《污水處理技術(shù)》PPT課件.ppt

1、1,第2章 油田污水處理方法 Method and Treatment for Wastewater in Oilfield,P1,2.1 污水物理法處理技術(shù)與設(shè)備,物理法處理技術(shù)：不改變污染物的化學(xué)形式而將其從水中分離。 物理法設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、工藝成熟，主要用于去除水中難溶解的大顆粒污染物，為污水一級(jí)處理的首選技術(shù)。 物理法包括沉降、浮選、篩濾、過(guò)濾等。,2.1.1 沉降法 (Sedimentation),2.1.1沉降法及其裝置,1）原理 利用廢水中懸浮顆粒或液滴密度比水大，借助重力場(chǎng)作用產(chǎn)生下沉而實(shí)現(xiàn)固液分離的一種處理方法（一般適用于去除20100m以上的顆粒）。,當(dāng)懸浮物密度大于

2、水時(shí)，懸浮物下沉與水分離。 沉 淀 當(dāng)懸浮物密度小于水時(shí)，懸浮物上浮與水分離。 上 浮,根據(jù)污水中可沉降物質(zhì)顆粒的大小、凝聚性能的強(qiáng)弱及其濃度的高低，按觀察到的現(xiàn)象可把沉降可分為四種類型： 自由沉降(discrete settling) 絮凝沉降(flocculent settling) 成層沉降(集團(tuán)沉降、干涉沉降） (zone, settling group settling, hindered settling) 壓縮沉降(compression settling),2）沉降類型,顆粒性質(zhì)和濃度對(duì)沉降類型的影響,自由沉降 絮凝沉降 成層沉降 壓縮沉降,3）間歇沉降實(shí)驗(yàn),A,B,C,D,B

3、,A,C,D,A,A,D,D,均勻懸浮液,界面清晰,臨界沉降點(diǎn),過(guò)程,表觀沉降速度,A澄清區(qū)；B沉降區(qū)；C過(guò)渡區(qū)；D壓縮區(qū),4）顆粒沉降速度,Stokes公式,Stokes公式說(shuō)明,（1）顆粒與水的密度差（pl）愈大，它的沉速也愈大，成正比關(guān)系。當(dāng)pl時(shí)u0，顆粒下沉；當(dāng)pl時(shí),u0，顆粒上浮；當(dāng)p=l時(shí)，u=0，顆粒既不下沉也不上浮。,Stokes公式說(shuō)明,（2）水的粘度愈小，沉速愈快，成反比關(guān)系。因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于沉降,Stokes公式說(shuō)明,（3）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成平方關(guān)系。因此隨粒度的下降，顆粒的沉降速度會(huì)迅速降低。 實(shí)際水處理過(guò)程中，水流呈層流狀態(tài)的情況較少，

4、所以一般沉降只能去除d20m的顆粒。,5） 沉降裝置,作用：是污水進(jìn)入生物處理前進(jìn)行初次沉淀，去除進(jìn)水中的懸浮固體，以及在生物處理后進(jìn)行二次沉淀，將生化反應(yīng)的微生物從水中分離，使水澄清。 主要類型：,平流式 豎流式 輻流式 斜板式,擋板,液面,溢流堰,出水,沉降池,排泥管,污泥斗,刮泥機(jī),進(jìn)水,平流式沉降裝置,FLASH,擋板,水流,溢流堰,出水,沉降池,排泥管,中心管,進(jìn)水,豎流式沉降裝置,動(dòng)畫(huà),擋板,溢流堰,出水,沉降池,排泥管,進(jìn)水上升管（出水孔）,進(jìn)水,輻流式沉降裝置,FLASH,出水區(qū),污泥區(qū),配水區(qū),斜板(管)沉淀池,淺池沉降理論 對(duì)一深度為H、體積為V的平流式理想沉淀池，其處理水

