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混凝剂和助凝剂投加

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混凝剂和助凝剂投加

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上海科域水处理技术有限公司遵循严谨科学的计算结果,在原水预处理环节做到经济有效,便接下来的电渗析、反渗透、离子交换等工艺得到最大的保护,保证整体设备长期安全运行。同时在这一环节中也尽量使用全自动无人值班加药工艺,实现整体设备全自动运行。

原水预处理工艺

水的预处理是在水的精制处理之前,预先进行的初步处理,以便在水的经处理时取得良好效果,提高水质。因为自然界的水都有大量杂质,如泥沙、粘土、有机物、微生物、机械杂质等,这些杂质的存在,严重影响精制水的水质与处理效果,因此必须在精处理之前将一些杂质降低或去除,这就需要预处理,有时也称前处理。作用和意义:对水质预处理的好坏,直接影响电渗析、反渗透、离子交换等主要处理工艺的技术经济效果和长期安全运行,它是工业水处理中非常重要的一环。

预处理的方法很多,主要有氧化、预沉、混凝、澄清、过滤、软化、消毒等。用这些方法预处理之后,可以使水的悬浮物(浑浊度)、色度、胶体物、有机物、铁、锰、暂时硬度、微生物、挥发性物质、溶解的气体等杂质去除或降低到一定的程度。

原水预处理工艺---混凝处理

混凝原理

化学混凝所处理的对象,主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉,可以用沉淀等方法除去。但是,微小粒径的悬浮物和胶体,能在水中长期保持分散悬浮状态,即使静置数十小时以上,也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。1.胶体的稳定性

根据研究,胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷,其结构示意图见(图8—1)。它的中心称为胶桉。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子,这些离子可以是胶校的组成物直接电离而产生的,也可以是从水中选择吸附H+或OH-离子而造成的。这层离子称为胶体微粒的电位离子,它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力,在其周围又吸附了大量的异号离子.形成了所谓“双电层”。这些异号离子,其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着.当胶核运

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行时,它也随着一起运动,形成固定的离子层。而其他的异号离子,离电位离子较远,受到的引力较弱,不随胶核一起运动,并有向水中扩散的趋势.形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒,胶粒与扩散层之间,有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位,常称为∫电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或∮电位。

胶粒在水中受几方面的影响:①由于上述的胶粒带电现象,带相同电荷的胶粒产生静电斥力,而且∫电位愈高,胶粒间的静电斥力愈大;②受水分子热运动的撞击,使微粒在水中作不规则的运动,即“布朗运动;”③胶粒之间还存在着相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比,当间距较大时,此引力略去不计。一般水中的胶粒∫电位较高。其互相间斥力不仅与∫电位有关,还与胶粒的间距有关,距离愈近,斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此,胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。

使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电,将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是,水化膜是伴随胶粒带电而产生的,如果胶粒的电位消除或减弱,水化膜也就随之消失或减弱。2.混凝原理

化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多,如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH 值、碱度,以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来,可以认为主要是三方面的作用:

(1)压缩双电层作用 如前所述,水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态,主要是由于胶粒的∫电位。如能消除或降低胶粒的∫电位,就有可能使微粒碰撞聚结,失去稳定性。在水中投加电解质——混凝剂可达此目的。例如天然水中带负电荷的粘土胶粒,在投入铁盐或铝盐等混凝剂后,混凝剂提供的大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变,增加扩散层及吸附层中的正离子浓度,就使扩散层减薄,图8—1中的∫电位降低。当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时,∫电位为零,称为等电状态。在等电状态下,胶粒间静电斥力消失,胶粒最易发生聚结。实际上,∫电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时,胶粒就开始产生明显的聚结,这时的∫电位称为临界电位。胶粒因电位降低或消除以致失去稳定性的过程,称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结,称为凝聚。

压缩双电层作用是阐明胶体凝聚的一个重要理论。它特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。但是,如仅用双电层作用原理来解释水中的混凝现象,会产生一些矛盾。例如,三价铝盐或铁盐棍凝剂投量过多时效果反而下降,水中的胶粒又会重新获得稳定。又如在等电状态下,混凝效果似应最好,但生产实践却表明,混凝效果最佳时的∫电位常大于零。于是提出了第二种作用。

(2)吸附架桥作用 三价铝盐或铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后,经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸附某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥,使颗粒逐渐结大,形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程,称为絮凝。

(3)网捕作用 三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中,能集卷、网捕水中的胶体等微粒,使胶体粘结。上述三种作用产生的微粒凝结理象——凝聚和絮凝总称为混凝。

对于不同类型的棍凝剂,压缩双电层作用和吸附架桥作用所起的作用程度并不相同。对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂,吸附架桥可能起主要作用;对硫酸铝等无机混凝剂,压缩双电层作用和吸附架桥作用以及网捕作用都具有重要作用。

