水处理絮凝学 第六章

❖ 高浊度水： ❖ (1)稳定泥沙：组成均浓浑水层（主要对象） ❖ (2)不稳定泥沙：
❖ 二、高浊度水的絮凝
❖ 对高浊废水若采用自然沉淀进行处理时， 由于其浑液面沉速很小．沉淀他的容积将 是非常庞大的。所以现代化的大型水厂， 当以高浊度为水源时，都进行絮凝沉淀处 理。絮凝处理的目的实际上为提高絮浓， 从而加快浑液面的沉降，大大缩小所需沉 淀池的容积，使高浊废水的处理在大规模 生产中切实可行。
❖ 根据上述三种沉淀类型，从沉淀的角度出 发可以认为，所谓高浊度水，就是其中的泥 沙沉淀系以约制沉淀为主的水，约制沉淀的 主要特性是：泥沙颗粒不再根据各自粒经的 大小；按照各自沉速自由下沉，而是各种不 同大小的泥沙颗粒以相同的沉速组成一个群 体下沉，此群体的沉速，就是可以方便地加 以观测的浑液面沉速。
❖ 总的投加量
❖
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２
❖ （二）在投加调理剂以前先将污泥进行淘 洗或清洗
❖ 在淘洗过程中．以低碱度的水与污泥混 合，然后将水排出，使污泥碱度降低．同 时去除能大量消耗絮凝剂的某些可溶性有 机和无机组分。
❖ 逆流运行方式能降低淘洗水的用量。
❖ 淘洗法的另一优点是洗去污泥中的细小物 质，小颗粒的表面积很大．洗去后絮凝剂剂 量可以大大降低。
❖ 含沙量在100kg/m3以下的高浊度水,投加 液在2%时进行投加。
❖ b聚丙烯酰胺的投加剂量
❖ 单位体积水中的加药量，称为投加剂量， 应是在加药后将高浊度水的浑液面沉速提高 到相当于沉淀池在当时的出水负荷下所要求 的沉速所需要的剂量。
❖ 浑液面在其沉降过程中，除了在等速阶段 时浑液面沉速为一固定值外，在其后沉降曲 线发生转折后，浑液面沉速成为随水深而变 的变量。
❖ 淘洗法的缺点是，除大颗粒以外，其余污 泥组分均需回流到污水处理厂去。还需考虑 费用问题。
❖ 利用无机絮凝剂进行污泥调理时，投加量 较大，约为20%固体重量，而利用无机高分 子聚合物时，投加量仅为干固体质量的1%， 甚至更少。但是聚合物的单价高于无机絮凝 剂。因此要综合考虑。
❖ （二）利用有机高分子絮凝剂调理污泥
❖ d压挤沉淀 当水中泥沙含量更多，以至颗 粒间己相互接触而形成所谓空间网状结构 时发生压挤沉淀。
❖ 严格说来，压挤沉淀已不应视作沉淀， 而应归于习惯所称的浓缩范畴。给水处理 沉淀池底部的积泥浓缩，即为压挤沉淀的 结果。
❖ 压挤沉淀在表观上的特征为；它与约制沉 淀一样形成上部清水层，下部浑水层及其 间的浑液面，但与约制沉淀相比较，其清 水层更清，浑液面更明晰，浑液面沉速更 小。
❖ d厌氧消化污泥。
❖ e好氧消化污泥。
❖
❖ 最常用的污泥调理无机絮凝剂是三氯化铁， 硫酸亚铁和水合氯化铝。其它金属盐如硫酸 铝及助凝剂石灰等也可用于污泥调理。
❖ 污泥调理时改用其他方法去降低污泥的缓 冲度，比单独使用金属离子絮凝剂可获得更 经济更有效的污泥调理效果。
❖ (一）投加石灰 析出的碳酸钙比金属离子沉 淀物的过滤性好。
❖ 在自来水生产中，当对原水进行加氯处理 时，水中的有机物可能会被氯化而生成三氯 甲烷（THMs）等有机氯化物。这些物质对 人体健康是非常有害的，有的甚至是可以致 癌或致突变的。
❖ 天然水氯化时不但能产生THMs，而且还 会产生含量更高的不挥发有机氯化物，已 被检出的有三氯乙酸、二氯乙酸、二氯乙 腈、氯代酮，特别是1，1，1一三氯丙酮等。 这些物质会引起与THMs同样严重的后果。
❖ 所谓沉降水深的增加速率，意即在单位时 间间隔内，沉降水深的增加值，以％表示， 在等速阶段，沉降水深的增加速率保持不变， 当进入减速沉降阶段后，随着沉降水深的增 加，沉降水深的增加速率逐步减低，特别是 在浑液面下降至接近其终了深度的后期阶段， 沉降水深的增加速率减低极为急剧。
❖ 所谓加药后的浑液面沉速，都是指浑液面 从上面下沉至某沉降水深处的平均沉速。即
❖ 高浊度水之所以不同于一般水，除了在 浊废或含沙量的数量级上有差别以外，更 本质的不同还表现在泥沙沉淀的机理方面 和絮凝特性方面。
