水的混凝处理-巩义市泰和水处理材料有限公司

沉淀是指水中固体颗粒因重力作用而从水中分离出来的过程
自然沉淀是指水中固体颗粒在不改变其形状或大小的情况下，因重力作用而从水中分离出来的过程。沉淀池就是利用这一原理，在水流速很慢的情况下，使水中密度较大的悬浮物(如泥砂等)从水中分离出来。
混凝沉淀是指由于混凝剂的作用，使水中固体颗粒因互相接触吸附，改变其大小，形状和密度，并从水中分离出来的过程。
化学沉淀是指由于加入某种化学药剂，使水中杂质产生结晶或沉淀，而从水中分离出来的过程，水的石灰软化处理就是根据这一原理，使水中的“暂时硬度”从水中分离出来。
脱稳是指消除或减弱胶体颗粒的稳定性，使其能聚集成较大颗粒，而迅速从水中分离出来的过程。
架桥作用是指高分子混凝剂主链上的数个部位被固体微粒所吸附，使固体颗粒因“串联”而被相对聚集起来的过程。
网捕作用又称卷扫作用。是指混凝剂絮体在沉淀过程中吸附卷带水中胶体微粒共沉淀的现象。
凝絮又称矾花，是指由混凝剂絮体与胶体颗粒因互相聚集而形成的棉絮状沉淀物。
天然水中的胶体为什么不能用沉降的方法去除？
由于水中的胶体颗粒是由许多离子或分子聚集而成，具有一定的活性表面，产生吸附力，从而吸附了水中的离子(或由于其颗粒表面的电离而产生许多离子)，使胶体颗粒表面带电。由于同类胶体带有同性电荷，因而产生了同性相斥，就阻止了胶体颗粒之间的接触和黏合，使得胶体颗粒一直保持微粒状态而悬浮于水中。
同时，胶体颗粒表面还被一层水分子紧紧包围着(这种现象称为胶体的“水化作用’)。这层水化膜也阻碍和隔绝了胶体颗粒间的接触，使胶体颗粒在热运动中保持了微粒的状态稳定，不能彼此黏合长大，不能从水中自然沉降下来。
怎样除去水中的胶体？
要使胶体颗粒沉淀，就要促使胶体颗粒相互接触。进而彼此吸附而黏合成大的颗粒，并借助重力而沉淀下来。而要做到这点，则必须使胶体颗粒的带电状态减轻或消失。为此，可以采取如下措施：
①加入带有相反电荷的胶体，使之之间产生电中和作用。
②加入与水中胶体电荷符号相反的高价离子，使高价离子从胶体颗拉的扩散层进入吸附层，以降低其接触电位。
③采用增加水中盐类浓度的办法。使胶体颗粒的双电层受到压缩，以减少带电量，从而使水中的胶体颗粒相互接触，并吸附、粘合成大的颗粒而沉降。
什么是水的混凝处理？
混凝处理的目的是为了除去水中的细小悬浮物和胶体物质，这种处理包括凝聚和絮凝两个过程。
1.凝聚过程
凝聚过程包括了使胶体“脱稳”，和使已“脱稳”的胶体聚集成微小凝絮的过程。
所谓胶体“脱稳”就是使胶体由于ζ电位降低(或其他原因)而失去稳定性的过程。
使胶体脱稳的方法有：
①向水中投加带高价“反离子”的电解质；
②向水中投加与水中胶体电荷相反的胶体；
③投加高分子絮凝剂。
2.絮凝过程
絮凝过程是指微小絮凝体在流体动力的作用下，互相碰撞形成大絮凝体的过程。
混凝处理的原理是什么？
