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[预处理]混凝处理

发布时间：2009/6/11 阅读次数：1089 字体大小: 【小】【中】【大】

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天然水中的杂质种类很多，通常按这些杂质的分散态进行分类，分成悬浮物、胶体和有机物。

颗粒直径大于10mm的为悬浮物，在重力或浮力作用下易于分离出来，比水重的悬浮物，在静置或水流较慢时会在重力作用下下沉；比水轻的悬浮物，在水静置时会上浮，它们大都是一些有机物。

天然水中粒径在10~10mm的各种微小粒子都划为胶体范围，因为它们都具有胶体的性质。胶体主要通过混凝处理除去。

溶解物质颗粒直径小于10mm，它包括离子态杂质和溶解气体（主要是O2和CO2）。它通过离子交换、电渗析、反渗透除去。

一、胶体的概念及其特性

1、胶体的动力稳定性和聚集稳定性

胶体微粒很小，表面积非常大，具有很大的界面自由能，因此决定了胶体体系的许多特性。稳定性是其中一种，胶体的稳定性分为动力稳定性和聚集稳定性。

动力稳定性：胶体微粒小，在各方向所受水分子的撞击力在瞬间是不平衡的，同时受重力影响甚微，胶体将朝合力方向不断移动，这种运动是不规则的，称为布朗运动，在布朗运动作用下，胶体微粒可以长时间不发生明显沉降，保持其分散状态，称为胶体颗粒的动力稳定性。

聚集稳定性：如果胶体微粒在相互碰撞中，因胶体微粒之间的排斥或胶体微粒表面的水合层（又称为水化膜）阻碍胶体微粒相互聚合，这种使胶体微粒保持其分散状态而不凝聚的性能称为稳定性。

2、亲水胶体和憎水胶体

胶体能长时间保持其稳定性，其原因是胶体具有双电层结构或胶体微粒表面有一层水合层。

胶体按其对溶剂水的亲合力，分为亲水胶体和憎水胶体。

1)、亲水胶体在表面有一层水合层，在被挤压时表现出弹性，成为胶粒相互接近

的机械阻力。天然水中亲水胶体主要是某些有机物。

2)、憎水胶体由于其微粒表面存在双电层，微粒间产生静电斥力而具有稳定性。

以Fe(OH)3胶料粒为例：胶体是许多Fe(OH)3分子的集合体，具有较大的表面积，能吸附水中的某些相近似的离子，如FeO+，成为电位决定离子，电位决定离子在静电引力作用下，能吸引水中电荷符号相反，电量荷量相等的离子，称为反离子。这个双电层结构，内层为电位决定离子层，外层为反离子层。其中部分反离子受静电引力较大，为吸附层；吸附层以外的反离子受静电引力弱，形成扩散层。

当胶体微粒与水溶液发生相对位移时，吸附层中的离子和扩散层中的部分离子随着胶核一起运动，而扩散层中的其余离子滞留在水溶液中，这就存在一个滑动界面，滑动面的电位叫ξ电位，吸附层与扩散层分界面处的电位用Φd表示，而胶核表面上的电位为热力学电位Φ0。

在水处理中，因ξ电位与Φd电位近似，通常把ξ电位与Φ0电位等同看待。ξ电位越大，胶体微粒的静电斥力也越大，因此胶粒越不易聚集。

3、胶体微粒间除静电斥力外，还存在着相互吸引力

在讨论胶体稳定性时，要考虑胶体微粒间相互吸引的能量Ea与阻碍聚集、相互排斥的能量Eb的总效应。

若不考虑胶体微粒表面水化膜的作用，则胶粒能否聚集，取决于布朗运动的动力，静电斥力和范德华引力所产生的综合能量。在一定温度下，布朗运动所产生的动能基本上是一定的，因此，胶体微粒的聚集最终取决于静电斥力和范德华引力所产生的综合势能。

胶体微粒间的距离较大时，排斥力不发生作用，吸引力小，胶体微粒不会聚集；胶体微粒接近至双电层重叠时，由于静电斥力作用，使胶体微粒不能聚集；但与此同时，吸引力也增大，当胶体微粒间的距离缩短到一定值，吸引势能克服排斥能峰，使胶体微粒聚集。

二、胶体的脱稳

胶体由于ξ电位降低或其它原因失去稳定性的过程，称为胶体的脱稳。

水处理领域经常采用的几种脱稳方法。

1、投加电解质

向带有负电荷胶体的天然水中投加带高价反离子的电解质后，水中反离子的压缩使胶粒扩散层减薄，ξ电位下降，降至一定值时，在吸引力作用下，胶粒开始凝聚。反离子价数越高，越容易脱稳。

2、投加与天然水中胶体电荷相反的胶体

向天然水中投加与原有胶体电荷相反的胶体，两者发生电中和，胶体的ξ电位绝对值降

低，使胶体凝聚。

3、投加高分子絮凝剂

高分子絮凝剂通过吸附絮凝剂使水中胶体脱稳。向水中投加高分子絮凝剂后，首先是高分子絮凝剂的一个分子占据原水胶体微粒表面上的一个或数个吸附位，而分子的其余部分则伸展到溶液中去，这些伸展的分子链再结合到另一个胶体微粒的吸附位上，高分子絮凝剂的分子被两个或两个以上的胶体微粒所吸附。

