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你必须了解的混凝机理

   发布时间:2020年11月05日

1.混凝澄清处理法的机理胶体的稳定性和ξ电位

胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性。水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢,不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷(天然水和废水中胶体带负电),彼此之间存在着电性斥力,使之不能聚合,保持其原有颗粒的分散状态。

胶体颗粒保持其稳定性的另一个原因是,表面有一层水分子紧紧地包围着,称为水化层,它阻碍了胶体颗粒间的接触,使得胶体颗粒在热运动时不能彼此碰撞而粘合,从而使其颗粒保持悬浮状态。

使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳。胶体所带的电荷影响胶体的凝聚。当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时,剪切面(滑动面)上的电位,称之为ζ电位。

ζ电位愈大,则胶体就愈稳定;若ζ电位等于零,胶体不带电荷,这时胶体极不稳定,易于彼此聚合成大块而沉降。

水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢,不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷(天然水和废水中胶体带负电),彼此之间存在着电性斥力。另外,胶体表面总是有一层水分子包围着,它妨碍了胶体颗粒之间的接触粘合。溶液主体与双电层滑动界面的电位差称为ξ电位。

 

胶体的脱稳、凝聚和絮凝

 

改变胶体颗粒的某些特性,使之失去稳定性称之为胶体的脱稳。在布朗运动的作用下,相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚。

细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下,相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

向水中投加混凝剂后,经过混合、凝聚、絮凝等综合作用,可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物。细小絮凝物在速度梯度的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下,相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

2.常用混凝药剂简介 

常用的混凝剂主要分为铝盐和铁盐两类,铝盐中以硫酸铝和聚合铝为主,铁盐中以三氯化铁和聚合硫酸铁居多。

铁盐与铝盐相比,铁盐生成的絮凝物密度大,沉降速度快, pH适应范围宽;混凝效果受温度的影响比铝盐小;但投加铁盐时要注意,设备运行不正常时,带出的铁离子会使出水带色,并可能污染后续水处理除盐设备,如阴离子交换树脂。

当由于原水水质等方面的问题,单独采用混凝剂不能取得良好的效果时,需要投加一些辅助药剂来提高混凝处理效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂分无机类和有机类。

在无机类的助凝剂中,有的用来调整混凝过程中的pH值,有的用来增加絮凝物的密度和牢固性。

典型的无机助凝剂有氧化钙、水玻璃、膨润土;有机类的助凝剂大都是水溶性的聚合物,分子程呈链状或树枝状,其主要作用有:

①离子性作用,即利用离子性基团进行电性中和,起絮凝作用;

②利用高分子聚合物的链状结构,借助吸附架桥起凝聚作用。典型的有机助凝剂有聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酰胺(PAM)等。

3.混凝澄清处理的主要影响因素

水温

 

水温对混凝处理效果有明显影响。因高价金属盐类的混凝剂,其水解反应是吸热反应,水温低时,混凝剂水解比较困难,不利于胶体的脱稳,所形成的絮凝物结构疏松,含水量多,颗粒细小。另外水温低时,水的黏度大,水流剪切力大,絮凝物不易长大,沉降速度慢。

在电厂水处理中,为了提高混凝处理效果,常常采用生水加热器对来水进行加热,也可增加投药量来改善混凝处理效果。采用铝盐混凝剂时,水温20~30℃比较适宜。相比之下,铁盐混凝剂受温度的影响较小,针对低温水处理效果较好。

 

水的pH值和碱度

 

混凝剂的水解过程是一个不断放出H+离子的过程,会改变水的pH值和碱度。反过来,原水的pH值和碱度直接影响到混凝剂不同形态的水解中间产物,从而影响絮凝反应的效果。各种混凝剂都有一定的pH适应范围。

尽管水的pH值和碱度对混凝效果影响较大,但在天然水体的混凝处理中,却很少有投加碱性或酸性药剂调节pH值。这主要是因为大多数天然水体都接近于中性,投加酸、碱性物质会给后续处理增加负担。

接触介质

 

在在进行混凝处理或混凝+石灰沉淀处理时,如果在水中保持一定数量的泥渣层,可明显提高混凝处理的效果。

在这里泥渣起接触介质的作用,即在其表面上起着吸附、催化以及泥渣颗粒作为结晶核心等作用。

进行混凝处理或混凝+石灰沉淀处理时,如果在水中保持一定数量的泥渣层,可明显提高混凝处理的效果。泥渣层就是混凝澄清处理过程中生成的絮凝物,它可提供巨大的表面积,通过吸附、催化及结晶等作用,提高混凝处理的效果。

水的浊度

 

原水浊度小于50FTU时,浊度越低越难处理。当原水浊度小于20FTU时,为了混凝效果,通常采用加入粘土增浊、泥渣循环、加入絮凝剂助凝等方法;当原水浊度过高(如大于3000FTU),则因为需要频繁排渣而影响澄清池的出力和稳定性。我国所用地表水大多属于中低浊度水,少数高浊度原水经预沉淀后亦属于中等浊度水。

混凝剂剂量

混凝剂剂量是影响混凝效果的重要因素。当加药量不足,尚未起到使胶体脱稳、凝聚的作用,出水浊度较高;当加药量过大,会生成大量难溶的氢氧化物絮状沉淀,通过吸附、网捕等作用,会使出水浊度大大降低,但经济性不好。对于不同的原水水质,需通过烧杯试验确定混凝剂剂量。

在实际工业设备投运时,还需根据出水水质对加药量进行调整,同时确定其他混凝条件,如污泥沉降比、水力负荷变化速率等。