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培训教程
净水技术篇
讲课内容:
一、混凝技术
二、低温低浊水探讨
三、低流量水处理要点
四、高浊度水处理要点
五、矾花的一般观察方法
饮用水常规处理工艺
原水
加矾
预加氯
混凝
沉淀
过滤
清水池
二泵房
用户
后加氯
反冲洗水回用
一、工艺技术基本知识
*混凝:概念:混凝是凝聚和絮凝的总称。凝聚是指水中胶体“脱稳”—胶体失去稳定性的过程;脱稳胶体相互聚集称絮凝。
(一)胶体的特性
水中杂质按其颗粒大小,可分面为溶解物、胶体颗粒和悬浮物三大类。
分散颗粒
溶解物
胶体颗粒
悬浮物
颗粒尺寸
﹤
1~100nm(或1000nm)
﹥µm(或1µm)
典型物质
无机离子、小分子有机物等
细小黏土颗粒、高分子有机物、腐殖酸、病毒、细菌等
黏土、粉砂、细菌等
溶液体系
真溶液(透明)
胶体溶液(浑浊)
1、胶体的特性
尺寸很小:1~100nm;
稳定而不沉淀:布朗运动;
使水产生浑浊:丁道尔现象;
胶体表面带电:电泳现象;
2、胶体的结构(以黏土为例)
胶核----带负电,吸附层(反离子)、扩散层(自由反离子)-----带正电。胶体表面的电位形成离子和反离子的结构称为胶体的双电层结构。
(二)水中胶体的稳定性。系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
胶体稳定性
动力学稳定:指颗粒布朗运动对抗重力的能力。颗粒越小,布朗运动越剧烈,稳定性愈高。
聚集稳定:指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。布朗运动有自发相互聚集的倾向,但由于粒子表面同性电荷的拆力作用或水化膜的阻碍使得这种聚集不能发生。相反,如果胶体粒子表面同性电荷或水化膜消除,便失去聚集稳定性,小颗粒相互聚集成大颗粒,从而动力学稳定性也随之破坏,沉淀就会发生。
因此,胶体的稳定性,关键在于聚集稳定性。
在饮用水净化处理中,一般加入的混凝剂经水解后形成的水合离子与胶体颗粒带相反的电荷,就能中和颗粒表面的电荷,水化膜也随之消失,使胶体脱稳。这种使胶体脱稳凝聚有机理称为压缩双电层。
对于以水化膜为稳定主要原因的有机胶体,去除水化膜的方法为大量加入电解质,在电解质电离开成水合离子的过程中,夺取有机胶体水化膜中的水分子,使胶体稳。
(三)硫酸铝在水中的化学反应
铝离子通过水解产生的物质分成4类:未水解的水合铝离子;单核羟基配合物;多核羟基配合物;氢氧化铝沉淀物。各种水解产物的相对含量与水的温度、PH值和铝盐投加量有关,采用硫酸铝作为净水剂时,~,此时水解产物以氢氧化铝沉淀物为主。,水解产物以负离子形态出现。
(四)混凝机理
混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有4种:压缩双电层、电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这三种作用究竟以何为主,取决于混凝剂种类、水中胶体粒子性质、含量以及水的PH值
A、压缩双电层:水处理所去除的胶体主要为带负电的胶体,常用的铝盐铁盐混凝剂产生带正电荷的高价羟基聚合离子,起到压缩双电层作用。
B、电性中和:一般水中的胶体带负电荷,加入水解产物带正电荷离子或聚合离子,易被胶粒吸附,从而中和胶粒表面的带电层,从而使胶体脱稳。但在水中铝量投入过量时,水中原来负电荷胶体因包裹可变成带正电荷的胶体,重新回稳。
C、吸附架桥:不仅带异性电荷的高分子物质与胶体具有强烈的吸附作用,不带电甚至带有与胶体同性电荷的高分子物质与胶体也有吸附作用。当高分子链的一端吸附了某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,形成了“胶粒—高分子—胶粒”的絮凝体,高分子物质在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用,故称吸附架桥作用。但当高分子物质投量过多时,两胶粒将受到高分子的阻碍而水能聚集。
若高分子物质为阳离子型聚合电解质,它具有电性中和和吸附架桥双重作用。
D、网捕或卷扫:当铝盐或铁盐混凝剂形成大量氢氧化物沉淀时,可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离。
(五)、混凝过程
在水处理中,“混凝”工艺过程可分为“凝聚”和“絮凝”两个过程,对应的工艺或设备称为“混合”与“反应”。
(1)凝聚:指加入混凝剂后化学反应过程(胶体的脱稳)和初步的絮凝过程。
要求:快速搅拌,2分钟内可完成。
水厂中,进行凝聚过程的设备为混合池或混合器。
(2)絮凝:指细小矾花逐渐长大的物理过程。
要求:随矾花颗粒的长大搅拌强度从强到弱,一般在10~30分钟完成。
设备为反应池、絮凝池或絮凝反应池。