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        工业废水处理方法——化学混凝法

        文章出处:未知发表时间:2021-07-07 15:57:46

        1、概述
               天然水体和废水中含有各种各样的杂质,如天然水体中含有大量细小的黏土颗粒,废水中含有的藻类、细菌、细小的颗粒物等,这些杂质按其尺寸可分为三类:悬浮颗粒(>0.1μm)、胶体(0.001~0.lμm)以及分子和离子(<1nm)。对于其中大部分密度比水大的悬浮颗粒杂质,可采用重力沉淀或离心沉淀的方法将其与水分离,但其中的胶体和部分细小悬浮物则不易沉降或上浮,这是因为细小颗粒受到双电层、表面活性剂等因素的保护,使其不易凝聚成大颗粒,这时可采用混凝沉降的办法进行处理。
                 混凝沉降法是工业废水处理中一种常用的方法,混凝的目的是通过向废水中投加某种化学药剂(常称之为混凝剂),使废水中利用自然沉淀法难以除去的细小的胶体状悬浮颗粒或乳状污染物质失去稳定后,由于互相碰撞以及集聚或聚合、搭接而形成较大的颗粒或絮状物,从而更易于自然下沉或上浮而被除去。混凝法处理的对象是废水中利用自然沉淀法难以除去的细小悬浮物及胶体微粒,可以用来降低废水的浊度和色度,去除多种高分子有机物、某些重金属毒物和放射性物质。此外,混凝法还可以改善污泥的脱水性能,所以它既可以作为独立的处理方法,又可以和其他处理方法结合起来一起使用,在工业废水处理中得到了广泛应用。
                混凝法的优点是设备简单,操作易于掌握,处理效果好,间歇或连续运行均可。缺点是运行费用高,沉渣量大,且脱水困难。

        2、混凝过程
                在水处理中,“混凝”的工艺过程分为“凝聚”与“絮凝”两个过程,对应的工艺或设备称为“混合”与“反应”。
              (1)凝聚
                在水处理工艺中,凝聚主要是指加入混凝剂后的化学反应过程(胶体的脱稳)和初步的絮凝过程。在凝聚过程中,向水中加入的混凝剂发生量水解和聚合反应,产生带正电的水解与高价聚合离子和带正电的氢氧化铝或氢氧化铁胶体,它们会对水中的胶体产生压缩双电层、吸附电中和的作用,使水中黏土胶体的电动电位下降,胶体脱稳,并开始生产细小的矾花(通常小于5μm)。
                凝聚过程要求对水进行快速搅拌,以使水解反应迅速进行,并使反应产物与胶体颗粒充分接触。此时因生产的矾花颗粒尺度很小,颗粒间的碰撞主要为异向碰撞。凝聚过程需要的时间较短,一般在2min内就可完成。
               进行凝聚过程的设备称为混合池或混合器。
             (2)絮凝
                 絮凝是指细小矾花逐渐长大的物理过程。在絮凝过程中,通过吸附电中和、吸附架桥、沉淀物的网捕等作用,细小的矾花相互碰撞凝聚逐渐长大,最后可以长大到0.6~1mm,这些大矾花颗粒具有明显的沉速,可在后续的沉淀池中被有效去除。
                 因在絮凝过程中颗粒的尺度较大,颗粒间的碰撞主要为同向絮凝。絮凝过程要求对水体的搅拌强度适当,并随着矾花颗粒的长大,搅拌强度应从大到小。如搅拌强度过大,则矾花会因水的剪力而破碎。絮凝过程需要的时间较长,一般为10~30min。
        进行絮凝过程的设备称为反应池、絮凝池或絮凝反应池。

        3、混凝剂
                混凝剂种类很多,按化学成分可分为无机和有机两大类。无机混凝剂品种较少,主要是铁盐、铝盐及其聚合物,在水处理中应用最为广泛。有机混凝剂品种很多,主要是高分子物质,但在水处理中的应用比无机的少。在全国混凝剂销售中,传统无机混凝剂占20%,无机高分子混凝剂占70%,有机高分子混凝剂约占10%。
                (1)无机混凝剂
                  能够使水中的胶体微粒相互凝聚的物质称为混凝剂。它主要用来除去废水中的细小微粒,具有破坏胶体稳定性和促进胶体絮凝的功能。混凝剂一般可分为无机和有机两大类,如表1所示。


