03
Jun
2020

別再被混凝給搞“混”了 “凝”下心來(lái) 花3分鐘讓您“清凈”!

發(fā)布者:Piaopiao Zheng 瀏覽次數:106

01 混凝概念

混凝是指通過(guò)某種方法(如投加化學(xué)藥劑)使水中膠體粒子和微小懸浮物聚集的過(guò)程,是水和廢水處理工藝中的一種單元操作?;炷?/span>凝聚與絮凝兩種過(guò)程。

凝聚:膠體失去穩定性的過(guò)程稱(chēng)為凝聚;

絮凝:脫穩膠體相互聚集稱(chēng)為絮凝。

把能起凝聚與絮凝作用的藥劑統稱(chēng)為混凝劑。

根據混凝動(dòng)力學(xué)的概念,將絮凝分為異向絮凝和同向絮凝,其中由布朗運動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱(chēng)為異向絮凝;由水力或機械攪拌所造成的流體運動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱(chēng)同向絮凝,顆粒間的碰撞是混凝的首要條件?;炷^(guò)程涉及:①水中膠體的性質(zhì);②混凝劑在水中的水解;③膠體與混凝劑的相互作用。


02 混凝原理

(1)雙電層壓縮機理

當向溶液中投入加電解質(zhì),使溶液中離子濃度增高,則擴散層的厚度將減小。當兩個(gè)膠?;ハ嘟咏鼤r(shí),由于擴散層厚度減小,ζ電位降低,因此它們互相排斥的力就減小了,膠粒得以迅速凝聚。該機理認為ζ電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現象:①混凝劑投加過(guò)多,混凝效果反而下降;②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

(2)吸附電中和作用機理

吸附電中和作用指膠粒表面對帶異號電荷的部分有強烈的吸附作用,由于這種吸附作用中和了它的部分電荷,減少了靜電斥力,因而容易與其他顆粒接近而互相吸附。這種現象在水處理中出現的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等,來(lái)降低ζ電位。其特點(diǎn)是:當藥劑投加量過(guò)多時(shí),ζ電位可反號。

(3)吸附架橋作用

吸附架橋作用主要是指高分子物質(zhì)與膠粒相互吸附,但膠粒與膠粒本身并不直接接觸,而使膠粒凝聚為大的絮凝體。

(4)沉淀物網(wǎng)捕機理

當金屬鹽或金屬氧化物和氫氧化物作混凝劑,投加量大得足以迅速形成金屬氧化物或金屬碳酸鹽沉淀物時(shí),水中的膠??杀贿@些沉淀物在形成時(shí)所網(wǎng)捕。當沉淀物帶正電荷時(shí),沉淀速度可因溶液中存在陽(yáng)離子而加快,此外,水中膠粒本身可作為這些金屬氫氧化物沉淀物形成的核心,所以混凝劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比,即膠粒越多,金屬混凝劑投加量越少。

(5)DLVO理論

膠體顆粒之間的相互作用決定于排斥能與吸引能,分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。排斥勢能:ER—1/d2吸引勢能: EA—1/d6 (有些認為是1/d2或1/d3)。由此可畫(huà)出膠體顆粒的相互作用勢能與距離之間的關(guān)系。當膠體距離x<oa或x>oc時(shí),吸引勢能占優(yōu)勢;當oa <x< oc時(shí),排斥勢能占優(yōu)勢;當x=ob時(shí),排斥勢能最大,稱(chēng)為排斥能峰。膠體的布朗運動(dòng)能量Eb=1.5kT,當其大于排斥能峰時(shí),膠體顆粒能發(fā)生凝聚。以上稱(chēng)為DLVO理論,只適用于憎水性膠體。


