水处理絮凝学 第六章

第六章絮凝的特殊应用与效能污泥调理系指采用物理和化学的方法去改变污泥的性质，便之便了脱水。一般来说，污泥调理的目的是将无定形的胶样污泥性质，转变成有空隙的物质，便于释出其中的水分。化学调理法是最普遍采用的污泥调理法。化学调理法常常依靠多价金属离子或有机高分子聚合物，使絮凝污泥生成膨胀结构的聚集体。6.1污泥脱水一、利用无机絮凝剂调理污泥无机絮凝剂在污泥调理中所使用的剂量，与污泥的类型有密切的关系，难脱水的污泥需投加的剂量较大，易脱水的污泥需投加的剂量较小。城市污水处理的各种污泥按调理时所需剂量增加的顺序排列：a未处理的初次污泥。b未处理的初次污泥和生物滤池污泥的混合污泥。c未处理的初次污泥和废活性污泥的混合污泥d厌氧消化污泥。e好氧消化污泥。最常用的污泥调理无机絮凝剂是三氯化铁，硫酸亚铁和水合氯化铝。其它金属盐如硫酸铝及助凝剂石灰等也可用于污泥调理。污泥调理时改用其他方法去降低污泥的缓冲度，比单独使用金属离子絮凝剂可获得更经济更有效的污泥调理效果。(一）投加石灰析出的碳酸钙比金属离子沉淀物的过滤性好。三氯化铁的投放剂量一般取决于污泥的碱度和有机固体含量。由碱度决定的三氯化铁的剂量Dl可用下式估算：式中Pw为污泥含水率(％)，Ps为污泥固体含量(％)．A为污泥的碱度（以CaCO3计，mg／Ｌ）由有机固体含量决定的三氯化铁的计量可表示为：式中Ｓ０为污泥固体中的有机物的含量(％），Ｓm为污泥固体中无机物的含量。总的投加量Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２（二）在投加调理剂以前先将污泥进行淘洗或清洗在淘洗过程中．以低碱度的水与污泥混合，然后将水排出，使污泥碱度降低．同时去除能大量消耗絮凝剂的某些可溶性有机和无机组分。逆流运行方式能降低淘洗水的用量。淘洗法的另一优点是洗去污泥中的细小物质，小颗粒的表面积很大．洗去后絮凝剂剂量可以大大降低。淘洗法的缺点是，除大颗粒以外，其余污泥组分均需回流到污水处理厂去。还需考虑费用问题。利用无机絮凝剂进行污泥调理时，投加量较大，约为20%固体重量，而利用无机高分子聚合物时，投加量仅为干固体质量的1%，甚至更少。但是聚合物的单价高于无机絮凝剂。因此要综合考虑。（二）利用有机高分子絮凝剂调理污泥污泥脱水中使用高分子量、高电荷密度的阳离子型聚电解质可以大大提高脱水效率。在真空过滤中，添加聚电解质可以改善滤瓶的透气性．大大降低回流污泥水中固态物质的含量。阳离子聚电解质与石灰及三氯化铁合用可以克服单用无机絮凝剂时生成污泥过多的缺点。实验研究证明，聚电解质的效能因污泥不同而异，甚至对来自同一污水厂的同一类型的污泥，因取样的时间不同而不同，因其悬浮和溶解物质的浓度和类型存在差异。此外，聚电解质的类型、分子量、电荷等因素也具有显著的影响。(1)污泥固体含量的影响对于固体含量较低的活性污泥，聚电解质的需要量与污泥固体含量无关。由悬浮胶体微粒决定。这时阳离子聚电解质同带负电的胶体微粒之间的反应以及阳离子聚电解质同溶解阴离子物质的反应为决定性机理。（2）污泥含盐量的影响对于消化污泥．研究发现污泥中盐的含量对其脱水具有决定性的影响，一般来说，高的含盐量会造成不良的脱水效果。高含盐量会使絮凝受到损害的原因与聚合物上带电基团被异电荷离子屏蔽的作用有关，这种屏蔽作用引起带电基团间相互吸引作用的减弱。(3)聚合物性质的影响聚合物分子的性质对污泥脱水有着显著的影响，特别是分子量和分子电荷密度尤为重要。高浊度水:是指浊度较高及含沙量较大的水，但是仅就浊度的高低或含沙量的大小来作为高浊度水与一般水的区分标准．往往无法作出更精确的划定。高浊度水之所以不同于一般水，除了在浊废或含沙量的数量级上有差别以外，更本质的不同还表现在泥沙沉淀的机理方面和絮凝特性方面。6.2高浊度水处理一、高浊度水的沉降特性水中泥沙的沉淀运动．根据泥沙浓度的大小及沉淀时表现现象的不同，可分为四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、约制沉淀、压挤沉淀。