5、量：,隔油池是用自然上浮法分離、去除含油污水中可浮油的處理筑物。 污水從池的一端流入池內(nèi)，從另一端流出。在流經(jīng)隔油池的過(guò)程中，由于流速降低，密度小于1.0而粒徑較大的油類雜質(zhì)得以上浮到水面上，密度大于1.0的雜質(zhì)則沉于池底。在出水一側(cè)的水面上設(shè)集油管。,6） 隔油池(oil separator),20,平流式隔油池,FLASH,21,波紋斜板式隔油池,自由沉降試驗(yàn) 1 沉淀率 2 總顆粒去除率的計(jì)算,自學(xué)內(nèi)容,X,2.1.2 氣浮法,Flotation,一 氣浮的基本原理,（一）基本概念 利用高度分散的微小氣泡作為載體粘附于污水中的懸浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，從而使污染物上浮至水面，形

6、成泡沫，然后用刮渣設(shè)備自水面刮除泡沫，實(shí)現(xiàn)固液或液液分離的過(guò)程稱為氣浮。 具體過(guò)程：通入空氣產(chǎn)生微細(xì)氣泡SS附著在氣泡上上浮 應(yīng)用：自然沉淀或上浮難于去除的懸浮物，以及比重接近1的固體顆粒或液體,（二）氣浮的理論基礎(chǔ)（1）水中顆粒與氣泡粘附的條件,親水性和疏水性物質(zhì)的接觸,水中懸浮固體顆粒能否與氣泡粘附主要取決于顆粒表面的性質(zhì)。顆粒表面易被水濕潤(rùn)，該顆粒屬親水性；如不易被水濕潤(rùn)，屬疏水性。,親水性與疏水性可用液、氣、固三相接觸時(shí)形成的接觸角大小來(lái)解釋。,WL.G (1-cos),當(dāng)0，即顆粒完全被水濕潤(rùn)cosl，W0，顆粒不與氣泡粘附，就不宜用氣浮法處理。 當(dāng)180，顆粒完全不被水濕潤(rùn)，cos

7、-1，W2L.G，顆粒易于與氣泡粘附，宜于氣浮法處理。 此外如L.G很小，W亦小，也不利于氣泡與顆粒的粘附。,（2）泡沫的穩(wěn)定性 不穩(wěn)定的后果：氣泡浮到水面后，水分很快蒸發(fā)，泡沫容易破滅，會(huì)使已經(jīng)浮到水面的污染物又脫落回到水中。 方法：投加起泡劑（表面活性物質(zhì)）達(dá)到易起氣泡的穩(wěn)定的目的。,（3）改變疏水性能 向水中投加浮選劑，可以使顆粒由親水性物質(zhì)變?yōu)槭杷浴?實(shí)現(xiàn)氣浮分離的必要條件 A、必須向水中提供足夠數(shù)量的微細(xì)氣泡。 （氣泡理想尺寸為1530m） B、必須使懸浮物呈懸浮狀態(tài) C、必須使氣泡與懸浮物產(chǎn)生粘附作用，從而附著于氣泡上浮升。 （懸浮物具有疏水性質(zhì)）,CONCLUSION,（三）投

8、加化學(xué)藥劑對(duì)氣浮效果的促進(jìn)作用 (1)投加表面活性劑維持泡沫的穩(wěn)定性 (2)利用混凝劑脫穩(wěn) 以油的顆粒為例，表面活性物質(zhì)的非極性端吸附于油粒上，極性端則伸向水中，極性端在水中電離，使油粒被包圍了一層負(fù)電荷，產(chǎn)生了雙電層現(xiàn)象，增大了-電位，不僅阻礙油粒兼并，也影響顆粒與氣泡粘附。 (3)投加浮選劑改變顆粒表面性質(zhì),二 氣浮的分類與特點(diǎn),根據(jù)氣泡產(chǎn)生的方式氣浮法分為： 電解氣浮法L； 散氣氣浮法：擴(kuò)散板曝氣氣浮、葉輪氣浮L 加壓溶氣氣浮：全溶氣流程、部分溶氣流程、回流加壓溶氣流程 L,（一） 電解氣浮法 1 工作原理 電解氣浮法是用不溶性陽(yáng)極和陰極，通以直流電，直接將污水電解。陽(yáng)極和陰極產(chǎn)生氫氣和