二、混凝剂和助凝剂

1、混凝剂

用于水处理中的混凝剂应符合如下要求:混凝效果良好,对人体健康无害,价廉易得,使用方便。混凝剂的种类较多,主要有以下两大类:

(1)无机盐类混凝剂 目前应用最广的是铝盐和铁盐。铝盐中主要有硫酸铝、明矾等。硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O 的产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的AL2O3含量不少于14.5%-16.5%,不溶杂质含量不大于24%~30%,价格较低,但质量不稳定,因含不溶杂质较多,增加了药液配制和排除废渣等方面的困难。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐AL2(SO4)3K2-~Q4·24H20,AL2(SO4)3含量约10.6%,是天然矿物。硫酸铝混凝效果较好,使用方便,对处理后的水质没有任何不良影响。但水温低时,硫酸铝水解困难,形成的絮凝体较松散,效果不及铁盐。

铁盐中主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。三氯化铁是褐色结晶体,极易溶解,形成的絮凝体较紧密,易沉淀;但三氧化铁腐蚀性强.易吸水潮解,不易保管。硫酸亚铁F eSO4·7H20是半透明绿色结晶体,离解出的二价铁离子Fe2+不具有三价铁盐的良好混凝作用,使用时应将二价铁氧化成三价铁。同时,残留在水中的Fe2+会使处理后的水带色,Fe2+与水中某些有色物质作用后,会生成颜色更深的溶解物。

(2)高分子混凝剂 高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。聚合氯化铝的混凝作用与硫酸铝并无差别。硫酸铝投入水中后,主要是各种形态的水解聚合物发挥混凝作用。但由于影响硫酸铝化学反应的因素复杂,要想根据不同水质控制水解聚合物的形态是不可能的。人工合成的聚合氧化铝则是在人工控制的条件下预先制成最优形态的聚合物,投入水中后可发挥优良的混凝作用。它对各种水质适应性较强,适用的pH 值范围较广,对低温水效果也较好,形成的絮凝体粒大而重,所需的投量约为硅酸铝的1/2—1/3。

有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。这类混凝剂都具有巨大的线状分子。每—大分子有许多链节组成。链节间以共价健结合。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺,分子结构为:聚丙烯酰胺的聚合度可多达2x104—9x104,相应的分子量高达150x104—600x104。凡有机高分子混凝剂链节上含有的可离解基团寓解后带正电的称为阳离子型,带负电的称为阴离子型;链节上不含可离解基团的称非离子型。聚丙烯酰胺即为非离子型高聚物。但它可以通过水解构成阴离子型,也可通过引入基团制成阳离子型。有机高分子混凝剂由于分子上的链节与水中胶体微粒有极强的吸附作用,混凝效果优异。即使是阴离子型高聚物,对负电胶体也有强的吸附作用;但对于未经脱稳的胶体,由于静电斥力有碍于吸附架桥作用,通常作助凝剂使用。阳离靶塑的吸附作用尤其强烈,且在吸附的同时,对负电胶体有电中和的脱稳作用。

有机高分子混疑剂虽然效果优异,但制造过程复杂,价格较贵。另外,由于聚丙烯酰胺的单体——丙烯酰胺有一定的毒性,因此它们的毒性问题引起人们的注意和研究。(3)助凝剂 当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可用以调节或改善混凝的条件,例如当原水的碱度不足时可投加石灰或重碳酸钠等;当采用硫酸亚铁作混凝剂时可加氧气将亚铁Fe2+氧化成三价铁离子Fe3+等。助凝剂也可用以改善絮凝体的结构,利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用.使细小松散的絮凝体变得粗大而紧密,常用的有聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、红花树等。

三、影响混凝效果的主要因素

影响混凝效果的因素较复杂,主要有水温、水质和水力条件等。1.水温

水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水解是吸热反应,水温低时,水解困难。特别是硫酸铝,当水温低于5℃时,水解速率非常缓慢。且水量低,粘度大,不利于脱氇胶粒相互絮凝,影响絮凝体的结大,进而影响后续的沉淀处理的效果。改善的办法是投加高分子助凝剂或是用气浮法代替沉淀法作为后续处理。2.pH 值