03 常用混凝劑

(1)PAC

聚合氯化鋁(PAC):對各種廢水都可以達到好的絮凝效果,能快速形成大的礬花,沉淀性能好,適宜的 pH 范圍較寬(pH 在 5-9 之間),且處理后水的 pH 和堿度下降較小。水溫低時(shí),仍可保該產(chǎn)品為無(wú)機高分子化合物,是介于 AlCI3 和 Al(OH)3 之間的產(chǎn)物,通過(guò)羥基架橋聚合,分子中帶有數 量不等羥基,其化學(xué)通式為[AI2(OH)NCI6-N]m。顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹(shù)脂狀固體。固體顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹(shù)脂狀固體。顏色呈黃色或淡黃色。PAC中氧化鋁含量為25%左右,堿化度 65-85%。有較強的架橋吸附性能,水解過(guò)程中發(fā)生化學(xué)、凝聚、吸附和沉淀等物理化學(xué)過(guò)程,適用于生活用水和高純水凈化,工業(yè)污水中用于去除COD、BOD以及脫色。具有持續穩定的絮凝效果,其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高,因此藥液對設備的侵蝕作用小。

聚合氧化鋁.jpg

(2)PAM

聚丙烯酰胺(Polyscrylae)簡(jiǎn)稱(chēng)PAM,分陽(yáng)離子、陰離子型、非離子型,分子量從400-2000萬(wàn)之間,產(chǎn)品外觀(guān)為白色粉末,易溶于水,溫度超過(guò)120℃時(shí)易分解。聚丙烯酰胺分子中具有陽(yáng)性基團(-CONH2),能與分散于溶液中的懸浮粒子吸附和架橋,有著(zhù)極強的絮凝作用,因此廣泛用于水處理領(lǐng)域。PAM用作污水處理,對水中有機物去除效率高、用量少、沉降快、成本低等特點(diǎn),是其它絮凝劑無(wú)法替代的產(chǎn)品。

聚丙烯酰胺分為:陰離子、陽(yáng)離子和非離子型。

陰離子型在城市和工業(yè)廢水處理中,主要用于處理以無(wú)機物固體為主的中性懸浮液,提高廢水中懸浮固體,BOD和磷酸鹽的去除效果。例如在初級廢水沉淀池中投加0.25mg/L水解聚丙烯酰胺,懸浮物和BOD的去除率可分別提高至66%-23%;在二級廢水處理沉淀池中加入0.3mg/L的陰離子絮凝劑,懸浮固體和BOD的去除率則可分別提高至87%和91%。

陽(yáng)離子型主要用于污泥脫水,應根據污泥性質(zhì)相應的分子量的產(chǎn)品,具有產(chǎn)生絮團大,不粘濾布,用量少,脫水效率高的特點(diǎn),泥餅含水率在80%以下。也用于廢水中含有陰電荷較多的行業(yè),如啤酒廠(chǎng)、飲料廠(chǎng)、味精廠(chǎng)制糖廠(chǎng)等有機廢水的處理。

非離子型主要用于偏酸性廢水的處理,這時(shí)PAM起吸附作用,使懸浮的粒子產(chǎn)生絮凝沉淀,達到凈化水的目的,非離子型無(wú)毒性,尤其是和無(wú)機絮凝劑配合使用,在水處理效果上最佳。
PAM 樣圖 散開(kāi)晶狀.jpg

(3)助凝劑

可以參加混凝,也可不參加混凝。

①酸堿類(lèi):調整水的pH,如石灰、硫酸等;

②加大礬花的粒度和結實(shí)性:如活化硅酸、高分子絮凝劑聚丙烯酰胺等;

③氧化劑類(lèi):破壞干擾混凝的物質(zhì),如有機物、Cl2、O3等。

絮凝劑.jpg


04 混凝影響因素

影響混凝效果的因素比較復雜,主要包括:

(一)水質(zhì)特征,包括水溫、水質(zhì)、污染物性質(zhì)和濃度等;

(二)投加的混凝劑種類(lèi)與數量;

(三)使用的絮凝設備及其相關(guān)水力參數。

(1)水溫

水溫低時(shí),通常絮凝體形成緩慢,絮凝顆粒細小、松散,凝聚效果較差。其原因有:

①無(wú)機鹽水解吸熱;

②溫度降低,粘度升高一布朗運動(dòng)減弱;

③水溫低時(shí),膠體顆粒水化作用增強,妨礙凝聚;

