混凝工艺与设备

混凝工艺与设备《水污染控制工程》课件第五节混凝工艺与设备一、工艺流程混凝工艺流程由药剂投加、混合、反应及沉淀分离等单元组成。混合使混凝剂迅速、均匀地分散到废水中，通过压缩双电层和电中和作用，使胶体脱稳，形成小“矾花”。反应在一定的水流条件下，小“矾花”通过吸附架桥和沉淀物网捕等作用形成较大的絮体。沉淀反应过程形成的大絮体进入沉淀池进行分离。（问题）第五节混凝工艺与设备问题：分离絮体可以采用哪些工艺？混凝沉淀工艺混凝工艺混凝气浮工艺二、混凝剂的调配与投加（1）混凝剂的调配（2）混凝剂的投加固体投加液体投加第五节混凝工艺与设备(一)混凝剂干投法（应用较少）第五节混凝工艺与设备工艺流程：药剂输送→粉碎→提升→计量→加药混合工作原理：图(二)混凝剂湿投法第五节混凝工艺与设备工艺流程：溶解池→溶液池→定量控制设备→投加设备→混合池溶解设备：溶解池、搅拌设备。药剂调配：水力调配、机械调配、压缩空气调配和人工调配等。溶液池：配制一定浓度溶液的设施。其它设备：（略）(三)混凝剂投加方式①重力投加②虹吸式定量投加③水射器投加④用计量泵投加药剂第五节混凝工艺与设备①重力投加第五节混凝工艺与设备可直接将混凝剂溶液投入管道内或水泵吸水管喇叭口处。②虹吸式定量投加第五节混凝工艺与设备可通过改变虹吸管进口和出口高度之差(H)，控制投加量。③水射器投加第五节混凝工艺与设备④用计量泵投加药剂第五节混凝工艺与设备(三)混凝剂计量方式基本要求：投量准确；工作灵活可靠；设备简单；操作方便。第五节混凝工艺与设备①浮子—苗嘴(孔板)计量系统②浮球阀计量系统③流量计计量系统④计量泵计量⑤三角堰计量系统①浮子—苗嘴(孔板)计量系统第五节混凝工艺与设备②浮球阀计量系统第五节混凝工艺与设备利用槽内浮球阀与槽底管口高差(H)恒定，槽底管口流量不变原理，通过改变池底管口苗嘴或孔板的孔径来控制投药量。③流量计计量系统④计量泵计量第五节混凝工艺与设备⑤三角堰计量系统（适用于大、中流量计量。）第五节混凝工艺与设备三、混合(一)混合的作用使药剂能快速、均匀地分散到废水中。第五节混凝工艺与设备★★快速：是因混凝剂在废水中发生水解反应的速度很快，需要尽量造成急速扰动以生成大量细小絮体，并不要求生成大颗粒；★★均匀：是为了化学反应能在废水中各部分得到均衡发展。水力条件要求：搅拌时间：10－30s，工业应用常取2min。速度梯度：G=500～1000s-1。搅拌强度用速度梯度G来表示。速度梯度是指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速度差du与垂直水流距离dy间的比值，即G=du/dy。（单位：s-1）速度梯度实质上反映了颗粒的碰撞机会。速度差越大，颗粒间越易发生碰撞；间距越小，颗粒间也越易发生碰撞。第五节混凝工艺与设备速度梯度与搅拌时间的乘积Gt值可间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用来控制反应效果，一般Gt值应控制在104～105之间。在G值给定的情况下，可调节t值来改善反应效果。(二)混合方式水力混合机械混合第五节混凝工艺与设备常见混合方式：管式混合水泵混合机械混合1、管式混合A、普通管道混合B、管式静态混合器C、扩散混合器第五节混凝工艺与设备A、普通管道混合把药剂投入水泵压水水管内，借助水流进行混合。药剂加入方式：《图》B、管式静态混合器管内装设若干个固体混合单元体。第五节混凝工艺与设备C、扩散混合器在管式孔板混合器前加一锥形帽，水流和药剂对冲锥形帽而后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到快速混合。第五节混凝工艺与设备2、其它水力混合方式A、分流隔板混合池B、跌水混合池C、水跃式混合池D、涡流式混合设备E、廊道式格板混合池第五节混凝工艺与设备A、分流隔板混合池第五节混凝工艺与设备B、跌水混合池利用水流在跌落过程中产生的冲击达到混合的效果。第五节混凝工艺与设备C、水跃式混合池利用3m/s以上的流速迅速流下时所产生的水跃进行混合。