混凝工艺的运行与管理

城市水工程运行与管理电子教案第3章混凝工艺的运行与管理水的混凝处理：去除胶体颗粒及细小的悬浮物，是一种化学方法。混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花主要对象：胶体颗粒，如黏土颗粒、细菌、硅胶、腐殖质等涉及到的三方面：水中胶体的性质混凝剂在水中的水解与形态胶体与混凝剂的相互作用3.1混凝工艺概述3.2工艺运行控制与管理3.3常见故障原因分析与对策3.1混凝工艺概述3.1.1混凝机理水处理中,“凝聚”是指水中的胶体被压缩双电层的脱稳过程;“絮凝”是胶体脱稳以后或由高分子的吸附架桥作用而凝结成大颗粒絮状体的过程。混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。（1）双电层压缩机理电解质加入――与反离子同电荷离子――压缩双电层――电位――稳定性――凝聚（2）吸附电中和机理指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。（3）吸附架桥作用机理指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。（4）沉淀物网捕机理金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕3.1.2影响混凝效果的因素（1）水的pH值的影响视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。根据水质、去除对象，最佳pH范围也不同。需碱度来调整pH，碱度不够时需要投加石灰。（2）水温的影响低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚（3）水中杂质对混凝效果的影响杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。对策：1）加高分子助凝剂2）加粘土3）投加混凝剂后直接过滤（4）混凝剂种类的影响混凝剂的选择主要取决于胶体和悬浮微粒的性质、浓度。（5）混凝剂投加量和投加顺序的影响通过实验确定（6）水力条件和絮凝时间对混凝影响通过实验确定3.1.3混凝药剂的选择1.混凝药剂的种类混凝剂混凝剂助凝剂无机盐类高分子类调节或改善混凝条件的助凝剂改善絮凝体结构的助凝剂2.混凝剂的选用选择混凝剂的原则如下：（1）应根据对原水的实验结果选定混凝剂与助凝剂的品种或参照类似原水条件下的现有水厂的运行经验确定；（2）药品选择要立足当地产品，以易得和价廉为首选；（3）最佳药剂和投加量必须通过实验确定；（4）处理生活饮用水时药剂不得含有对人体健康有害成分，用于生产用水时,不得含有对生产有害的成分；（5）如选有自行配制药剂以及利用工业废料生产的药剂,应取得省级以上部门的安全评价许可，还必须充分重视原料的卫生质量；3.混凝剂投加量的确定（1）根据原水水质检验报告，用不同药剂做混凝实验，来确定合理的药剂品种及投药量。（2）无法做实验时，可参考相似水源有关水厂的药剂投加资料。3.1.4混凝工艺过程设计混凝工艺应着重考虑：（1）根据混凝处理目的，通过试验选择混凝剂品种、用量和pH值；（2）选择合适的混凝剂投加位置和方式，调制、投加浓度和设备；（3）选择合适的混合、絮凝方法和设备；（4）考虑与上下构筑物的衔接。3.1.4.1投药系统混凝剂的投加方式较多，总体上可分为干投法与湿投法两大类。干投法是把易溶解的药剂粉末直接投入水中，其流程如图3-1所示。湿投法是把一定浓度的药剂溶液投入待处理的水中，流程如图3-2所示。方式作用原理优缺点适用条件重力投加建造高位药液池，利用重力作用把药剂投入加药点优点：管理操作简单，投加安全可靠缺点：必须建高位池适合中小型水处理厂，输液管线不宜过长，以防止在管线中絮凝压力投加水射器利用高压水在水射器喷嘴处形成的负压将药液射入压力管优点：设备简单，使用方便，不受溶液池高程所限缺点：效率较低，药液浓度不当时，可引起堵塞适合不同规模的自来水厂；水射器来水压力≥2.5×105Pa加药泵泵在溶液池内直接吸取药液，加入压力水管内优点：可以定量投加，不受压力管压力所限缺点：价格较贵，养护麻烦适用大中型污水处理厂或自来水厂；一般采用计量泵湿法投加又分为重力投加和压力投加两种方式。