混凝是因水中的混凝剂的电离和水解作用，而形成胶体，并与水中其他胶体颗粒进行吸附，混聚成大的颗粒，最后产生沉降。
混凝剂通过以下反应过程产生混凝作用。
①反离子的压缩作用。以混凝剂Al2(SO4)3为例：将Al(SO4)3，投加到水中后，会产生下述电离：Al2(S04)3→2Al3+ +3SO24-
电离产生的Al2(SO4)3为高价反离子，对胶体的扩散层有强烈的压缩作用，使胶体的ζ电位下降，胶粒间斥力变小，使胶粒易于在
相互碰撞中聚集成大颗粒凝絮，并在重力的作用下，从水中沉淀出来。
②吸附架桥作用。当向水中加入高分子电解质时，不仅使胶体“脱稳”而凝聚，同时又进一步形成絮凝体。这是因为高分子物质对胶粒有强烈的吸附作用。高分子长链物一端可能被其他胶粒吸附，形成一个高分子链状物，同时吸附在两个以上胶粒表面上。此时高分子长链像是各胶粒间的桥架，将胶粒联结在一起使胶粒间形成架凝体，最终沉降下来，从而从水中除去这些胶体杂质，这种作用称为吸附架桥作用，由于悬浮微粒的吸附和高分子物质的架桥作用，破坏了胶体的稳定性，逐渐形成类似棉絮的沉淀物(俗称“矾花”)，该过程通常称为“絮凝”。无机高分子盐类。如铝盐，铁盐的水解产物也能起到类似吸附架桥的这种作用。
③网捕作用。当向水中投加铝盐、铁盐等药剂时，铝盐或铁盐会在水中水解成高聚合度的氢氧化物，像一张滤网，可以吸附，夹带水中的胶体杂质而沉淀，这个作用可以称为混凝剂的网捕作用。
影晌混凝效果的因素有哪些？
影响混凝效果的因素很多。其中的主要因素有以下几种：
①水温
水温对混凝处理的效果有明显的影响：水温低。形成凝絮的时间长，凝絮含水量多，沉降速度慢，不利于混凝反应和凝絮的沉降。用氯化铝作混凝剂时，水温以25-30℃为最佳，用铁盐如聚合氯化铝铁混凝时，水温对混凝效果的影响不是很大。
②水的pH值
水的pH值对混凝效果的影响可以从下面两个反应式中看出：铝盐[以Al2(SO4)3为例]，铁盐(以FeCl3为例)水解反应如下：
Al2(SO4)3+H2O→2Al(OH)3+6H+ +3SO24-
FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3H+ +3Cl-
从反应式可以看出，混凝剂水解反应的平衡均受H+的影响，也就是说，均受水的pH值影响。以Al(OH)3为例：当水的溶液小于5.5时，受H+的作用，Al(OH)3被溶解，胶体被破坏：Al(OH)3 +3H+ →Al3+ +3H2O
同样，当水的pH值提高至7.5以上时，Al(OH)3也会被溶解。Al(OH)3+OH- →AlO2- +2H2O
因此在用铝盐作混凝剂时，水的pH值一般应在5.5-8.0之间。
使用铁盐作混凝剂时，也应注意控制水的pH值。
③混凝剂用量
应根据具体情况，通过试验来求出最佳加药量。表2-1所列数据可供参考。

