搜索
3.3混凝剂3.3.1混凝剂的分类3.3.2几种常用混凝剂的特点3.3.3助凝剂3.3.4混凝剂的作用机理3.3.5影响混凝的因素混凝剂应符合的要求：①混凝效果好；②对人体无危害；③使用方便；④货源充足，价格低廉。目前混凝剂的种类有不少于200－300种，按照性质分类：无机与有机两大系列；按在混凝中起的作用：凝聚剂、絮凝剂和助凝剂习惯上把凝聚剂称为混凝剂3.3.1混凝剂的分类3.3.1混凝剂的分类凝聚剂：在混凝过程中起脱稳作用而投加的药剂；絮凝剂：指通过架桥作用把颗粒连接起来的所投加的药剂；助凝剂：指为改善混凝效果而投加的各种辅助药剂。没有严格的界限，无机的混凝剂——凝聚剂如硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等絮凝剂——有机的，如聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶等助凝剂——活化硅酸、聚丙烯酰胺、生石灰、氯气等无机铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）适宜pH：5.5~8铁系三氯化铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合氯化铁适宜pH：5~11，但腐蚀性强有机人工合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）活化硅酸天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂常用的混凝剂分类3.3.2几种常用混凝剂的特点硫酸铝1）白色有光泽结晶。分子式：Al2(SO4)3·xH2O，有固体和液体之分。2）硫酸铝易溶于水，水溶液呈酸性，在水处理中最常用。3）运输方便，操作简单，混凝效果较好。4）适用条件:温度20~40℃，温度低时，效果不好。适于的pH范围5~8。3.3.2几种常用混凝剂的特点硫酸铝5）硫酸铝的水解产物的存在形式复杂，与水中的pH有关，6）pH较低时，形成的络合物以带正电居多，作用：吸附和电性中和；pH较高时，以带负电较多，作用：吸附架桥；投加量充分，pH适中时，作用：网捕pHAl的比例Al3+Al(OH)2+Al(OH)3Al(OH)2+Al(OH)4-Al(OH)52-3.3.2几种常用混凝剂的特点三氯化铁黑褐色有光泽结晶，分子式：FeCl3·6H2O1）有强烈吸水性，极易溶于水。2）适合于干投或浓溶液投加。3）受温度影响小，絮粒较密实，适宜的pH在5.0~11，处理低温低浊水的效果较硫酸铝好。4）缺点：腐蚀性强（金属、混凝土、塑料）；处理后的水色度高。3.3.2几种常用混凝剂的特点聚合氯化铝（碱式氯化铝）PAC外观：灰褐色至灰白色液体。本身无毒，净化后的生活用水一般均符合卫生标准。1）化学通式：[Al2(OH)nCl6-n]m，无机高分子化合物，由各种络合物混合组成。m为聚合度，式中OH与Al的比值代表了水解和聚合反应的程度。称为盐基度。盐基度与混凝效果密切相关。PAC的盐基度：50%~80%盐基度：Al2(OH)5Cl的盐基度=5/3×2=83.3%一般原水的浊度越高，pH越低，对B的要求相应增大。%100][3][AlOHB3.3.2几种常用混凝剂的特点聚合氯化铝（碱式氯化铝）PAC2）优点：形成的絮凝体较硫酸铝的致密且大，形成快，易于沉降，混凝效果好，消耗的药量少，适宜的pH范围宽5~9。对原水的适应性好。腐蚀性小，3）作用机理:利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物的压缩双电层和吸附电中和作用。聚合硫酸铁其絮粒形成速度快、颗粒密度大、沉降速度快，对COD、BOD、色度等有一定去除效果，对温度、pH适应范围广，价格低廉，成本低，应用渐趋增多。3.3.2几种常用混凝剂的特点聚合硫酸铁（PFS）1）外观：红褐色的粘性液体。2）优点：混凝剂用量少，絮粒形成速度快、颗粒密度大、沉降速度快。对温度、pH适应范围广，价格低廉，成本低，应用渐趋增多。