水处理的混凝工艺原理

水处理混凝原理

1、混凝定义

向原水中投加混凝剂，破坏水中胶体颗粒的稳定性，通过胶粒间以及其他微粒疸的互相碰撞和聚焦，形成易于从水中分离的絮状物质的过程，称为混凝。

混凝是去除天然水中浊度的最主要的方法。水中浊度是由细微悬浮物所造成的，分散度处于胶体状态时将产生最大的光散射，因而胶体物质是形成浊度的主要因素。

混凝也是去除天然色度的重要方法。水中天然色度来源于的有机植物，主要是土壤中所含的腐殖质。腐殖质是成分十分复杂的物质，分子量从几百到数万。有一部分天然色度属于高分子真溶液，但投加混凝剂可以使天然色度分子与铝或铁形成难溶的络合物，或者是通过混凝剂带的正电荷的水解产物与色度分子的负电荷中和而形成凝絮。

混凝对某些无机物和某些有机污染物，也有一定的去除效果。

水中的铁、硅可以以有机物、亚铁盐的形式，也可以胶体络合物的形式存在于水中。当以胶体形式存在时，可以用混凝的方法去除。如上海黄浦江原水总硅量约16.8毫克/升，溶解性硅为5.6毫克/升，采用混凝-沉淀-过滤处理后，总硅量可降到6.7毫克/升。如果用加强混凝的方法，胶体硅可下降到0.2-0.4毫克/升。

生活饮用水中规定的十种无机物和重金属污染，除了盐和氟化物外，混凝对常见八种重金属污染都有一定的去除效果。

2、混凝过程

混凝常见分为凝聚和絮凝两个阶段。

胶体颗粒具有十分巨大的比表面积，胶核表面的电位 离子吸收相反的离子，形成内外两个电离层。胶体核心外是扩散层和吸附层，当同号电荷颗粒接近到扩散层时同电荷会产生斥力，这是胶体颗粒不会聚集的主要原因。当原水投加混凝剂时，随着采用混凝剂的品种、投加量、胶体颗粒的性质以及介质环境温度等多种因素发生以下变化：

⑴压缩扩散层。当向水中投加电解质盐类时，水中的离子浓度增加，扩散层厚度减少。

⑵吸附和电荷中和。当采用铝盐或铁盐作为混凝剂时，随着PH值的不同，会有不同的水解产物。当pH较低时，带正电荷。与多数为负电荷的胶体（胶核）颗粒起中和作用，从而导致颗粒相互聚集。

⑶凝絮网捕。以原沉淀物为网状核心，水中的胶体颗粒可被这些析出的沉析物捕获，水中有胶体越多，沉降分离速度越快。

⑷粘结架桥。投加高分子物质时，胶体颗粒对高分子物质产生吸附作用，通过高分子链状物吸附胶体，从而减少投加混凝剂的量。

凝聚过程可分为混凝剂投加混合、胶体脱稳、异向絮凝。胶体脱稳是混凝剂水解和杂质胶体脱稳聚集，异向絮凝主要是颗粒的布朗布朗运动聚集，同向絮凝是液体运动聚集。

絮凝是指同向絮凝是液体运动聚集成大片状的凝絮物。

3、影响因素

⑴混凝剂的影响

聚铝、聚铁为常见水解阳离子的无机盐炎。聚丙烯酰胺，处理高浊度的水以及污泥脱水有一定应用。天然骨胶与三氧化铁同时使用，也有较好效果。活化硅酸经常使用为低温度低浊度水的常用助凝剂。

当水的pH值非常低时，如小于3，此时通过铝离子或铁离子的阳离子浓度增加，压缩胶体颗粒的扩散层使胶体失稳，这种絮凝作用非常有限，起不到效果。

铝盐或铁盐水解产物溶解度非常的低，当投加量超过溶解度时，将产生氢氧化铝或氢氧化铁沉淀，在沉淀过程中形成了一系列的金属羟基聚合物。如溶液的pH值较低时，低于金属氢氧化物的等电点，带正电荷的聚合物占多数，它通过吸附作用以及电荷中和使胶体失稳，从而产生聚凝和絮凝。

