单元3 混凝法处理染料废水

3.1 混凝法处理废水工作过程

反应池、絮凝池操作规程: 1. 开启原水泵将染料废水打入反应池，同时打开搅拌机使水处于搅动状态。 2 反应池、絮凝池操作规程: 1.开启原水泵将染料废水打入反应池，同时打开搅拌机使水处于搅动状态。 2.开启混凝剂泵及助凝剂泵，通过调节阀门来调整各种药剂的投加量。 3.定期察看池内废水情况，巡视池内反应所形成的絮体状况调整药品的投加量。

加药设备 a、加药主要品种及配比： 絮凝剂：碱式氯化铝(PAC)配制浓度10～15%，加药量可按实际水质来确定。 助凝剂（PAM）配制浓度0.5～1.5%，加药量可按实际情况来确定。 中和剂（NaOH）配制浓度10～20%，加药量按水质pH至7.0～8.0为准。 营养盐：尿素（N）、磷酸二氢铵（P）按水质条件投加。 b、加药方式有两种：一是泵前吸抽或自流加药（不需动力），用调节阀门控制。二是压力加药，计量泵投加，投加量用计量泵控制，计量泵应有液位安全控制，防止空泵运转，造成设备事故。

混凝实验 一、实验设备与试剂 （1）无级调速六联搅拌机1台。（2）pH酸度计1台。 （3）光电浊度计1台。（4）温度计1支，秒表1块。 （5）1000mL烧杯6个。 （6）1000mL量筒1个。 （7）1mL、2mL、5mL、10mL移液管各1支。 （8）200mL烧杯1个，洗耳球1个。 （9）10%FeCl3溶液500mL。 （10）实验用原水（配制）。 （11）注射针筒。 （12）10%的NaOH溶液和10%HCl溶液500mL各1瓶。

（2）用500mL量筒量取6份250mL水样至6个500mL烧杯中。另量取250mL水样放在500mL的烧杯中。 二、实验步骤 （1）熟悉搅拌机、浊度计的使用。 （2）用500mL量筒量取6份250mL水样至6个500mL烧杯中。另量取250mL水样放在500mL的烧杯中。 （3）测定原水的浊度、pH值和水温。 （4）确定在原水中能形成矾花的近似最小混凝剂量。方法是将搅拌机开关扳到手动位置，慢速搅拌烧杯中250mL的原水，用移液管每次增加0.5mL的混凝剂直至出现矾花为止，这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。 （5）确定实验时的混凝剂投加量。根据步骤（4）得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，其2倍作为6号烧杯的混凝剂投加量。用依次增加混凝剂量相等的方法求出2～5号烧杯混凝剂投加量。把混凝剂投加到烧杯号相对应的搅拌机投药试管中。

（6）将6个水样放在搅拌叶片下，保持各烧杯中各叶片的位置相同，将搅拌机开关扳到自动位置，启动搅拌机。转动试管架转轴将混凝剂加入所对应的烧杯中。快速搅拌（120～150r/min）3min；慢速搅拌（40 ～ 80r/min）20min。 （7）搅拌过程中，注意观察并记录矾花形成的过程、矾花大小、密实程度。 （8）搅拌过程完成后，轻轻提起搅拌叶片（注意不要再搅拌水样）。静置沉淀15min，并观察记录矾花形成情况。 （9）沉降时间到达后，用注射器分别抽出各烧杯中的上清液，并测其浊度及相应的pH值。

三、实验结果整理 （1）把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的水样浊度及pH值记入表格。 （2）以沉淀后水样浊度为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘出浊度与投药量关系曲线，并在图上求出最佳混凝剂投加量。 （3）以沉淀后水样pH值为纵坐标，混凝剂加注量为横坐标，绘出pH值与投药量曲线，分析其规律性。 （4）实验记录参考格式 实验小组名单 实验日期 快速搅拌转速 慢速搅拌转速 混凝剂名称 混凝剂浓度 原水浊度 原水pH值 废水中能形成矾花的最小混凝剂量/mL 相当于/(mg/L)

水样编号 1 2 3 4 5 6 水样温度 投药量 /mL /mg/L 初矾花时间 矾花沉淀情况 剩余浊度 沉淀后pH值 备注

3.2 化学混凝的设备 混凝设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备。 1.混凝剂的配制和投加设备 干投法 溶解配置设备 湿投法 3.2 化学混凝的设备 混凝设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备。 1.混凝剂的配制和投加设备 干投法 湿投法 溶解配置设备 投加设备 (1)混凝剂的溶解和配制 混凝剂是在溶解池中进行溶解。溶解池应有搅拌装置，搅拌的目的是加速药剂的溶解。搅拌的方法常有机械搅拌、压缩空气搅拌和水泵搅拌。无机盐类混凝剂的溶解池，应考虑防腐措施和用防腐材料。

