第4章-化学混凝.ppt

1、第四章化学絮凝Coagulation and Flocculation，第一节，絮凝的作用絮凝处理对象主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。 二、凝聚、凝聚和凝聚凝聚：投入凝聚剂后，水中胶体失去稳定性，胶体粒子相互凝聚，形成“矾土”。 凝聚：“矾土”在吸附、缠绕、交联等作用下形成颗粒大絮状物的过程。 凝聚：凝聚、凝聚两个过程的总称。 第一节概述了三、天然水中的胶体杂质通常是粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等负电荷胶体。 四、混凝的应用给水处理：废水处理：五、混凝的特点优点：设备简单，操作方便，间歇运行容易，效果好。 缺点：运行成本高沉渣量多，处理困难。 第二节胶体的特性，一、胶体的基本特性，(

2、一)光学特性：狄达尔效应。 (二)棕色运动：粒子不规则运动热运动。 (3)表面特性：胶体颗粒比表面积大，具有较大的表面自由能，产生特殊的吸附能力和溶解现象。 (4)动电现象(电泳现象):胶体粒子因电场力而向一个电极方向移动的现象。 二、胶体的结构、二节胶体的特性、二节胶体的特性、三、双电层理论、电位离子的静电引力，在其周围吸附了很多反(异号)离子，形成了所谓的“双电层”。 中心被称为胶体，具有选择性地吸附或电离表面而形成的该电荷的离子被称为胶体的电位离子。第二节胶体的特性、扩散层：远离电位离子的异信号离子受到的引力弱，不能与核一起移动的密度与核的距离变大而减少，符合Boltzmann分布。 吸

3、附层：接近电位离子部分的异号离子被很好地吸引，与核心一起移动，形成一定的离子层。第二节胶体的特性、四、胶体的类型、(一)疏水性胶体(疏水性胶体)吸附层中的离子直接与核心接触，水分子不能直接与核心接触。 例如，氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。 (二)存在于亲水性胶体芯表面的某极性基与水分子的亲和力大，使水分子直接吸附在芯表面而形成水合膜的胶体。 第二节胶体的特性、五、胶体的稳定性、胶体的稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 稳定因子静电斥力布朗运动水合作用不稳定因子范德瓦尔斯引力布朗运动重力作用、第二节胶体的特性、第三节凝聚原理、胶体的特性，根据水处理中破坏胶体稳定性的方法电

4、荷不同、水合作用不同的胶体或投入产生这种胶体的电解质的高分子物质的接触凝聚化学凝聚的机理至今还不完全清楚。 水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度、絮凝剂的性质和絮凝条件等，涉及很多因素。 (1)双电层压缩机制(2)吸附电中和机制(3)吸附交联机制(4)沉淀物网捕捉机制、第3节凝聚机制、1 .双电层压缩、1 .疏水性胶体向溶液中投入电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度从图上扩散层变薄，粒子碰撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。 相互碰撞时，粒子间的排斥力和吸引力的合力从以排斥力为主的变为以引力为主的，粒子彼此凝聚。 第三节凝聚原理、SchulzeHardy法则：浓度相同的电解质破坏胶

5、体稳定性的效力随离子价数的增加而增大。 再稳定现象：凝集剂的投入量过多的话，是凝集效果降低的现象。 原因：胶体吸附电解质，表面电荷再分布。第三节凝聚原理，2、亲水胶体亲水胶体也存在双电层结构，但电位对胶体稳定性的影响远远小于水合膜的影响。 给药的药剂水合作用比核心强，与核心表面的水分子竞争，使水合膜厚减少。第三节凝聚原理、异号胶体粒子间的相互吸引达到电中和而凝聚的大胶体粒子吸附大量的小胶体粒子和异号离子，电位降低，吸引力使该胶体粒子彼此接近而凝聚。 第三节凝聚原理，二、吸附电中和机理，凝聚剂等昂贵的电解质或聚合离子。 再稳定现象：多核络离子过量投入，在胶体的强吸附作用下，胶体再带电(电荷异号)

6、出现的再稳定现象。 吸附交联作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力、氢键力等作用下，经由活性部位与胶体粒子、微细浮游物等吸附交联的现象。第三节凝聚原理、三、吸附交联机理、胶体再稳定现象(1)高分子聚合物浓度高时，对胶体颗粒的包裹产生“胶体保护”作用。 (2)胶体粒子少，高分子聚合物的卷绕作用(3)长时间的激烈搅拌。 第三节凝聚原理、投入凝聚剂而形成的大量的带有金属氢氧化物(例如Al(OH)3、Fe(OH)3或金属碳酸盐(CaCO3)的沉淀可以用网捕获、卷绕水中的胶体粒子。 水中的胶体粒子以这些沉淀为核产生凝聚沉淀。 凝集剂的最佳投入量与被除去物质的浓度成反比，胶体粒子越多，金属凝集剂的投

