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        混凝

        混凝常作為污水處理前的預處理之一,它是通過向廢水中投加混凝劑,使細小懸浮物或膠體微?;ハ辔浇Y合而成較大顆粒而沉淀,得以與水分離,使廢水得以凈化?;炷四軌虼龠M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上的細菌和病菌,去除各種難降解有機物、某些重金屬毒物和放射性物質,改善污泥的脫水性質。
        一、基本原理:
          混凝劑對水中膠體粒子的混凝作用有四種:壓縮雙電層作用機理、吸附-電性中和作用機理、吸附架橋作用機理和沉淀物的網捕、卷掃作用機理。
          1、壓縮雙電層作用機理在水中投加混凝劑后,混凝劑電離產生大量的正離子或聚合離子,通過加入電解質壓縮擴散層而導致膠粒脫穩凝聚。
          2、吸附-電性中和作用機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到脫穩凝聚的目的。
          3、吸附架橋作用機理對高分子絮凝劑,有的表面不帶電,為非離子型,有的表面帶負電荷,仍然能對帶負電荷的膠體雜質起混凝作用,這個現象可用吸附架橋作用機理來解釋。
          對于高分子物質,其混凝作用機理可分為兩種情(1)高分子物質為陽離子型時,吸附-電性中和作用和吸附架橋作用都有。(2)高分子物質為陰離子型和非離子型時,則為吸附架橋作用。
          4、沉淀物的網捕、卷掃作用機理無機鹽混凝劑投量很多時(例如鋁鹽、鐵鹽),會在水中產生大量氫氧化物沉淀,形成一張絮凝網狀結構,在下沉過程中網捕、卷掃水中膠體顆粒,以致產生沉淀分離。沉淀物的網捕、卷掃作用是一種機械作用。對于低濁度水,可以利用這個作用機理,在水中投加大量混凝劑,以達到去除膠體雜質的目的。

         

        聚合混凝劑

        混凝劑按化學成分分為無機混凝劑和有機混凝劑
             

        二、混凝過程及設備:
          混凝處理工藝流程包括混凝劑的配置與投加、混合、反應及沉淀分離等過程。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。此法對混凝劑的粒度要求較嚴,投量控制較難,對機械設備的要求較高,勞動條件也較差,目前國內使用較少。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
          混合是指當藥劑投入污水后發生水解并產生異電荷膠體與水中膠體和懸浮物接觸形成細小絮凝體(俗稱礬花)的過程。在專用混合設備中進行混合,有機械和水力兩種方法。采用機械攪拌的有機械攪拌混合槽、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
          混合完成后,水中已產生細小絮體,但還未達到能自然沉降的粒度,反應階段的作用是小絮體繼續形成大的、具有良好沉淀性能的絮凝體,以使其在后續的沉淀池內下沉。
          4、澄清池
          澄清池是能夠同時實現混凝劑與原水的混合、反應、澄清合成一體的設備,具有占地面積小,處理效果好,生產效率高,節省藥劑用量等優點。它利用的是接觸絮凝原理,即強化絮凝過程:在池中讓已經生成的絮凝體懸浮在水中成為懸浮泥渣層(接觸絮凝區),當投加混凝劑的水通過它時,廢水中新生成的微絮粒迅速吸附在懸浮泥渣上,從而達到良好的去除效果。
        三、影響混凝效果的主要因素:
          1、水溫
          水溫對混凝效果有明顯影響,我國北方到冬季水溫低達0~2℃,盡管投加大量無機鹽類混凝劑,混凝效果也不好,也就是說,低溫水難處理。原因是:
          (1)低溫時無機鹽水解速度慢,因為無機鹽水解為吸熱反應。
          (2)水溫低時水的粘度大,會使布朗運動減弱,減少顆粒碰撞機會,同時水的剪力增大,絮凝體容易破碎。
          (3)水溫低時絮凝體不容易沉淀
          (4)水溫低時膠體水化作用增強,妨礙膠體凝聚。
          (5)水溫與水的pH值有關。當水溫低時,水的pH值提高,相應的混凝最佳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,利用沉淀物網捕、卷掃作用去除水中雜質。
          2、pH值
          對不同的混凝劑,水的pH值影響不同。
          (1)硫酸鋁
          硫酸鋁作為混凝劑時,水的最佳pH值為:去除濁度時pH=6.5~7.5,去除色度時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pH=6.0~8.4,去除色度時pH=3.5~5.0。
          (3)硫酸亞鐵
          使用硫酸亞鐵作為混凝劑時,分兩種情況考慮:
          1)當pH<8.5時,通常采用亞鐵氯化法將二價鐵離子氧化成三價鐵離子。
          (2)當pH>8.5時,且水中有足夠溶解氧,則可完成二價鐵離子氧化過程。
          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。高分子混凝劑對水的pH值變化適應性較強,故可不考慮。
          3、堿度
          堿度指水中含堿物質的多少。從鋁鹽的水解反應:Al3++3H2O → Al(OH)3+3H+可看出,水解過程中不斷產生H+,會導致水的pH值不斷下降,要使水的pH值保持在最佳范圍,則水中應有足夠的堿性物質與H+中和。天然水中均含有一定堿度(HCO3-),一般有兩種情況:
          (1)當原水的堿度足夠時,就能對水的pH值有緩沖作用。
          (2)當原水堿度不足或混凝劑投量較多,水中產生大量的H+時,必須投加石灰等堿性物質來中和水解過程中產生的H+。
          石灰投加量可通過試驗確定或按下式估算:
          [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);
          [δ] —— 剩余堿度,一般取0.5~1.0meq/L(以CaO計);
          4、濁度
          A、低濁水
          水中懸浮物濃度很低時,顆粒碰撞速率大大減小,混凝效果較差,對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物的凝結中心,提高碰撞速率,或者采用機械攪拌澄清池。
          (3)采用直接過濾法。
          B、高濁水
          對于高濁度水,為了減少鋁鹽、鐵鹽等混凝劑的投加量,可投加PAM作助凝劑。  

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