第二节_混凝.ppt
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1、第二节化学混凝法第二节化学混凝法Coagulation1本章要讲的问题一、混凝原理和用途二、混凝的工艺过程三、混凝剂与助凝剂四、投药方法及设备五、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理六、混合与反应七、影响混凝的因素八、沉降与澄清九、混凝方法的优缺点L2一、混凝原理和用途混混凝凝的的主主要要对对象象是是废废水水中中的的细细小小悬悬浮浮颗颗粒粒和和胶胶体体微微粒粒(colloidal colloidal matters)matters),这这些些颗颗粒粒用用自自然沉降法很难从水中分离出去。然沉降法很难从水中分离出去。混混凝凝是是通通过过向向废废水水中中投投加加混混凝凝剂剂(coagulant)(coa
2、gulant),破破坏坏胶胶体体的的稳稳定定性性,使使细细小小悬悬浮浮颗颗粒粒和和胶胶体体微微粒粒聚聚集集(aggregation)(aggregation)成成较较粗粗大大的的颗颗粒粒而而沉沉降与水分离,使废水得到净化。降与水分离,使废水得到净化。混凝法是废水处理中常采用的方法。混凝法是废水处理中常采用的方法。可可以以用用来来降降低低废废水水的的浊浊度度和和色色度度,去去除除多多种种高高分子有机物、某些重金属和放射性物质。分子有机物、某些重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。混凝法还能改善污泥的脱水性能。3废水废水混凝剂混凝剂L L混合混合L反应反应L沉降沉降L(澄清)(澄清)出
3、水出水污泥污泥二、混凝的工艺过程混合目的是使混凝剂尽混合目的是使混凝剂尽快与水混合,需要短时快与水混合,需要短时间高强度搅拌间高强度搅拌反应阶段的目的是使药剂与水中反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体,为沉降分离创尽可能大的絮体,为沉降分离创造条件,需要低强度长时间搅拌。造条件,需要低强度长时间搅拌。许多因素影响反应过程许多因素影响反应过程L澄清的目的是使所澄清的目的是使所生成的絮体与水分生成的絮体与水分离,完成净化过程离,完成净化过程4五、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理1.1.胶体的特点:胶体的特点:粒径小,粒径小,一般直径为一
4、般直径为1010-3-31010-8-8mmmm;布布朗朗运运动动,颗颗粒粒在在废废水水中中受受水水分分子子热热运运动的碰撞而作无规则的布朗运动;动的碰撞而作无规则的布朗运动;带电,带电,同类胶体微粒带有同性电荷。同类胶体微粒带有同性电荷。水水化化膜膜,许许多多水水分分子子被被吸吸引引在在胶胶体体微微粒粒周围,形成水化膜。周围,形成水化膜。5胶体的双电层结构模型胶核胶核电位离子电位离子束缚反离子,束缚反离子,滑动面滑动面胶团边界胶团边界2.2.胶体的结构胶体的结构6 胶核胶核 电位形成离子,束缚反离子电位形成离子,束缚反离子 自由反离子自由反离子 Fe(OH)Fe(OH)3 3 mm nHnH
5、 (n(nx)Clx)Cl x+x+ClCl 胶核胶核(nuclear)胶粒(colloidal particle)吸附层吸附层stationary layer扩散层扩散层diffuse layer胶团(colloidal micelle)73.3.胶体的脱稳机理胶体的脱稳机理胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性(stabilization)。胶体因电位降低或消除,从而失去稳定性的过程称为脱稳(destabilization),脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚(coagulation)。混凝的机理:混凝可分为压缩双电层、(吸附电中和)、吸附架桥、沉淀物网捕三种机理。8(1
6、)压缩双电层机理)压缩双电层机理(modification of the electrical double layer)双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质,使溶液有关。当向溶液中投加电解质,使溶液中离子浓度增高时,则扩散层的厚度将中离子浓度增高时,则扩散层的厚度将减小。减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中,从而使扩散层反离子挤压到吸附层中,从而使扩散层厚度减小。厚度减小。由于扩散层厚度的减小,胶粒得以迅速由于
7、扩散层厚度的减小,胶粒得以迅速凝聚。凝聚。9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低溶液中离子浓度高溶液中离子浓度高BA到颗粒表面的距离到颗粒表面的距离反反离离子子浓浓度度O溶液中离子溶液中离子浓度低时,浓度低时,扩散层厚度扩散层厚度为为OA溶液中离子溶液中离子浓度高时,浓度高时,扩散层厚度扩散层厚度减小为减小为OB10(2)吸附电中和机理)吸附电中和机理(electrical neutralization)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位有强烈的吸附作用,由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷,减少了静电斥力,降低了 电位,使胶体的脱稳和
8、凝聚易于发生。加入铁盐、铝盐,离解和水解,生成络合离子,中和电位离子的电荷11(2)吸附架桥(桥连)机理)吸附架桥(桥连)机理(polymer bridging of colloids)吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合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。物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少,当聚合物伸展部分一端吸
9、附一个胶少,当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后,另一端因粘连不着第二个胶粒,粒后,另一端因粘连不着第二个胶粒,只能与原先的胶粒粘连,就不能起架桥只能与原先的胶粒粘连,就不能起架桥作用,从而达不到混凝的效果。作用,从而达不到混凝的效果。12高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图 13(3)沉淀物网捕机理)沉淀物网捕机理(entrapment in the floc structure)沉淀金属氢氧化物沉淀金属氢氧化物(如如Al(OH)Al(OH)3 3、Fe(OH)Fe(OH)3 3)或带金属的碳酸盐或带金属的碳酸盐(如如CaCOCaCO3 3)时,水中的胶粒和细微悬浮物可被这些时,水中的