9、氧氣的微細(xì)氣泡，將污水中的污染物顆?；蛳冉?jīng)混凝處理所形成的絮凝體粘附而上浮至水面，生成泡沫層，然后將泡沫刮除，實(shí)現(xiàn)分離去除污染物質(zhì)。 在直流電作用下，正負(fù)兩極產(chǎn)生的氫和氧的微氣泡，將污水中呈顆粒狀的污染物帶至水面以進(jìn)行固液分離。,2 電解氣浮法的氣浮裝置 豎流式電解氣浮池,平流式電解氣浮池,（二） 散氣氣浮法 1微孔曝氣氣浮法,2 剪切氣泡氣浮法 葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造,依靠高速轉(zhuǎn)子的離心力所造成的負(fù)壓而吸入空氣，并與提升上來(lái)的污水充分混合后，在水的剪切作用下，氣體破碎成微氣泡而擴(kuò)散于水中。,FLASH,（三）加壓溶氣氣浮法 工作原理：在加壓條件下，使空氣溶于水，形成空氣過(guò)飽和狀態(tài)。然后減至常壓，使

10、空氣析出，以微小氣泡釋放于水中，實(shí)現(xiàn)氣浮，此法形成氣泡小，約20100m，處理效果好，應(yīng)用廣泛。,（2）加壓溶氣氣浮工藝流程 加壓溶氣氣浮可分為：全溶氣流程、部分溶氣流程、回流加壓溶氣流程。,全溶氣流程,FLASH,部分溶氣流程,FLASH, 回流加壓溶氣流程,FLASH,（四）氣浮池 平流式氣浮池, 豎流式氣浮池, 反應(yīng)氣浮池, 反應(yīng)氣浮沉淀池, 綜合式氣浮池, 反應(yīng)氣浮過(guò)濾池,三 氣浮法在含油污水處理中的應(yīng)用,乳化油（10m，一般0.1-2m氣?。?2.1.3 過(guò) 濾 Filtration,過(guò)濾法及其裝置,1）過(guò)濾的分類 過(guò)濾是利用過(guò)濾介質(zhì)將固體和液體分離的操作， 可分為濾餅過(guò)濾和深層過(guò)濾

11、兩大類別。,兩種不同的過(guò)濾方式示意圖 a.濾餅過(guò)濾； b.深層過(guò)濾 1濾餅；2過(guò)濾介質(zhì),懸浮液,清液,懸浮液,清液,2）過(guò)濾機(jī)理 （1）遷移機(jī)理 懸浮顆粒脫離流線而與濾材顆粒接觸的過(guò)程就是遷移過(guò)程。在遷移過(guò)程中，與物理的或水力學(xué)的各種因素有關(guān)的作用：攔截作用、慣性作用、擴(kuò)散作用、沉降作用、水力作用。 （2）附著機(jī)理 由于上述遷移過(guò)程而與濾材顆粒接觸的懸浮顆粒，不再?gòu)臑V材表面脫離，而達(dá)到去除水中懸浮顆粒的過(guò)程就是附著過(guò)程。它主要是通過(guò)以下幾種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。絮凝作用、范德華引力、水合作用、互相吸附。 （3）脫落機(jī)理 當(dāng)顆粒或顆粒團(tuán)與過(guò)濾介質(zhì)表面的結(jié)合力較弱時(shí)，它們就會(huì)從濾材表面是脫落下來(lái)。因此，附

12、著及遷移是可逆的。致使顆粒脫落的主要原因是流體對(duì)附著的顆粒的剪切作用及運(yùn)動(dòng)的顆粒對(duì)附著的顆粒的碰撞。,反沖洗水,排水,排水,出水,進(jìn)水,E,D,C,B,A,濾料層,承托層,配水系統(tǒng),水渠,3）過(guò)濾裝置快濾池,快濾池構(gòu)造示意圖,濾料及其級(jí)配,常用的過(guò)濾介質(zhì)： 石英砂、無(wú)煙煤、大理石、白云石、花崗石，石榴石、磁鐵礦和鈦鐵礦等 濾料的級(jí)配（濾料的粒徑分布）,單一濾料 多級(jí)濾料,承托層,承托層,承托層,出水,出水,出水,石英砂,石英砂,石英砂,無(wú)煙煤,無(wú)煙煤,鐵磁礦,小,大,壓力濾池,使用核桃殼過(guò)濾器處理含油污水是污水處理技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。與石英砂過(guò)濾器比較,有更為突出的優(yōu)點(diǎn): 核桃殼過(guò)濾器屬于輕質(zhì)

