1、南京师范大学南京师范大学地理科学学院环境系地理科学学院环境系第5章 污水的物理化学处理l5.1 5.1 混凝混凝l5.2 5.2 气浮气浮l5.3 5.3 吸附吸附l5.4 5.4 膜处理膜处理1 1、混凝的作用、混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。降。混凝所处理的混凝所处理的对象对象，主要是水和废水中的，主要是水和废水中的微微小悬浮物和胶体杂质小悬浮物和胶体杂质。2 2、
2、凝聚、絮凝和混凝、凝聚、絮凝和混凝 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation)：投加混凝剂后水中的胶体失去投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花小矾花”。絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)：凝聚过程中形成的凝聚过程中形成的“小矾花小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。程。混凝：混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。子及微小悬浮
3、物的聚集过程。3 3、天然水中的胶体杂质、天然水中的胶体杂质 通常是通常是负电荷胶体负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。腐殖质等。4 4、混凝的应用、混凝的应用 给水处理：给水处理：混凝混凝+沉淀，微絮凝沉淀，微絮凝+过滤；过滤；去除废水中的悬浮物和胶体物质外。去除废水中的悬浮物和胶体物质外。废水处理：废水处理：各种工业废水的预处理、中间处理或各种工业废水的预处理、中间处理或 最终处理及城市污水的三级处理和污最终处理及城市污水的三级处理和污 泥处理。除用于去除废水中的悬浮物泥处理。除用于去除废水中的悬浮物 和胶体物质外，还用于除油和脱色。和胶体物质外，还
4、用于除油和脱色。5 5、混凝的特点、混凝的特点 优点：设备简单，操作方便；优点：设备简单，操作方便；便于间歇运行，效果好。便于间歇运行，效果好。缺点：运行费用高；缺点：运行费用高；沉渣量大，处置困难；沉渣量大，处置困难；在电在电场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象。2 2、胶体的结构、胶体的结构 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散层扩散层3 3、双电层理论、双电层理论 中心称为中心称为胶核胶核，其表面，其表面选择性地吸附了一层带有选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是同号电荷的离子（可以是胶核的组成物直接电离产胶核的组成物
5、直接电离产生的，也可以是从水中选生的，也可以是从水中选择吸附的择吸附的H H+或或OHOH-造成的），造成的），成为胶体的成为胶体的电位离子电位离子。由于电位离子的静电引由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所量的异号离子，形成了所谓的谓的“双电层双电层”。胶核 这些异号离子，其中紧靠电这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，位离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起当胶核运动时，它也随着一起运动，形成固定的离子层，称运动，形成固定的离子层，称为为吸附层吸附层。而其它的异号离子，。而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引
6、距离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成并有向水中扩散的趋势，形成了了扩散层扩散层。吸附层与扩散层之间的交界吸附层与扩散层之间的交界面称为面称为滑动面。滑动面。胶核 滑动面以内的部分称为滑动面以内的部分称为胶粒胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称为胶体的为胶体的电动电位（电动电位（电位）电位）。而胶核表面的电位离子与溶液之间的。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为电位差称为总电位（总电位（电位电位，电位离子和反离子形成的总电位。），电位离子和反离子形成的总电位。）胶体在水中受到几个方面的影
7、响：胶体在水中受到几个方面的影响：（1 1）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生静静电斥力电斥力，而且，而且电位越高，胶体间的静电斥力越大。电位越高，胶体间的静电斥力越大。（2 2）受水分子热运动的撞击，使胶体在水中做不规则）受水分子热运动的撞击，使胶体在水中做不规则的的布朗运动布朗运动。（3 3）胶粒之间还存在着）胶粒之间还存在着相互引力相互引力范德华引力范德华引力。范。范德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比，当间距较德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比，当间距较大时，可忽略不计。大时，可忽略不计。一般水中的胶粒，一般水中的胶粒，电位较高。其
