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1、污水的化学处理第1页，共74页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 化学混凝法化学混凝法一、一、混凝对象和用途混凝对象和用途二二、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理三、三、混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂四、四、影响混凝的因素影响混凝的因素五、五、投药方法及调制设备投药方法及调制设备六、六、混合与反应混合与反应七、混凝方法的优缺点七、混凝方法的优缺点第2页，共74页，编辑于2022年，星期日一、混凝对象和用途一、混凝对象和用途v混混凝凝是是通通过过向向废废水水中中投投加加混混凝凝剂剂(coagulant)，破破坏坏胶胶体体的的稳稳定定性性，使使细细小小悬悬浮浮颗颗粒
2、粒和和胶胶体体微微粒粒聚聚集集(aggregation)成成较较粗粗大大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。各各种种废废水水都都是是水水和和水水中中均均匀匀分分布布的的细细小小颗颗粒粒所所组组成成的的分分散散体系，按颗粒的大小，分散体系可以分成三类：体系，按颗粒的大小，分散体系可以分成三类：v颗粒粒径小于颗粒粒径小于1nm的的真溶液真溶液；v颗粒粒径为颗粒粒径为1100nm的胶体溶液；的胶体溶液；v颗粒粒径大于颗粒粒径大于100nm的悬浮液。的悬浮液。在通常情况下，胶体溶液和悬浮液采用混凝方法处理。在通常情况下，胶体溶液和悬浮液采用混凝方法处理。第3页，
3、共74页，编辑于2022年，星期日二、废水中胶体颗粒的稳定性二、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理及脱稳机理1.胶体的特点：胶体的特点：v粒径小，粒径小，一般直径为一般直径为10-910-7m；v布布朗朗运运动动，颗颗粒粒在在废废水水中中受受水水分分子子热热运运动动的的碰碰撞撞而而作作无无规规则则的的布布朗朗运运动动，布布朗朗运运动动足足以以抵抵抗抗重重力影响，具有动力学稳定性；力影响，具有动力学稳定性；v带电，带电，同类胶体微粒带有同性电荷。同类胶体微粒带有同性电荷。v水水化化膜膜，许许多多水水分分子子被被吸吸引引在在亲亲水水胶胶体体微微粒粒周周围围，形成水化膜。形成水化膜。第4页，共74页，
4、编辑于2022年，星期日双双电电层层结结构构模模型型2.2.胶体的结构胶体的结构滑动面以内的部分称胶粒滑动面以内的部分称胶粒胶粒与扩散层之间的电位差称胶粒与扩散层之间的电位差称电位电位第5页，共74页，编辑于2022年，星期日胶核胶核电位离子，束缚反离子电位离子，束缚反离子 自由反离子自由反离子 Fe(OH)3m nH (nx)Cl x+Cl 胶核胶核(nuclear)胶粒(colloidal particle)吸附层吸附层(固定层）固定层）stationary layer扩散层扩散层diffuse layer胶团(colloidal micelle)第6页，共74页，编辑于2022年，星期日
5、胶粒在水中受影响分析：胶粒在水中受影响分析：v胶粒间静电斥力，与胶粒间静电斥力，与电位成正比电位成正比v布朗运动，有靠动能将胶粒推近到范德华布朗运动，有靠动能将胶粒推近到范德华 力作用距离范围的趋势。力作用距离范围的趋势。v范德华力，与胶粒间距的范德华力，与胶粒间距的2次方成反比次方成反比决定了：决定了：胶粒能相互聚结，还是长期保持稳定的分散状态胶粒能相互聚结，还是长期保持稳定的分散状态第7页，共74页，编辑于2022年，星期日3.胶体的脱稳机理胶体的脱稳机理v胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性稳定性（stabilization)。v胶体
6、因胶体因 电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为为脱稳脱稳(destabilization)，脱稳的胶粒相互聚集为较，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为大颗粒的过程称为凝聚凝聚(coagulation)。v混凝的机理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕吸附架桥、沉淀物网捕四种机理。第8页，共74页，编辑于2022年，星期日（1）压缩双电层机理）压缩双电层机理(modification of the electrical double layer)v双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶双电层的厚度与
7、溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。层的厚度将减小。v该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。从而使扩散层厚度减小。v由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。第9页，共74页，编辑于2022年，星期日（2）吸附电中和机理）吸附电中和机理(electrical neutralization)v胶