        分类 混凝剂
        无机类 低分子 无机盐类 铝系:硫酸铝、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铝(PAC)、明矾
        铁系:三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁
        无机复合:聚合硫酸铝铁(PFAS)、聚合氯化铝(PFAC)、聚合铝硅(PASi)、聚合硫酸氯化铁(PFSC)、聚合铁硅(PSA)、聚合硅酸铁(PSF)
        无机、有机复合:聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁 –天然有机高分子、聚合铝/铁 –甲壳素、聚合铝/铁 –其他合成有机高分子
        酸、碱类金属电解物 碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、硫酸、盐酸、氢氧化铝、氢氧化铁
        高分子 阴离子型 活性硅酸
        阳离子型 聚合硫酸铝、聚合氯化铝
        有机类 表面活性剂 阴离子型 月桂酸钠、硬质酸钠、油酸钠、松酸钠、十二烷基磺酸钠
        阳离子型 十二烷基乙酸、十八烷基胺乙酸、松香胺乙酸、烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基二苯乙二酮
        低聚合度高分子 阴离子型 藻蛋白酸钠、羧甲基纤维钠盐
        阳离子型 水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚胺
        非离子型 淀粉、水溶性脲醛树脂
        两性型 动物胶、蛋白质
        高聚合度高分子 阴离子型 聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、马来酸共聚物
        阳离子型 聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶共聚物
        非离子型 聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯
         