8、互相间斥力不仅电位较高。其互相间斥力不仅与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此，华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。而长期保持稳定的分散状态。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形成一层由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜。水化膜同样能阻止
9、胶粒间相互接触。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。3 3、双电层理论、双电层理论 受胶核电位离子的受胶核电位离子的静电引力静电引力和反离子热运动的和反离子热运动的扩散作用扩散作用、溶、溶液对反离子的液对反离子的水化作用水化作用，反离子反离子的浓度的浓度随随与胶粒表面距离与胶粒表面距离增加而增加而逐渐减少，分布符合逐渐减少，分布符合BoltzmannBoltzmann分分布。布。4 4、胶体的稳定性、胶体的稳定性 胶体的
10、稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。浮状态的特性。稳定因素稳定因素 静电斥力静电斥力 布朗运动布朗运动 水化作用水化作用 不稳定因素不稳定因素 范德华引力范德华引力 布朗运动布朗运动 重力作用重力作用 根据胶体的特性，在水处理中，采取措施根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：破坏胶体的稳定性。采用的方法：投加电解质投加电解质 投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质生此类胶体的电解质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加
11、的物质统称混凝剂混凝剂 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pHpH值、值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。（一）双电层压缩机理（一）双电层压缩机理 （二）吸附电中和机理（二）吸附电中和机理 （三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 （四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 （溶液中离子浓度低溶液中离子浓度高反离子浓度 由于扩散层厚度的减小，由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，胶粒间电位相应降低，胶粒间的相互排斥力也减少
12、。的相互排斥力也减少。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚相互凝聚。(1)水 中 离 子 浓 度 高最 大 排 斥 势 能a吸引排斥颗 粒 间 距合 力 f a-f b吸引(2)水 中 离 子 浓 度 低排斥颗 粒 间 距DLVO理论理论 根据根据DLVODLVO理论，理论，要使胶粒通过布朗运动相互要使胶粒通过布朗运动相互碰撞聚集，需要降低其排斥势能，碰撞聚集，需要降低其排斥势能，即降低或
13、消除即降低或消除胶粒的胶粒的电位，电位，在水中投加电解质即可达到此目在水中投加电解质即可达到此目的。的。对于水中的负电荷胶体，投入的电解质对于水中的负电荷胶体，投入的电解质混凝剂应是正电荷或聚合离子，如混凝剂应是正电荷或聚合离子，如NaNa+、CaCa2+2+、AlAl3+3+等，其等，其作用作用是压缩胶体双电层是压缩胶体双电层为保持胶为保持胶体体电性中和电性中和所要求的扩散层厚度。所要求的扩散层厚度。根据根据SchulzeSchulzeHardyHardy法则：法则：浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力效力随随离子价离子价数数的增加而加大。的增加而加大。（高价
14、电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质（高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。）有效。）重新稳定现象重新稳定现象:当混凝剂投量过多时，凝聚效果下当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。降的现象。原因：原因：胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。25001500:5020:1:32MMM 水化作用水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。稳定性的影响远小于水化膜的影响。（二）吸附电中和机理二）吸附电中
15、和机理 异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。再稳现象：再稳现象：过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。（三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在吸附架桥作用
