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影响混凝试验效果的条件

日期:2018/1/26 15:50:47 来源:巩义市大千净化材料有限公司

混凝过程是混凝剂与水及胶体和细微悬浮物之间相互作用的复杂物理化学过程。为了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出水浊度,就必须根据原水中胶体和细微悬浮物的性质、浓度和介质性状,正确控制过程的工艺条件。这些条件主要有水温、pH值、混凝剂的种类和用量,以及搅拌强度和搅拌时间。在实际生产应用中这些条件直接影响混凝作用的效果。

1.pH值

当铁盐、铝盐混凝剂加入水中,发生水解反应产生H+,降低了pH值,因此对混凝效果产生影响。pH值对混凝过程影响非常大,而且是多方面的,这里讨论的pH值主要是加药后的pH值,而不是原水的pH值。

(1)pH值对混凝剂水解产物形态的影响

水合络离子的水解是不断放出质子(H+)的过程,随pH值的变化水解的产物表现出不同形态,从而对混凝效果产生不同的影响。不同pH值所对应的铁盐、铝盐的水解产物如图4-4、图4-5所示。

铝盐水解产物存在形态与pH值关系.jpg铁盐水解产物存在形态与pH值关系.jpg
图4-4铁盐水解产物存在形态与pH值关系图4-5铁盐水解产物存在形态与pH值关系

当原水中有足够的碱度(例如 HCO3-)中和混凝剂水解反应产生的H3O+时 ,水解反应可以继续进行下去。

HCO3-+ H3O+→2H2O+CO2↑

当原水中碱度不足以中和混凝剂水解反应产生的H3O+ 时,为了防止pH值急剧下降,常人为加碱以提高碱度,这个过程称为碱化,加碱量可按下式计算:

CJ=DN+0.4-A

式中:CJ——需添加的碱量,mmol/L;

     DN ——混凝剂投加量,mmol/L;

     A ——原水的碱度,mmol/L;

     0.4——残留碱度,一般取0.3~0. 5mmol/L。

    如果计算结果CJ为负值,则不需碱化。

6.5~7.5是混凝法去除浊度的最佳pH值,对应混凝剂水解产物主要是低正电荷高聚合度的多核羟基络离子和氢氧化物。试验证实,在此pH条件下,原水中胶粒仍具有一定的负电位,其值约为-10~-15mV 。因此混凝处理的关键是通过低正电荷高聚合度的多核羟基络离子的吸附架桥作用来实现的。

    2)pH值对原水中有机物的影响

    有机污染物不可避免地存在于天然水体中,因此,如何提高有机物的去除效率是混凝处理过程中重要问题之一。pH值对水中有机物存在形态有很大影响,因此直接影响混凝处理过程中有机物的去除效果。当水的pH值较高时,天然水中腐殖酸类有机物转化为腐殖酸盐类化合物,因而难于吸附到絮凝体上去除;当水的pH值较低时,天然水中腐殖酸类有机物质子化程度较高,此时易于吸附到絮凝体上通过共沉淀去除。试验表明,水中腐殖酸类有机物在弱酸性的条件下去除率较高,最佳pH值一般为6.0±0.5。当然对含有以有机胺类碱性有机物为主的水,混凝pH值偏碱条件下,去除率会高一些。对某一具体水质混凝处理最佳pH值最好通过模拟混凝处理试验来求得。在混凝处理过程中,水中有机物去除率与混凝pH及有机物种类、形态有很大关系,一般可以达到20%~60%。

2.混凝剂剂量

    混凝剂的剂量是影响混凝效果的主要因素之一,它与出水剩余浊度之间的关系如图4-6所示。曲线分为四个区域,在第一区域,因剂量不足未起到脱稳作用,故剩余浊度较高;在第二区域,因剂量适当,产生了较好的凝聚,出水剩余浊度急剧下降;在第三区域,剂量继续增加,由于胶粒吸附了过量的混凝剂水解中间产物,而引起胶粒电性改变,产生再稳定现象,水剩余浊度重新增加;在第四区域,进一步加大剂量,生成大量难溶氢氧化物沉淀,通过吸附、网捕、卷扫等作用,引起再次凝聚,出水剩余浊度再次下降。工业上一般水的混凝,混凝剂用量均在第二区域。

混凝剂量对混凝效果的影响.jpg

混凝过程是一个相当复杂的物理化学过程,很难根据计算来求得所需的加药剂量.对某一具体水源而言,应通过混凝剂量试验求得最佳剂量。根据运行试验,天然水的混凝剂量一般为0.3~0.7mmol/L,各种混凝剂的加药量可参考下列数据:

    ·聚合氯化铝5~l0mg/L;

    ·三氯化铁25~60mg/L;

    ·硫酸铝35~80mg/L;

    ·聚合铁5~8mg/L;

3.水温

水温对混凝效果有明显影响,对不同种类混凝剂影响程度不同,具体如图4-7所示。在低水温条件下,絮凝体形成速度缓慢,絮凝颗粒细小、松散、沉降性能差,因此即使加大混凝剂量也难获得良好的混凝效果。其原因主要有以下几方面:①无机盐混凝剂水解是吸热反应,低温时混凝剂水解困难,特别是硫酸铝,当水温在5℃左右时,其水解速度极其缓慢;②低温水的黏度大,使水中杂质颗粒的布朗运动强度减弱,颗粒间碰撞几率减少,不利于胶粒的脱稳凝聚,另外水的黏度大时,水流阻力增大,影响絮凝体的成长;③胶粒的水化作用在低温时增强,妨碍胶体凝聚。为了提高低温水的混凝效果,通常可采用方法有:①增加混凝剂量并投加絮凝剂;②采用受水温影响小的铁盐混凝剂;②采用加热原水改善混凝效果。

水温对出水剩余浊度的影响.jpg

4.原水水质

    原水水质也是影响混凝效果的重要因素,其机理主要表现在以下两方面。

    (1)水中微粒的浓度:水中细小颗粒脱稳后必须有较高的有效碰撞机率才能聚集成长为较大絮凝体从水中分离出来,当水中微粒浓度较小时,这种碰撞机率就较小,凝聚作用较差,甚至不能进行。因此,当水中颗粒浓度较低时,除选择合适的混凝剂外,可通过大幅度地提高混凝剂剂量来产生大量的氢氧化物沉淀,或通过添加一些黏土类颗粒杂质来改善混凝效果。

    (2)水中有机物:水中有机物的形态可分为两大类—颗粒态有机物(包括悬浮态和胶态有机物)和溶解态有机物。颗粒态有机物包括包裹在无机颗粒表面的有机物,这部分有机物的存在通常会阻碍水中微粒的脱稳凝聚,且随着有机物含量升高,这种作用越为明显。为改善混凝效果,要按有机胶体要求改善混凝条件,比如调节pH方法等。

5.水力条件

    整个混凝过程可分为两个阶段:混合和反应。混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大,对这两个阶段的配合非常重要。

    混合阶段为创造良好的水解和聚合条件,要求药剂迅速均匀地扩散到全部水中,使胶粒脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。混合要求快速和剧烈搅拌,在几秒钟或一分钟内完成。对高分子絮凝剂而言,混合作用主要是使药剂在水中均匀分散,混合反应可以在很短时间内完成,且不宜进行过分剧烈的搅拌。

    反应阶段则要求已脱稳微粒通过碰撞作用,絮凝形成大的具有良好沉降性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的长大而逐渐降低,以免打碎已长大的絮凝体。

6.接触介质

    当进行混凝或其他沉淀处理时,在水中保持一定数量的泥渣等起接触介质作用的物质,利用其巨大表面的活性,起吸附核心作用,从而使混凝过程进行得更完全、更快。目前许多混凝处理设备内设有泥渣层。

    综上所述,混凝过程复杂,影响因素较多,目前尚无法用理论计算出所需混凝剂剂量,因此某一具体水质的最佳混凝处理条件只能通过模拟试验来确定。试验的基本设备包括盛水样的烧杯和搅拌器,称为混凝烧杯试验,简称烧杯试验(Jar test)。

    混凝试验的主要目的是获得最佳混凝剂量和最佳pH。国内常用六联混凝搅拌器进行混凝试验。其试验方法简介如下:

(1)最佳混凝剂剂量:基本操作步骤如下:向6个容量为1000mL的烧杯中分别注入水样1000mL,放下搅拌叶片,向6个小加药管中加入不同剂量的混凝剂,启动搅拌器,将转速控制在120r/min,同时向每个烧杯内加药,快搅1min,使混凝剂与水充分混合,然后将转速调到30r/min,持续搅拌10min后停止搅拌,静止沉降20min,然后自液面下2cm取样分析,根据取样分析结果及混凝过程中观察到的絮凝体生成情况确定最佳剂量。

(2)最佳pH值:在求得最佳剂量条件下,向6个烧杯中加入不同量的pH值调节剂,调节成不同的pH值,按上述步骤进行混凝试验,对混凝效果最好的烧杯重新测其pH即为最佳pH值。


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