8、粒表面对胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子异号离子、异号胶粒、链状离子或或分子分子带异号电荷的部位带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了降低了 电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。第10页，共74页，编辑于2022年，星期日（3）吸附架桥（桥连）机理）吸附架桥（桥连）机理(polymer bridging of colloids)v吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华
9、力和氢键力等作用下，通过活性部位与力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。v本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。第11页，共74页，编辑于2022年，星期日高分
10、子聚合物对胶体或微粒的高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图吸附架桥作用示意图 第12页，共74页，编辑于2022年，星期日（4）沉淀物网捕机理）沉淀物网捕机理(entrapment in the floc structure)v当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称为卷扫或可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称为卷扫或网捕作用，这种作用基本上是一种机械作用，所需混凝剂网捕作用，这种作用基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶体杂质含量少时，所需量与原水杂
11、质含量呈反比。原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。混凝剂量多，反之亦然。v以以上上介介绍绍的的混混凝凝的的四四种种机机理理，在在水水处处理理中中往往往往可可能能是是同同时时或或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。第13页，共74页，编辑于2022年，星期日三、混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。v凝聚凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；过程；v絮凝絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合则指胶体由于
12、高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；v混凝混凝（coagulation-flocculation）则包括凝聚与絮凝）则包括凝聚与絮凝两种过程两种过程。第14页，共74页，编辑于2022年，星期日v凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。水中的时间。v絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。v混凝剂混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝作用一般把能起
13、凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。的药剂统称为混凝剂。v助凝剂助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不能取得良：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。这种辅助药剂称为助凝剂。第15页，共74页，编辑于2022年，星期日水处理对混凝剂的要求：水处理对混凝剂的要求：水处理对混凝剂的要求：水处理对混凝剂的要求：v混凝效果好；混凝效果好；v对人类健康无害；对人类健康无害；v价廉易得；价廉易得；v使用方便。使用方便。v目前常用的混凝剂传统上按化学组成可分为目前常用的混凝剂传统上按化学组成可分为无
14、机盐类无机盐类和和有机高分子类有机高分子类。1.混凝剂混凝剂第16页，共74页，编辑于2022年，星期日(1)无机盐类无机盐类1）三氯化铁）三氯化铁(ferric chloride)v无无水水物物、结结晶晶水水物物和和液液体体，其其中中常常用用的的是是FeCl36H2O，极易溶于水。，极易溶于水。v优优点点：形形成成的的矾矾花花沉沉降降性性好好，处处理理低低温温水水或或低低浊浊度度水效果比铝盐好，适宜的水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；值范围较宽；v缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。第17页，共74页，编辑于2022年，星期日2）硫酸亚