               ①铝盐
                硫酸铝  硫酸铝有固、液两种形态,固体产品为白色、淡绿色或淡黄色片状或块状,液体产品为无色透明至淡绿或淡黄色,常用的时固态硫酸铝。硫酸铝按用途分为两类:Ⅰ类适用于饮用水的处理;Ⅱ类适用于工业用水、废水和污水的处理。固态硫酸铝Ⅰ类和Ⅱ类产品的Al2O3含量均不小于15.6%,不溶物含量不大于0.15%,铁含量不大于0.5%。硫酸铝Ⅰ类产品对铅、砷、铬和镉的含量还有相应的规定。
                硫酸铝适用方便,混凝效果较好,但当水温低时硫酸铝水解困难,形成的絮体松散。硫酸铝可干式或湿式投加。湿式投加时一般采用10%~20%的浓度。硫酸铝使用时的有效pH范围较窄,约在5.5~8之间。
                 聚合铝   聚合铝包括聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铝(PAS)等。目前使用最多的是聚合氯化铝。
                 聚合氯化铝的化学式表示为【Al2(OH)nCl6-nm,式中0﹤m3n。从安全考虑,产品标准对生活饮用水用聚合氯化铝原料做了限制。产品分为固体和液体两种,其中有效成分以氯化铝的质量分数表示,用于生活饮用水的,液体产品中的含量不小于10%,固体产品中的含量不小于29%;用于工业给水、废水和污水及污泥处理的,液体产品中的含量不小于6%,固体产品中的含量不小于28%。
                  PAC作为混凝剂用于处理水时具有下列优点:适用范围广,对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水均可达到较好的混凝效果;水温低时,仍可保持稳定的混凝效果;适宜的pH值较高,一般在5~9之间;矾花形成快,颗粒大而重,沉淀性能好,投药量比硫酸铝低。
                 PAC的作用机理与硫酸铝相似,但它的效能优于硫酸铝。实际上,聚合氯化铝可看成是氯化铝在一定条件下经水解、聚合后的产物。一般铝盐在投入水中后才进行水解聚合反应,因此反应产物的形态受水的pH值及铝盐浓度的影响,而聚合氯化铝在投入水中前的制备阶段既已发生水解聚合,投入水中后也可能发生新的变化,但聚合物成分基本确定。其成分主要决定于羟基(OH)和铝(Al)的物质的量之比。
               盐基度对混凝效果有很大的影响。用于生活饮用水净化的聚合氯化铝的盐基度一般为40%~90%;用于工业给水、废水和污水及污泥处理的聚合氯化铝的盐基度一般为30%~95%。
                PAS也是聚合铝类混凝剂之一。PAS中的硫酸根离子具有类似羟基的架桥作用,促进铝盐的水解聚合反应。
               ②铁盐
                 三氯化铁   三氯化铁(FeCl3·6H2O)是铁盐混凝剂中最常用的一种。和铝盐相似,三氯化铁溶于水后,铁离子(Fe3+)通过水解聚合可形成多种成分的配合物或聚合物,其混凝机理也与铝盐相似,但混凝特性与铝盐略有区别。一般地,铁盐适用的pH值范围较宽,在5~11之间;形成的絮凝体比铝盐絮凝体密室,沉淀性能好;处理低温或低浊水的效果比铝盐效果好。但其缺点是溶液具有较强的腐蚀性,固体产品易吸水潮解,不易保存,处理后的水的色度比用铝盐的高。
                 三氯化铁有固体和液体两种形态。三氯化铁按用途分为两大类:Ⅰ类,饮用水处理用;Ⅱ类,工业用水、废水和污水处理用。固体三氯化铁Ⅰ类和Ⅱ类产品中的FeCl3的含量分别达96%和93%以上,不溶物含量分别小于1.5%和3%。液体三氯化铁的Ⅰ类和Ⅱ类产品中的FeCl3的含量分别达41%和38%以上,不溶物含量小于0.5%。
                 硫酸亚铁  硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)是半透明绿色结晶体,俗称绿矾,易溶于水。硫酸亚铁在水中离解出的Fe2+只能生成简单的单核络合物,因此不具有Fe3+的优良混凝效果。残留于水中的Fe2+会处理后的水带色,特别是与水中有色胶体作用后,将生成颜色更深的不易沉淀的物质。因此采用硫酸亚铁做混凝剂时,应先将Fe2+氧化成Fe3+后使用。氧化方法有空气氧化、氯氧化等方法。
                当水的pH值大于8.0时,加入的Fe2+易被水中的溶解氧氧化成Fe3+;当水的pH值小于8.0时,可通过加入石灰去除水中的CO2;当水中没有足够的溶解氧时,可加入氯或漂白粉予以氧化。
                 聚合铁聚合铁包括聚合硫酸铁 (PFS) 和聚合氯化铁(PFC).
                 聚合硫酸铁是碱式硫酸铁的聚合物,其化学式为[Fe(OH)n(SO4)3-n/2]m,其中n<2,m>10。聚合硫酸铁有液、固两种形态,液体呈红褐色,固体呈淡黄色。制备聚合硫酸铁的方法有好几种,但目前基本上都是以硫酸亚铁为原料,采用不同的氧化方法将硫酸亚铁氧化成硫酸铁,同时控制总硫酸根和总铁的物质的量之比,使氧化过程中部分羟基(OH)取代部分硫酸根而形成碱式硫酸铁Fe(OH)n(SO4)3-n/2.碱式硫酸铁易于聚合而产生聚合硫酸铁。聚合硫酸铁的盐度需要控制在较低范围内,一般[OH]/[Fe]控制在8%~16%。
        聚合硫酸铁具有优良的混凝效果,其腐蚀性远小于三氯化铁。
               聚合氯化铁的研制始于20世纪80年代的日本。试验表明,聚合氯化铁的混凝效果一般高于聚合硫酸铁,但由于聚合氯化铁产品稳定性较差,在聚合后几小时至一周内即会发生沉淀,从而使混凝效果降低。
                无机混凝剂除了上述常用的铝盐、铁盐混凝剂外,还有镁盐混凝剂,如硫酸镁、碳酸镁等,其特点是形成的絮凝体大且重,易沉淀,而且可以重复利用。但因其价格昂贵,国内很少采用。
               ③其他无机聚合物/复合物
                目前,新型无机混凝剂的研究趋向于聚合物及复合物,如铁 - 铝、铁 - 硅、铝 - 硅复合物。此外,无机与有机复合物的研制也成为热点课题。与传统混凝剂相比,这些无机聚合物及无机与有机复合物混凝剂的优点可概括为:
                  a. 对于低浊水、高浊水、有色水、严重污染水、工业废水等都有十分优良的混凝效果;
                  b.投加量少;
                  c.投加后原水pH值和碱度降低程度低,药剂的腐蚀性减弱;
                  d.适用pH范围较宽;
                  e.混凝效果稳定,适应各种条件的能力强。
                (2) 有机高分子混凝剂
                有机高分子混凝剂又分为天然和人工合成两类。天然有机高分子混凝剂有淀粉、蛋白质、纤维素、木刨花、动物胶、树胶、甲壳素等,它们都具有混凝或助凝作用。在水处理中,人工合成的有机高分子混凝剂种类日益增多并居主要地位。有机高分子混凝剂一般都是线性高分子聚合物,分子呈链状,并由许多链节组成,每一链节为一化学单体,各单体以共价键结合。聚合物的相对分子质量为各单体的相对分子质量的总和,单体的总数称为聚合度。高分子混凝剂的聚合度即链节数,约为1000~5000,低聚合度的相对分子质量从一千至几万,高聚合度的相对分子质量从几千至几百万。
                按高分子聚合物中含有的官能团的带电与离解情况,可分为以下四种:官能团离解后带正电的称为阳离子型高分子混凝剂;官能团离解后带负电的称为阴离子型;分子中既含正电基团又含负电基团的称为两性型;分子中不含离解基团的称为非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子型,两性型使用极少。
                高分子混凝剂中使用最多的是聚丙烯酰胺(PAM, 包括其水解产品)和聚氧化乙烯(PEO),它们是非离子型聚合物、其絮凝效果比无机絮凝剂好几十倍。其次还有阴离子型的高分子混凝剂如聚丙烯酸(PAA)、水解聚丙烯酰胶(HPAM)、聚磺基苯乙烯和阳离子型的高分子混凝剂如丁基溴聚乙烯吡啶、聚二丙烯二甲基胺等。
                聚丙烯酰胺的聚合度可达20000~90000,相对分子质量可高达150万~ 600万。作为絮凝剂使用的聚丙烯酰胺,相对分子质量最好在500万左右。高分子混凝剂的混凝效果主要在于对胶体表面具有强烈的吸附作用,在胶体粒子之间起到吸附架桥作用。为了使高分子混凝剂能更好地发挥吸附架桥作用,应尽可能使高分子的链条在水中伸展开。为此,通常将聚丙烯酰胺在碱性条件下(pH>10)使其部分水解,生成阴离子型水解聚合物(HPAM);
                  聚丙烯酰胺经部分水解后,部分酰胺基转化为羧酸基,带负电荷,在静电斥力作用下,高分子链条得以在水中充分伸展开来。由酰胺基转化成羧酸基的百分数称为水解度。水解度过高或过低都不利于获得良好的混凝效果,一般水解度控制在30%~40%。通常将无机絮凝剂和有机絮凝剂配合使用,效果会更好。如将聚丙烯酰胺作为助凝剂配合铝盐或铁盐混凝剂使用,效果会更显著。使用时一般分别溶解,先后加药。当处理颗粒直径在50μm以下时,一般先加入无机絮凝剂,再加入有机絮凝剂;当处理颗粒直径在50μm以上时,则应先加入聚丙烯酰胺,再加入无机絮凝剂。若将无机、有机两种絮凝剂先混合再处理,一- 般来说混凝效果较差。
                 阳离子型聚合物通常带有氨基(—NH3+)、亚氨基(一CH3—NH2+— CH2—)等基团。由于水中的胶体一般带负电荷,因此阳离子型聚合物具有优良的混凝效果。阳离子型高分子混凝剂在国外的使用有日益增多的趋势,在我国也开始研制,但由于价格较昂贵,实际使用还较少。
                   有机高分子混凝剂使用中的毒性问题始终为人们关注。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成的,在产品中含有少量未聚合的丙烯酰胺。丙烯酰胺对人体有危害,属于可能对人体有致癌性的物质,国外对饮用水中的丙烯酰胺设立了严格要求。《世界卫生组织饮用水水质准则》(第3版)和我国现行《生活饮用水卫生标准》(GB5749 —2006) 对其的浓度限值是0.5μg/L。对于聚内烯酰胺产品,我国现行国家标准《水处理剂一聚丙烯酰胶》(GB 17514- 2008) 规定,饮用水处理中所用的聚丙烯酰胺产品中丙烯酰胺单体的残留量不大于0.025%,用于污水处理的不大于0.05%。