第五节混凝工艺与设备D、涡流式混合设备设计要点：底部锥角30-45°；反应时间1-1.5min，≤2min；入口流速1-1.5m/s；圆柱部分上升流速25mm/s。第五节混凝工艺与设备E、廊道式格板混合池第五节混凝工艺与设备3、水泵混合将药剂投加在水泵的吸水管内或喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转达到快速混合的目的。特点：混合效果好，不需另建混合设施；节省动力；各型水厂均可采用；要求：泵房距离处理设备不大于150m。第五节混凝工艺与设备水泵混合的投药位置（1）泵前投加☆★（2）泵后投加☆★第五节混凝工艺与设备1、泵前投加加注在取水泵吸水管中或吸水喇叭口处，见图。目前大多数采用这种方式，主要优点是可利用水泵叶轮使药剂和原水得到充分混合，而且借助于水泵吸力吸入，容易加注。缺点是药剂对水泵有一定的腐蚀作用。2、泵后投加加注在水泵出水压力管（见图）或沉淀池进口处。当取水泵离净水装置较远（约大于500m）时，为防止反应过早，已结成的絮粒在管道或进入沉淀池时破碎，从而影响净水效果，所以采用泵后投加。泵后投加因投药点承压或无吸力，故需要用水射器或加药泵。其优点是不发生药剂对水泵的腐蚀。4、机械搅拌混合第五节混凝工艺与设备四、絮凝反应(1)反应的作用是使混合形成的小絮凝体经过充分碰撞接触，絮凝成较大颗粒的过程。第五节混凝工艺与设备四、反应（絮凝）(2)反应过程的水力条件反应设备应有一定的停留时间和适当的搅拌强度，使小絮体有一适宜的相互碰撞机会。搅拌强度太大或太小，会对反应池的絮凝效果产生影响。第五节混凝工艺与设备絮凝控制指标：速度梯度G=10～70s-1。水流速度v=15－30mm/s。反应时间t=15－30min。絮凝控制指标Gt值=104-4×105》》》》絮凝控制指标研究(1)Gt值(2)GtC值(3)aGtC值考虑颗粒浓度及脱稳程度等因素进去，提出（2）、（3）。第五节混凝工艺与设备(2)GtC值以GtC值（C为胶体浓度）作为反应设备的控制参数，并建议GtC值控制在100左右较好。理由是反应效果与水中颗粒浓度有关，例如当低浓度时，反应设备的效率就会降低，但如果人工投加粘土，效果就能提高。(3)aGtC值以aGtC值（C为胶体浓度，a表示有效碰撞系数）作为反应设备的控制参数。如果脱稳颗粒每次碰撞都能导致凝聚，则a=1，实际上总是a1。(三)絮凝反应设备(1)设备分类（按搅拌方式分）A、水力搅拌反应池：B、机械搅拌反应池：第五节混凝工艺与设备(2)水力搅拌反应池A、隔板反应池B、折板反应池C、穿孔旋流反应池D、旋流式反应池E、涡流式反应池第五节混凝工艺与设备A、隔板反应池a、往复式b、回转式第五节混凝工艺与设备a、往复式特点：水流在池内作180º转弯，局部水头损失较大，且絮凝体有破碎的可能。水头损失0.3-0.5m。b、回转式特点：水流在池内作90º转弯，局部水头损失大为减小，且絮凝效果有所提高。水头损失比往复式小40%。B、折板反应池平折板反应池一般分为三段。三段的折板布置可分别采用相对折板、平行折板和平行直板。另外还有采用波形板的。（竖直放置）第五节混凝工艺与设备C、穿孔旋流反应池第五节混凝工艺与设备由若干方格组成，分格数不少于6格。隔墙上下开孔，水流沿池壁切线进入形成旋流。第一格孔口小，旋转速度大，随后依次递减，对应G值递减。D、旋流式反应池第五节混凝工艺与设备设计要点：反应时间8-15min；喷嘴入口流速2-3m/s。E、涡流式反应池第五节混凝工艺与设备设计要点：底部锥角30-45°，反应时间6-10min，入口流速0.7m/s，圆柱部分上升流速4-6mm/s。（3）机械搅拌反应池A、浆板式和叶轮式。B、水平轴和垂直轴第五节混凝工艺与设备分格串联，每格设以搅拌机。分格越多，絮凝效果越好。但造价高和维修量大。为适应絮体形成规律，第一格搅拌强度最大，其余依次递减，对应G值也递减。机械搅拌反应池设计参数：A、絮凝时间为15-20min。B、池内设3-4挡搅拌机。C、隔墙上下开孔，防止水流短路。D、叶轮线速度自第一挡0.5m/s起逐渐减小到末挡的0.25m/s。