❖ 一、高浊度水的沉降特性
❖ 水中泥沙的沉淀运动．根据泥沙浓度的 大小及沉淀时表现现象的不同，可分为四 种类型：自由沉淀 、絮凝沉淀、约制沉淀、 压挤沉淀。
❖ a自由沉淀 泥沙颗粒或絮凝颗粒在沉淀过 程中不受具他因素干扰而由由沉淀，球形颗 粒在粘性状态下遵守stokes公式。其沉速与 粒径的平方成正比。自由沉淀的表现特征是 当沉淀进行一段时间后，由于泥沙颗粒的不 断下沉，沉降水柱呈现从下往上的逐渐变清， 除了在水柱底部有积泥外。清水与浑水之间 没有明显的界面。
❖ c约制沉淀 由于水中泥沙颗粒较多，所以 某个颗粒在沉淀时除了受到水的阻力的影 响外，还受到其他颗粒的干扰，这种颗粒 间的相互干扰导致颗粒在约制沉淀时的沉 速远远低于在自由沉淀条件下的沉速。
❖ 约制沉淀时的表观特征是当沉淀过程进 行一段时间后，在沉降水柱的上部形成一 个清水层，下部为浑水层，其间有一明显 的交界面，称为浑液面，泥沙的下沉在表 现上表现为浑液面的下沉。
❖ 所以聚丙烯酰胺的投加剂量应结合浑波 面要求达到的沉降水深来确定。当其投加 量能使浑液面从水面下沉至要求的沉降深 度过程中的平均沉速符合沉淀池要求的沉 速时、应视为恰当的投加剂量。而混液面 要求达到的沉降深度，应随水样含沙量的 增加而减少。
❖ 一般以沉降水深的增加速率下跌为零时的 沉降水深为极限沉降水深。
第六章 絮凝的特殊应用 与效能
6.1污泥脱水
❖ 污泥调理系指采用物理和化学的方法去 改变污泥的性质，便之便了脱水。
❖ 一般来说，污泥调理的目的是将无定形 的胶样污泥性质，转变成有空隙的物质， 便于释出其中的水分。
❖ 化学调理法是最普遍采用的污泥调理法。 化学调理法常常依靠多价金属离子或有机 高分子聚合物，使絮凝污泥生成膨胀结构 的聚集体。
❖ (1)污泥固体含量的影响
❖ 对于固体含量较低的活性污泥，聚电解质 的需要量与污泥固体含量无关。由悬浮胶体 微粒决定。这时阳离子聚电解质同带负电的 胶体微粒之间的反应以及阳离子聚电解质同 溶解阴离子物质的反应为决定性机理。
❖ （2）污泥含盐量的影响
❖ 对于消化污泥．研究发现污泥中盐的含量 对其脱水具有决定性的影响，一般来说，高 的含盐量会造成不良的脱水效果。
❖ 污泥脱水中使用高分子量、高电荷密度 的阳离子型聚电解质可以大大提高脱水效 率。在真空过滤中，添加聚电解质可以改 善滤瓶的透气性．大大降低回流污泥水中 固态物质的含量。阳离子聚电解质与石灰 及三氯化铁合用可以克服单用无机絮凝剂 时生成污泥过多的缺点。
❖ 实验研究证明，聚电解质的效能因污泥不 同而异，甚至对来自同一污水厂的同一类型 的污泥，因取样的时间不同而不同，因其悬 浮和溶解物质的浓度和类型存在差异。此外， 聚电解质的类型、分子量、电荷等因素也具 有显著的影响。
❖ H-液面从水面下沉至要求的沉降水深处的距 离（mm）
❖ t-沉降上述距离所需时间(s)
❖ 聚丙烯酞胺的投加剂量应为将浑液面沉 速提高到相当于沉淀池在当时的出水负荷 下所要求的沉速所需的剂量．也就是说， 投药剂量与所要求的浑液面沉速有关。一 般来说，浑液面要求沉速越高时，投药量 亦应越高。
❖ 除此而外。原水水质也影响投药剂量， 原水水质对投加剂量产生影响，主要为含 沙量及颗粒物组成。
❖
❖ 三氯化铁的投放剂量一般取决于污泥的碱 度和有机固体含量。由碱度决定的三氯化铁 的剂量Dl可用下式估算：
❖ 式中Pw为污泥含水率(％)，Ps为污泥固体含 量(％)．A为污泥的碱度（以CaCO3计，mg ／Ｌ）
❖ 由有机固体含量决定的三氯化铁的计量可 表示为：
❖ 式中Ｓ０为污泥固体中的有机物的含量 (％），Ｓm为污泥固体中无机物的含量。
❖ 高含盐量会使絮凝受到损害的原因与聚合 物上带电基团被异电荷离子屏蔽的作用有关， 这种屏蔽作用引起带电基团间相互吸引作用 的减弱。
❖ (3)聚合物性质的影响
❖ 聚合物分子的性质对污泥脱水有着显著的 影响，特别是分子量和分子电荷密度尤为重 要。
6.2高浊度水处理