16、是指链状高分子聚合物在静电引力、静电引力、范德华力和氢键力等作用下范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。微悬浮物等发生吸附桥连的现象。再稳现象 胶体再稳现象：胶体再稳现象：（1 1）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生生“胶体保护胶体保护”作用。作用。（2 2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；（3 3）长时间的剧烈搅拌。）长时间的剧烈搅拌。（四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混当采用硫酸铝、石灰
17、或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物凝剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物(如如Al(OH)Al(OH)3 3 、Fe(OH)Fe(OH)3 3或带金属碳酸盐或带金属碳酸盐(CaCO(CaCO3 3)沉淀沉淀时，可以时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心核心产生沉淀。这基本上是产生沉淀。这基本上是一种机械作用一种机械作用。混凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，胶混凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，胶粒越多，金属混凝剂投加量越少粒越多，金属混凝剂投加量越少。在混凝过程中，上述现象常不是单独
18、在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。下以某种现象为主。对于混凝剂而言，在废水处理时：对于混凝剂而言，在废水处理时：（带负电胶体）（带负电胶体）（1）普通电解质）普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用；只有压缩双电层和吸附电中和作用；（2）高分子物质）高分子物质 A、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中和作用和吸附架桥功能。和作用和吸附架桥功能。B、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷）、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷）聚合电解质，只能起吸附架桥作
19、用。聚合电解质，只能起吸附架桥作用。(一一)混凝剂的分类混凝剂的分类 1 1、无机混凝剂、无机混凝剂 传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。铝盐铝盐 硫酸铝（硫酸铝（AlAl2 2(SO(SO4 4)3 318H18H2 2O O）明矾（明矾（K K2 2SOSO4 4AlAl2 2(SO(SO4 4)3 324H24H2 2O O）由于铝的比重小，在水温低的情况下，絮粒较轻而由于铝的比重小，在水温低的情况下，絮粒较轻而疏松，处理效果较差。疏松，处理效果较差。pHpH有效范围较窄，在有效范围较窄，在5.5-85.5-8之间。之间。投加量大。投加量大。以以 铝盐铝盐
20、 为例，介绍混凝的过程：为例，介绍混凝的过程：在水中，Al3+以Al(H2O)63+的形态存在，发生水解：Al(H2O)63+=Al(OH)(H2O)52+H+Al(OH)(H2O)52+=Al(OH)2(H2O)4+H+Al(OH)2(H2O)4+=Al(OH)3(H2O)3+H+（1）pH4时，水中以Al(H2O)63+为主；（2）pH45时，以Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量的Al(OH)3(H2O)3；（3）pH78时，水中以Al(OH)3(H2O)3为主。（4）pH9时，水中产生Al(OH)3沉淀。水解过程水解过程 单核络合物通OH-桥键缩聚桥键缩聚成
21、单核羟基络合物：Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+Al2(OH)(H2O)105+H2O 两个单羟基络合物可缩合成双羟基双核络合物：OH 2Al(OH)(H2O)52+=(H2O)4Al Al(H2O)44+2H2O OH 生成物Al2(OH)2(OH)84+还可进一步缩合成Al3(OH)4(H2O)105+缩合产物同时也会发生水解反应：Al3(OH)4(H2O)105+Al3(OH)5(H2O)94+H+水解与缩聚两种反应交替进行，最终生成聚合度极大的中性氢氧化铝，浓度超过其溶解度时析出氢氧化铝沉淀。铝离子在水中化学反应的全过程铝离子在水中化学反应的全过程 Al Al3+3+在
22、水中的存在状态和在水中的存在状态和pHpH有关有关：在在pH pH 较低时，较低时，高电荷低聚合度的络合物占多数；高电荷低聚合度的络合物占多数；在在pH pH 较高时，较高时，低电荷高聚合度的络合物占多数。低电荷高聚合度的络合物占多数。其中：其中：对于高电荷低聚合度的水解聚合物，主要起到对于高电荷低聚合度的水解聚合物，主要起到压缩双压缩双电层和吸附架桥作用；电层和吸附架桥作用；对于低电荷高聚合度的水解聚合物，主要起到对于低电荷高聚合度的水解聚合物，主要起到吸附架吸附架桥作用和沉淀网捕作用；桥作用和沉淀网捕作用；对于高聚合度的水解沉淀物，以对于高聚合度的水解沉淀物，以吸附、网捕、卷带作吸附、网捕