④水溫與水的pH有關(guān)。

因此,一般來(lái)說(shuō)溫度為20~30℃更有利于混凝。

(2)pH和堿度

pH對混凝效果的影響程度,與混凝劑種類(lèi)有關(guān)?;炷龝r(shí)最佳pH范圍與進(jìn)水水質(zhì)、去除對象等密切有關(guān)。當投加金屬鹽類(lèi)凝聚劑時(shí),其水解會(huì )生成H+,但水中堿度有緩沖作用,當堿度不夠時(shí)需要投加石灰。石灰投量按下式估算:[CaO]=3[a]-[x] + [δ] ,式中

[CaO]:純石灰CaO投加量,mmol/L;

[a]:混凝劑投加量,mmol/L;

[x]:原水堿度,按mmol/L, CaO計;

[δ]:一般取0.25~0.5mmol/L (CaO)。

石灰投加量一般通過(guò)試驗決定。

(3)懸浮物濃度

污染物濃度低,顆粒間碰撞機率下降,混凝效果差??刹扇〉膶Σ哂?①加高分子助凝劑;②加粘土;③投加混凝劑后直接過(guò)濾。如果原水懸浮物含量過(guò)高,為減少混凝劑的用量,通常投加高分子助凝劑。

(4)有機污染物

由于污水中溶解性有機物分子吸附在膠體顆粒表面將膠體顆粒保護起來(lái),阻礙膠體顆粒之間的碰撞,阻礙混凝劑與膠體顆粒之間的脫穩凝集作用,因此,在有機物存在條件下膠體顆粒比沒(méi)有有機物時(shí)更難脫穩,混凝劑量需增大??赏ㄟ^(guò)投高錳酸鉀、臭氧、氯等為預氧化劑,但需考慮是否產(chǎn)生有毒作用的副產(chǎn)物。

(5)混凝劑種類(lèi)與投加量

不同種類(lèi)混凝劑的水解特性和使用的水質(zhì)情況不完全相同,因此應根據進(jìn)水水質(zhì)情況優(yōu)化選用適當的混凝劑種類(lèi)。對于無(wú)機鹽類(lèi)混凝劑,要求形成能有效壓縮雙電層或產(chǎn)生強烈電中和作用的形態(tài),對于有機高分子絮微劑,則要求有適量的官能團和聚合結構以及較大的分子量。

一般來(lái)說(shuō),混凝效果隨混凝劑投量增高而提高,但當混凝劑的用量達到一定值后,混凝效果達到頂峰,再增加混凝劑用量則會(huì )發(fā)生再穩定現象,混凝效果反而下降??紤]成本問(wèn)題,實(shí)際生產(chǎn)中最佳混凝劑投量通常兼顧凈化后水質(zhì)達到國家標準并使混凝劑投量最低。

(6)投加方式

混凝劑投加方式有干投和濕投兩種。由于固體混凝劑與液體混凝劑甚至不同濃度的液體混凝劑之間,其中能壓縮雙電層成具有電中和能力的混凝效果也不一樣。如果除投加混凝劑外還投加其他助凝劑,則各種藥劑之間的投加先后順序對混凝效果也有很大影響,必須通過(guò)模擬實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐確定適宜的投加方式與順序。

(7)水力條件

投加混凝劑后,混凝過(guò)程可分為快速混合與絮凝反應兩個(gè)階段,但在實(shí)際污水處理工藝中,兩個(gè)階段是連續不可分割的,在水力條件上也要求具有連續性。絮凝反應階段攪拌強度和水流速度應隨絮凝體的增大而逐漸降低,避免已聚集的絮凝體被打碎而影響混凝沉淀效果。同時(shí),由于絮凝反應是一個(gè)絮凝體逐漸增長(cháng)的緩慢過(guò)程,如果混凝反應后需要絮凝體增長(cháng)到足夠大的顆粒尺寸通過(guò)沉淀去除,需要保證一定的絮凝作用時(shí)間,如果混凝反應后是采用氣浮或直接過(guò)濾工藝,則反應時(shí)間可以大大縮短。