15、铁）硫酸亚铁(ferrous sulfate)vFeSO47H2O是是半半透透明明绿绿色色晶晶体体，易易溶溶于于水水，在在水水温温2O时溶解度为时溶解度为21。v硫硫酸酸亚亚铁铁离离解解出出的的Fe2只只能能生生成成最最简简单单的的单单核核络络合合物物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。因此，不如三价铁盐混凝效果好。v残残留留在在水水中中的的Fe2会会使使处处理理后后的的水水带带色色，Fe2与与水水中中的的某某些些有有色色物物质质作作用用后后，会会生生成成颜颜色色更更深深的的溶溶解解物物。因因此此，使使用用硫硫酸酸亚亚铁铁时时应应将将二二价价铁铁先先氧氧化化为为三三价价铁铁，然后再起混凝作用。然后
16、再起混凝作用。第18页，共74页，编辑于2022年，星期日3）硫酸铝）硫酸铝(aluminum sulfate,alum)v工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于含量不少于14.516.5，不溶杂质含量不大于不溶杂质含量不大于2430。v优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。v缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。散。由于杂质含量高，所以渣量大。第19页，共74页，编
17、辑于2022年，星期日4）聚合氯化铝）聚合氯化铝(poly-aluminum chloride,PAC)v聚合氯化铝聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称是一种高分子混凝剂，简称PAC(poly-aluminium chloride)其化学式可写为其化学式可写为Al2(OH)nCl6-nm，式中，式中n可取可取1到到5中间的任何整数，中间的任何整数，m为为 10的整数。这的整数。这个化学式实际是指个化学式实际是指 m个个 Al2(OH)nCl6-n 单体的聚合物。单体的聚合物。v聚聚合合氯氯化化铝铝中中OH与与Al的的比比值值对对混混凝凝效效果果有有很很大大关关系系，一一般般可可用用碱碱化化度度B
18、表表示示：B=0H100/3Al，例例如如n4时时，碱碱化化度度B=4/（32）100=66.7。一一般般要要求求B为为4060。第20页，共74页，编辑于2022年，星期日聚合氯化铝优点：聚合氯化铝优点：(a)应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。效果。(b)易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。成水浑浊。(c)适宜的适宜的pH值范围较宽值范围较宽(在在59之间之间)，且处理后水的，且处理后水的pH值和
19、碱度下降较小。值和碱度下降较小。(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。侵蚀作用小。第21页，共74页，编辑于2022年，星期日5）活化硅酸）活化硅酸(activated silicate)v活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产物。应进行到一定程度的中间产物。v对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。v优点：优点：絮凝体形成快
20、且粗大、密实，在低水温、低碱絮凝体形成快且粗大、密实，在低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，适用度条件下也能良好絮凝，适用pH值范围宽。与其它的值范围宽。与其它的混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。缩短沉降时间，节省混凝剂用量。第22页，共74页，编辑于2022年，星期日6）聚合硫酸铁）聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate,PFS)v化学式为化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2mv优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度
21、少。应范围广以及水解时消耗水中碱度少。v它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似聚合物，且作用机理也颇为相似。返回第23页，共74页，编辑于2022年，星期日(2)(2)有机高分子类混凝剂有机高分子类混凝剂(polyelectrolytes)(polyelectrolytes)v分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活电荷密度小，分子量