23、、卷带作用为主。用为主。铁盐铁盐 三氯化铁（三氯化铁（FeClFeCl3 36H6H2 2O O）硫酸亚铁（硫酸亚铁（FeSOFeSO4 47H7H2 2O O）生成的絮粒在水中的沉淀速度较快；生成的絮粒在水中的沉淀速度较快；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著；FeClFeCl3 3容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对混凝土也产生腐蚀作用；生成混凝土也产生腐蚀作用；生成Fe(OH)Fe(OH)2 2它的溶解度很大，它的溶解度很大，残留水中的残留水中的FeFe2+2+会使处理后的水带色，会使处理后的水带色，无
24、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 (碱式氯化铝，简称碱式氯化铝，简称PAC)PAC)化学通式为化学通式为AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n6-n m m,式中式中n5n5，m10m10。制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或碱制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或碱溶法加工制成的。溶法加工制成的。参考书：参考书：碱式氯化铝碱式氯化铝李润生李润生 A A 对水质适应性较强，适用对水质适应性较强，适用pHpH范围广，范围广，5-95-9之间；之间；B B 絮凝体形成快，比重大，沉降性好；絮凝体形成快，比重大，沉降性好；C C 投药量低。投药量低。D D
25、碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水pHpH和碱度下降较小。和碱度下降较小。聚合硫酸铁聚合硫酸铁(碱式硫酸铁碱式硫酸铁)()(简写简写PFS)PFS)化学通式为化学通式为FeFe2 2(OH)(OH)n n(SO(SO4 4)3-n/23-n/2 m m式中式中n10n10。A A 适用范围广：适用范围广：pH 4-11pH 4-11；低水温，混凝效果稳定；低水温，混凝效果稳定；B B 用量小，絮凝体沉降性能好；用量小，絮凝体沉降性能好；C C COD COD去除率和脱色效果好；去除率和脱色效果好；D D 处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。处理后水中
26、铁残留量低，腐蚀性较小。2 2、有机混凝剂、有机混凝剂 天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子型、人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型阳离子型、非离子型3 3种高分子混凝剂。种高分子混凝剂。(1)(1)天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。特点：特点：电荷密度小，分子量较低，且易发生降解电荷密度小，分子量较低，且易发生降解而失去活性。而失去活性。(2)(2)人工合成高分子混凝剂人工合成高分子混凝剂 阴离子型：阴离子型：主要含主要含-COOM-COOM(M(M为为H H+或金属离
27、子或金属离子)或或 -SO-SO3 3H H的聚合物，的聚合物，如阴离子聚丙烯酰胺如阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM)和聚苯乙烯和聚苯乙烯磺酸钠（磺酸钠（PSSPSS）等。）等。阳离子型：阳离子型：主要是含有主要是含有-NH-NH3 3+、-NH-NH2 2+和和-N-N+R R4 4的聚的聚合物，合物，如阳离子聚丙烯酰胺（如阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）等。）等。非离子型：非离子型：所含基团未发生反应的聚合物。所含基团未发生反应的聚合物。如如非离子型聚丙烯酰胺（非离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）和聚氧化乙烯）和聚氧化乙烯(PEO)(PEO)等。等。聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 简称简
28、称PAMPAM，又称三号混凝剂，又称三号混凝剂，PAMPAM的分子结构通式为：的分子结构通式为：PAMPAM是线状水溶性高分子，其分子量在是线状水溶性高分子，其分子量在300-1800300-1800万。万。阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM)阳离子聚丙烯酰胺（阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）非离子型聚丙烯酰胺（非离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）两性离子型聚丙烯酰胺（两性离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）CH2CHn,CONH2（3 3）高分子混凝剂的作用：）高分子混凝剂的作用：靠氢键、静电、范德华力的作用对胶粒强烈的吸附靠氢键、静电、范德华力的作用对胶粒强烈的吸