对COD、BOD、色度等有一定去除效果。3.3.2几种常用混凝剂的特点合成有机高分子混凝剂1）离子型——阴离子型、阳离子型、两性聚合物阳离子型：大分子结构中带有正电荷基团水溶性聚合物。产品：聚乙烯胺、聚乙烯亚胺、聚二甲基烯丙基氯化铵等。混凝机理：吸附电中和、吸附架桥作用阴离子型：大分子结构中带有负电荷基团水溶性聚合物。产品：丙烯酸、丙烯酰胺共聚物等。混凝机理：吸附电中和、吸附架桥作用两性聚合物：大分子结构中即带有正电荷又带有负电荷基团。适合在废水处理中使用，如污泥脱水处理。作用：吸附电中和、吸附架桥、分子间缠绕包裹作用。2）非离子型产品：聚丙烯酰胺（PAM）、聚氧化乙烯（PEO）聚乙烯醇等3.3.3助凝剂助凝剂：在原水水质状况与混凝剂所要求的适宜条件不相适应的情况下，为了提高混凝效果，辅助添加的药剂。根据助凝剂投加目的分为三类：1）絮体结构改良剂：加大絮体的粒径、密度和机械强度。如水玻璃、活化硅酸和煤灰、粘土等。2）pH调节剂：调节水的pH值和碱度，促进混凝剂水解为目的酸碱类，如石灰、氢氧化钠等3）氧化剂：水中含有有机物时，形成的絮体不易沉降，以破坏水中有机物对胶体的稳定作用。如氯气、臭氧等作为骨架作用，强化低温和低碱度下的絮凝作用作为絮体形成核心加大絮体密度，改善沉降性能3.3.3助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）分子结构式：—CH—CH—1）无色、无味、无毒、能溶于水、没有腐蚀性。2）分子链长，混凝机理是吸附架桥，对水中的泥沙颗粒具有高效的吸附架桥作用。3）外观：粉剂和透明胶状，粉剂应用多。4）非离子型，通过水解成阴离子型（HPAM）5）对高浊度水的效果较好，可单独使用，也可与混凝剂同时使用，减少混凝剂用量。6）聚丙烯酰胺本身无毒，但其单体有微弱的毒性，控制投加量。CHNH2n聚丙烯酰胺（PAM）7）生活饮用水中最高允许投加量：经常使用（超过1月/年）：1.0mg/L非经常使用（不超过1月/年）：2.0mg/L《生活饮用水卫生规范》生活饮用水中丙烯酰胺单体含量应小于0.5μg/L。8）应用计量设备进行准确计量。9）应用：高浊度水、水厂污泥脱水。活化硅酸水玻璃，有效絮凝时间为4~12h，必须在规定的时间用去，需现场制备。处理低温、低浊水效果显著。3.3.3助凝剂活化硅酸1）无机高分子助凝剂2）由硅酸钠（水玻璃）加酸水解聚合而得。3）有效絮凝时间为4~12h，必须在规定的时间用去，需现场制备。4）处理低温、低浊水效果显著。3.3.3助凝剂3.3.4混凝剂的作用机理（1）硫酸铝作用机理铝离子（水溶液中）→水合络离子形式存在：酸性稀溶液（pH＜3）→水合铝络离子pH＞4，系列水解反应：在较高pH时：362)(OHAlOHOHOHAlOHHOOHAlOHOHOHAlOHOHOHAlOHOHHOAlOHOHAl303232423422225232522362)()()()()()())(())(()(HHOAlOHAl4)(4423铝的浓度和pH是影响铝形态的主要因素1）在铝浓度较低时，铝水解优势形态为单体羟基络离子。在pH3～5时，优势形态：在pH7~8时，铝水解形态凝胶沉淀物为主：pH＞8时，以铝酸阴离子形式存在。2）在铝浓度较高时，单体羟基铝络离子发生聚合反应生成不同聚合度的羟基聚合体。4)(OHAl223)()(OHAlHOAlAl、、3)(OHAl3.3.4混凝剂的作用机理由于聚合和水解反应交错进行，一般情况下：低pH时，形态：低聚合度的高电荷络离子；高pH时，高聚合度的低电荷络离子；pH7~8，聚合度大的中性的氢氧化铝占优势；pH＞85，重新溶解为负离子。投加混凝剂过程：产物简单→复杂低聚合度高电荷络离子：压缩双电层和电性中和；高聚合度低电荷离子：吸附架桥作用，中性物的网捕作用3.3.4混凝剂的作用机理（2）其他混凝剂的作用聚合盐在产品的制备时已按要求控制活性络离子的比例进行水解和聚合，其溶于水后，能直接提供各种活性络离子，达到好的混凝效果。有机高分子絮凝剂：通过吸附架桥发挥作用。与杂质微粒电性相反的离子型絮凝剂：能起降低ζ电位和吸附架桥的作用。