如果伸展的链节在另一个胶体上没有占据合适的附位，就有可能折回而吸引到所在微粒表面上的另外吸附位上，使胶体吸附被占据，从而丧失再吸附的能力，形成再稳定状况；如果投加过量的高分子絮凝剂，胶体被过多絮凝剂包围，失去同其它胶体架桥结合的可能性，而处于稳定状态。

高分子絮凝剂之所以能吸附胶体微粒，是因为线型结构的絮凝剂分子内的活性基团使高分子絮凝剂吸附在胶体微粒表面。

对某一胶体体系有一最高分子絮凝剂剂量问题，这一最优剂量需要通过实验确定。在吸附架桥脱稳过程中，剧烈的搅拌使高分子絮凝剂与胶体表面之间的结合被折断，延伸部分又折回到胶体微粒表面，使胶体又趋稳定。

三、混凝处理原理

混凝处理主要是除去水中的小颗粒悬浮物和胶体。我厂用的混凝剂为聚合铝。

当铝盐加入水中时，立即开始电离和水解，在水中形成不同形态的羟基络合物。水解产物的吸附架桥作用和电中和作用使水中胶体脱稳，脱稳了的胶体在无规则的布朗运动作用下，聚集成微小的凝絮，在流体动力作用下，相互碰撞形成大絮凝体，絮凝体在稳定的低流速中由于重力作用下沉，从而与水分离。

四、影响因素

1、水温

用铝盐作混凝剂时，水温对混凝效果有较大影响。一是温度的变化影响胶体微粒的布朗运动，即影响脱稳胶体颗粒的移动速度；二是水温影响混凝剂水解和聚合的反应速度，从而影响形成的凝絮结构。用铝盐作混凝剂时，最佳水温为25-30℃。用铁盐作混凝剂时，水温对混凝效果影响不大。

2、水的PH值

1)、铝离子水解产物的形态主要取决于水的PH值。在某一PH值条件下，各种不同形态的水解产物同时存在，但往往是某一种形态是主要组成部分。

2)、用铝盐作混凝剂时，最佳PH值在6.5-7.5之间。此时，水解产物为低正电荷高聚合度的多核羟基络合离子和氢氧化铝，吸附架桥起决定作用，混凝效果较高。PH在4-5时，混凝处理以电中和作用为主，混凝效果较差。

3)、PH对原水中有机物的影响：PH值低时，水中腐殖质为腐殖酸胶体，易于用混凝剂除去；PH值高时，腐殖酸转化为腐殖酸盐，除去率较低。用铝盐除腐殖质最适宜的PH值为6.0-6.5。

原水碱度对混凝处理有影响，如原水碱度不足以中和混凝剂水解所产生的氢离子，使加混凝剂后的PH值偏低，此时可添加碱来提高水的PH值，用碱式氯化铝可以提高水的PH值。

3、混凝剂剂量

要取得一定的混凝效果，必须控制一定的混凝剂剂量，而最佳剂量无法依据计算确定

须通过实验来求得。一般在10-60mg/l范围。

当原水胶体浓度低，悬浮物含量小时，需投加大量的混凝剂。以便形成大量金属氢氧化物沉淀物，保证较好的混凝效果。在现场通常向水中投加粘土以增加胶体颗粒浓度，同时适当增加混凝剂剂量，以取得好的混凝效果。

在实际运行中，斜管沉淀池出水清澈时，往往是进水有一定混浊度时，如果进水清澈，处理效果不明显，原因在于进水胶体浓度低，加药量不易调整。

4、接触介质的影响

混凝处理时，如在水中保持一定数量的接触介质，可明显提高混凝处理效果。我厂的机械搅拌澄清池依据这一原理设计，在底部总是保持一定的泥渣量。初始投运时一般需要向澄清池内添加活性泥渣。

5、水力条件

混凝剂加入水中，开始需要强烈的搅动紊流。一旦絮凝体形成，就就减弱搅动强度，以免打碎絮凝体。我厂的斜管深沉池的三个搅拌反应室中，搅拌机转速就是逐渐下降的。

6、水中阴离子的组成

在混凝过程中形成的带正电荷的金属氢氧化物胶体，在一定条件下其中的一部分受水中电解质的作用而发生凝聚，最终以沉淀物形成沉淀。水的阴离子组成对混凝剂水解形成的最终产物的凝聚产生明显影响，添加一定的SO4离子，可使混凝加快。

影响混凝处理的因素很多，如何确定最佳混凝处理条件，最有效的方法是根据现场实际进行模拟试验。模拟试验的主要目的是求取最佳PH值和最佳剂量，其它工艺条件，可根据经验和实际情况确定。

五、斜管沉淀池、机械搅拌澄清池出水水质调整

1、斜管管出水水质恶化及处理：

1)进水流量大：关小进水门，调整进水流量。

2)斜管偏流，包含两组斜斜管偏流及斜管内偏流：调整斜管流量，维持#1、#2斜管流量及斜管内进水平衡。

3)加药量过多或过少：根据进水及出水水质情况，及时调整加药量。。

4)排污量不足或没有及时排污：加强排污。

5)斜管长时间未冲洗及斜管松动：冲洗斜管，固定斜管。

2、机械搅拌澄清池出水水质恶化及处理：

1)进水流量大：关小进水门，调整进水流量。

2)加药量过多或过少：根据进水及出水水质情况，及时调整加药量。

3)泥渣过多，矾花上浮：加强排污。

4)泥渣太少，无矾花：向澄清池内加入适量活性泥渣，调整好加药量。

5)凝聚剂质量差：更换凝聚剂。

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