a自由沉淀泥沙颗粒或絮凝颗粒在沉淀过程中不受具他因素干扰而由由沉淀，球形颗粒在粘性状态下遵守stokes公式。其沉速与粒径的平方成正比。自由沉淀的表现特征是当沉淀进行一段时间后，由于泥沙颗粒的不断下沉，沉降水柱呈现从下往上的逐渐变清，除了在水柱底部有积泥外。清水与浑水之间没有明显的界面。c约制沉淀由于水中泥沙颗粒较多，所以某个颗粒在沉淀时除了受到水的阻力的影响外，还受到其他颗粒的干扰，这种颗粒间的相互干扰导致颗粒在约制沉淀时的沉速远远低于在自由沉淀条件下的沉速。约制沉淀时的表观特征是当沉淀过程进行一段时间后，在沉降水柱的上部形成一个清水层，下部为浑水层，其间有一明显的交界面，称为浑液面，泥沙的下沉在表现上表现为浑液面的下沉。d压挤沉淀当水中泥沙含量更多，以至颗粒间己相互接触而形成所谓空间网状结构时发生压挤沉淀。严格说来，压挤沉淀已不应视作沉淀，而应归于习惯所称的浓缩范畴。给水处理沉淀池底部的积泥浓缩，即为压挤沉淀的结果。压挤沉淀在表观上的特征为；它与约制沉淀一样形成上部清水层，下部浑水层及其间的浑液面，但与约制沉淀相比较，其清水层更清，浑液面更明晰，浑液面沉速更小。根据上述三种沉淀类型，从沉淀的角度出发可以认为，所谓高浊度水，就是其中的泥沙沉淀系以约制沉淀为主的水，约制沉淀的主要特性是：泥沙颗粒不再根据各自粒经的大小；按照各自沉速自由下沉，而是各种不同大小的泥沙颗粒以相同的沉速组成一个群体下沉，此群体的沉速，就是可以方便地加以观测的浑液面沉速。高浊度水：(1)稳定泥沙：组成均浓浑水层（主要对象）(2)不稳定泥沙：二、高浊度水的絮凝对高浊废水若采用自然沉淀进行处理时，由于其浑液面沉速很小．沉淀他的容积将是非常庞大的。所以现代化的大型水厂，当以高浊度为水源时，都进行絮凝沉淀处理。絮凝处理的目的实际上为提高絮浓，从而加快浑液面的沉降，大大缩小所需沉淀池的容积，使高浊废水的处理在大规模生产中切实可行。铁盐及铝盐絮凝剂在高浊废水处理中常不能获得满意的结果：硫酸铝、三氯化铁及聚合氯化铝、投加量很大．要达到数百ppm的数量级．絮体结构硫松，沉淀排出的泥浆浓度低、体积大。经研究以吸附架桥为主要机理的聚丙烯酰胺作为絮凝剂，得到了良好的效果。a．聚丙烯酷胺投加液的浓度实验证明，水样含沙量越小，投加液浓度对絮凝效果的影响越小，当水样含沙量或投加量增高时，投加液浓度对絮凝产生越来越显著的影响。含沙量在100kg/m3以下的高浊度水,投加液在2%时进行投加。b聚丙烯酰胺的投加剂量单位体积水中的加药量，称为投加剂量，应是在加药后将高浊度水的浑液面沉速提高到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求的沉速所需要的剂量。浑液面在其沉降过程中，除了在等速阶段时浑液面沉速为一固定值外，在其后沉降曲线发生转折后，浑液面沉速成为随水深而变的变量。所谓浑液面沉降水深即浑液面以上清水层深度占整个水层深度的百分数。有研究表明，投加絮凝剂后的浑液面沉降并不存在明显的加速阶段，这是由于药剂对泥沙的絮凝作用在投加后很短的时间内就完成了。浑液面似乎一开始就以等速沉淀。此外，尽管水样的含沙量可不同，但等速沉降阶段都结束于浑液面沉降水深达29％时，增加投药量可以提高混液面沉速，但不能增加等速阶段的沉降水深。因此，在实际生产中，不能认为把絮凝剂投加剂量控制在使等速阶段的沉速满足沉淀池沉速的要求就行了，因为这样就意味着沉淀池的出水量仅为进水量的29％，而排泥李高达71％，这在生产运行中显然是行不通的。所以聚丙烯酰胺的投加剂量应结合浑波面要求达到的沉降水深来确定。当其投加量能使浑液面从水面下沉至要求的沉降深度过程中的平均沉速符合沉淀池要求的沉速时、应视为恰当的投加剂量。而混液面要求达到的沉降深度，应随水样含沙量的增加而减少。一般以沉降水深的增加速率下跌为零时的沉降水深为极限沉降水深。