第五节混凝工艺与设备（4）组合絮凝池第五节混凝工艺与设备(5)混凝反应池的设计要点：反应流速一般按由大逐渐变小进行设计。为防止絮粒被破碎，应控制反应器内的流速。要有足够的反应时间（10-30min为宜），并控制反应速度，使梯度值G值达到10-75s-1，通常20-60s-1，使Gt值应控制在104～105之间，保证反应过程的充分完全。对于低浊度、低碱度废水宜采用较大的t值；对粗分散、杂质含量高的废水宜采用较大的G值。采用水力搅拌的反应设备，其搅拌强度可由水流速度来控制，搅拌时间即水在反应设备中的停留时间，一般采用6～30min。第五节混凝工艺与设备第六节影响混凝的因素第六节影响混凝的因素絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因素主要包括：（P211）1.浊度浊度过高或过低都不利于絮凝，浊度不同，所需的絮凝剂用量也不同。低浊水缺少凝聚核心，可将部分沉渣连续回流到混合池入口，以促进反应过程。2.水温水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢；水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。另外，水温也影响反应后的沉降过程。第六节影响混凝的因素3pH值及碱度—影响混凝效果的重要因素(1)pH值影响胶体颗粒表面电荷及ξ电位对于带正电胶体，pH降低，H+吸附量增加，胶粒电荷增大，电泳速度加快；pH升高，结果与上相反。(2)pH值对混凝剂作用的影响pH影响着混凝剂在水中的存在状态，不同的pH，混凝剂水解产物不同，所起的混凝作用各异。工程上应充分考虑混凝剂水解而引起水pH值的变化，必要时进行适当调节，使其满足混凝作用的要求。第六节影响混凝的因素４共存杂质(1)有利成分:可促进混凝过程。除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。(2)不利成分:不利于混凝过程的进行。磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。第六节影响混凝的因素5.混凝剂（重点）①混凝剂种类混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。胶体ξ电位高，应投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；絮体细小，须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。②混凝剂投加量投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。废水的混凝处理，最佳混凝剂和最佳投药量的选择应通过实验确定。③混凝剂的投加顺序当使用多种混凝剂时，其最佳投药顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50um以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。第六节影响混凝的因素6水力条件水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为搅拌强度和搅拌时间。混合阶段，要求混凝剂于废水迅速均匀混合，为此要求G在500-1000s-1，搅拌时间t应在10-30s。反应阶段，相应G和t值分别应在20-70s-1和15-30min.为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌进行混凝的模拟实验。习题：1、试概述水的混凝机理。2、试说明水的混凝工艺过程以及各单元的工艺要求。3、简述影响水混凝的主要因素。思考题：1、在投加混凝剂时，为什么必须立即与处理水充分混合、剧烈搅拌？2、水的混凝对水力条件有哪些要求？水流速度梯度G反映什么？为什么反应池的效果可用GT值来表示？3、简述铝盐混凝剂的水解过程及作用机理。