13、濾料過(guò)濾器;這種過(guò)濾器的基本結(jié)構(gòu)和過(guò)濾原理與石英砂過(guò)濾器相同,區(qū)別是作為濾料的核桃殼的密度較小,一般在1. 2g/cm3 左右;由于濾料較石英砂濾料輕,反沖洗時(shí)在水流作用下濾層成為沸騰床,由濾料間隙形成的微孔被解除,吸附的懸浮物得以脫附。因此,這種過(guò)濾器屬于非固定孔隙過(guò)濾器,反洗再生能力較強(qiáng),過(guò)濾性能穩(wěn)定,適合于中高滲透率地層水質(zhì)要求的采出水過(guò)濾。 但目前廣泛應(yīng)用的攪拌式核桃殼過(guò)濾器存在以下一些問(wèn)題,如反洗壓力過(guò)高,對(duì)過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)沖擊較大;濾料反洗不徹底,使出水水質(zhì)受到影響,容易出現(xiàn)堵罐和跑料等現(xiàn)象。,核桃殼過(guò)濾器處理含油污水,泵循環(huán)再生式過(guò)濾器,內(nèi)循環(huán)方式是利用泵將核桃殼濾料送入過(guò)濾器內(nèi)的

14、搓洗器中,直接在過(guò)濾器內(nèi)完成對(duì)濾料的再生處理。該循環(huán)方式的特點(diǎn)是反洗再生充分,出水質(zhì)量穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,沒(méi)有附加的管路和閥件,簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng),使得設(shè)備的使用、維護(hù)方便,節(jié)省了設(shè)備投資。啟動(dòng)循環(huán)再生泵,使得罐內(nèi)液體經(jīng)過(guò)循環(huán)再生泵進(jìn)入再生器中心噴管對(duì)濾床進(jìn)行噴射,將濾料翻起“液化”,使油和雜質(zhì)與濾料分離。再生器的獨(dú)特設(shè)計(jì)可使含油及雜質(zhì)的濾料在高速水流的作用下,從切線方向進(jìn)入再生器,在再生器狹小的空間內(nèi)高速碰撞摩擦,保證介質(zhì)在無(wú)任何化學(xué)藥劑輔助的情況下達(dá)到充分的再生,其內(nèi)部高能流化的水流場(chǎng)可以使溶解物、油與核桃殼高效分離。 過(guò)濾后的污水經(jīng)循環(huán)再生泵進(jìn)入中心噴管的油和雜質(zhì)通過(guò)中心濾網(wǎng),從排污口排出,而進(jìn)

15、入中心噴管的濾料,由于中心濾網(wǎng)的截留,被保留在過(guò)濾器內(nèi)。再生泵停止工作后,分散的濾料由于重力的作用而沉降聚集成床。排除過(guò)濾器中的殘留污水,并用濾后水沖洗過(guò)濾器,從而濾床得以恢復(fù)。再生過(guò)程完成后,過(guò)濾器進(jìn)入正常的過(guò)濾過(guò)程。,泵循環(huán)再生式過(guò)濾器,2.2 化學(xué)法處理技術(shù)與設(shè)備,化學(xué)法處理技術(shù)：利用化學(xué)反應(yīng)原理及方法分離廢水中的污染物，或改變其性質(zhì)，使之無(wú)害化的處理方法。 處理對(duì)象：可溶解的無(wú)機(jī)物 難以生物降解的有機(jī)物 膠體物質(zhì) 化學(xué)法處理技術(shù)包括中和、混凝、氧化還原法等。,2.2.1 中和 Neutralization Process,2.2.1 中和法及其裝置,1）中和原理 HOHH2O 2）中和