水的pH 值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝去除水中浊度时,景佳pH 值范围在6.5—7.5之间;用于除色时,pH 值在4.5~5之间。用三价铁盐时,最佳pH 值范围在6.O 一8.4之间,比硫酸钼为宽。如用硫酸亚铁,只有在pH>8.5和水中有足够溶解氧时,才能迅速形成Fe3+,这就使设备和操作较复杂。为此,常采用加氯氧化的方法。高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂,混凝的效果受pH 值的影响较小。从铝盐和铁盐的水解反应式可以看出,水解过程中不断产生H+必将使水的pH 值下降。要使pH 值保持在最佳的范围内,应有碱性物质与其中和。当原水中碱度充分时还不致影响混凝效果;但当原水中碱度不足或混凝剂投量较大时,水的PH 值将大幅度下降,影响混凝效果。此时,应投加石灰或重碳酸钠等。3、水中杂质的成分性质和浓度

水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如,天然水中含粘土类杂质为主,需要投加的混凝剂的量较少;而圬水中含有大量有机物时,需要投加较多的混凝剂才有混凝效果,其投量可达10~103mg/L 但影响的因素比较复杂,理论上只限于作些定性推断和估计。在生产和实用上,主要靠混凝试验来选择合适的记凝凝品种和最佳投量。

在城市污水处理方面,过去很少采用化学混凝的方法。近年来.化学混凝剂的品种和质量都有较大的发展,使化学混凝法处理城市污水(特别在发展中国家)有一定的竞争力。实践表明,对某些浓度不高的城市污水,投加20—80mg/L 的聚合硫酸铁与0.3~0.5mg/L 左右的阴离子聚丙烯酰胺,就可去除COD70%左右,悬浮物和总磷90%以上。4.水力条件

混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段:混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件,使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌,在几秒钟或一分钟内完成。对于高分子混凝剂,由于它们在水中的形态不象无机盐混凝剂那样受时间的影响,混合的作用主要是使药剂在水中均匀分散,混合反应可以在很短的时间内完成,而且不宜进行过份剧烈的搅拌。

反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低,以免结大的絮凝体被打碎。如果在化学混凝以后不经沉淀处理而直接进行接触过滤或是进行气浮处理,反应阶段可以省略。

目前常用的混凝剂

1 、硫酸铝 无水硫酸铝是无色结晶,易溶于水,常温下硫酸铝以含十八水合物最为稳定。Al2(SO4)3·18H2O 是具有光泽的无色颗粒或粉末晶体,极易溶于水,水溶液呈酸性(PH<=2.5)。操作液常用10%~20%的浓度。在水处理时加入量为l0-5~l0-3mol /L 。明矾[Al2(S04)3·K2S04·24H2O]的作用仍是Al2(S04)3成分。硫酸铝,腐蚀性小,使用方便,效果好,且对水质无不良影响。但水温低时,絮凝体形成慢而松散,效果不如铁盐;粗制品使用麻烦。

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工业品为白色或微带灰色的粉末或块状结晶,因可能存在少量的硫酸亚铁而使产品表面发黄。硫酸铝是使用最早的絮凝剂之一。硫酸铝对水中胶体微粒的絮凝过程分为吸附脱稳、沉淀絮凝、吸附沉淀混合区和再稳定四个区域。加入过量的硫酸铝,会形成胶体再稳定而影响絮凝效果。硫酸铝价格便宜,应用较广泛。

2 、聚合氯化铝(又称碱式氯化铝PAC ) 聚合氯化铝是应用最广泛的一种絮凝剂,它的固体呈无色至黄色树脂状,易潮解,溶液为无色至黄褐色透明状液体,聚合氯化铝易溶于水并易发生水解,水解过程中伴随有电化学、凝聚、吸附、沉淀等物理化学现象。聚合氯化铝一般是由铝矿土与酸经过酸溶、水解、缩聚等复杂的过程而制成的。 在硫酸铝的使用中,因水质条件复杂,不可能控制它的水解聚合物的形态。聚合氯化铝正是针对这一问题经研制而成的人工合成品。聚合氯化铝(包括碱式氯化铝)腐蚀性小,适应的pH 值范围较宽(5~9),絮凝体形成快而紧密,对低温、低浊以及高浊、高色水的效果均好,成本较低。

相对于硫酸铝而言,聚合氯化铝混凝效果随温度变化较小,形成絮体的速度较快,絮体颗粒和相对密度都较大,沉淀性能好,投加量较小。聚合氯化铝适宜的PH 值范围在5-9之间,过量投加一般不会出现胶体的再稳定现象。长期的实践证明,作为絮凝剂,聚合氯化铝优于硫酸铝,很多净水场的硫酸铝已经逐步被聚合氯化铝所替代。聚合氯化铝水溶液呈弱酸性,PH 值在5.5-6.0,对设备的腐蚀性很小。