表3-1各种投药方式的比较3.1.4.2混合表3-2几种不同的混合方式优缺点及适用条件方式优缺点适用条件管式混合优点：设备简单，不占地缺点：当流量减少时，可能在管中产生沉淀；一般的管道混合效果较差，采用静态混合器的效果较好，但水头损失大适用于流量变化不大的水厂混合池混合优点：混合效果好；某些池型能调水头高低，适应流量变化缺点：占地面积大，某些进水方式要带进大量气体适用于大中型水厂水泵混合优点：设备简单，混合充分、效果好，不需另外消耗能量缺点：吸水管较多时，投药设备要增加，安装管理较麻烦适用于一级泵房离处理构筑物120m以内的各种规模水厂浆板式机械混合优点：混合效果好，水头损失小缺点：需耗能，管理维护较复杂适用于各种规模的水厂3.1.4.3絮凝脱稳的胶体颗粒通过一定的水力条件相互碰撞、相互凝结、逐渐长大成能沉淀出去的矾花的工艺过程称为絮凝。要保证絮凝的顺利进行，絮凝池必须满足以下几个条件：（1）保证足够的絮凝时间（2）保证适宜的搅拌强度3.1.5常见工艺构筑物（1）隔板絮凝池由往复式和回转式两种水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失一般在0.3－0.5m，回转式的水头损失比往复式的小40％左右。特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂（2）机械搅拌式絮凝池机械絮凝池：浆板式和叶轮式水平轴式和垂直轴式调节容易，效果好，大、中、小水厂均可但维修是问题。（3）折板絮凝池折板絮凝池：通常采用竖流式，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时间10－15分但安装维修较困难，折板费用较高（4）网格式和栅条式絮凝池近几年发展起来的新式絮凝池优点是效果好、时间短、水损小。缺点是安装维修比较麻烦3.2工艺运行控制与管理3.2.1药剂的配制和投加（1）固体药剂配制固体药剂的配制可根据式3-1计算。（3-1）式中m——固体混凝剂的量（kg）；C——欲配制药液浓度（%或kg/m3）;V——欲配制药液的体积（m3）。CVm1000CVm1000CVm1000CVm1000CVm1000（2）液体药剂的配制液体药剂的配制可根据式3-2计算。（3-2）式中C——液体混凝剂的浓度(%)；V——液体混凝剂的体积（m3）；C1——欲配制药液的浓度（%）；V1——欲配制药液的体积（m3）。（3）配制浓度的控制合适的配制浓度为5%～15%，处理规模小时浓度可以小于5%，处理规模大时浓度应大于10%。（4）混凝剂的投加混凝剂的投加方法取决于药剂混合的方式。3.2.2混凝剂加药量的确定烧杯实验确定最佳投药量实验步骤如下：①取样分析。②预搅拌。③混合。④絮凝。⑤沉淀。⑥静沉过程中，应认真观察和记录。⑦静沉过程中，分析测量。⑧结果分析3.2.3pH值及碱度的控制（1）pH值的控制聚合氯化铝允许pH值的范围5～9，硫酸铝允许pH值的范围6.5～7.5，硫酸亚铁允许pH值的范围8.1～9.6，三氯化铁允许pH值的范围6.4～8.4。（2）水中碱度的控制若超出混凝剂适用范围，应补碱，一般投加石灰（因苏打、烧碱价格较贵）。石灰投药量可用下式计算：（3-3）式中Wcao——石灰投加量（mg/L）（以无水纯CaO计）；C——混凝剂投加量（mg/L）（以无水Al2(SO4)3或FeCl3记）；X——原水碱度（mg/L）（以CaO计）；20——使反应顺利进行所增加的剂量（mg/L）（以CaO计）若Wcao≤0，则说明水中碱度满足要求；若Wcao0，则说明水中碱度不满足要求，应加石灰。式中的Wcao为石灰投加量（mg/L）。3.2.4混合强度的控制其混合效果都可由两个参数进行控制，一个是速度梯度G(s-1)，另一个是混合时间T。（1）速度梯度G从宏观上认识，搅拌强度越大，G值也越大。从微观上认识，G值越大，颗粒之间碰撞机会多，混合效果越好。G值可用下式计算：2）混合时间T实际操作时，混合时间不宜超过2min，如果T在2min之内，G值一般应控制在500～1000s-1之间。3.3常见故障原因分析与对策