❖ 高浊度水:是指浊度较高及含沙量较大的 水，但是仅就浊度的高低或含沙量的大小 来作为高浊度水与一般水的区分标准．往 往无法作出更精确的划定。
❖ 该分级的பைடு நூலகம்础属物理分离，根据由电子显
微镜估计的微粒大小而得到，其中在锥形筒 中沉降1小时所能除去的粒子被定义为可沉降 固体。用受控离心法所能除去的粒子定义为 超胶体固体，以超滤法可以分离的粒子定义 为胶体。
生活污水的固体成分
生活污水的固体组成
❖ 二、天然水中有机物的絮凝去除
❖ 天然水中有机物的主要成分是腐植酸。
6.3水中有机物的絮凝去除
❖ 一、生活污水和工业废水中有机物的絮凝去除
❖ 水中有机物对水质的影响主要在于其耗氧 性质及一些有机物的毒性。
❖ 由于水中的有机物往往与水中颗粒物相联系， 或者其本身即为颗粒物，因此絮凝成为去除它 们的有效方法之一，特别是作为顶处理的于段。
❖ 生活污水中物质按其粒度分级： ❖ 可沉降固体，dp＞100um ❖ 超胶体固体：1um＜dp＜100um ❖ 胶体： 0．001um＜dp＜1um ❖ 溶解性物质：dp＜0.001um
❖ 铁盐及铝盐絮凝剂在高浊废水处理中常 不能获得满意的结果：硫酸铝、三氯化铁 及聚合氯化铝、投加量很大． 要达到数百 ppm的数量级．絮体结构硫松，沉淀排出的 泥浆浓度低、体积大。
❖ 经研究以吸附架桥为主要机理的聚丙烯 酰胺作为絮凝剂，得到了良好的效果。
❖ a．聚丙烯酷胺投加液的浓度
❖ 实验证明，水样含沙量越小，投加液浓 度对絮凝效果的影响越小，当水样含沙量 或投加量增高时，投加液浓度对絮凝产生 越来越显著的影响。
❖ 一、利用无机絮凝剂调理污泥
❖
❖ 无机絮凝剂在污泥调理中所使用的剂量， 与污泥的类型有密切的关系，难脱水的污泥 需投加的剂量较大，易脱水的污泥需投加的 剂量较小。
城市污水处理的各种污泥按调理时所需 剂量增加的顺序排列：
❖ a未处理的初次污泥。
❖ b未处理的初次污泥和生物滤池污泥的混合 污泥。
❖ c未处理的初次污泥和废活性污泥的混合污 泥
❖ 所谓浑液面沉降水深即浑液面以上清水层 深度占整个水层深度的百分数。
❖ 有研究表明，投加絮凝剂后的浑液面沉降并不
存在明显的加速阶段，这是由于药剂对泥沙的絮 凝作用在投加后很短的时间内就完成了。浑液面 似乎一开始就以等速沉淀。此外，尽管水样的含 沙量可不同，但等速沉降阶段都结束于浑液面沉 降水深达29％时，增加投药量可以提高混液面沉 速，但不能增加等速阶段的沉降水深。因此，在 实际生产中，不能认为把絮凝剂投加剂量控制在 使等速阶段的沉速满足沉淀池沉速的要求就行了， 因为这样就意味着沉淀池的出水量仅为进水量的 29％，而排泥李高达71％，这在生产运行中显然 是行不通的。
c分步投药
❖ 所谓分步投药，就是将投药剂量分成两 部分或多部分加入水中，每加入一部分药 剂后，便与水迅速混合，然后立即加入另 一部分药剂，再使之与水迅速混合，分步 投药这一措施，是为了避免药剂局部浓度 过高而使活性基团被封闭而考虑设想的。 实验证明，分步投药可大大提高聚丙烯酰 胺的絮凝效果，并减少投加剂量。
❖ 有研究表明，当聚丙烯酰胺投加计量低于 某临界值时，加药对沉淀速度无影响。此时 浑水的泥沙沉降主要表现为自然沉降特征。 随着投加剂量的增加，当投加量超过该临界 值后，浑液面沉速将随投药量的增大而增大。 高浊度水絮凝沉淀中的这一临界值投药量称 为絮凝启动计量。
❖ D=D1+K(㏒u-㏒u1） ❖ D--聚丙烯酰胺投加量 ❖ D1--启动计量 ❖ u---浑液面沉降速度 ❖ u1---自然沉降速度 ❖ K—系数
❖ 此外，水中含有有机物能引起离子交换 树脂的污染而使其处理出水水质恶化。
❖ 漏过水处理系统的有机物还能引起热力设 备的腐蚀损坏．从而威胁电厂的安全经济 运行。
❖ 1絮凝去除有机物的机理
❖ 腐殖质是一些基本类似但分子量和所含 官能团的种类和比例不同的一类大分子弱有 机酸，它们在水中因官能团的离解而显阴离 子型，其中一部分分子大到使之显示胶体的 性质，而这些胶体时常是高度分散的。能够 透过o．45um的滤膜。