常用混凝剂的用量
混凝剂剂量/(mg/L) 硫酸铝硫酸铝钾硫酸亚铁三氯化铁

20-100 30-140 15-50 4-40

④接触介质
实践表明：在水中保留有一定数量的泥渣，可以起到增加水中胶体碰撞接触机会及为混凝剂在颗粒结晶成核提供“核心”的作用，这样便于凝絮在泥渣颗粒上形成长大，有利于对水质杂质的吸附、沉降和分离。
⑤混凝过程的水力条件
从水力条件上讲，可将混凝过程分为混合和反应两个过程。
1.混合过程。在剧烈的搅拌中，使混凝剂迅速均匀地扩散，为混凝剂的水解，缩聚反应及胶体的脱稳创造条件。从混凝剂加入絮凝体开始形成，这个过程一般不超过2min。
2. 反应过程。经过与药剂充分混合的水开始在较大的反应流速下，使水中胶体颗粒继续发生碰撞吸附；又在较小的反应流速下，使脱稳的胶体形成沉淀性能较好的絮凝体。随着反应流速的逐渐减慢，絮凝体也逐渐长大，沉降速度也逐渐加快，反应阶段的时间一般不超过30min。反应阶段的水流速度不能太快，否刚容易使已经形成的絮凝体被打碎。形成胶体再稳，混凝效果变坏。为了达到水流速度先快后慢的目的；澄清设备通常设计成几个反应室，使水流速度反应要求变化，以达到反应对水力搅动的要求。
什么叫混凝剂？如何分类？
混凝剂是指能使水中悬浮物，胶体物等杂质颗粒产生絮状沉淀的物质。
按照使用化合物的类型，可将混凝剂分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类，其中有机混凝剂又可分为天然高分子化合物，阳离子高分子化合物，阴离子高分子化合物和非离子高分子化合物等。
常用无机铝盐混凝剂有哪些？
可做混凝剂的铝盐有多种。如硫酸铝：[Al2(SO4)3·18H2O]，明矾[K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]，聚合氯化铝、碱式氯化铝、铝酸钙等。
①硫酸铝在工业用水处理中，常用的混凝剂是硫酸铝。因为它的含铝量比明矾多。工业用硫酸铝为自色晶体，常因含有少量游离的H2SO4，而使其水溶液呈酸性，腐蚀性较强，配药操作困难。
硫酸铝使用方便，对处理后的水质无不良影响。但在水温低时，会水解困难，形成絮凝体比较松散，效果不如铁盐。另外，硫酸铝对水的pH值适应范围较窄，一般在5.5-8.0之间，加入量一般约在几十mg/L到100mg/L之间。如果加入量过大，使水的pH值下降，反而会影响混凝效果，使水发浑。
②明矾明矾为白色块状结晶体，其起混凝作用的成分还是硫酸铝。因此其混凝特性与硫酸铝相同。
③聚合氯化铝聚合氯化铝以称碱式氯化铝。是一种由碱式氯化铝聚合而成的无机高分子化合物，其化学式可以表示为碱式盐{Aln(OH)mCl3n-m}；也有按其所含羟基和氯离子的比值来表达的。例Al2(OH)5Cl。
聚合氯化铝组成中的OH-和1/3Al的相对含量对其性质有很大影响，这个量常用碱化度B来表示，即B=[OH]/[1/3Al]*100%
式中[OH]--聚合氯化铝OH的浓度，mol/L；[1/3Al]--聚合氯化铝中1/3Al的浓度，mol/L。
碱化度是聚合氯化铝的一个重要指标：当B约在30%以下时，混凝剂全部由小分子构成，混凝能力低；随着B值的上升，化合物中羟基所占比例增大，混凝能力上升。但B值过大，其稳定性变差，溶于水后易发生沉淀。一般工业产品的碱化度控制在50%-80%。
用聚合氯化铝做混凝剂有如下优点：
①适用范围宽。对低浊度水、高浊度水、有色水和某些工业废水，都有较好的混凝效果。
②加药量少。按Al2O3计，其用量可减少至硫酸铝的1/2-1/3，可节约药耗，降低制水成本。
③操作方便。一般pH值为7-8时都可取得良好效果，低温时效果仍旧稳定。
④形成凝絮快。
⑤对设备腐蚀性小。
常用无机铁盐混凝剂有哪些？
常用作混凝剂的铁盐有三氯化铁FeCl3·6H2O和硫酸亚铁水合物FeSO4·7H2O以及聚合硫酸铁。
①三氯化铁三氯化铁水化物是一种黑褐色的结晶体，极易溶于水。溶解度随温度升高而增大；形成的矾花比重大；易沉降；处理低温、低浊水效果比铝盐好，其适宜的pH值范围也较宽，在5.0-11.0之间。但三氯化铁易于吸潮，其水溶液的腐蚀性很强，必须注意加药系统的防腐。此外用三氯化铁处理后的水色度较高。
②硫酸亚铁硫酸亚铁是一种半透明的绿色晶体。俗称“绿矾”，易溶于水。硫酸亚铁离解出的Fe2+生成溶解度较大的Fe(OH)2，混凝效果不好，因此在使用时应先将Fe2+氧化成Fe3+。
当水的pH值大于8时，Fe2+易被水中的溶解氧氧化成Fe3+，因此当pH<8时，可适当添加石灰，以提高pH值和碱度、也可采用加氯的方法，使Fe2+变成Fe3+：6FeSO4+3Cl2→2Fe(SO4)3+2FeCl3
铁盐的混凝作用与铝盐相似。
③聚合硫酸铁聚合硫酸铁是一种以铁的硫酸盐为原料，经加工制造成的无机高分子混凝剂，其化学通式可表示为[Fe(OH)n(SO4)3-n/2]m。
从运行实践看，聚铁的混凝能力较强，除色和除有机物的效果优于铁盐，其适用的原水pH值范围较宽，一般为4-11；对于低温和低浊水，也有较好的处理效果。

