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混凝
混凝常作為污水處理前的預(yù)處理之一,它是通過向廢水中投加混凝劑,使細(xì)小懸浮物或膠體微?;ハ辔浇Y(jié)合而成較大顆粒而沉淀,得以與水分離,使廢水得以凈化。混凝除了能夠促進(jìn)渾水澄清外,還能降低水的色度和去除附著于膠粒和致濁雜質(zhì)上的細(xì)菌和病菌,去除各種難降解有機(jī)物、某些重金屬毒物和放射性物質(zhì),改善污泥的脫水性質(zhì)。
一、基本原理:
混凝劑對(duì)水中膠體粒子的混凝作用有四種:壓縮雙電層作用機(jī)理、吸附-電性中和作用機(jī)理、吸附架橋作用機(jī)理和沉淀物的網(wǎng)捕、卷掃作用機(jī)理。
1、壓縮雙電層作用機(jī)理在水中投加混凝劑后,混凝劑電離產(chǎn)生大量的正離子或聚合離子,通過加入電解質(zhì)壓縮擴(kuò)散層而導(dǎo)致膠粒脫穩(wěn)凝聚。
2、吸附-電性中和作用機(jī)在水中投加適量的混凝劑,通過吸附作用,使膠體電性中和而達(dá)到脫穩(wěn)凝聚的目的。
3、吸附架橋作用機(jī)理對(duì)高分子絮凝劑,有的表面不帶電,為非離子型,有的表面帶負(fù)電荷,仍然能對(duì)帶負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)起混凝作用,這個(gè)現(xiàn)象可用吸附架橋作用機(jī)理來解釋。
對(duì)于高分子物質(zhì),其混凝作用機(jī)理可分為兩種情(1)高分子物質(zhì)為陽(yáng)離子型時(shí),吸附-電性中和作用和吸附架橋作用都有。(2)高分子物質(zhì)為陰離子型和非離子型時(shí),則為吸附架橋作用。
4、沉淀物的網(wǎng)捕、卷掃作用機(jī)理無機(jī)鹽混凝劑投量很多時(shí)(例如鋁鹽、鐵鹽),會(huì)在水中產(chǎn)生大量氫氧化物沉淀,形成一張絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在下沉過程中網(wǎng)捕、卷掃水中膠體顆粒,以致產(chǎn)生沉淀分離。沉淀物的網(wǎng)捕、卷掃作用是一種機(jī)械作用。對(duì)于低濁度水,可以利用這個(gè)作用機(jī)理,在水中投加大量混凝劑,以達(dá)到去除膠體雜質(zhì)的目的。
聚合混凝劑
混凝劑按化學(xué)成分分為無機(jī)混凝劑和有機(jī)混凝劑
二、混凝過程及設(shè)備:
混凝處理工藝流程包括混凝劑的配置與投加、混合、反應(yīng)及沉淀分離等過程。其流程如下圖所示:
1、投藥
投藥方法分為干投法和濕投放。干投法就是將固體混凝劑破碎成粉末后定量地投入待處理水中。此法對(duì)混凝劑的粒度要求較嚴(yán),投量控制較難,對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求較高,勞動(dòng)條件也較差,目前國(guó)內(nèi)使用較少。濕投法是將混凝劑和助凝劑先溶解配成一定濃度的溶液,然后按處理水量大小定量投加。
2、混合
混合是指當(dāng)藥劑投入污水后發(fā)生水解并產(chǎn)生異電荷膠體與水中膠體和懸浮物接觸形成細(xì)小絮凝體(俗稱礬花)的過程。在專用混合設(shè)備中進(jìn)行混合,有機(jī)械和水力兩種方法。采用機(jī)械攪拌的有機(jī)械攪拌混合槽、水泵混合槽等,利用水力混合的有管道式、穿孔板式、渦流式混合槽等。
3、反應(yīng)
混合完成后,水中已產(chǎn)生細(xì)小絮體,但還未達(dá)到能自然沉降的粒度,反應(yīng)階段的作用是小絮體繼續(xù)形成大的、具有良好沉淀性能的絮凝體,以使其在后續(xù)的沉淀池內(nèi)下沉。
4、澄清池