药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定程度备用。无机混凝剂的浓度一般为10～20%，有机则为0.5～1.0%。 (1)混凝剂溶液的投加 药剂投入原水的形式可分为三种：即重力式、压力式和负压式。常见的有泵前重力投加及水射器投加。

2.混合设备 水泵混合 隔板混合 机械混合

3.反应设备 隔板反应池 机械反应池

3.3 混凝剂和助凝剂 常用混凝剂及其性能

助凝剂 为了提高混凝效果，生成粗大、密实、易于分离的絮凝体，特别是在原水水质状况与混凝剂所要求的适宜条件不相适应的情况(如pH值的差异和有干扰物质存在等)下，就需要添加一些辅助药剂。这些药剂统称为助凝剂，按其作用，助凝剂主要有以下三类：　 (1)pH调整剂　在原水pH值不符合工艺要求，或在投加混凝剂后pH值发生较大变化时，就需要投加酸性或碱性物质予以调整。常用的pH调整剂有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3等。 (2)絮体结构改良剂 其作用是加大絮体的粒径、密度和机械强度。这类物质有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。前二者主要作为骨架物质来强化低温和低碱度下的絮凝作用；后二者则作为絮体形成核心来加大絮体密度，改善其沉降性能和污泥的脱水性能。 (3)氧化剂 当原水中的有机物含量较高时，容易形成泡沫，不仅使感观性状恶化，絮凝体也不易沉降。此时，应投加C12、Ca(C1O)2和NaClO等氧化剂来破坏有机物。当用FeSO4作混凝剂时，则常用O2和Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，以提高混凝效果。

3.4 影响混凝效果的主要因素 胶体杂质浓度

水 温 水温对混凝效果的影响是多方面的。一是影响混凝剂的水解过程，混凝剂的水解大多是吸热反应，水温较低时，混凝剂水解速率降低，水解不完全，从而影响混凝效果。另一方面，水温低时，颗粒的布朗运动减弱，粘度增大，颗粒碰撞次数减少，影响混凝效果；水温降低的同时，剪切力增大，难以形成较大的絮凝体。（水温一般以20～30℃为宜。）

pH 值 pH值会影响混凝剂水解产物的存在形态与性能，例如铝盐、铁盐等混凝剂在逐级水解时，都释放出H+，使原水pH值有所降低。当pH值低至偏离铝盐(或铁盐)适宜pH范围时，高电荷低聚合度产物偏多，虽然有利于压缩双电层，使胶粒脱稳，但絮凝作用很差，整个混凝效果不佳。而原水中碱度足够时，投加混凝剂不致引起pH值下降，因此，为取得较好的混凝效果，原水应有一定的碱度，当碱度不足时应同时兼投一定量的碱剂。

水力条件的影响 混凝澄清的工艺过程可分为混合、反应和絮体分离三个阶段。混合和反应阶段都需要搅拌，此时，水中微粒通过速度梯度实现碰撞。 搅拌强度常用速度梯度G来表征。在混合阶段，为了达到混凝剂与原水的快速均匀混分，G值要大，但时间要短，通常认为G应在500～1000s-1，搅拌时间t应在10～30s。在反应阶段，既要为微絮体的接触碰撞提供必要的紊流条件和絮体成长所需的足够时间，又要防止已经生成的絮凝体被击碎，因此搅拌强度要小，但时间要长，相应的G和t值分别为20～70s-1和15～30min。G和t的乘积Gt可间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数。如Gt值在104∽105之间，则可认为符合混合和反应的要求。

混凝剂的影响:最佳投加量和投加顺序 在废水实际处理中，通常需要通过混凝试验确定过程的最佳工艺条件。试验一般在多联定时变速搅拌机上进行，称为烧杯搅拌试验法。由于混凝温度一般为常温，而搅拌强度和搅拌时间则可按G和t的取值范围进行控制。因此混凝试验的主要目的是确定混凝剂的品种、剂量和相应的适宜pH值，试验指标为浊度和主要污染物的去除率。试验方法分单因素试验和多因素试验。进行单因素试验时，根据水质状况通常预选几种混凝剂，将投加量和pH值固定在它们各自的适宜范围；通过试验筛选出效果最佳的品种。然后固定品种，改变pH值，以确定最佳pH值。最后，在固定品种和pH值的条件下改变剂量，以确定最佳剂量。在上述试验中，搅拌强度和搅拌时间按混合和反应两个阶段的G、t值来控制，但在废水处理中宜取中等或偏低值。为了探明各工艺条件之间相互影响、相互制约的关系，并用较少的试验次数取得可靠的结果，一般应在单因素试验的基础上采用正交设计等数理统计法进行多因素重复试验，得出各因素的最佳组合。