7、入量越少。 第三节凝聚原理、四、沉淀物网捕获机理，在凝聚过程中，这些现象往往是单独存在的，也往往是同时存在的，有时以某些现象为主。第三节絮凝原理、第四节絮凝剂和絮凝助剂、一、絮凝剂的分类、传统无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂。 (1)铝盐硫酸铝(Al2(SO4)318H2O )明矾(K2SO4Al2(SO4)324H2O )在水温低的情况下，絮凝物轻而稀疏，处理效果差。 pH的有效范围在5.5-8之间很窄。 投入量多。 二、无机絮凝剂、第四节絮凝剂和絮凝助剂、铝盐的絮凝过程： Al3以Al(OH)63的形态存在，水解： Al(H2O)63、第四节絮凝剂和絮凝助剂、pH4 pH45 pH78单核络合

8、物通过OH-桥键缩聚得到的单羟基络合物： al (h2o ) 52al2(oh)(h2o)105h2o这两个单羟基络合物为双羟基双核络合物： oh2al(oh第四节凝聚剂和凝聚助剂，生成物Al2(OH)2(OH)84进一步缩合Al3(OH)4(H2O)105缩合生成物的同时105、Al3在水中的存在状态和pH相关的pH低，高电荷低聚合度的络合物多，pH高，低电荷高聚合度的络合物多。 第四节絮凝剂和絮凝助剂，不同产物的作用对于高电荷低聚合度的水解聚合物，主要对于双电荷层的压缩和交联的吸附作用的低电荷高聚合度的水解聚合物，主要对于吸附交联作用和沉淀网捕捉作用的高聚合度的水解沉淀物，以吸附、网捕捉、

9、缠绕作用为主。 (2)铁盐三氯化铁(FeCl36H2O )硫酸亚铁(FeSO47H2O )生成的絮凝物处理水中沉淀速度快、浊度高、水温低的废水，效果显着的FeCl3容易吸水潮解，难以保管，腐蚀性强，对混凝土也有腐蚀作用生成2的溶解度大，残留水中的Fe2为处理后的软管颜色，第4节凝集剂和凝集助剂，(3)无机高分子凝集剂聚合氯化铝(碱性氯化铝，简称PAC )化学通式为Al2(OH)nCl6-nm的制备：以铝灰或含铝矿物为原料碱氯化铝李润生a，对水质适应性强，适用pH范围广，5-9之间b .絮状物形成快，严重，沉降性好，c .剂量低。 d .碱化度高，对设备的腐蚀性小，处理后的水pH和碱度的降低小。

10、 第四节凝集剂和凝集助剂、聚硫酸铁(碱性硫酸铁) (简称为PFS )化学通式为Fe2(OH)n(SO4)3- n/2m式中的n10。 a、适用范围广： pH 4-11； 低水温下凝聚效果稳定的b .用量少，絮凝物沉降性能好的c.cod去除率和脱色效果高的d .处理后的水中铁残留量低，腐蚀性小。 第四节絮凝剂和絮凝剂、天然高分子絮凝剂人工合成高分子絮凝剂，水处理常用阴离子型、阳离子型、非离子型3种高分子絮凝剂。 第四节絮凝剂和絮凝剂、三、有机絮凝剂、(1)天然高分子絮凝剂主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。 特点：电荷密度小，分子量低，且容易分解，丧失活性。 (2)人工合成高分子凝聚剂阴离子型：主要含

11、有-COOM(M为h或金属离子)或-SO3H的聚合物，例如阴离子聚丙烯酰胺(CPAM )或聚苯乙烯磺酸钠(PSS )等。 阳离子型：主要含有-NH3、-NH2、-N R4的聚合物，例如阳离子聚丙烯酰胺(APAM )等。 非离子性：含有的基团没有反应的聚合物。 例如，非离子性聚丙烯酰胺(NPAM )、聚氧乙烯(PEO )等。 第四节絮凝剂和絮凝剂，聚丙烯酰胺简称PAM，又称为第三号絮凝剂，PAM的分子结构为通式：PAM为线性水溶性高分子，其分子量为300-1800万。 阴离子性聚丙烯酰胺(CPAM )阳离子性聚丙烯酰胺(APAM )非离子性聚丙烯酰胺(NPAM )两性离子性聚丙烯酰胺(NPAM