16、方法,酸堿廢水相互中和 投藥中和 過(guò)濾中和,酸堿廢水相互中和法及設(shè)備 若酸、堿廢水均為均勻排出，且所含酸堿能相互平 衡，可直接在管道內(nèi)混合反應(yīng)，不需設(shè)中和池。 若排出的酸堿濃度和流量經(jīng)常波動(dòng)變化，則應(yīng)設(shè)置中 和池以進(jìn)行中和反應(yīng)； 如果廢水本身的酸、堿含量很難平衡，往往還需要補(bǔ) 加中和劑； 當(dāng)出水水質(zhì)要求很高，或廢水中含有其他雜質(zhì)或重金 屬離子時(shí)，連續(xù)流無(wú)法保證出水水質(zhì)，較穩(wěn)妥可靠 的方法是采用間歇式中和池。,投藥中和法及設(shè)備,常用藥劑,酸性廢水的處理,石灰 石灰石 苛性鈉 蘇打 堿性廢渣 廢堿液,堿性廢水的處理,含酸廢水 酸 酸性廢氣,投藥中和法及設(shè)備,工藝過(guò)程及設(shè)備,混合 反應(yīng)池,沉淀池,脫

17、水或干化床,酸（堿）性廢水投藥中和流程,投藥,出水,酸（堿）性廢水,攪拌,出渣,中和劑制備,過(guò)濾中和法及設(shè)備,過(guò)濾中和法： 將酸性廢水通過(guò)反應(yīng)器中具有中和能力的堿性濾料層，在過(guò)濾的同時(shí)達(dá)到中和的目的。 該法適用于處理： 1）較清潔的、低濃度的酸性廢水； 2）生成易溶鹽的酸性廢水。 常用濾料,常用堿性濾料,石灰石（CaCO3） 大理石（CaCO3） 白云石（MgCO3CaCO3）,過(guò)濾中和法常用設(shè)備,固定床中和濾池,a.升流式 b.下降式 固定床中和反應(yīng)器 1.穿孔底板 2.配水管 3.濾料 4.集水槽,過(guò)濾中和法常用設(shè)備,升流膨脹式中和濾池,升流膨脹式中和濾池示意圖 變速升流膨脹式中和濾池,1

18、出水；2進(jìn)水管80；3穿孔底板,2.2.2 氧化還原法 Redox Process,2.2.2 氧化還原法及其裝置,氧化還原法： 利用氧化還原反應(yīng)將廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶解的或無(wú)毒的新物質(zhì)，達(dá)到無(wú)害化的目的。,處理對(duì)象： 氧化法 有機(jī)污染物（如色、嗅、味、COD） 還原性無(wú)機(jī)離子（如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等） 還原法 廢水中的重金屬離子（如汞、鎘、銅、鉻、鎳等）,方法分類： 藥劑法 光化學(xué)法 電化學(xué)法,藥劑氧化空氣、臭氧、次氯酸鈉、高錳酸鉀 藥劑還原活潑金屬置換,1）臭氧氧化原理 臭氧是由三個(gè)氧原子組成的氧的同素異構(gòu)體。通常為淡藍(lán)色氣體，高壓下可變成深褐色液體。臭氧在化學(xué)上極不

19、穩(wěn)定，易分解，其反應(yīng)式為： 臭氧在空氣中的分解速度隨溫度升高而加快，在270時(shí)立即分解。分解時(shí)放出的初生態(tài)氧O，很快就能和被氧化的物質(zhì)起反應(yīng)，所以臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。臭氧在純水中的分解速度比在空氣中快得多。,臭氧與水中有機(jī)物反應(yīng)機(jī)理,D反應(yīng),直接反應(yīng),直接氧化有機(jī)物、微生物等，可產(chǎn)生直接氧化產(chǎn)物，反應(yīng)速度慢，有選擇性,R反應(yīng),間接反應(yīng),通過(guò)OH自由基和有機(jī)物、微生物、CO32-、HCO32-的反應(yīng)，生成次自由基反應(yīng)CO32- 、HCO32- ，次自由基也能和有機(jī)物反應(yīng)（但反應(yīng)速度慢）； 反應(yīng)速度快，無(wú)選擇性,2）臭氧氧化特點(diǎn) 臭氧可