29、附作用。作用。高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用，把许多细小颗粒吸附后，状，从而发挥吸附架桥作用，把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。缠结在一起。有机高分子混凝剂使用时须注意的问题：有机高分子混凝剂使用时须注意的问题：与其他混凝剂共同使用时的与其他混凝剂共同使用时的投加顺序：投加顺序：当废水低浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水浊度当废水低浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水浊度高时，应先投加高时，应先投加PAMPAM。高分子混凝剂最佳投加量的确定。高分子混凝剂最佳投加量的确定。在高分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓度。在高
30、分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓度。(二二)混凝剂研究发展方向混凝剂研究发展方向 有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂 天然有机高分子混凝剂：如壳聚糖及其改性产物、天然有机高分子混凝剂：如壳聚糖及其改性产物、淀粉改性淀粉改性 聚丙烯酰胺改性产品：阴离子型、阳离子型、非聚丙烯酰胺改性产品：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型、两性 无机混凝剂无机混凝剂 无机复合混凝剂的研制，如：聚硅酸铝、聚硅酸无机复合混凝剂的研制，如：聚硅酸铝、聚硅酸铁、聚硅酸铝铁铁、聚硅酸铝铁 微生物絮凝剂微生物絮凝剂（三）助凝剂（三）助凝剂 （P519P519）1 1、定义、定义 当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加
31、当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。为助凝剂。2 2、作用作用 （调节或改善混凝的条件）（调节或改善混凝的条件）改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。调整废水的调整废水的pHpH和碱度，使其达到最佳的混凝和碱度，使其达到最佳的混凝条件。条件。3 3、助凝剂分类、助凝剂分类 pHpH调整剂调整剂：调节废水的：调节废水的pHpH符合混凝处理工艺要求。符合混凝处理工艺要求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。絮凝结构改良剂絮凝结构改良剂：投加絮体结构改良剂
32、以增大絮体：投加絮体结构改良剂以增大絮体的粒径、密度。常用骨胶、活化硅酸、海藻酸钠、粘土、的粒径、密度。常用骨胶、活化硅酸、海藻酸钠、粘土、PAMPAM、水玻璃等。、水玻璃等。氧化剂氧化剂：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，还可将还可将FeFe2+2+转化成转化成FeFe3+3+,以提高混凝效果。以提高混凝效果。絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因絮凝作用是复杂的物理化学过程，影响混凝效果因素主要包括：素主要包括：1.1.浊度浊度 浊度过高或过
33、低都不利于絮凝，浊度不同，所需的浊度过高或过低都不利于絮凝，浊度不同，所需的絮凝剂用量也不同。絮凝剂用量也不同。低浊水低浊水缺少凝聚核心，可将部分沉渣连续回流到混缺少凝聚核心，可将部分沉渣连续回流到混合池入口，以促进反应过程。合池入口，以促进反应过程。2.2.水温水温 水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢；水温会影响无机盐类的水解。水温低，水解反应慢；水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。另外，水温也影响反应后的沉降过程。另外，水温也影响反应后的沉降过程。3.pH3.pH值及碱度值及碱度影响混凝效果的重要因素影响混凝效果的重要因素 (1)(
34、1)pHpH值影响胶体颗粒表面电荷及值影响胶体颗粒表面电荷及电位电位 对于带正电胶体，对于带正电胶体，pHpH降低，降低，H H+吸附量增加，胶粒电荷增大，吸附量增加，胶粒电荷增大，电泳速度加快；电泳速度加快；pHpH升高，结果与上相反。升高，结果与上相反。(2)(2)pHpH值对混凝剂作用的影响值对混凝剂作用的影响 pHpH影响着混凝剂在水中的存在状态，不同的影响着混凝剂在水中的存在状态，不同的pHpH，混凝剂水解产，混凝剂水解产物不同，所起的混凝作用各异。物不同，所起的混凝作用各异。工程上应充分考虑混凝剂水解而引起水工程上应充分考虑混凝剂水解而引起水pHpH值的变化，必要时进值的变化，必要
35、时进行适当调节，使其满足混凝作用的要求。行适当调节，使其满足混凝作用的要求。.共存杂质共存杂质 (1)(1)有利成分有利成分:可促进混凝过程。除硫、磷化合物以外的其他各种可促进混凝过程。除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。(2)(2)不利成分不利成分:不利于混凝过程的进行。磷酸离子、亚硫酸离子、不利于混凝过程的进行。磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。氯、螯合物、水高级有机酸离子影响高分子絮凝作用。氯、螯合物、水溶性高分