        4助凝剂
               在废水处理中,只使用一种混凝剂往往不能取得良好的效果,因此在投加混凝剂的同时,还要加入一些辅助药剂以强化或改善混凝剂的作用效果,这些辅助药剂就称为助凝剂。助凝剂本身可以起混凝作用,也可不起混凝作用,但与混凝剂一起使用时,能促进混凝过程,产生大而结实的矾花,增加絮凝体的密实性与沉降性,使污泥具有较好的脱水性,或者用于调整pH值,破坏对混凝物质有干扰作用的物质。
        按照功能,助凝剂一般可分为以下三大类。
               (1)酸碱类
                 当处理的水的pH值不符合工艺要求时,常需投加酸碱,如石灰、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠等碱性物质或硫酸等酸性物质,用以调整水的pH值,控制良好的反应条件,改善混凝条件。
               (2) 絮体结构改良剂
               絮体结构改良剂用以加大矾花的粒度和结实性,改善矾花的沉降性能。如活化硅酸(SiO2·nH2O)、骨胶、活性炭以及各种黏土、高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺等,均可以加快矾花的形成,改善絮凝体的结构和沉降性。
                 (3)氧化剂类
                氧化类助凝剂可用来破坏对混凝作用有干扰的有机物,如投加Cl2、O2等氧化有机物、可以提高混凝效果。