12、)、第4节凝聚剂和凝聚助剂、(3)高分子凝聚剂的作用为氢键、静电、范德华、第四节凝集剂和凝集助剂、有机高分子凝集剂使用时应注意的问题：与其他凝集剂共同使用时的投入顺序：废水的低浊度时，最好先投入其他凝集剂，废水的浊度高时，首先投入PAM。 高分子絮凝剂最佳投入量的确定。 使用高分子凝聚剂时，尽量使用低浓度。 第四节凝聚剂和凝聚助剂、有机高分子凝聚剂天然有机高分子凝聚剂：例如壳聚糖及其改性物、淀粉改性聚丙烯酸铵改性物：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性无机凝聚剂无机复合凝聚剂的开发，例如聚硅酸铝、聚硅酸铁、聚硅酸调整废水的pH值和碱度，使其达到最佳凝聚条件。 第四节絮凝剂和助凝剂、第四节絮凝剂、

13、第四节絮凝剂、第三节絮凝剂分类a、pH值调节剂：调节废水的pH值可满足絮凝处理工艺的要求。 石灰、硫酸、氢氧化钠等常用。 b .絮凝物结构改良剂：为了增大絮凝物的粒径、密度，投入絮凝物结构改良剂。 常用骨胶、活化硅酸、海藻酸钠、粘土、水玻璃、PAM等。 c .氧化剂：有机物含量高，容易起泡，絮状物不易沉降。 投入氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物。 第四节絮凝剂和絮凝剂，一、工艺流程絮凝工艺流程由药剂投入、混合、反应及沉淀分离等单元组成。 第五节絮凝工艺和设备、混合：使絮凝剂迅速均匀地分散在废水中，压缩双电层和电中和作用，使胶体脱稳定，形成小的“矾土”。 反应：在一定的水流条件下，小“矾土”通过吸

14、附交联和沉淀物捕网等作用形成大絮凝物。沉淀：反应过程中形成的大絮凝物进入沉淀池中分离。第五节混凝工艺和设备、混凝剂的调配混凝剂的投入固体投入、液体投入、二、混凝剂的调配和投入、工艺流程：药剂输送粉碎提高修正量加药混合、(1)混凝剂干投入法(应用少)、第五节混凝工艺和设备药剂调配：水力调配、机械调配、压缩空气调配、人工调配等。 溶液池：调制一定浓度溶液的设施。 其他设备：(略)，第五节混凝工艺和设备，重力投入，可以直接将絮凝剂溶液投入管道内或水泵吸水管喇叭口。 第五节凝聚工艺和设备、(3)凝聚剂投入方式、虹吸式定量投入可以通过改变虹吸管入口和出口高度的差(h )来控制投入量。第五节凝集工艺和设备

15、、注水器投入、第五节凝集工艺和设备、用校正量泵投入药剂、第五节凝集工艺和设备、(4)凝集剂校正量方式、基本要求：投入量准确，工作灵活性和可靠性设备简单，操作方便。 第五节凝聚工序和设备、浮子苗喷嘴(孔板)修正量系统、第五节凝聚工序和设备、浮球阀修正量系统利用槽内浮球阀和槽底管口的台阶(h )一定、槽底管口流量不变的原理，通过改变池底管口苗喷嘴或孔板的孔径来给药、第五节絮凝工艺和设备、流量修正量系统修正量泵修正量、三角堰修正量系统(适用于大、中流量修正量)、第五节絮凝工艺和设备，(1)通过混合的作用，药剂能够迅速、均匀地分散到废水中。 快速：絮凝剂在废水中发生水解反应的速度快，需要尽量引起快速的

16、干扰生成大量的细絮凝物。 均匀：由于化学反应，废水中各部分均衡发展。 水力条件：搅拌时间： 1030s，工业应用始终取2min。 速度梯度： G=5001000s-1。 三、混合、第五节凝聚工艺和设备，速度梯度g是指搅拌强度在垂直水流方向上的单位距离dy速度du的变化： G=du/dy (s-1 )。 速度梯度实质上反映了粒子的碰撞机会。 速度差越大，粒子彼此越容易碰撞间距越小，粒子彼此也越容易碰撞。 另外，速度梯度和搅拌时间的乘积Gt值可以间接地表示整个反应时间的粒子冲突的总次数，并可用于控制反应效果，一般Gt值应该控制在104105之间。 如果给定g值，则可以调整t值以改善反应效果。第五节混凝工艺和设备、(2)混合方式、水力混合、管式混合、a、普通配管混合，将药剂