36、子物质和表面活性物质不利于混凝。溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。5.5.混凝剂混凝剂 （重点）（重点）混凝剂种类混凝剂种类 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。胶体胶体电位高，应投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；絮体细小，电位高，应投加无机混凝剂使其脱稳凝聚；絮体细小，须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。混凝剂投加量混凝剂投加量 投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。废水的混凝处理，最佳混凝剂和最佳投药量的选择应通过实废水的混凝处理，最佳混凝剂和最
37、佳投药量的选择应通过实验确定。验确定。混凝剂的投加顺序混凝剂的投加顺序 当使用多种混凝剂时，当使用多种混凝剂时，其最佳投药顺序可通过试验来确定。其最佳投药顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50um50um以上时，常先以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。6.6.水力条件水力条件 水力条件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指水力条
38、件对混凝剂效果有重要影响。主要的控制指标为标为搅拌强度搅拌强度和和搅拌时间搅拌时间。混合阶段混合阶段，要求混凝剂于废水迅速均匀混合，为此，要求混凝剂于废水迅速均匀混合，为此要求要求G G在在500-1000s500-1000s 1 1，搅拌时间，搅拌时间t t 应在应在10-30s10-30s。反应阶段反应阶段，相应，相应G G和和t t值分别应在值分别应在20-70s20-70s-1-1和和15-15-30min.30min.为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌进行混凝的模拟实验。搅拌进行混凝的模拟实验。l一、概述l二、分类l三、加压溶
39、气浮上法的基本原理l四、加压溶气浮上法系统的组成及设计 气浮法是固气浮法是固-液或液液或液-液分离的一种方法。它是通过某种液分离的一种方法。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度小于或接近水的密度小于或接近水的细小固体或液体颗粒细小固体或液体颗粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固-液或液液或液-液分液分离。离。1.1.电解气浮法电解气浮法2.2.分散空气浮上法分散空气浮上法l扩散板曝气气浮法扩散板曝气气浮法l叶轮切割气泡气浮法叶轮切割气
40、泡气浮法3.3.溶气气浮法溶气气浮法l溶气真空气浮溶气真空气浮l加压溶气气浮加压溶气气浮l加压溶气气浮法：是最常用的一种气浮法，它是使空气在加压溶气气浮法：是最常用的一种气浮法，它是使空气在 加压的条件下溶解于水，然后通过压力加压的条件下溶解于水，然后通过压力 将至常压而使过饱和的空以微气泡的形将至常压而使过饱和的空以微气泡的形 式释放出来。式释放出来。l加压溶气气浮工艺加压溶气气浮工艺:由空气饱和设备（水泵、空压机或由空气饱和设备（水泵、空压机或 射流器、溶气罐）、空气释放设备射流器、溶气罐）、空气释放设备 和气浮池组成。和气浮池组成。l加压溶气气浮的三种基本流程：加压溶气气浮的三种基本流程
41、：全溶气流程、部分溶气流程、回流溶气流程。全溶气流程、部分溶气流程、回流溶气流程。l加压溶气气浮法特点加压溶气气浮法特点1.1.空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度与压力的关系 图图5-2-15-2-1空气在纯水中的饱和溶解度空气在纯水中的饱和溶解度S S0 0与温度与温度T T、压力、压力P P的关系的关系101 203 304 405 507 608 709 811120 8040空气溶解量/（ml.L-1)P/kpa温度 00 150 300l从图从图5-2-15-2-1可得：在一定范围内，温度越低、压力越大，可得：在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度也越大。一定温度下
42、，其溶解度也越大。一定温度下，P P增大，增大，S S0 0也增大。也增大。l真空溶气法利用常压（真空溶气法利用常压（101KPa101KPa）和负压（）和负压（30-40KPa30-40KPa）之差）之差造成溶气过饱和释放。造成溶气过饱和释放。l加压溶气法利用高压（加压溶气法利用高压（300-400KPa300-400KPa）和常压（）和常压（101KPa101KPa）之）之差造成溶气过饱和释放。差造成溶气过饱和释放。l同一温度下，因压差不同，加压溶气法相对真空溶气法释同一温度下，因压差不同，加压溶气法相对真空溶气法释放的气体更多。放的气体更多。（1 1）气泡与悬浮颗粒粘附的条件）气泡与悬浮
43、颗粒粘附的条件 气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起 的。根据作用于气的。根据作用于气-固固-液三相之间的界面张力，可以推液三相之间的界面张力，可以推 测这种吸附力的大小。测这种吸附力的大小。在气固液三相的接触点上，由液、气界面在气固液三相的接触点上，由液、气界面与液、固界面构成的与液、固界面构成的 角称为接触角。根据角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有：三个界面张力在接触点处于平衡有：G GS S=L LG Gcos+cos+L LS Sl当当=0=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面