        5混凝效果的影响因素
                 影响混凝效果的因素比较复杂,包括水温、水的化学特性、水中杂质的性质和浓度以及水力条件等。
                (1)水温
                 水温对混凝效果有明显影响。通常在低温时,絮凝体形成缓慢,絮凝颗粒细小、松散。其主要原因有:
                    ①混凝剂水解多是吸热反应,水温低时,水解速率慢、不完全。特别是硫酸铝,水温降低10℃,水解速率常数约降低2~4倍;当水温低于5℃时,水解速率非常缓慢。
                    ② 温度影响矾花的形成速率和结构。水温低时,胶体颗粒的水化作用增强,妨碍胶体凝聚。尽管增加投药量,絮体的形成还是很缓慢,而且结构松散,颗粒细小,难以去除。
                   ③低温时,水的黏度大,致使水中杂质颗粒的布朗运动减弱,颗粒间的碰撞概率减少,不利于脱稳胶粒的凝聚。同时,水黏度大时,水流剪力增大,不利于絮凝体的成长,难以形成较大的絮体。
                 低温水的混凝是水处理中的难题之一,常用的改善办法是增加混凝剂投加量或投加助凝剂。常用的助凝剂有活化硅酸等。也可采用气浮法或过滤法代替沉淀法作为混凝的后续处理。
                 ④温度太高,易使高分子絮凝剂老化或分解生成不溶性物质,反而降低混凝效果。
              (2)水的pH值和碱度
                水的pH值对混凝效果的影响程度视混凝剂品种而异。对于无机盐类混凝剂,水的pH值直接影响其在水中的水解和聚合,即影响无机盐水解产物的存在形态。不同的混凝剂,最佳的pH值范围不同:对硫酸铝而言,用以去除浊度时,最佳pH值在6.5~7.5之间。絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物的吸附架桥和羟基络合物的电性中和作用;用以去除水的色度时,pH值在4.5~5.5之间。采用三价铁盐混凝剂时,用以去除水的浊度时,pH值在6.0~ 8.4之间;用以去除水的色度时,pH值在3.5-5.0之间。
                如果采用高分子混凝剂,由于其聚合物形态在投入水中前已基本确定,因此其混凝效果受水的pH值影响较小。
                对于无机盐类混凝剂的水解,由于不断产生H+,从而导致水的pH值下降。要使pH值保持在最佳范围内,水中应有足够的碱性物质与H+中和:
        H+十OH=H2O
        H+十HCO3=H2CO3
               当原水碱度不足或混凝剂投加量甚高时,水的pH值将大幅度下降,以致影响混凝剂继续水解。为此,应投加碱剂如石灰等以中和混凝剂水解过程中产生的H+,反应如下:
        Al2(SO)3 +3H2O+ 3CaO =2Al(OH)3十3CaSO4
        2FeCl3 +3H2O十3CaO=2Fe(OH)3十3CaCl2
               应当注意的是,石灰的投加不可过量,否则形成的Al(OH)3会溶解为负离子Al(OH)4而使混凝效果恶化。一般情况下, 石灰的投加量最好通过试验确定。
                (3) 水中杂质的成分、性质和浓度
                水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。
                   ①水中含有二价以上的正离子时,对天然水中黏土颗粒的双电层压缩有利。
                   ②水中黏土杂质、粒径细小而均匀者,混凝效果较差。杂质颗粒级别越单一均匀、 越细,越不利于混凝,大小不一的颗粒将有利于混凝。
                   ③颗粒浓度过低将不利于颗粒间的碰撞而影响混凝,低浊水的混凝效果不佳,是水处理领域的难题之一,回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。
                   ④水中含有大量的有机物时,能被黏土微粒吸附,使微粒具备有机物的高度稳定性,从而对胶体会产生保护作用,需要投加较多的混凝剂才能产生混凝效果。
                  ⑤水中的盐类也能影响混凝效果,如水中Ca2+、Mg2+、硫、磷化合物一般对混凝有利,而某些阴离子、表面活性物质却有不利影响。
               总之,水中杂质的浓度和成分不一样,混凝效果不同,适宜的混凝剂种类和投加量也是不一样的,从理论上只能做些定性分析,在实际生产中可通过混凝试验来进行评价。
                (4)混凝剂种类
                混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质和浓度。如水中污染物主要呈胶体状态,且ζ电位较高,则应先选无机混凝剂使其脱稳聚凝;如絮体细小,还需投加高分子混凝剂或配合使用活化硅酸等助凝剂。很多情况下,将无机混凝剂与高分子混凝剂并用,可明显提高混凝效果,扩大应用范围。对于高分子而言,链状分子上所供电荷量越大,电荷密度越高,链越能充分延伸,吸附架桥的空间范围也就越大,絮凝作用就越好。
                 (5) 混凝剂投加量
                 任何混凝处理都存在最佳混凝剂和最佳投药量,应通过试验确定。一般的投量范围是: 普通铁盐、铝盐为10~ 100mg/L;聚合盐为普通盐的1/3~1/2;有机高分子混凝剂1~5mg/L。投量过多可能造成胶体再脱稳。
                 (6)混凝剂的投加顺序
                 当使用多种混凝剂时,其最佳投加顺序应通过试验确定。一般而言, 当无机混凝剂与有机混凝剂并用时,先投加无机混凝剂,再投拥有机混凝剂。 但当处理的胶粒在50μm以上时,常先投加有机混凝剂吸附架桥,再加无机混凝剂压缩双电层而使脱体脱稳。
                 (7)水力条件
                水力条件对混凝有重要影响。在混合阶段,要求混凝剂与水迅速均匀地混合,而到了反应阶段,既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会,又要防止生成的小絮体被打碎,因此搅拌强度要逐步减小,反应时间要长。