澄清池是能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)混凝劑與原水的混合、反應(yīng)、澄清合成一體的設(shè)備,具有占地面積小,處理效果好,生產(chǎn)效率高,節(jié)省藥劑用量等優(yōu)點(diǎn)。它利用的是接觸絮凝原理,即強(qiáng)化絮凝過程:在池中讓已經(jīng)生成的絮凝體懸浮在水中成為懸浮泥渣層(接觸絮凝區(qū)),當(dāng)投加混凝劑的水通過它時(shí),廢水中新生成的微絮粒迅速吸附在懸浮泥渣上,從而達(dá)到良好的去除效果。
三、影響混凝效果的主要因素:
1、水溫
水溫對(duì)混凝效果有明顯影響,我國(guó)北方到冬季水溫低達(dá)0~2℃,盡管投加大量無機(jī)鹽類混凝劑,混凝效果也不好,也就是說,低溫水難處理。原因是:
(1)低溫時(shí)無機(jī)鹽水解速度慢,因?yàn)闊o機(jī)鹽水解為吸熱反應(yīng)。
(2)水溫低時(shí)水的粘度大,會(huì)使布朗運(yùn)動(dòng)減弱,減少顆粒碰撞機(jī)會(huì),同時(shí)水的剪力增大,絮凝體容易破碎。
(3)水溫低時(shí)絮凝體不容易沉淀
(4)水溫低時(shí)膠體水化作用增強(qiáng),妨礙膠體凝聚。
(5)水溫與水的pH值有關(guān)。當(dāng)水溫低時(shí),水的pH值提高,相應(yīng)的混凝最佳pH值也將提高。
鑒于以上原因,為提高低溫水的混凝效果,可采取以下措施:
(1)采用PAC、鐵鹽作混凝劑。
(2)投加助凝劑活化硅酸
(3)增加混凝劑投加量,利用沉淀物網(wǎng)捕、卷掃作用去除水中雜質(zhì)。
2、pH值
對(duì)不同的混凝劑,水的pH值影響不同。
(1)硫酸鋁
硫酸鋁作為混凝劑時(shí),水的最佳pH值為:去除濁度時(shí)pH=6.5~7.5,去除色度時(shí)pH=4.5~5.5。
(2)三氯化鐵
三氯化鐵適用的pH值范圍比硫酸鋁寬,最佳范圍為:去除濁度時(shí)pH=6.0~8.4,去除色度時(shí)pH=3.5~5.0。
(3)硫酸亞鐵
使用硫酸亞鐵作為混凝劑時(shí),分兩種情況考慮:
(1)當(dāng)pH<8.5時(shí),通常采用亞鐵氯化法將二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子。
(2)當(dāng)pH>8.5時(shí),且水中有足夠溶解氧,則可完成二價(jià)鐵離子氧化過程。
但是天然水pH<8.5,故可采取投加石灰的方法來提高水的pH值。高分子混凝劑對(duì)水的pH值變化適應(yīng)性較強(qiáng),故可不考慮。
3、堿度
堿度指水中含堿物質(zhì)的多少。從鋁鹽的水解反應(yīng):Al3++3H2O → Al(OH)3+3H+可看出,水解過程中不斷產(chǎn)生H+,會(huì)導(dǎo)致水的pH值不斷下降,要使水的pH值保持在最佳范圍,則水中應(yīng)有足夠的堿性物質(zhì)與H+中和。天然水中均含有一定堿度(HCO3-),一般有兩種情況:
(1)當(dāng)原水的堿度足夠時(shí),就能對(duì)水的pH值有緩沖作用。
(2)當(dāng)原水堿度不足或混凝劑投量較多,水中產(chǎn)生大量的H+時(shí),必須投加石灰等堿性物質(zhì)來中和水解過程中產(chǎn)生的H+。
石灰投加量可通過試驗(yàn)確定或按下式估算:
[CaO]=[α]-[χ]+[δ]式中,
[CaO] —— 純石灰CaO投量(meq/L);
[α] —— 混凝劑投量(meq/L);
[χ] —— 原水堿度(meq/L,以CaO計(jì));
[δ] —— 剩余堿度,一般取0.5~1.0meq/L(以CaO計(jì));
4、濁度
A、低濁水
水中懸浮物濃度很低時(shí),顆粒碰撞速率大大減小,混凝效果較差,對(duì)低濁水可采取以下措施提高混凝效果:
(1)投加高分子助凝劑活化硅酸或PAM。
(2)投加粘土,以增加混凝劑水解產(chǎn)物的凝結(jié)中心,提高碰撞速率,或者采用機(jī)械攪拌澄清池。
(3)采用直接過濾法。
B、高濁水
對(duì)于高濁度水,為了減少鋁鹽、鐵鹽等混凝劑的投加量,可投加PAM作助凝劑。