44、。吸附在固体表面。l 当当0 0 9090时，固体与气泡吸附的不时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。够牢固，容易在水流的作用下脱附。l当当 90 90时，则容易吸附。时，则容易吸附。或者吸附前后单位面积上的界面能差或者吸附前后单位面积上的界面能差E=EE=E1 1-E E2 2=（L LG G+L LS S）-G GS S =L LG G（1-cos1-cos）l 0 0，E 0E 0，不能吸附。，不能吸附。l 180 180，E 2 E 2 L LG G ，易吸附。，易吸附。气固固固LGLSGSLGLSGS液 90 90 总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附总
45、之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附（2 2）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种：）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种：l 气泡吸附颗粒上浮气泡吸附颗粒上浮l 气泡顶托颗粒上浮气泡顶托颗粒上浮l 气泡裹夹颗粒上浮气泡裹夹颗粒上浮（3 3）“颗粒颗粒-气泡气泡”复合体上浮速度复合体上浮速度 当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小，上当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小，上升的速度越大。升的速度越大。2sld18)(g上l 除强疏水性物质外，一般疏水性物质和亲水性物质除强疏水性物质外，一般疏水性物质和亲水性物质均需投加化学药剂，以改善颗粒的表面性质，增加气泡均需投加化学药剂，以改
46、善颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。与颗粒的吸附。l 常用的化学药剂有：常用的化学药剂有：l 混凝剂混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。l组成：压力溶气系统（加压泵、压力溶气罐、空气供组成：压力溶气系统（加压泵、压力溶气罐、空气供 给设备、附属设备、空气释放设备、气浮池。给设备、附属设备、空气释放设备、气浮池。l设计计算：气浮所需空气量、溶气罐、气浮池。设计计算：气浮所需空气量、溶气罐、气浮池。u解吸或脱附 mCe)V(Comxqef(C)C)f(T,Tq恒定eeeebC1abCqa1C1ab1q1ee1)(Ce/Cs)(B1Ce)(CsBaCqeen
47、1eeKCq l反渗透技术反渗透技术l反渗透技术的应用反渗透技术的应用l反渗透技术的经济适用性反渗透技术的经济适用性l反渗透技术的发展反渗透技术的发展包括：树脂离子交换技术 多级闪蒸技术 冷冻技术 溶剂萃取技术 膜技术 包括：反渗透技术 微滤 超滤 电渗析 EDI l1748年法国Abble Nelle发现渗透现象。l1950年美国Reid和Hasslar提出反渗透海水淡化。l1953年实验室证明反渗透的脱盐能力。l1960年世界上第一张反渗透膜研制成功。l1972年至1977年世界范围内反渗透数量增至15倍，制水量增加至41倍。l90年代初仍以18%速度递增。l2000年达到了普及净推动力外
48、加压渗透压脱盐层多孔层支撑层0.2 m40 m120 mPolyamidePolysulfoneUltrathinBarrier LayerMicroporousPolysulfoneReinforcingFabricFeed spacerPermeate spacerMembrane leaf产水量产水量:16.5万吨/天元件数元件数:8,400支BW30400FR排列排列:68/32,7芯外壳浓水产品水高压泵RO水回收率水回收率50%以下以下脱盐率脱盐率99%一般适用于海水淡化一般适用于海水淡化100m3/h50m3/h50m3/h高压泵浓水产品水RO水回收率水回收率75%80%脱盐率脱盐
49、率98%一般适用于一般适用于6000mg/L以下苦咸水以下苦咸水100m3/h75m3/h25m3/h高压泵浓水产品水RO100m3/h水回收率水回收率85%87.5%脱盐率脱盐率97%一般适用于含盐量一般适用于含盐量400mg/L以下的原水以下的原水补充说明：该方式在实际系统中较少采用。补充说明：该方式在实际系统中较少采用。85m3/h15m3/h一级浓水产品水二级浓水二级RO一级RO一级高压泵二级高压泵水回收率水回收率75%脱盐率脱盐率99.8%出水电导率可达到出水电导率可达到0.5 s/cmPH调节l反渗透是在室温条件下，采用无相变的物理方法使水进行淡化、纯化。l在多种水处理技术中能耗最
50、低。l无需大量的化学药品和酸碱再生处理。l无化学废液和酸碱排放，无环境污染。l操作方便，自动化程度高，出水水质稳定。l适用于较大范围的原水水质，即适用于苦咸水、海水、污水的处理，又适用于低含盐量的淡水处理。l占地面积小、设备维护、检修工作量极少。25%的进水要排掉 约5%TDS渗透过来，其产水对HP锅炉不足娇贵的个性导致其容易被堵塞 提高操作成本 降低树脂寿命适用行业领域：电力、石油、石化、化工、电子、冶金、医药、食品饮料等。l工业锅炉补给水处理。l化工、石化、化肥的生产用水处理。l电子行业的生产用水处理。l食品饮料、医药行业的生产用水处理。l果汁、奶酪、药品的浓缩提纯。l贵重金属回收。l海水