20、使廢水中的污染物氧化分解，常用于降低BOD、COD，脫色、除臭、除味，殺菌、殺藻，除鐵、錳、氰、酚等。臭氧氧化的優(yōu)點(diǎn)是氧化能力強(qiáng)；處理后廢水中的臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染；制備臭氧用的空氣和電不必貯存和運(yùn)輸，操作管理也較方便；處理過(guò)程中一般不產(chǎn)生污泥。其缺點(diǎn)是造價(jià)和處理成本高。,3）主要設(shè)備 臭氧發(fā)生器,無(wú)聲放電法制備臭氧 管式（臥式）臭氧發(fā)生器 1空氣或氧氣進(jìn)口；2臭氧出口；3冷卻水進(jìn)口；4冷卻水出口； 5不銹鋼管；6放電間隙；7玻璃管；8變壓器,臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備,多孔擴(kuò)散板式鼓泡塔、填料塔、噴霧塔 1出水；2布水器；3尾氣；4尾氣分解罐；5進(jìn)水；6微孔擴(kuò)散板；7臭氧化氣 1臭氧化空氣；2、

21、3、5、6廢水；4尾氣 1尾氣；2泡沫分離器；3進(jìn)水；4填料；5支撐板；6臭氧化空氣；7出水,臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備,塔板式反應(yīng)器（篩板塔和泡罩塔） (a)1尾氣；2進(jìn)水；3塔板；4堰；5降液管；6進(jìn)氣；7出水； (b)1塔板；2外殼；3、5液流；4氣流；6液流堰；7外殼；8將液管； (c)1升氣管；2泡罩；3、5液流；4氣流； 6液流堰；7外殼；8將液管；9塔板,電化學(xué)污水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，即直接電解和間接電解。,直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原 而從污水中去除。直接電解可分為陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程。陽(yáng)極過(guò)程就是污染物在陽(yáng)極表面氧化而轉(zhuǎn)化

22、成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì)，甚至發(fā)生有機(jī)物無(wú)機(jī)化，從而達(dá)到削減、去除污染物的目的。陰極過(guò)程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。,4）電化學(xué)污水處理技術(shù),間接電解是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程。可逆過(guò)程是指氧化還原物在電解過(guò)程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過(guò)程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，如具有強(qiáng)氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機(jī)物的過(guò)程，還可以利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的中間體， 包括溶劑化電子、HO、HO2、O2-等自由基。,光化學(xué)反應(yīng)就

23、是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，之后才會(huì)發(fā)生化學(xué)變化到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。利用光化學(xué)反應(yīng)治理污染，包括無(wú)催化劑和有催化劑參與的光化學(xué)氧化。,5）光化學(xué)污水處理技術(shù),2.2.3 混凝 (Coagulation),一、混凝原理和用途,混凝的主要對(duì)象是污水中的細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒（colloidal matters)，這些顆粒用自然沉降法很難從水中分離出去。,混凝是通過(guò)向污水中投加混凝劑(coagulant)，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒聚集(aggregation)成較粗大的顆粒而沉降與水分離

24、，使污水得到凈化。,混凝法是污水處理中常采用的方法。,可以用來(lái)降低污水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)。,P78,水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過(guò)程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。 凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱為凝聚。 絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝。 混凝過(guò)程涉及：水中膠體的性質(zhì)；混凝劑在水中的水解；膠體與混凝劑的相互作用。,81,二、污水中膠體顆粒的穩(wěn)定性及脫穩(wěn)機(jī)理,1. 膠體的特點(diǎn)：,粒徑小，一般直徑為10-310-8mm；,布朗運(yùn)動(dòng)，顆粒在污水中受水分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而作無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)；,帶電，同類膠體微粒帶有同性電荷。,水化膜，許多水分子被吸引在膠體微粒周?chē)?/p>