常用有机高分子絮凝剂有那些？
有机高分子絮凝剂有些文献称为有机混凝剂，这些絮凝剂多做为助凝剂，与无机混凝剂联合使用，处理效果较好。
有机高分子絮凝剂的净化作用，主要是它们的吸附与架桥，使水中的胶体物和细小悬浮杂质生成沉淀性能良好的絮凝体。作为有机高分子絮凝剂的化合物，多是线型或带枝节的线性聚合物，聚合物的链节数以1000-5000节为适宜。在高分子的链上还必须有能起吸附作用的基团，例如-COOH，-SO3H，-CONH等。
高分子絮凝物在水中可以电离，从而形成带阳离子(或阴离子)的基团，由于这些带电基团的同电相斥，使线型高分子能充分伸展开。因此，能很好地发挥其架桥的凝絮作用；同时带电基团还能对脱粒起电中和的脱稳作用；也有利于增强混凝效果。
根据有机高分子絮凝剂电离后，其聚合离子所带电荷性质的不同，可将有机高分子絮凝剂分为阳离子型，阴离子和非离子型三种，典型的有机高分子絮凝剂如表所示。

有机高分子絮凝剂
阳离子型	阴离子型	非离子型
聚丙烯酰胺 PAM	聚丙烯酰胺 PAM	聚丙烯酰胺 PAM
聚二甲基二烯丙基氯化铵 PDMDAA	聚丙烯酸 PAA
聚二丙烯二甲基胺 PDADMA	聚丙烯酸 PAA

什么叫助凝剂？如何分类？
助凝剂是指在混凝处理过程中，为了提高混凝效果，加快絮凝过程所添加的辅助剂。
按助凝剂在水中的作用，大体上可以分为四类。
①为pH调整剂。这一类助凝剂主要是调整pH值，使混凝过程控制在最佳pH值范围，以保证絮凝效果。常用的pH值调整剂主要是各种碱性物质。
②氧化剂。这类助凝剂有两个作用：一是破坏原水中有机物，以提高混凝效果；二是改变混凝剂形态，促进絮凝效果。例如当使用FeSO4做混凝剂时，为了提高混凝效果，就要将Fe(II)氧化成Fe(III)等。
③絮凝体加固剂。这类助凝剂可以充当絮凝的核心，用来加快絮凝过程和增加絮凝牢固性。
④高分子吸附剂。这类助凝剂主要是高分子物(如天然的水溶性淀粉和人工合成的聚丙烯酰胺等)。加入水中时，由于离子型基团可以消除杂质颗粒间的电性斥力或利用高分子物的链状结构起架桥作用，从而强烈地吸附水中杂质微粒而产生絮凝。

常用的助凝剂有那些？
化学水处理常用助凝剂见表所示。

常用助凝剂一览
助凝作用	名称	应用情况
pH调整剂	石灰 CaO 纯碱 NaHCO3 苛性钠 NaOH	原水碱度不足时，需加入石灰或纯碱进行调整
pH调整剂	硫酸 H2SO4	调整混凝水pH值
氧化剂	液氯 Cl2 漂白粉 CaOCl2 漂白水 NaOCl	①破坏混凝水中有机物，提高混凝效果 ②当用FeSO4做混凝剂时，将Fe2+氧化成Fe3+，促进混凝作用
絮凝体加固剂	水玻璃 Na2SiO3 活性炭黏土膨润土	①加固絮凝体强度，增大其密度 ②原水浊度低或水温较低时，使用效果较好 ③助凝剂投加前应用水充分湿润 ④中、高压锅炉水处理慎用水玻璃
高分子吸附剂	淀粉聚丙烯酰胺(简称PAM) 海藻酸钠(Na6C6H7O6)n 骨胶(C2H4O2·R)	①强烈的吸附、架桥作用，使细小松散的絮体粗大紧密 ②与常用混凝剂配合使用，并视原水原水浊度按一定顺序先后投加 ③用量应适宜避免由于吸附作用而产生的过分交联作用 ④适用于处理高浊度水