3 、聚合硫酸铁(PFS ) 聚全硫酸铁有固体和液体两种形式,液体为红褐色粘稠液,固体为淡黄色或浅灰色的树脂状的颗粒。在产品的储存的使用过程中,聚合硫酸铁对设备基本无腐蚀作用。聚合硫酸铁投药量低,而且基本不用控制液体的PH 值。与铝盐相比,聚合硫酸铁絮凝速度更快,形成的矾花大,沉降速度更快;另外,它还具有脱色、除重金属离子、降低水中COD 、BOD 浓度的作用;但是其出水容易显黄色。

4 聚丙烯酰胺(PAM ) 按离子特殊性分类,可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性酰胺四种。阳离子酰胺主要用于水处理,阴离子酰胺主要用于造纸、水处理,两性酰胺主要用于污泥脱水处理。聚丙烯酰胺易溶于冷水,分子量对溶解度影响不大,但高分子量的酰胺浓度超过质量分数10%以后,会形成凝胶状态。溶解温度超过50度,PAM 发生分子降解而失去助凝作用。因此溶解聚丙烯酰胺时要用45-50度的温水最为适宜。配制聚丙烯酰胺溶液一般配成质量浓度为0.05-2%,阳离子酰胺粘度较小,可配制成浓度较大的溶液,阴离子酰胺粘度较大,可适当配制成浓度较小的溶液。

聚丙烯酰胺常含有微量未聚合的单体,其毒性甚高。因而建议:饮水中丙烯酰胺的浓度,经常使用(每年l 月以上)时不应超过0.01mg /L ;非经常使用时,不应超过0.1mg /L 。配制溶液时不可浓度过大,否则不容易控制加药量,容易造成加药过量。聚丙烯酰胺的加入量很小,一般加药量在0.1-2ppm 。聚丙烯酰胺溶液用于处理废水时,加药后的絮凝效果与搅拌时间与搅拌有关。当已经形成大块絮凝时,就不要再继续搅拌,否则会使已经形成的较大矾花被打碎,变成细小的絮凝体,影响沉降效果。

自动混凝剂投加装置

混凝是水处理工艺中的关键环节,也是构成水处理成本的主要因素,混凝剂投加量是否准确直接影响到水处理的效果。在没有连续监测仪器的条件下,一般都是过量的使用凝聚剂以保证水处理效果。实际上,在水处理过程中,混凝剂的用量有一个最佳值,低于或超过这个最佳值都不能达到最佳处理效果。由于混凝剂投加量随源水流量、浊度、P H 、温度,混凝剂浓度、水质的波动而变化,如何精确控制混凝剂的投加,长期困扰着人们。十几年以来,我国各地水厂探索试用了各种自动加药方法,如数学模型法、模型滤池、模型斜管法、絮凝体成像等技术,也引进了不少国外自动控制系统,但调查表明,它们都存在投资大、可靠性低、建模难、程序量过大、精度差、操作复杂等难以克服的缺点,或者是对水质水量变化难以适应,滞后现象严重等不尽人意的地方,因而无法广泛应用。

混凝剂自动投加系统,以适应我国水质现状,满足加药自动化的要求。该系统仅仅检测与胶体电荷相关的流线电势这一项混凝本质参数,就可准确概括各项表观参数(源水流量、浊度、PH 、混凝剂浓度等)对混凝的影响。为投药自动化和全面普及应用创造了条件。

产品组成

由流线电势传感器(SPT1000) 、流线电势检测器(SPD1000)、流量仪(选配)、浊度仪(选配)、PLC 控制器、变频器、触摸屏等组成。适用于源水水量和浊度变化大、自动化程度要求高的混凝剂投加场合。

性能特点:

1、人机使用了高质量的触摸屏,具有直观动感的工艺流程图,可直接查阅历史数据(包括表格和曲线)、报警记录,可设置包括P 、I 、D 参数和加药量及上、下限在内的各项参数。中文显示,界面友好,操作简单方便。

2、具有过投药、欠投药、缺药报警、浊度报警、变频器故障(过流、过压、过载等)报警和记录功能。

3、具有强大的通信功能,支持多种通信协议,可方便地实现远程控制。

4、能迅速反应源水水质、水量和加药量变化,在很短时间内实现自动跟踪调节。

5、该系统灵活性好,可以根据使用的具体条件以多种方式运行。

6、在保证达到高质量水质的情况下,混凝剂的消耗量降低20%以上。

7、自动化程度高,减少生产人员对反应池、沉淀池巡检的频率,降低劳动强度,有利于水厂生产岗位的减员增效。 8、运行稳定可靠,故障率低,维护方便。

9、既适用于新建水厂,也适合老水厂的挖潜改造,对老水厂的挖潜改造基本不需改动原有工艺结构。

10、沉淀池出水水质受源水水质、水量的干扰小,提高了沉淀水浊度的合格率和稳定性,延长了滤池的反冲洗周期和滤料的使用寿命,提高了产水率,经济效益显著。

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