22、较低，且容易发生降解而失去活性。性。v根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子型阴离子型(anionic)(anionic)、阳离子型阳离子型(cationic)(cationic)和和非离子型非离子型(nonionic)(nonionic)第24页，共74页，编辑于2022年，星期日(2)有机高分子类混凝剂有机高分子类混凝剂v特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。共价键结合。v单体的总数称为单体的总数称为聚合度
23、聚合度，高分子混凝剂的聚合度约，高分子混凝剂的聚合度约从从10005000，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子将生成大量的线形高分子。作用机理：作用机理：（a）由由于于氢氢键键结结合合、静静电电结结合合、范范德德华华力力等等作作用用对胶粒的吸附结合；对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。在在一一般般情情况况下下，不不论论混混凝凝剂剂为为何何种种离离子子型型，对对不不同同电电性性的的胶胶体体和和细细微微悬悬浮浮物物都都是是有有效效的的。但但如如为为离离子子型型，且且电电性性与与胶胶粒粒电电
24、性性相相反反，就就能能起起降降低低电电位位和和吸吸附附架架桥桥双双重重作作用用，可可明明显显提提高高絮絮凝效果。凝效果。第25页，共74页，编辑于2022年，星期日聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides,PAM)v分子式：分子式：示意示意v产量占高分子混凝剂总产量的产量占高分子混凝剂总产量的80，v按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量含量510)、片状、片状(含量含量2030)和粉状和粉状(含量含量9095)三种。其聚合度可达三种。其聚合度可达21049104。相应的。相应的相对分子质量高达相对分子质量高达1.51066.0106。v聚丙烯酰胺也
25、常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关废水水质有关。第26页，共74页，编辑于2022年，星期日CH2CH CONH2 n其中其中 n 称为聚合度称为聚合度第27页，共74页，编辑于2022年，星期日v当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；胺的絮凝作用创造有利条件；v当废水浊度高时，应
26、先投加聚丙烯酰胺，再投加其当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。降低其它絮凝剂的用量。第28页，共74页，编辑于2022年，星期日(3)微生物絮凝剂微生物絮凝剂v也称第三代絮凝剂，首先在日本研制开发成功。是也称第三代絮凝剂，首先在日本研制开发成功。是通过微生物发酵抽取，精制而成的一种高效水处理通过微生物发酵
27、抽取，精制而成的一种高效水处理药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的凝聚性能，药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的凝聚性能，可使一些难降解的高浓度废水得到混凝，另外它易可使一些难降解的高浓度废水得到混凝，另外它易于固液分离，形成沉淀物少，易被微生物降解，无于固液分离，形成沉淀物少，易被微生物降解，无毒无害，无二次污染，使用范围广，具有除浊脱色毒无害，无二次污染，使用范围广，具有除浊脱色功能。功能。第29页，共74页，编辑于2022年，星期日2.助凝剂（1）pH调整剂调整剂v常用的常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。（2）絮体结构改良剂）絮体结
28、构改良剂v如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。（3）氧化剂）氧化剂v可可投投加加氯氯气气、次次氯氯酸酸钠钠、臭臭氧氧等等氧氧化化剂剂来来破破坏坏有有机机物物，以提高混凝效果。以提高混凝效果。第30页，共74页，编辑于2022年，星期日四、影响混凝的因素1.废水水质的影响废水水质的影响（1）浊度）浊度(turbidity)v浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。需的混凝剂用量也不同。（2）pH值值v在在混混凝凝过过程程中中，都都有有一一个个相相对对最最佳佳pH值值存存在在，使使混混凝凝反反应应
29、速速度度最最快快，絮絮体体溶溶解解度度最最小小。不不同同混混凝凝剂最佳剂最佳pH值要通过试验确定。值要通过试验确定。第31页，共74页，编辑于2022年，星期日（3）水温）水温(temperature)v水水温温会会影影响响无无机机盐盐类类的的水水解解，水水温温低低，水水解解反反应应慢慢。另另外外水水温温低低，水水的的粘粘度度增增大大，布布朗朗运运动动减减弱弱，混凝效果下降。混凝效果下降。（4）共存杂质）共存杂质(impurities)v有有些些杂杂质质的的存存在在能能促促进进混混凝凝过过程程。而而有有些些物物质质则则不不利于混凝的进行。利于混凝的进行。第32页，共74页，编辑于2022年，星