10、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沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。捕。以以上上介介绍绍的的混混凝凝的的三三种种机机理理,在在水水处处理理中中往往往往可可能能是是同同时时或或交交叉叉发发挥挥作作用用的的,只是在一定情况下以某种机理为主而已只是在一定情况下以某种机理为主而已。返回目录14三、混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程;絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程;混凝(coagulation-flocculation)则包括凝聚与絮凝两种
11、过程。15凝聚是瞬时的,所需的时间是将化学药凝聚是瞬时的,所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。剂扩散到全部水中的时间。絮凝则与凝聚作用不同,它需要一定的絮凝则与凝聚作用不同,它需要一定的时间让絮体长大,但在一般情况下两者时间让絮体长大,但在一般情况下两者难以截然分开。难以截然分开。混凝剂混凝剂(coagulant):一般把能起凝聚与絮一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂助凝剂(coagulant aids):当单用混凝剂不:当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某类辅助药能取得良好效果时,可投加某类辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为剂以提高
12、混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂。161.混凝剂17水处理对混凝剂的要求:水处理对混凝剂的要求:混凝效果好;混凝效果好;对人类健康无害;对人类健康无害;价廉易得;价廉易得;使用方便。使用方便。目前常用的混凝剂按化学组成可分为目前常用的混凝剂按化学组成可分为无无机盐类机盐类和和有机高分子类有机高分子类。18(1)无机盐类无机盐类1 1)三氯化铁)三氯化铁(ferric chloride)(ferric chloride)无无水水物物、结结晶晶水水物物和和液液体体,其其中中常常用用的的是是FeClFeCl3 36H6H2 2OO,极易溶于水。,极易溶于水。优优点点:形形成成的的矾矾花花沉沉
13、降降性性好好,处处理理低低温温水水或或低低浊浊度度水水效效果果比比铝铝盐盐好好,适适宜宜的的pHpH值范围较宽;值范围较宽;缺缺点点:处处理理后后的的水水的的色色度度比比铝铝盐盐的的高高,腐蚀性大。腐蚀性大。192 2)硫酸亚铁)硫酸亚铁(ferrous sulfate)(ferrous sulfate)FeSOFeSO4 47H7H2 2O O是是半半透透明明绿绿色色晶晶体体,易易溶溶于于水,在水温水,在水温2O2O时溶解度为时溶解度为2121。硫硫酸酸亚亚铁铁离离解解出出的的FeFe2 2只只能能生生成成最最简简单单的的单单核核络络合合物物,因因此此,不不如如三三价价铁铁盐盐混混凝效果好。
14、凝效果好。残残留留在在水水中中的的FeFe2 2会会使使处处理理后后的的水水带带色色,FeFe2 2与与水水中中的的某某些些有有色色物物质质作作用用后后,会会生生成成颜颜色色更更深深的的溶溶解解物物。因因此此,使使用用硫硫酸酸亚亚铁铁时时应应将将二二价价铁铁先先氧氧化化为为三三价价铁铁,然后再起混凝作用。然后再起混凝作用。203 3)硫酸铝)硫酸铝(aluminum sulfate,alum)(aluminum sulfate,alum)工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于14.516.5,不溶杂质含量不大于2430。优点:价格较低,使用方便,混凝
15、效果好。缺点:当水温低时硫酸铝水解困难,形成的絮体较松散。由于杂质含量高,所以渣量大。214 4)聚合氯化铝)聚合氯化铝(poly-aluminum chloride,(poly-aluminum chloride,PAC)PAC)聚合氯化铝聚合氯化铝是一种高分子混凝剂,简称是一种高分子混凝剂,简称PAC(poly-PAC(poly-aluminiumaluminium chloride)chloride)其化学式可写为其化学式可写为AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n6-n mm,式中,式中n n可取可取1 1到到5 5中间的任何整数,中间的任何整数,mm为为 1010的整数。
16、这个化学式实际是指的整数。这个化学式实际是指 mm个个 AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n 6-n 单体的聚合物。单体的聚合物。聚聚合合氯氯化化铝铝中中OHOH与与AlAl的的比比值值对对混混凝凝效效果果有有很很大大关关系系,一一 般般 可可 用用 碱碱 化化 度度 B B表表 示示:B=0HB=0H100100/3Al/3Al,例例如如n n4 4时时,碱碱化化度度B=4/B=4/(3 32 2)100100=66.7=66.7。一一般般要要求求B B为为40406060。22聚合氯化铝优点:聚合氯化铝优点:(a)(a)应用范围广,对各种废水都可以获得较应用范围广,对各种废水
17、都可以获得较好的混凝效果。好的混凝效果。(b)(b)易快速形成大的矾花,沉降性能好,投易快速形成大的矾花,沉降性能好,投药量一般比硫酸铝低,过量投加时也不药量一般比硫酸铝低,过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。会象硫酸铝那样造成水浑浊。(c)(c)适宜的适宜的pHpH值范围较宽值范围较宽(在在5 59 9间间),且处,且处理后水的理后水的pHpH值和碱度下降较小。值和碱度下降较小。(d)(d)水温低时,仍可保持稳定的混凝效果。水温低时,仍可保持稳定的混凝效果。(e)(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高,因此其碱化度比其它铝盐、铁盐为高,因此药液对设备的侵蚀作用小。药液对设备的侵蚀作用小。23
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