        6混凝控制指标
                  混凝过程包括自混凝剂投如到水中与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止,相应的混凝设备包括混合设备和絮凝反应设备。
                  在混合阶段,水中杂质颗粒微小,存在颗粒同向絮凝。对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使投加的混凝剂快速均匀地分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。由于上述过程进行得很快(特别对铝盐和铁盐混凝剂而言),因此混合要求快速剧烈,通常要求在10~30s,至多不超过2min内完成。搅拌强度按速度梯度计,一般在500~ 1000s-1之间。
                  在絮凝阶段,脱稳胶体相互碰撞形成大的絮凝体。在此阶段,以同向絮凝为主,由机械或水力搅拌提供颗粒碰撞絮凝的动力。同向絮凝的效果不仅与G值有关,而且还与絮凝时间T有关。因此,通常以G值和GT值作为控制指标。在絮凝过程中,絮凝体尺寸逐渐增大,粒径变化可从微米级增到毫米级,变化幅度达几个数量级。由于大的絮凝体容易破碎,故G值应随絮凝体的逐渐增大而渐次减小。采用机械搅拌时,搅拌强度应逐渐减弱:采用水力絮凝池时,水流速度应逐渐减小。絮凝阶段,平均G在20~70s-1范围内、平均GT在1x104~1x105范围内。