3.5 混凝原理 混凝法，是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。 胶体粒子和细微悬浮物的粒径为1～l00nm。由于布朗运动、水合作用，尤其是微粒间的静电斥力等原因，胶体和细微悬浮物能在水中长期保持悬浮状态，静置而不沉。因此，胶体和细微悬浮物不能直接用重力沉降法分离，而必须首先投加混凝剂来破坏它们的稳定性，使其相互聚集为数百微米以至数毫米的絮凝体，才能用沉降、过滤和气浮等常规固液分离法予以去除。　

混凝就是在混凝剂的离解和水解产物作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程，统称为混凝。 混凝法，是给水和废水处理中应用得非常广泛的方法。它既可以降低原水的浊度、色度等感观指标,又可以去除多种有毒有害污染物；既可以自成独立的处理系统，又可以与其它单元过程组合，作为预处理、中间处理和最终处理过程，还经常用于污泥脱水前的浓缩过程。

混凝原理 液体表面带电性 与废水处理有关的主要是由水和胶体颗粒构成的体系。按胶体 带电的性质，水中的胶体可分为带正电的和带负电的两类。废水 中的无机物胶体一般都是带正电的，如氢氧化铝、氢氧化铁等微 晶体；而有机物胶体都是带负电的，如细菌、病毒等；黏土颗粒 也是带负电的。

混凝原理 胶体结构及其ζ 电位 粒子的中心，是由数 百以至数千个分散相固 体物质分子组成的胶核。 在胶核表面，有一层带 同号电荷的离子，称为 电位离子层。电位离子 层构成了双电层的内层 。电位离子所带的电荷 称为胶体粒子的表面电 荷，其电性正负和数量 多少决定了双电层总电 位的符号和大小。

胶体粒子就整体而言是呈电中性的。为了平衡 电位离子所带的表面电荷，液相一侧必然存在众多 电荷数与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离 子，称为反离子。反离子层构成了双电层的外层， 其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着 ，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。吸附层 的厚度一般为几纳米，它和电位离子层一起构成胶 体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受电位 离子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大 ，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散 ，称为反离子扩散层。扩散层中，反离子浓度呈内 浓外稀的递减分布，直至与溶液中的平均浓度相等

固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以 内的部分，称为胶粒。由于其中的反离子所带电荷数少于 表面电荷总数，所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的 电性与电位离子的电性相同，其数量等于表面电荷总数与 吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成电 中性的胶体粒子(即胶团)。胶核表面电荷的存在，使胶核 与溶液主体之间产生电位，称为总电位或ψ电位。胶粒表 面剩余电荷，使滑动面与溶液主体之间也产生电位，称为 电动电位或ζ电位。图4-1中的曲线AC和BC段分别表示出 ψ电位和ζ电位随与胶核距离的不同而变化的情况。ψ电 位和ζ电位的区别是： 对于特定的胶体，ψ电位是固定不变的，而ζ电位则随温 度、 pH值及溶液中的反离子强度等外部条件而变化，是 表征胶体稳定性强弱和研究胶体凝聚条件的重要参数。

胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 胶体因ζ电位降低或消除，从而失去稳定性的过 程称为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称 为凝聚。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳 和凝聚。按机理，脱稳和凝聚可分为压缩双电层、 吸附架桥和网捕3种作用。

胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 压缩双电层 电性中和 吸附架桥 网络卷扫 压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使ζ电位降低的过程。该过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中，从而使扩散层减簿。 压缩双电层 胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 电性中和 吸附架桥 网络卷扫

胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 压缩双电层 电性中和 吸附架桥 网络卷扫 当投加的电解质为铁盐、铝盐时，它们能在一定条件下离解和水解，变成各种络离子，如[Al(H2O)6]3+、[A1(OH)(H2O)5]2+、[A12(OH)2(H2O)8]4+和[A13(OH)5(H2O)9]4+等。这些络离子不但能压缩双电层，而且能够通过胶核外围的反离子层进入固液界面，并中和电位离子所带电荷，使ψ电位降低，ζ电位也随之减小，达到胶粒的脱稳和凝聚，这就是电性中和。显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。 电性中和 吸附架桥 网络卷扫

胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 压缩双电层 电性中和 吸附架桥 网罗卷扫 如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，那末它就能通过静电引力、范德华引力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附桥联。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。 网罗卷扫

胶 体 的 脱 稳 和 凝 聚 压缩双电层 电性中和 吸附架桥 网罗卷带 网罗卷带也称网捕。当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。 网罗卷带