什么叫电混凝法？
化学混凝的一个主要问题，是会增加水中的阴离子含量，例如向水中投加Al2(SO4)3时，水中的SO24-含量会增加，对离子交换除盐工艺而言，这会增加阴床的交换负担。
同时，化学混凝法对低温、低浊度水的处理效果也不理想。
电混凝法又称电解絮凝法。是指将金属铝或铁作为电极，在直流电的作用下，阳极溶蚀，产生凝絮离子Al3+，(或Fe3+)，再经过一系列水解、聚合(及亚铁的氧化)等过程，使水中的胶态杂质与悬浮杂质发生絮凝沉淀而分离。
同时，由于带电污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和，而进一步促使其脱稳、聚沉。
电混凝法有什么特点？
电混凝法有如下特点：
①去除率高。实验表明，电混凝对水中的COD去除率一般可达70%-80%。
②节约成本。在同样去除条件下，电混凝法所耗铝量为药剂法的1/3-1/10，不需要药品仓库、配制、计量等一系统操作和设备。设备占地小，管理方便。
③水中杂质含量发生变化时，可通过调整直流电电压和电流便可保证出水水质，工艺操作周期短，简便易行。
④与药剂法相比，具有可去除的污染物和pH适应范围宽，凝絮形成快且牢固等优点。
⑤电能消耗大。
什么叫直接电混凝法？
直接电混凝法是指将进行混凝净化的水，通过一个放置金属电极(铝或铁)的电混凝器，并在阳、阴极间加上直流电后，即产生电混凝作用。现以铝电极为例(图2-1)，加以说明。
①在阳极，铝以铝离子形态进入水中：Al-3e→Al3+
②在直流电作用下，由水分子离解产生的H+和OH-发生定向迁移。H+向阴极迁移得到电子后成为氢：2H+ +2e→H2↑
OH-向阳极迁移，失去电子后生成H2O：4OH- -4e→2H2O+2[O]↑
③在pH值适宜的条件下，从阳极进入水中的Al3+，与水中迁向阳极的OH-反应，生成Al(OH)3
Al3+ +30H- →Al(OH)3↓
当可溶性材料电极布置在整个电混凝器。且采用较小电流密度时，上述化学反应主要是①和③中的阳极溶解，并形成氢氧化铝的过程，而②中的氧化还原反应为次要过程。
于是在电混凝器中，氢氧化铝絮凝体与水中的胶态杂质，悬浮杂质混凝、聚集、形成较大的凝絮体，进而沉淀分离。同时带电的污染颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电场中和，而进一步促进了污染颗粒的脱稳如聚沉过程。
影响电混凝效果的因素有卿些？
影响电解絮凝效果的主要因素有以下几种。
①水温。在电解絮凝的过程中，当温度由2℃升到30℃时，电极的溶蚀量明显增大，电流效率平均增大8%。如再升高温度，则电极溶蚀的速度便较慢。
②水的pH值。在酸性和碱性介质中，铝电极的电流效率均比在中性介质中大。例如当水的pH值由7增至12时，电流效率增大约25%。
实践表明：用电解絮凝法处理地表水时，当水的pH值在3-11范围内均可获得较好的效果。
③电流密度。电流密度是指单位板极面积上的电流强度：电流密度大，处理速度快，耗电量增加，电极使用寿命受影响；电流密度小，处理速度慢，耗电量小，但水处理电解槽容积增大，投资增加。
实践表明：采用铝电极时，电流密度为2mA/cm2，采用铁电极时，电流密度为0.8mA/cm2，此时COD去除率约70%。
④槽电压。槽电压主要取决于极板间距和被处理水的电阻率。极板间距大，则槽电压高，电耗大；极板间距小，则处理时间短，槽电压低，耗电少。通过实验，采用铁电极时，极板间距为18cm，选用两个铁电极较好；选用三个或四个铁电极时，槽电压虽然有降低，但电流效率也降低，安装维修和管理都比较困难。
⑤停留时间。通过实验得知：停留时间不宜过长。宜控制在16min为最好。否则电流效率降低。
巩义市泰和水处理材料有限公司专业生产聚合氯化铝、碱式氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝铁、三氯化铁、硫酸铁、各种无机盐类絮凝剂、无机铁盐、铝盐、助凝剂聚丙烯酰胺等净水药剂的专业厂家。

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