对泥斗内沉泥形成冲击 第3节沉砂池与沉淀池 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 链条刮泥机 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 平流式沉淀池构造 由流入装置 前 流出装置 后 沉淀区 上 污泥区 下 和排泥装置等组成 流入装置 均布水流 减少扰动 类型有穿孔墙 配水槽和挡流板等 流出装置 均匀出流 控制水位 采用堰 孔口出流等 污泥区 储存 浓缩 排除污泥 排泥方法 静压排泥 斗形底 穿孔管 机械排泥 第3节沉砂池与沉淀池 四 沉淀池分类 第3节沉淀原理与分类 竖流式沉淀池构造 圆形或方形 直径 或边长 4 7m 一般不大于10m 径深比不大于3 沉淀区呈圆柱体 污泥斗为截头倒锥体 污泥斗倾角450 600 静压排泥 静水压力为1 5 2 0m 中心管内流速不宜大于100mm s 末端设喇叭口及反射板 五 沉砂池 行车式吸砂机 第3节沉砂池与沉淀池 五 沉砂池 行车式吸砂机 第3节沉砂池与沉淀池 行车式吸砂机 第3节沉砂池与沉淀池 进出水方式 第3节沉砂池与沉淀池 第3节沉砂池与沉淀池 第3节沉砂池与沉淀池 第3节沉砂池与沉淀池 斜板 管 沉淀池定义 由浅池理论 在沉淀池中设置斜板 管 构成 水流沿斜板 管 斜向流动 分类 按水流方向与颗粒沉淀方向间的相对关系分为侧向流 同向流 逆 或异 向流斜板 管 沉淀池 以逆向流最为常用 构造 由清水区 斜管区 配水区 积泥区构成 排泥方法 静压排泥 机械排泥 第3节沉砂池与沉淀池 第3节沉砂池与沉淀池 含油废水主要来源于石油 石油化工 钢铁 焦化等工业企业 油类在水中的存在形式有 悬浮油 油珠粒径 100 m 易浮于水面形成油膜或油层 分散油 油珠粒径为10 100 m 悬浮 不稳定 静置易形成浮油 乳化油 油珠粒径小于10 m 一般为0 1 0 2 m 因水中含表面活性剂使油珠成稳定乳化液 溶解油 粒径可小到几nm 是溶于水的油微粒 隔油池类型有平流式 斜流式等 主要去除浮油和分散油 第4节隔油池 第4节隔油池 第4节隔油池 第4节隔油池 斜板式隔油池构造 采用波纹型斜板 板间距20 50mm 倾斜角为450 优点 油水分离效率高 停留时间短 一般不大于30min 占地面积小 所以应用极为广泛 平流式隔油池构造 类似于平流式沉淀池 大型隔油池设置刮油刮泥设备 在出水一侧水面上设集油管 上开切口并可转动 池表面覆盖盖板 以防雨 防火和保温 寒冷地区应设加温管 优点 构造简单 便于运行管理 除油效果稳定 缺点 池体大 占地面积多 澄清池 第5节澄清池 澄清池 第5节澄清池 澄清池 第5节澄清池 功能 将絮凝和沉淀两个过程综合于一体 是利用池中活性泥渣层与混凝剂以及原水中的杂质颗粒相互接触 吸附 把脱稳杂质阻留下来 使水获得澄清 泥渣形成 加大混凝剂投加量 降低负荷 经一定时间运转后形成泥渣 分类 泥渣悬浮型 脉冲澄清池 悬浮澄清池 和泥渣循环型 机械搅拌澄清池 水力循环澄清池 澄清池 第5节澄清池 一 机械搅拌澄清池构造 由第一絮凝池 第二絮凝池 导流室及分离室组成 工作原理 通过机械搅拌作用 使加入药剂的原水在第一絮凝池和第二絮凝池内与高浓度的回