30、期日2.混凝剂的影响（1）混凝剂种类）混凝剂种类(kinds of coagulants)v混混凝凝剂剂的的选选择择主主要要取取决决于于胶胶体体和和细细微微悬悬浮浮物物的的性性质质、浓度。浓度。v如如水水中中污污染染物物主主要要呈呈胶胶体体状状态态，且且 电电位位较较高高，则则应应先先投投加加无无机机混混凝凝剂剂使使其其脱脱稳稳凝凝聚聚，如如絮絮体体细细小小，还还需需投投加加高高分分子子混混凝凝剂剂或或配配合合使使用用活活性性硅硅酸酸等等助助凝剂。凝剂。v很很多多情情况况下下，将将无无机机混混凝凝剂剂与与高高分分子子混混凝凝剂剂并并用用，可可明显提高混凝效果，扩大应用范围。明显提高混凝效果，扩
31、大应用范围。第33页，共74页，编辑于2022年，星期日（2）混凝剂投加量）混凝剂投加量(dosage)v投投加加量量除除与与水水中中微微粒粒种种类类、性性质质、浓浓度度有有关关外外，还还与与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。v对对任任何何废废水水的的混混凝凝处处理理，都都存存在在最最佳佳混混凝凝剂剂和和最最佳佳投投药药量量的问题，应通过试验确定的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序）混凝剂投加顺序(sequence)v当当使使用用多多种种混混凝凝剂剂时时，其其最最佳佳投投加加顺顺序序可可通通过过试试验验来来确确定定。一一般般而而言言，当当无无机机混
32、混凝凝剂剂与与有有机机混混凝凝剂剂并并用用时时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。v但但当当处处理理的的胶胶粒粒在在50 m以以上上时时，常常先先投投加加有有机机混混凝凝剂剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。第34页，共74页，编辑于2022年，星期日3.水力条件的影响水力条件的影响v水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。v两个主要的控制指标是两个主要的控制指标是搅拌强度搅拌强度和和搅拌时间搅拌时间。v混合阶段：混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要要求混凝剂与废水
33、迅速均匀混合，为此要求速度梯度求速度梯度G在在5001000s1，搅拌时间，搅拌时间t应在应在1030s，最多不超过最多不超过2分钟。分钟。v反应阶段：反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应要长，相应G和和t值分别应在值分别应在2070s-1和和1530min。Gt值在值在104105之间之间第35页，共74页，编辑于2022年，星期日速度梯度的含义：速度梯度的含义：
34、直径分别为直径分别为d1和和d2的两个微粒，二者在竖直方向上的两个微粒，二者在竖直方向上 的中心的中心距为距为dy，且，且dy(d1十十d2)2。如果两微粒所在的两相邻水层。如果两微粒所在的两相邻水层之间有速度差之间有速度差du，且，且du0，那末两水层在垂直水流方向上，那末两水层在垂直水流方向上单位长度的相对速度变化率单位长度的相对速度变化率dudy就称为二者的就称为二者的平均速度梯平均速度梯度度，以，以G表示，单位为表示，单位为s-1。速梯度实质上反映了颗粒的碰撞机会速梯度实质上反映了颗粒的碰撞机会。第36页，共74页，编辑于2022年，星期日h为总水头损失其中：V为水体体积（通常为水池容
35、积）或者：（P 为输入水中的功率）（NP为理论搅拌功率）校正系数第37页，共74页，编辑于2022年，星期日六、投药方法及调制设备六、投药方法及调制设备v投药方法有投药方法有干干(dry)投法投法和和湿湿(wetted)投法投法。v干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。中。v干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。差。目前应用的较少。v湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度
36、的溶液，然湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制药剂的配制、药剂的计量药剂的计量和和药剂的投加药剂的投加三个过程三个过程。第38页，共74页，编辑于2022年，星期日混凝混凝剂的剂的机械机械调制调制设备设备药剂的配制药剂的配制药剂的配制药剂的配制第39页，共74页，编辑于2022年，星期日混凝混凝剂的剂的压缩压缩空气空气调制调制药剂的配制药剂的配制第40页，共74页，编辑于2022年，星期日混凝混凝剂的剂的水力水力调制调制设备设备药剂的配制药剂的配制第41页，共74页，编辑于2022年