当溶液的pH值较高时，高于金属氢氧化物的等电点，带负电荷的聚合物占多数，此时凝聚通过聚合物的粘结、搭桥、联结吸附来完成。

当投加的混凝剂量特别大时，所产生的铝或铁的氢氧化物远远超过它们的饱和度，将形成大量的氢氧化物沉淀析出物，它可以通过网捕来达到凝聚。

因此，铝盐或铁盐的凝聚机理取决于溶液的pH值、混凝剂的投加量和原水中的胶体含量。并且以上机理可以同时存在，可能通过失稳、架桥、网捕来达到凝聚的过程。

⑵原水水质影响

原水质影响主要因素是水的浊度和碱度、硬度。混凝剂的机理与pH值直接相关，因

此混凝与碱度有一定的关系。加入混凝剂的原水，水中的碱度物质(阴OH-,HCO3-,CO32-)对pH值有一定的缓冲作用，即使两种原水pH值和混凝剂投加比例相同，如果碱度差别较大，投加后的pH值也不同。

①悬浮物含量高，碱度低。加入混凝剂的原水pH值小于7，水解产物为正电荷。可以通过吸附和电中和，来完成凝聚。铝盐的最有利的pH值6-7，铁盐的pH值5-7效果好。

②悬浮物含量高，碱度高。加入混凝剂的原水pH值大于7.5或以上时，混凝剂的水解产物主要为负电荷。此时通过采用析出物的网捕的方法，需要投加足量的混凝剂如每升水30毫克到80毫克。

③悬浮物含量低，碱度高。由于悬浮物含量低，因而常需要投加助凝剂如活化硅酸、粘土颗粒等，以暂时增加胶体颗粒浓度，相应减少混凝剂的投加量，此时也可用少排沉淀物用絮凝物作为助沉剂。也可以直接过滤的方法降低浊度。

④悬浮物含量低，碱度低。

这是最难处理的原水。投加混凝剂，不能有效的凝聚。可以直接过滤的方法降低浊度。也可以用其他方法联合处理，如增加碱度投入氧化钙，或增加悬浮物含量等等。

⑶水温的影响

水温与水的粘度和运动粘度有关系，温湿度降低，凝聚效果一般情况下效果降低。

①温度降低，分子、离子运动速度慢，布朗运动扩散能量减弱，电中和作用减弱，胶

体脱稳速度慢。

②温度降低，运动粘度增加，胶体颗粒迁移运动减少，胶体颗粒粘结碰撞机会减少。

③温度降低，胶体颗粒吸附长大能力下降。

④温度下降，最佳混凝效果的pH值上升。

当温度下降到5-10℃以下时，需要投加助凝剂，补偿反应速度和凝絮大小的影响。

4、设备设施

⑴混合设备

水泵、布料器(布料管)、搅拌器。有时可利用入口水力搅拌。

⑵机械搅拌混合池，反应池

圆形或方形水池，方形水池深宽比在1：1到3：1之间。机械搅拌设备一般为立式。最常见的为机械搅拌加速澄清池、水力驱动加速澄清池和水力循环加速澄清池。都分为第一反应区(室)、第二反应区和澄清区(分离室)。

⑶分流隔板混合池，反应池

分流隔板混合池是利用隔板使水流受到局部阻流而产生喘流来达到混合的装置。一般设置三个及以上隔板的矩形水槽。最后一道隔板水深大于0.4到0.5米，槽内水流速在0.4

到0.7米/秒。隔板缝隙在水下，防止空气进入。一般设置隔板间的距离为槽宽的二倍速。

⑷絮凝过程和基本原理

略

⑸反应池分类和选择

①反应池分类

按水流类型分，推流式、单级完全混合流、多级串联完全混合流、推流与完全混合流串联。

按能量来源分，外加机械能，利用沿程水位差，利用进口流速动能。

按速度梯度分，渐变形式、阶梯形式、跟踪形式。

②常用反应池

机械搅拌混合池和分流隔板混合池已经介绍。其中隔板反应池分为垂直隔板和水平隔板。机械反应搅拌分水平转轴浆板和垂直转轴浆板。旋流反应池、涡流反应、粒料接触反应池五种的反应池。

组合反应池分为三种，机械与水平隔板反应组合池，穿孔旋流与水平隔板反应组合池，回流式与来回式隔板反应组合池。

③各种反应池的适用条件

水平隔板反应池，是最常用的原水混凝处理池。它对于原水的适应性较强，建设成本低。缺点的水头损失约0.5米，运行电费略高。

水平隔板反应池适用于水量规模在2.5到5万立方米/天,水量越大越经济。

折板反应池和波纹板反应池，为垂直隔板反应池。反应效率较高，流程短，沉淀快。

机械搅拌混合池等略。