25、，形成水化膜。,電位離子,反離子,擴(kuò)散層,膠團(tuán)邊界,滑動(dòng)面,膠粒,吸附層,膠核,電位,電位,膠體的結(jié)構(gòu),83,Fe(OH)3m nH (nx)Clx+ Cl 膠核電位形成離子，束縛反離子自由反離子,膠核 (nuclear),膠粒(colloidal particle),吸附層 stationary layer,擴(kuò)散層diffuse layer,膠團(tuán)(colloidal micelle),3 水中膠體的穩(wěn)定性 膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。 膠體穩(wěn)定性分“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。 動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，對(duì)抗重力影響的能力強(qiáng)。 聚集穩(wěn)定性包括：膠體

26、帶電相斥（憎水性膠體）；水化膜的阻礙（親水性膠體） 在動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用?；瑒?dòng)面上的電位：稱為電位，決定了憎水膠體的聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體的水化膜的阻礙，當(dāng)電位降低，水化膜減薄及至消失。,85,4.膠體的脫穩(wěn)機(jī)理,膠體因電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過(guò)程稱為脫穩(wěn)(destabilization)，脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為較大顆粒的過(guò)程稱為凝聚(coagulation)。,混凝的機(jī)理：混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種機(jī)理。,86,（1）壓縮雙電層機(jī)理(modification of the electrical do

27、uble layer),雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關(guān)。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高時(shí)，則擴(kuò)散層的厚度將減小。 該過(guò)程的實(shí)質(zhì)是加入的反離子與擴(kuò)散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴(kuò)散層厚度減小。 由于擴(kuò)散層厚度的減小，膠粒得以迅速凝聚。,87,溶液中離子濃度與擴(kuò)散層厚度的關(guān)系,溶液中離子濃度低,溶液中離子濃度高,B,A,離顆粒表面的距離,反離子濃度,88,（2）吸附電中和機(jī)理 (electrical neutralization),膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、異號(hào)膠粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶

28、電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。,89,（2）吸附電中和機(jī)理 (electrical neutralization),膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、異號(hào)膠粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。,90,（3）吸附架橋（橋連）機(jī)理 (polymer bridging of colloids),吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過(guò)活性部位與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的過(guò)程。,本機(jī)理能解釋當(dāng)污水濁度很低時(shí)有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象

29、。因?yàn)槲鬯心z粒少，當(dāng)聚合物伸展部分一端吸附一個(gè)膠粒后，另一端因粘連不著第二個(gè)膠粒，只能與原先的膠粒粘連，就不能起架橋作用，從而達(dá)不到混凝的效果。,91,高分子聚合物對(duì)膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖,脫穩(wěn)膠體,絮凝體,膠體,高分子聚合物,脫穩(wěn)膠體,高分子絮凝劑投加后，通常可能出現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象： 高分子投量過(guò)少，不足以形成吸附架橋； 但投加過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)“膠體保護(hù)”現(xiàn)象。,吸附架橋模型示意,膠體保護(hù)示意,93,（4）沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理 (entrapment in the floc structure),沉淀金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或帶金屬的碳酸鹽(如CaCO3)時(shí)，水中的膠粒

30、和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時(shí)作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。,以上介紹的混凝的四種機(jī)理，在水處理中往往可能是同時(shí)或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機(jī)理為主而已。,e.g. 硫酸鋁的混凝機(jī)理 不同pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理不同。何種作用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、pH、溫度等。實(shí)際上，幾種可能同時(shí)存在。,pH7.5 氫氧化鋁起吸附架橋；,P95,污水,混凝劑,混合,反應(yīng),沉降 （澄清）,出水,污泥,三、混凝的工藝過(guò)程,混合目的是使混凝劑盡快與水混合，需要短時(shí)間高強(qiáng)度攪拌,反應(yīng)階段的目的是使藥劑與水中的細(xì)小顆?；蚰z體物質(zhì)作用生成盡可能大的絮體，為沉降分離創(chuàng)造條件，需要低強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間攪拌