37、，星期日 混凝剂的投加混凝剂的投加v混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。及注入设备等。1.计量设备计量设备 计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。2.投加方式投加方式 （1）泵前投加）泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱是为防止空气进入。箱是为防止空气进入。（2）高位溶液池重力投加：）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，适用取水泵房距
38、水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。但溶液池位置较高。（3）水射器投加：）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损。但效率低，易磨损。（4）计量泵投加：适合混凝剂自动控制系统）计量泵投加：适合混凝剂自动控制系统第42页，共74页，编辑于2022年，星期日 123456h578910泵前投加1-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球阀；6-投药苗嘴；7-水封箱；8-吸水管；9-水泵；10-压水管第43页，共74页，编辑于2022年，星期日 325687高位水箱溶液重力投加1-溶解池；2-溶液池；3-
39、提升泵；4-水封箱；5-浮球阀；6-流量计；7-调节阀；8-压力水；14123645高压水水射器投加1-溶液池；2-投药箱；3-漏斗；4-水射器；5-压水管；6-高压水管第44页，共74页，编辑于2022年，星期日 1-溶液池；2-计量泵；3-压水管计量泵投加321第45页，共74页，编辑于2022年，星期日七 混合与反应(mixing and reaction)1.混合混合v废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。应和混凝沉淀的前提。v对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：v一种是借水泵
40、的吸水管或压水管混合。一种是借水泵的吸水管或压水管混合。v另一种是在混合槽内进行混合。另一种是在混合槽内进行混合。v混合槽混合常用的有混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。槽，多孔隔板式混合槽。第46页，共74页，编辑于2022年，星期日（1）机械混合槽）机械混合槽第47页，共74页，编辑于2022年，星期日（2）分流隔板式混合槽）分流隔板式混合槽第48页，共74页，编辑于2022年，星期日2.反应反应(reaction)v水与药剂混合后进入反应池进行反应。水与药剂混合后进入反应池进行反应。v反反应应池池内内水水流流特特点点是是流流速速由由
41、大大到到小小。在在较较大大的的反反应应流流速速时时，使使水水中中的的胶胶体体颗颗粒粒发发生生碰碰撞撞吸吸附附，在在较较小小的的反反应应流流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。v反反应应池池的的型型式式有有机机械械搅搅拌拌、隔隔板板反反应应池池、涡涡流流式式反反应池应池以及以及网格反应池网格反应池等。等。第49页，共74页，编辑于2022年，星期日（1）机械搅拌反应池）机械搅拌反应池第50页，共74页，编辑于2022年，星期日（2）隔板反应池（平流式）隔板反应池（平流式）第51页，共74页，编辑于2022年，星期日隔板反应池（回转式隔板反应池（回转式）
42、第52页，共74页，编辑于2022年，星期日（3）涡流式反应池）涡流式反应池进水进水出水出水第53页，共74页，编辑于2022年，星期日七、混凝方法的优缺点七、混凝方法的优缺点优点：优点：v设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。歇或连续运行均可以。缺点：缺点：v由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。量大，且脱水较困难。第54页，共74页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 中和法中和法自 学第四节第四节 氧化还原法氧化还原法第55页，共74页，编辑于20
43、22年，星期日第三节第三节 化学沉淀法化学沉淀法v定义：用易溶的化学药剂定义：用易溶的化学药剂(可称沉淀剂可称沉淀剂)使溶液中某种离子使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上称沉淀法。称沉淀法。v化学沉淀法的主要类型：化学沉淀法的主要类型：氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法硫化物沉淀法碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法钡盐沉淀法钡盐沉淀法 第56页，共74页，编辑于2022年，星期日氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法v注意控制注意控制pH值，因为象值，因为象Zn、Pb、Cr、Al等等的氢氧化物为两性化合物。的氢氧化物为两性化合物