        7混凝工艺一 般流程及设计要点
                   混凝工艺流程如图1所示,包括混凝剂配制、定量投加、混合、反应及固液分离几个步骤。

        图1  混凝工艺流程
               
               ①混凝剂迅速向水中扩散,并与全部水混合均匀的过程称为混合。胶粒与混凝剂作用,通过压缩双电层和电中和等机理,失去或降低稳定性,生成微粒或微絮粒的过程称为凝聚。凝聚生成的微粒和微絮粒在架桥物质和水流搅动下,通过吸附架桥和沉淀物网捕等机理成长为大絮体的过程称为絮凝。混合、凝聚和絮凝结合起来称为混凝。凝聚和絮凝在反应池中完成。
               ②设计混凝工艺应着重考虑:
                a.根据混凝处理的目的,通过试验选择混凝剂品种、用量和pH值;
                b.选择合适的混凝剂投加位置和方式,调制、投加浓度和设备;
               c. 选择合适的混合、反应方法和设备;
               d.考虑与上、下游构筑物的衔接。
               ③ 混合过程是絮凝和固液分离的前提,要求在加药后迅速完成。混合搅拌时间一般为10~30s,工业应用常取2min。适宜的速度梯度是G= 500~ 1000s-1
               ④ 反应池的平均流速梯度值G一般为10-60s-1。絮体形成的水流速度 为15~30mm/s,反应时间为15~30min。絮体反应(絮凝)池应尽可能紧邻或与沉淀池合建。
               ⑤ 当原水胶体浓度,碱度和水温均较低时,宜投加助凝剂,尽量降低流速,增加絮凝时间。

        8、混凝的应用
               (1)给水处理
                天然水中含有大量的各类悬浮物、胶体、细菌等杂质,其水质距生活和工业用水的水质要求还存在差距,因此需采用适宜的方法对天然水进行处理,以去除水中的杂质,使之符合生活饮用水或工业使用所要求的水质。
                 以地表水为水源的生活饮用水的常规处理工艺是“混凝→沉淀一过滤→消毒”,混凝是其中的重要单元,主要去除水中的胶体和部分微小悬浮物,从表观来看主要是去除产生浊度的物质。天然水经混凝沉淀后一般浊度可降低到10NTU以下。由于细菌也属于胶体类物质,经过混凝沉淀,大肠菌可以去除50%-90%。
               (2)废水处理
                混凝法不仅可以去除废水中呈胶体和微小悬浮物状态的有机和无机污染物,还可以去除废水中的某些溶解性物质,如砷、汞等,以及导致水体富营养化的磷元素。因此,混凝在工业废水处理中应用非常广泛,既可作为独立的处理单元,也可以和其他处理法联合使用,进行预处理、中间处理或最终处理。近年来,由于污水回用的需要,混凝作为城市污水深度处理常用的一种技术得到了广泛应用。此外,混凝法还可以改善污泥的脱水性能,在污泥脱水工艺中是一种不可缺少的前处理手段。
                与给水处理中的天然水相比,由于工业废水和生活污水的性质复杂,利用混凝法处理废水的情况更为复杂。有关混凝剂品质和混凝条件的确定因废水种类和性质而异,需要通过试验才能确定适宜的混凝剂种类和投加量。
                混凝法处理废水的优点是设备简单,基建费用低,易于实施,处理效果好,但缺点是运行费用高,产生的污泥量大。
         


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