31、。許多因素影響反應(yīng)過(guò)程,澄清的目的是使所生成的絮體與水分離，完成凈化過(guò)程,四、混凝劑與助凝劑,凝聚、絮凝和混凝這三個(gè)詞常引起混淆。,凝聚(coagulation)是指膠體被壓縮雙電層而脫穩(wěn)聚集為較大顆粒的過(guò)程；,絮凝(flocculation)則指脫穩(wěn)粒子聚結(jié)成大絮體的過(guò)程；,混凝（coagulation - flocculation）則包括凝聚與絮凝兩種過(guò)程。,P96,凝聚是瞬時(shí)的，所需的時(shí)間是將化學(xué)藥劑擴(kuò)散到全部水中的時(shí)間。 絮凝則與凝聚作用不同，它需要一定的時(shí)間讓絮體長(zhǎng)大，但在一般情況下兩者難以截然分開(kāi)。 混凝劑(coagulant)：一般把能起凝聚與絮凝作用的藥劑統(tǒng)稱為混凝劑。 助凝劑

32、(coagulant aids)：當(dāng)單用混凝劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某類輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。,P97,1.混凝劑,P98,見(jiàn)第三章,99,2.助凝劑,（1）pH調(diào)整劑,常用的pH調(diào)整劑包括石灰、硫酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等。,（2）絮體結(jié)構(gòu)改良劑,如活性硅酸、粘土等。,（3）氧化劑,可投加氯氣、次氯酸鈉、臭氧等氧化劑來(lái)破壞有機(jī)物，以提高混凝效果。,100,五、投藥方法及設(shè)備,投藥方法有干(dry)投法和濕(wetted)投法。,干投法是把經(jīng)過(guò)破碎易于溶解的藥劑直接投入污水中。,干投法占地面積小，但對(duì)藥劑的粒度要求較嚴(yán)，投加量較難控制，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求較高，同時(shí)勞動(dòng)條

33、件也較差。目前應(yīng)用的較少。,濕投法是將混凝劑和助凝劑配成一定濃度的溶液，然后按處理水量大小定量添加?；炷齽┑臐穹ㄍ都影ㄋ巹┑呐渲啤⑺巹┑挠?jì)量和藥劑的投加三個(gè)過(guò)程。,101,六、混合與反應(yīng)(mixing and reaction),1. 混合 污水與混凝劑和助凝劑進(jìn)行充分混合，是進(jìn)行反應(yīng)和混凝沉淀的前提。 對(duì)混合要求是速度快和均勻。一般有兩種混合型式：,一種是借水泵的吸水管或壓水管混合。,另一種是在混合槽內(nèi)進(jìn)行混合。 混合槽混合常用的有機(jī)械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。,（1）水泵混合 投藥投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，節(jié)省動(dòng)力，各種水廠均可用，常用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)

34、筑物的場(chǎng)合，兩者間距不大于150m。,（2）管式混合 管式靜態(tài)混合 器：流速不宜小于1m/s，水頭損失不小于0.3-0.4m，簡(jiǎn)單易行。,（3）機(jī)械混合 在池內(nèi)安裝攪拌裝置，攪拌器可以是槳板式、螺旋槳式或透平式，速度梯度700-1000s-1，時(shí)間10-30s以內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是混合效果好，不受水質(zhì)影響，缺點(diǎn)是增加機(jī)械設(shè)備，增加維修工作。,104,（4）分流隔板式混合槽,105,（5）多孔隔板式混合槽,106,2.反應(yīng)(reaction),水與藥劑混合后進(jìn)入反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)。,反應(yīng)池內(nèi)水流特點(diǎn)是流速由大到小。在較大的反應(yīng)流速時(shí)，使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞吸附，在較小的反應(yīng)流速時(shí)，使碰撞吸附后的顆粒結(jié)成更大的礬花。,反應(yīng)池的型式有機(jī)械攪拌、隔板反應(yīng)池，渦流式反應(yīng)池等。,（1）機(jī)械攪拌反應(yīng)池,108,（2）隔板反應(yīng)池（平流式）,109,（2）隔板反應(yīng)池（回轉(zhuǎn)式）,110,（3）渦流式反應(yīng)池,進(jìn)水,出水,111,七、影響混凝的因素,1.污水水質(zhì)的影響,（1）濁度(turbidity),濁度過(guò)高或過(guò)低都不利于混凝，濁度不同，所需