12.水质工程学-I-—混凝-§2-2混凝剂和助凝剂§2-3混凝动力学(1).ppt

水质工程学第二章第二章 水的混凝水的混凝 2-2 2-2 混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂 2-3 2-3 混凝动力学（混凝动力学（1 1）主讲：荣宏伟主讲：荣宏伟 教授教授投药是混凝工艺必要的前题，混合和絮投药是混凝工艺必要的前题，混合和絮凝是混凝工艺的两个阶段。混凝过程的完善凝是混凝工艺的两个阶段。混凝过程的完善群度对后续处理如沉淀、过滤影响很大。群度对后续处理如沉淀、过滤影响很大。为了提高混凝效果，技术上的关键在于为了提高混凝效果，技术上的关键在于结合原水水质选用性能良好的药剂，创造适结合原水水质选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力条件，是混凝工艺各阶段顺宜的化学和水力条件，是混凝工艺各阶段顺利进行的关键。利进行的关键。1 1、水质净化对混凝剂的基本要求、水质净化对混凝剂的基本要求混凝效果好；混凝效果好；对人体健康无害；对人体健康无害；使用方便；使用方便；货源充足，价格低廉。货源充足，价格低廉。一、混凝剂一、混凝剂（1）无机盐类混凝剂）无机盐类混凝剂1 1）铝盐）铝盐 Al2(SO4)318H2O（固体和液体两种）（固体和液体两种）2 2、混凝剂的种类混凝剂的种类固体硫酸铝：固体硫酸铝：u制造工艺简单，水解作用缓慢；制造工艺简单，水解作用缓慢；u含无水硫酸铝含无水硫酸铝5052，含，含Al2O3约约15；u适用于水温适用于水温2040；u当当pH47时，主要去除水中有机物；时，主要去除水中有机物；pH5.77.8时，主要去除水中悬浮物；时，主要去除水中悬浮物；pH6.47.8时，处理浊度高，色度低（小于时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。度）的水。液体硫酸铝：液体硫酸铝：u制造工艺简单；制造工艺简单；u含含Al2O3约约6；u配制使用比固体简单；配制使用比固体简单；u使用范围同固体硫酸铝使用范围同固体硫酸铝u易受温度及晶核存在影响形成结晶析出；易受温度及晶核存在影响形成结晶析出；u在南方地区较广使用。在南方地区较广使用。明矾明矾 Al2(SO4)3 K2SO4 24H2Ou基本性能同固体硫酸铝；基本性能同固体硫酸铝；u现已大部被硫酸铝所代替。现已大部被硫酸铝所代替。2 2）铁盐）铁盐 FeCl3 6H2Ou对金属（尤其是铁器）腐蚀性大，对混凝土亦腐对金属（尤其是铁器）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料管也会因发热而引起变形；蚀，对塑料管也会因发热而引起变形；u不受温度影响，絮体结得大，沉淀速度快，效果不受温度影响，絮体结得大，沉淀速度快，效果较好；较好；u易溶解，易混合，渣滓少；易溶解，易混合，渣滓少；u原水原水pH6.08.4之间为宜，当原水碱度不足时，之间为宜，当原水碱度不足时，应加入一定量的石灰；应加入一定量的石灰；u在处理高浊度水时，三氯化铁用量比硫酸铝少；在处理高浊度水时，三氯化铁用量比硫酸铝少；u处理低浊度水时，效果不明显。处理低浊度水时，效果不明显。FeSO4 7H2O，俗称绿矾俗称绿矾u腐蚀性较高；腐蚀性较高；u絮体形成较快，较稳定，沉淀时间短；絮体形成较快，较稳定，沉淀时间短；u适用于碱度高，浊度高，适用于碱度高，浊度高，pH8.19.6的水，不的水，不论在冬季或夏季使用都很稳定，混凝效果好，但论在冬季或夏季使用都很稳定，混凝效果好，但原水的色度较高时不宜采用，当原水的色度较高时不宜采用，当pH较低时，常较低时，常采用氯来氧化，使二价铁氧化成三价铁。采用氯来氧化，使二价铁氧化成三价铁。（2）高分子混凝剂（分无机和有机两类）高分子混凝剂（分无机和有机两类）1 1）无机高分子混凝剂）无机高分子混凝剂 聚合氯化铝（聚合氯化铝（PAC)AlPAC)Al2 2(OH)(OH)n nClCl6 6-n n m m 这种形式可看作以羟基络合物这种形式可看作以羟基络合物AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6 6n n为单体，为单体，m m为聚合度的高分子聚合物，式中：为聚合度的高分子聚合物，式中：n=1n=15,m 10;5,m 10;如：如：AlAl2 2(OH)(OH)5 5Cl Cl 即为：即为：m=1,n=5 m=1,n=5 的简单的羟基的简单的羟基络合物。络合物。AlAl1616(OH)(OH)4040ClCl8 8即为：即为：m=8,n=5 m=8,n=5 聚合物或多核络聚合物或多核络合物。合物。又称碱式氯化铝又称碱式氯化铝u净化效率高，耗药量少，出水浊度低，色度小，净化效率高，耗药量少，出水浊度低，色度小，过滤性能好，原水高浊度时尤为显著；过滤性能好，原水高浊度时尤为显著；u温度适应性高，温度适应性高，pH适用范围宽（适用范围宽（pH59），），因而可不投加碱剂；因而可不投加碱剂；u使用操作方便，腐蚀性小，劳动条件好；使用操作方便，腐蚀性小，劳动条件好；u设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低。设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低。聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PAS)PAS)聚合硫酸铁（聚合硫酸铁（PFS)PFS)、聚合氯化铁（、聚合氯化铁（PFCPFC）无机高分子混凝剂特点：无机高分子混凝剂特点：对各种水质适应性较强，对各种水质适应性较强，pHpH值范围较广。值范围较广。低温时效果较好。低温时效果较好。絮凝形成快，颗粒大而重。絮凝形成快，颗粒大而重。投量低，约为硫酸铝的投量低，约为硫酸铝的1/21/21/31/3。原水碱度降低较少。原水碱度降低较少。2 2）有机高分子混凝剂）有机高分子混凝剂u水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子型型3种高分子混凝剂，两性型使用极少。种高分子混凝剂，两性型使用极少。u非离子型聚合物的主要品种是聚丙烯酰胺非离子型聚合物的主要品种是聚丙烯酰胺(PAM)和聚氧化乙烯和聚氧化乙烯(PEO)。u阳离子型聚合物通常带有氨基阳离子型聚合物通常带有氨基(NH3+)、亚氨基、亚氨基(CH2NH2+CH2)等正电基团。等正电基团。有机高分子混凝剂虽然效果优异，但制造过程有机高分子混凝剂虽然效果优异，但制造过程复杂，价格昂贵，它们的毒性问题始终为人们所注复杂，价格昂贵，它们的毒性问题始终为人们所注意，因而，当前使用的还不普遍。意，因而，当前使用的还不普遍。1、调整混凝过程的、调整混凝过程的pH值值当当原原水水碱碱度度不不足足而而使使混混凝凝剂剂水水解解困困难难时时，可可投加碱剂，通用的是石灰，以提高水的投加碱剂，通用的是石灰，以提高水的pH值。值。CaO+H2O Ca(OH)2Ca(OH)2 Ca2+2OH-OH-+H+H2O 混凝剂水解产生的混凝剂水解产生的 H+当单用混凝剂不能取得良好效果时，须投加当单用混凝剂不能取得良好效果时，须投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。也就是能促进和加速凝聚过程，提高絮粒助凝剂。也就是能促进和加速凝聚过程，提高絮粒质量的物质称为助凝剂。质量的物质称为助凝剂。二、助凝剂二、助凝剂2.氧化剂氧化剂当当原原水水受受到到有有机机物物污污染染时时，可可破破坏坏有有机机物物干扰。干扰。3.改善絮凝体结构的高分子助凝剂改善絮凝体结构的高分子助凝剂常常用用的的高高分分子子助助凝凝剂剂有有聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺、活活化化硅硅酸酸等。等。活化硅酸是水玻璃配制的，水玻璃的成分可活化硅酸是水玻璃配制的，水玻璃的成分可表示为：表示为：NaNa2 2O O XSiO XSiO2 2 yH yH2 2O OH H2 2SOSO4 4+NaNa2 2O OXSiOXSiO2 2yHyH2 2O ONaNa2 2SOSO4 4+XSiO+XSiO2 2+(y+1)H+(y+1)H2 2O OSiO2 2发生缩聚反应、生成带有负电荷的硅酸发生缩聚反应、生成带有负电荷的硅酸高分子化合物高分子化合物加加酸酸搅搅拌拌后后尚尚需需等等待待6 68 8小小时时（成成熟熟时时间间），待溶液变成乳白色后变可使用。，待溶液变成乳白色后变可使用硫酸的用量可按酸化度计算：硫酸的用量可按酸化度计算：当酸化度为当酸化度为158%158%时，时，SiOSiO2 2将全部分解出来，一般将全部分解出来，一般酸化度宜采用酸化度宜采用7575100%100%，活化水玻璃以，活化水玻璃以SiOSiO2 2 浓度浓度1 11.5%1.5%为宜。它配合铝盐、铁盐使用效果较好，尤其是为宜。它配合铝盐、铁盐使用效果较好，尤其是处理低温、低浊水更为有利。处理低温、低浊水更为有利。粘土、沉淀污泥等，也可作为絮凝剂的助凝剂。粘土、沉淀污泥等，也可作为絮凝剂的助凝剂。推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：u一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称成的颗粒碰撞聚集称“异向絮凝异向絮凝”。u另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝同向絮凝”。假定颗粒为均匀球体，根据费克定律，假定颗粒为均匀球体，根据费克定律，可导出颗粒的碰撞速率：可导出颗粒的碰撞速率：NP=8 dDBn2.NP 单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率；速率；（l/cm3s）n颗粒数量浓度；颗粒数量浓度；（个/cm3）d颗粒直径；颗粒直径；（cm）DB 布朗运动扩散系数布朗运动扩散系数;（cm2/s）一、异向絮凝一、异向絮凝扩散系数扩散系数扩散系数扩散系数D DB B可用斯笃克斯可用斯笃克斯可用斯笃克斯可用斯笃克斯爱因斯坦公式表示：爱因斯坦公式表示：爱因斯坦公式表示：爱因斯坦公式表示：.K波兹曼常数，波兹曼常数，(1.3810-16gcm2/s2k)T水的绝对温度，水的绝对温度，(K)水的运动粘度，水的运动粘度，(cm2/s)水的密度，水的密度，(g/cm3)将将式代入式代入式式.凝聚速度凝聚速度 ：只与颗粒：只与颗粒浓度、水温有关，与浓度、水温有关，与颗粒尺寸无关。颗粒尺寸无关。粒径大于粒径大于1 1 m m，布朗运动消失。，布朗运动消失。