所谓沉降水深的增加速率，意即在单位时间间隔内，沉降水深的增加值，以％表示，在等速阶段，沉降水深的增加速率保持不变，当进入减速沉降阶段后，随着沉降水深的增加，沉降水深的增加速率逐步减低，特别是在浑液面下降至接近其终了深度的后期阶段，沉降水深的增加速率减低极为急剧。所谓加药后的浑液面沉速，都是指浑液面从上面下沉至某沉降水深处的平均沉速。即H-液面从水面下沉至要求的沉降水深处的距离（mm）t-沉降上述距离所需时间(s)聚丙烯酞胺的投加剂量应为将浑液面沉速提高到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求的沉速所需的剂量．也就是说，投药剂量与所要求的浑液面沉速有关。一般来说，浑液面要求沉速越高时，投药量亦应越高。除此而外。原水水质也影响投药剂量，原水水质对投加剂量产生影响，主要为含沙量及颗粒物组成。c分步投药所谓分步投药，就是将投药剂量分成两部分或多部分加入水中，每加入一部分药剂后，便与水迅速混合，然后立即加入另一部分药剂，再使之与水迅速混合，分步投药这一措施，是为了避免药剂局部浓度过高而使活性基团被封闭而考虑设想的。实验证明，分步投药可大大提高聚丙烯酰胺的絮凝效果，并减少投加剂量。有研究表明，当聚丙烯酰胺投加计量低于某临界值时，加药对沉淀速度无影响。此时浑水的泥沙沉降主要表现为自然沉降特征。随着投加剂量的增加，当投加量超过该临界值后，浑液面沉速将随投药量的增大而增大。高浊度水絮凝沉淀中的这一临界值投药量称为絮凝启动计量。D=D1+K(㏒u-㏒u1）D--聚丙烯酰胺投加量D1--启动计量u---浑液面沉降速度u1---自然沉降速度K—系数6.3水中有机物的絮凝去除一、生活污水和工业废水中有机物的絮凝去除水中有机物对水质的影响主要在于其耗氧性质及一些有机物的毒性。由于水中的有机物往往与水中颗粒物相联系，或者其本身即为颗粒物，因此絮凝成为去除它们的有效方法之一，特别是作为顶处理的于段。生活污水中物质按其粒度分级：可沉降固体，dp＞100um超胶体固体：1um＜dp＜100um胶体：0．001um＜dp＜1um溶解性物质：dp＜0.001um该分级的基础属物理分离，根据由电子显微镜估计的微粒大小而得到，其中在锥形筒中沉降1小时所能除去的粒子被定义为可沉降固体。用受控离心法所能除去的粒子定义为超胶体固体，以超滤法可以分离的粒子定义为胶体。生活污水的固体成分生活污水的固体组成二、天然水中有机物的絮凝去除天然水中有机物的主要成分是腐植酸。在自来水生产中，当对原水进行加氯处理时，水中的有机物可能会被氯化而生成三氯甲烷（THMs）等有机氯化物。这些物质对人体健康是非常有害的，有的甚至是可以致癌或致突变的。天然水氯化时不但能产生THMs，而且还会产生含量更高的不挥发有机氯化物，已被检出的有三氯乙酸、二氯乙酸、二氯乙腈、氯代酮，特别是1，1，1一三氯丙酮等。这些物质会引起与THMs同样严重的后果。此外，水中含有有机物能引起离子交换树脂的污染而使其处理出水水质恶化。漏过水处理系统的有机物还能引起热力设备的腐蚀损坏．从而威胁电厂的安全经济运行。1絮凝去除有机物的机理腐殖质是一些基本类似但分子量和所含官能团的种类和比例不同的一类大分子弱有机酸，它们在水中因官能团的离解而显阴离子型，其中一部分分子大到使之显示胶体的性质，而这些胶体时常是高度分散的。能够透过o．45um的滤膜。腐殖质的分类腐殖质在其研究过程中，通常基于它们在酸碱溶液中的溶解度被分为三类：a.富里酸或称黄腐酸，是既可溶于酸也可溶于碱的部分；b.胡敏酸或称棕腐酸，是不溶于酸但可溶于碱性介质的部分；以及c.胡敏素或称腐黑酸，是既不溶于酸也不溶于碱的部分。目前，人们研究较多的是富里酸和胡敏酸，并常常把它们统称为腐殖酸。由于富里酸结构中的空隙和空洞，并且含有易于生成氢键的官能团，所以腐植质常能吸附和卷带其它有机物，如脂肪族烷烃、脂肪酸、邻苯二酸和碳水化合物等。腐植质还有吸附在水合氧化物、粘土相其它表面上的强烈趋势，这种吸附可以解释为一种配体交换。腐植酸盐常使天然水带有颜色，腐植质更容易被Ca2+和Mg2+凝聚、因此含C