水质工程学第3章

第3章混凝和絮凝凝聚：主要指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。絮凝：主要指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。3.1胶体的稳定性水中胶体和悬浮物是水产生浑浊的主要原因，而且还是水中细菌，病毒，污染物的载体。水中胶体含量的主要水质参数就是浊度。3.1.1胶体的双电层结构胶体表面带电的原因：胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷；胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离使胶体带电；胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电；胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。胶团包括胶粒和扩散层，胶粒又包括胶核和吸附层。双电层内层与外层的电位差是胶团的总电位。胶粒在移动时滑动面上相对于溶液内部的电位差是ζ电位，ζ电位是可以测的。3.1.2胶体之间的相互作用胶体颗粒之间存在范德华吸引力，同时当胶体颗粒相互靠近时，因双电层相互作重叠而产生排斥力，吸引力和排斥力的相对大小将决定胶体颗粒是聚集沉降还是保持稳定。当两个胶体颗粒由远靠近时，首先起作用的是排斥势能，如果克服了排斥势能则吸引势能开始起作用。若排斥势能大于吸引势能，胶体则稳定。否则会发生聚集。3.3.1胶体的稳定性胶体的稳定性：指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。原因：胶体的动力学稳定性--布朗运动；胶体的带电稳定性--同号胶粒间的静电斥力，当然要抵抗的住范德华力；胶体的溶剂化作用稳定性--胶体周围形成水化层，阻碍胶体接近。3.2.1胶体的凝聚机理压缩双电层作用：加电解质，双电层的厚度变薄，ζ电位降低，胶体稳定性下降发生凝聚。缺点：不能解释混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；不能解释与带同号电荷的聚合物或高分子也可以很好混凝。吸附电中和作用：指胶体表面吸附异号离子，异号胶体颗粒或异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带的部分电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，使胶体颗粒易于聚沉。再稳现象：胶体颗粒带上了相反的电荷。实际水处理过程中，当混凝剂投加适中时，混凝效果好，但投加过量时效果反而变差，因为发生了再稳现象。吸附架桥作用：指分散体系中胶体颗粒通过吸附有机或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉。胶体可以与不带电，带异号或同号电发生吸附架桥作用。网捕卷扫作用：指投加混凝剂水解形成具有三维结构的沉淀，体积收缩时将胶体颗粒和悬浮物捕获卷扫下来。网捕卷扫作用是机械作用，去浊效率不行。杂质多时所需混凝剂反而少。3.2.2絮凝机理异向絮凝：由布朗运动引起的胶体颗粒碰撞聚集。布朗运动会随胶体颗粒增大而减弱，大到一定程度的时候布朗运动就不起作用了，再要胶体碰撞则需借助外力，也就是同向絮凝。同向絮凝：由外力推动引起的胶体碰撞聚集。外力可以是机械搅拌和水力搅拌来推动脱稳胶体颗粒，是的胶体向某一方向运动，由速度差来产生碰撞。3.2.3影响混凝效果的主要因素水温的影响：水温低混凝剂水解慢；水温低水的粘度大，胶体运动阻力大；水温低布朗运动也不给力。PH值的影响：PH直接与胶体的表面电荷和电位有关；对混凝剂的水解也有影响。水的碱度影响：水解消耗碱度。当原水碱度低则要加入碱性药剂提高混凝效果。水中浊度的影响：浊度低，碰撞几率小混凝效果差。可以加高分子助凝剂或加粘土提高碰撞几率。浊度过高，可以投加高分子絮凝剂如聚丙酰胺，来降低浊度。水中有机物的影响：水中有机物保护胶体的稳定性。可以投加氧化剂来氧化有机物。混凝剂的种类与投加量的影响；混凝剂投加方式的影响：投加方式有干投和湿投。硫酸铝以稀溶液形式投加较好；三氯化铁以干投或浓溶液形式投加较好。水力条件的影响：主要是水力强度和作用时间两方面。混凝过程分为快速混合和絮凝两个阶段。絮凝阶段搅拌强度和水流速度应随着絮凝体的增大而逐渐降低。3.3混凝剂3.3.1无机盐类混凝剂硫酸铝：水温低时硫酸铝水解困难；三氯化铁：易潮解，腐蚀性强，色度高，投加范围窄，不易控制；硫酸亚铁：带色，可以迅速氧化成三价铁来克服。3.3.2高分子混凝剂聚合氯化铝：他的混凝机理是压缩双电层作用和吸附电中和作用。3.3.4助凝剂（分类）改善絮体结构促进混凝剂水解破坏胶体稳定性改变混凝剂的形态3.3.5混凝剂药剂的选用原则混凝效果要好无毒害货源充足成本低新型药剂的卫生许可借鉴已有经验3.4混凝动力学3.4.1异向絮凝动力学布朗运动所造成颗粒碰撞的速率与水温，颗粒数量浓度成正比，而与胶体颗粒尺寸无关。只有刚脱稳的很小的胶体才有布朗运动，随着颗粒粒径增大，布朗运动减弱消失。需要水力搅拌或机械搅拌来促进颗粒的碰撞，也就是同向絮凝。3.4.2同向絮凝动力学G值：速度梯度，是控制混凝效果的水力条件。μPG=μ是动力粘度，P是单位体积流体所耗功率W/m³υTghG=υ是运动粘度，h是絮凝过程水头损失，T水流在絮凝设施中的停留时间s絮凝过程中，G值越大碰撞几率就越大，絮凝效果好。实际上G值增大水流剪切力也增大，絮体可能会破碎。3.4.4混凝过程的控制指标混合阶段：需要对水流进行快速剧烈的搅拌，G值要大。此阶段水中颗粒尺寸小主要是布朗运动，是异向絮凝；絮凝阶段：一开始采用大的G值，随着絮体尺寸增大，减小G值。一来絮体不打碎，二来絮凝池的容积还不需要太大。3.5混凝过程3.5.1混凝剂的配置3.5.2混凝剂的用量用计量泵来实现控制不错。3.5.3混凝剂的投加分为干投和湿投泵前投加：取水泵房离水处理厂要近。3.5.4混凝剂投加量的自动控制数学模型法现场模拟实验法流动电流检测法透光率脉动检测法絮凝颗粒影像检测控制法3.6混凝设施3.6.1混合设施水力混合：无法适应水质水量的变化，占地面积还大；水泵混合：药剂有腐蚀性不能用，取水泵房离水厂处理构筑物远也不能用。管式混合；机械混合：不受水质水量的影响。3.6.2絮凝设施主要分为：水力反应设施和机械絮凝反应设施。机械絮凝池：可以适应G值的变化要求。隔板絮凝池：转折处碰撞几率增大，但也容易引起絮体破碎。后来又发展了回转式的隔板絮凝池，避免了絮体碰撞破碎，碰撞的机会少了，絮凝的速度也不行。折板絮凝池：同波的比较平稳，而异波的比较猛。一个不错的方案：前面用异波，中间用同波，后面用平板。折板比隔板的要快，絮凝效果也比他好。栅条絮凝池：效率高，但好堵。穿孔旋流絮凝池：垃圾，不能用。