絮凝反应原理与絮凝剂及其工艺

絮凝反应过程与设备汇报人：毛彩彩时间：2014.3.131絮凝原理2絮凝剂3工艺应用41.1DLVO理论1.2吸附架桥1.3网捕作用1.4生物絮凝作用1.絮凝原理1.1DLVO理论1.絮凝原理其中，VA—引力势能r—为离子半径H—离子表面间的最短距离A—范德华常数1.1DLVO理论12AArVH1.絮凝原理其中，VR—斥力势能r—为离子半径H—离子表面间的最短距离ψ0—表面电势n0—溶液中正或负离子的数密度z—电解质离子电荷数2002221/2000064exp()exp(/2)12=exp(/2)1RrnkTVHzekTzenzekTkT其中，（）1絮凝原理1.1DLVO理论图斥力势能与引力势能的叠加(a)低电解质浓度(b)中等电解质浓度(c)高电解质浓度1絮凝原理1.1DLVO理论临界聚沉时及相应聚沉值200264exp()12RArnkTArVHVH0n354026()=KTCAZ聚沉值吸附架桥机理主要是指投加的水溶性链状高分子聚合物在静电引力、范德华引力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶体和细微悬浮物发生吸附，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体（俗称矾花）的过程，其模式如下图所示：1絮凝原理1.2吸附架桥1.2吸附架桥(a)初期吸附；(b)絮凝体形成当采用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，且其投加量大到足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物（如Al(OH)3、Fe(OH)3）或金属碳酸盐时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质予以捕获而其同沉降下来。1絮凝原理1.3网捕作用微生物作用相当于高分子絮凝剂，且微生物通过自身代谢作用分泌出能产生絮凝作用的物质。1絮凝原理1.4生物絮凝剂作用2絮凝剂2.1无机絮凝剂无机低分子絮凝剂无机阳离子絮凝剂硫酸铝、明矾、硫酸亚铁等无机阴离子絮凝剂氧化钙、碳酸钙、氢氧化钠等无机高分子絮凝剂铝盐无机高分子絮凝剂碱式氯化铝、碱式硫酸铝等铁盐无机高分子絮凝剂碱式氯化铁、碱式硫酸铁等硅酸金属盐及各种复合絮凝剂无机复合型、有机复合型2絮凝剂2.2有机絮凝剂人工合成有机高分子絮凝剂有机阳离子絮凝剂阳离子型聚丙烯酰胺有机阴离子絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺两性有机絮凝剂实验室合成，没有产品市场非离子有机絮凝剂聚丙烯酞胺、聚氧化乙烯天然有机高分子絮凝剂淀粉衍生物、纤维素衍生物、甲壳素衍生物、植物胶改性产物、多糖类蛋白质改性产物等2絮凝剂2.3生物絮凝剂利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂直接利用微生物细胞的絮凝剂克隆技术所获得的絮凝剂3.1•微涡流絮凝工艺3.2•隔板絮凝工艺3.3•折板絮凝工艺3.4•网格絮凝工艺3.5•机械反应池工艺3絮凝工艺微涡流絮凝工艺的核心是微涡流絮凝器，其为空心球体结构，表面开有小孔，当水流以适当的流速穿过小孔，在壳体内外表面处产生大量的小涡流，同时因壳体流速较小，形成絮凝泥渣层，泥渣层对水流的扰动产生微涡流。3絮凝工艺3.1微涡流絮凝工艺微涡流絮凝工艺的特点是：①絮凝效率高，与传统工艺相比产水量可提高50～100%；②反应时间短，只要5～8分钟，是传统工艺的1/3/~1/2；③絮体质量高，有利于提高沉淀效率；④水量水质变化适应能力强，可适应负荷50～120％范围内变化；⑤出水质量稳定，絮凝剂消耗降低10～20%，滤池反洗水节约30%以上；⑥安装简单，维护方便，改造只需少量土建改动，微涡流絮凝器直接投入使用，施工周期短，且絮凝器不易堵塞，便于清洗，寿命长。3絮凝工艺微涡流絮凝工艺特点隔板絮凝池是应用历史悠久、目前仍常应用的一种水力搅拌絮凝池，有往复式和回转式两种。隔板絮凝池优点是构造简单，管理方便。缺点是流量变化大者，絮凝效果不稳定，与折板及网格絮凝池相比，因水流条件不甚理想，能量消耗（即水头损失）中的无效部分比例较大，故需较长絮凝时间，池子容积较大。