44、。v最常用的也是最经济的药剂是？最常用的也是最经济的药剂是？第57页，共74页，编辑于2022年，星期日硫化物沉淀法硫化物沉淀法v金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小的多小的多v常用的沉淀剂为：硫化氢、硫化钠、硫化钾常用的沉淀剂为：硫化氢、硫化钠、硫化钾v硫化物沉淀困难，常需投加絮凝剂以加强去硫化物沉淀困难，常需投加絮凝剂以加强去除效果。费用较高，常作为氢氧化物沉淀法的除效果。费用较高，常作为氢氧化物沉淀法的补充。补充。第58页，共74页，编辑于2022年，星期日碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法v金属碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的金属碳酸盐的溶度积很小，对于
45、高浓度的重金属废水，可以投加碳酸钠加以回收。重金属废水，可以投加碳酸钠加以回收。v常用于处理：常用于处理：含锌废水含锌废水含铜废水含铜废水含铅废水含铅废水第59页，共74页，编辑于2022年，星期日钡盐沉淀法钡盐沉淀法 v主要用于处理含六价铬的废水。主要用于处理含六价铬的废水。v采用的沉淀剂有：采用的沉淀剂有：碳酸钡碳酸钡氯化钡氯化钡硝酸钡硝酸钡氢氧化钡氢氧化钡v为达到除铬效果，应投加过量的碳酸钡，残留的钡可用石为达到除铬效果，应投加过量的碳酸钡，残留的钡可用石膏法膏法(CaSO4)去除去除第60页，共74页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 氧化还原法氧化还原法 -之高级氧化处理技术（A
46、OPs）（AOPs）以自由羟基（OH）作为主要氧化剂的advanced oxidation processes。第61页，共74页，编辑于2022年，星期日高级氧化工艺的特点高氧化性快速反应降低TOC和DOC提高可生物降解性减少三卤甲烷（THMs）和溴酸盐的生成第62页，共74页，编辑于2022年，星期日氧化剂半反应氧化电位/VOH3.06O32.07H2O21.77HClO1.63Cl21.36各种氧化剂的氧化电位第63页，共74页，编辑于2022年，星期日有机微污染物O3的反应速率常数L/(mols)OH的反应速率常数L/(mols)氯苯类0.063（45）109多氯联苯类0.9(4.38
47、)109乙酰胺类0.943.8(4.37)109甲氧滴滴涕2702 1010有机微污染物与O3和OH的反应速率常数O3氧化反应速率不及OH；O3氧化污染物具有选择性，反应速率低的污染物得不到去除。第64页，共74页，编辑于2022年，星期日 某些物质如腐殖质与O3反应可能只是形成小分子化合物如醛类（甲醛、乙醛、乙二醛等）和羧酸（甲酸、乙酸、草酸、乙二酸等），它们对O3具有抗性从而积累于水中。已经证明甲醛等具有致畸、致突变性，如果同时还含有大量溴化物，经O3氧化后形成溴酸盐化合物，它们共同作用，危害会更大。AOPs可实现有机污染物的完全矿化，完全氧化为CO2和H2O，从而彻底去除TOC和DOC.
48、第65页，共74页，编辑于2022年，星期日v三卤甲烷（THMs）是氯法消毒的主要副产物，主要有：三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷。vAOPs可有效消除THMs。也可让溴变成Br-而使次溴酸/次溴酸盐产生量减少。第66页，共74页，编辑于2022年，星期日高级氧化工艺的研究进展及典型工艺介绍vFenton试剂vUV/H2O2vH2O2/O3vUV/O3vUV/H2O2/O3v光催化氧化v湿式氧化（WO)和催化湿式氧化（CWO）v与超声波联用第67页，共74页，编辑于2022年，星期日Fenton试剂（1876年法国）v由亚铁盐和过氧化氢组成，当pH足够低时，在Fe2+的催化作用下
49、过氧化氢会分解产生OH，从而引发一系列的链反应。第68页，共74页，编辑于2022年，星期日UV/H2O2vUV/H2O2体系对有机物的去除能力比单独用UV或H2O2更强。UV/H2O2体系中每一分子H2O2可产生两分子OH，具有比Fenton试剂更佳的费用效益比。v不仅能去除有机污染物，而且不会造成二次污染，不需后续处理。第69页，共74页，编辑于2022年，星期日H2O2/O3vH2O2/O3是在饮用水中应用最广泛的高级氧是在饮用水中应用最广泛的高级氧化技术，研究集中在对地下水中卤代烃的化技术，研究集中在对地下水中卤代烃的处理。处理。v日本在日本在20世纪世纪70年代末开始研究，美国在年代
50、末开始研究，美国在80年代将其应用于城市污水处理。年代将其应用于城市污水处理。第70页，共74页，编辑于2022年，星期日UV/O3v以以VUV（真空紫外线）辐射、（真空紫外线）辐射、O3氧化两者氧化两者的共同作用来降解水中的有机污染物。的共同作用来降解水中的有机污染物。UV/H2O2/O3包括了包括了UV/H2O2的直接氧化、的直接氧化、O3和和UV/H2O2分解的自分解的自由羟基的氧化、直接光解以及由羟基的氧化、直接光解以及UV/H2O2的光解和离解的光解和离解作用，氧化有机物时这些作用的相对重要性取决于作用，氧化有机物时这些作用的相对重要性取决于各种运行条件如各种运行条件如pH、UV光强