3.3.4混凝剂的作用机理影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：①特性因素，如水温、水中化学成分的含量及性质等②主观因素，人为改变的因素，如投加的混凝剂种类与数量、使用的絮凝设备及其相关水力条件等。为了获得好的效果，必须根据原水中颗粒物的性质、浓度等，正确控制过程的工艺条件：水温、pH、混凝剂种类和用量、水力条件等3.3.5影响混凝的因素水温的影响水温过高或过低都对混凝效果不利。水温低，混凝剂水解慢，絮凝体形成慢，絮体颗粒细，效果较差；水温高，混凝剂水解速度过快，形成的絮体松散，不易沉降。措施：1）配合使用铁盐混凝剂，投加活化硅酸助凝剂和粉煤灰、粘土等絮体加重剂。2）废气加热；3）适当提高碱度，增大水解平衡常数。3.3.5影响混凝的因素水的pH值和碱度的影响水的pH值不同，混凝剂用量不同；水的pH值与混凝剂种类有关1）铝盐的混凝作用受水的pH值影响较大，除浊时：pH范围：6.5~7.5；除色时：pH范围：4.5~5.52）铁盐适用的pH范围较宽除浊时：pH范围：6.0~8.4；除色时：pH范围：3.5~5.03）高分子混凝剂的混凝效果受pH值的影响较小。如聚合铁和聚合铝，聚合氯化铝除浊时pH范围：5~9；3.3.5影响混凝的因素水体中碱度的影响混凝剂会消耗水中的碱度。以铝盐为例：铝盐投入水体中，进行水解，水中H+的浓度不断增加——pH值↓——应有碱性物质中和H+。原水中均含有一定量的碳酸盐，具有一定的碱度（HCO3-），对pH值有缓冲作用。当原水碱度不足时或混凝剂投量过多时，水解受到抑制，需要投加碱性物质（石灰）。水的pH值和碱度的影响3.3.5影响混凝的因素石灰投加量的计算：[CaO]=3[a]–[x]+[δ]（2-1）式中[CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L；[a]：混凝剂投量，mmol/L；[x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25~0.5mmol/L（CaO）。水的pH值和碱度的影响3.3.5影响混凝的因素【例2-1】某地表水源的总碱度为0.2mm/L。市售精制硫酸铝（含Al2O3约16%）投量28mg/L。试估算石灰（市售纯度为50%）投量为多少。【解】投药量折合Al2O3为28mg/L×16%=4.48mg/LAl2O3的分子量102，投药量为：4.48/102=0.044mmol/L剩余碱度取0.3mmol/L，则得：[CaO]=3[a]–[x]+[δ]=3×0.044－0.2＋0.3=0.23mmol/L。CaO分子量为56，则市售石灰投量为0.23×56/0.5=26mg/L水的pH值和碱度的影响3.3.5影响混凝的因素水中悬浮物浓度的影响1悬浮物浓度低时，颗粒的碰撞几率少，混凝效果差，低浊水的处理：1）在投加混凝剂的同时，投加高分子助凝剂，如活化硅酸等。2）投加矿物颗粒，增加混凝剂水解产物的凝结中心，如粘土、无烟煤等。3）直接过滤，原水↓混凝剂——混合——滤池2悬浮物含量高时，高浊度水的处理：为了减少混凝剂的用量，将原水进行预沉或投加PAM助凝剂等，用聚合氯化铝效果显著。3.3.5影响混凝的因素水中有机污染物的影响水中有机物对胶体有保护稳定作用。胶体颗粒脱稳困难。解决办法：投加预氧化剂，如高锰酸钾、臭氧、氯。氧化作用破坏保护。问题：是否产生有毒的副产物。3.3.5影响混凝的因素混凝剂种类和投加量的影响种类选择取决于胶体的性质和浓度杂质以细微悬浮物为主，可单独采用高分子絮凝剂，若杂质呈胶体状态，且ζ电位较高，应先投加无机混凝剂，如絮体细小，还需投加高分子絮凝剂或助凝剂。混凝剂最佳投加量：铁盐和铝盐：10~30mg/L聚合铁盐和铝盐：为普通盐的1/2~1/3高分子絮凝剂只需：1~5mg/L3.3.5影响混凝的因素混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式：干投和湿投。固体混凝剂与液体混凝剂产生的混凝效果不同。一般情况下，硫酸铝以稀溶液形式投加较好；三氯化铁则以浓溶液或干投形式投加较好。各种药剂的投加顺序