3絮凝工艺3.2隔板絮凝工艺折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩放、流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。折板絮凝池的缺点是：因板距小，安装维修较困难，折板费用较高。3絮凝工艺3.3折板絮凝工艺网格絮凝池的优点是：水头损失小，絮凝时间较短、效果较好。网格絮凝池的缺点是：存在末端池底积泥现象，及网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。3絮凝工艺3.4网格絮凝工艺比较项目反应时间优点缺点隔板工艺20～30min1、絮凝效果较好2、构造简单，管理方便1、絮凝时间较长2、出水流量不易分配均匀3、水量变化大者絮凝效果不稳定折板工艺12～20min1、絮凝时间较短2、絮凝效果较好1、构造较复杂，安装维修较困难2、水量变化影响絮凝效果3、折板费用较高网格工艺12～20min1.、絮凝时间较短2、絮凝效果较好3、构造简单1、水量变化影响絮凝效果2、存在末端池底积泥现象3、网格容易滋生藻类，堵塞网眼微涡流工艺5～8min1、絮凝时间很短2、絮凝效果很好3、抗冲击能力强4、构造简单，施工周期短1、核心产品加工工艺要求较高械絮凝池的优点是，可根据水量、水质的变化随时调节各个絮凝池的搅拌强度，以达到最佳的絮凝G值，取得最佳絮凝效果。因此，絮凝效果好，消耗能量少，可适用于各种规模的水处理厂。缺点是与折板、网格絮凝池相比，絮凝时间稍长，特别是增加了一套机械没备，使工程造价增加，同时也增加了设备管理维修工作量。3絮凝工艺3.4机械反应池工艺4.1•微涡流絮凝反应池4.2•折板絮凝反应池4.3•化学生物絮凝反应池4絮凝应用吉林市三水厂始建于1975年，于2006年末进行扩建工程。改建后其絮凝沉淀工艺流程如下：4絮凝应用4.1微涡流絮凝反应池混凝剂（PAC）投加采用水下摄像法FCD值作中馈管道混合辅以静态混合器的快速混合微涡网格絮凝池小间距斜板沉淀池4絮凝应用4.1微涡流絮凝反应池①竖井一档流速为0.29m/s，规范值为0.14m/s；竖井二档流速为0.16m/s，规范值为0.12m/s；竖井三档流速为0.11m/s，规范值为0.1m/s.②孔洞一档流速0.66m/s，规范值为0.3m/s；孔洞二档流速0.39m/s，规范值为0.12m/s；空洞三档流速0.19m/s，规范值为0.1m/s。4絮凝应用4.2竖流式相对折板絮凝池江苏省吴江净水厂一期工程设计规模为35×104m3/d,二期工程为25×104m3/d,总供水规模达60×104m3/d。水源为东太湖,采用机械快速混合、竖流式相对折板絮凝池,絮凝剂为液体硫酸铝。混合池、絮凝池与平流沉淀池合建。工艺流程见下图。4絮凝应用4.2竖流式相对折板絮凝池吴江净水厂采用多道并联、单通道3级串联的絮凝池,施工简易、精度高,实际运行效果良好。4絮凝应用4.2竖流式相对折板絮凝池4絮凝应用4.2竖流式相对折板絮凝池一期工程设2组4座絮凝池,每座由7道竖流式折板絮凝单元并联而成,折板采用60°相对折板,宽度为500mm,不锈钢材质。总絮凝时间为15min,具体参数见下表:4絮凝应用4.3化学生物絮凝反应池上海竹园第一污水处理厂的设计工艺流程为：快速混合池→化学生物絮凝反应池→沉淀池。该厂的设计进水水质：BOD5为120mg/L，COD为250mg/L，SS为150mg/L，NH3一N为30mg/L，TP为4mg/L。近期设计出水水质为：COD≤150mg/L，BOD5≤60mg/L，SS≤40mg/L，NH3一N≤30mg/L，TP1mg/L。该水厂设计18m×9．9m×6．5m的反应池48座4絮凝应用4.3化学生物絮凝反应池混合反应沉淀池的局部区域示意图4絮凝应用4.3化学生物絮凝反应池反应池停留时间为0.6h。G值分为三段控制：第一段为100～150s-1，第二段为50—80s-1，第三段为30～50s-1。搅拌空气量用G值来计算，同时第一段用生物吸附工艺需氧量进行校核，第三段用单位池容最小输人功率≥1.5W进行校核。反应池为推流廊道式结构，设计成三个反应段，在其池底按G值的递减布设微孔曝气穿孔管。在混合池投加PAC，在反应池的第一段和第三段投加PAM(聚丙烯酰胺)，在第二段再投加PAC(此三段的加药可以根据实际情况进行调节)。