工业废水预处理的一些方法Word格式.docx

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当粒径为0.01mm时，沉积速率为0.075mm/s，用自然沉降法就不经济了；

粒径在0.001-1mm时的胶体溶液，必须用混凝技术。

三、原水预处理的水质要求

1．各种脱盐装置都有不同的预处理要求，应根据这些要求选择合理的预处理系统。

例如：

凝胶型树脂，正流再生床要求悬浮物小于5ppm，浮床要求小于1ppm,游离氯小于0.1ppm；

反渗透（中空纤维式）要求浊度小于0.3。

2．预处理水质超标时，脱盐装置就不能正常运行。

浮床进水浊度高时，会造成压差增大，再生比耗高；

电渗析进口水浊度高时，压差增大，产水量降低，耗电量增大，检修周期变短；

高分子有机物会使凝胶型阴离子交换树脂污染，造成吸收SiO2能力降低，正洗水量变大；

铁、锰等金属会使树脂中毒，造成再生比耗变大；

微生物类会影响混凝效果，使滤池滤层结块，滤层不易洗净，影响出水浊度。

第二章混凝

自然沉降不能去除所有的悬浮物和胶体。

混凝即是通过投加化学药剂来破坏胶体和悬浮物在水中形成的稳定体系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后用重力沉降法予以分离。

混凝过程包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集成微絮粒的过程；

絮凝是指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。

凝聚和絮凝统称为混凝。

一、胶体的稳定性和胶体结构

1．胶体的稳定性

水中的同种胶体微粒带有同号电荷，在静电斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的稳定性。

2．胶体的结构

a.胶核：

由数十个至数千个不溶于水的分散相

物质分子组成的。

b.胶粒的电位离子：

胶核的表面上选择性地吸

附了—层带同号电荷的离子；

其来源于胶核

表层分子电离，或胶核从水中吸附来的。

---决定了胶粒的带电符号和电荷多少，构

成双电层的内层。

c.反离子：

电位离子层通过静电作用而吸引的水

中相反电荷的离子，构成双电层的外层。

d.反离子吸附层：

反离子与电位离子之间。

当胶

核运动时，它也随着一起运动。

构成胶团的固定层。

e.反离子扩散层：

固定层以外。

电位离子对其引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势。

f.胶粒：

固定层和扩散层之间的交接面称为滑动面，滑动面以内的部分称为胶粒。

g.胶团：

胶粒与扩散层一起构成了电中性的胶团。

h.胶体的电动电位（ξ电位）

当胶粒运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。

其结果必然使胶粒产生剩余电荷，使胶粒与扩散层之间形成一个电位差，其可反映胶粒带电的多少，衡量胶体稳定性的大小。

ξ愈高，稳定性愈高。

I.总电位（Ψ电位）

胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位差。

---Ψ电位一定时，扩散层愈厚，ξ愈高。

二、混凝机理

不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳，其机理可归结为四种：

（1）压缩双电层

胶体的稳定性取决于两种力何者占主导地位。

当距离很近时，范得华力占优势，合力为吸引力，两个颗粒可以相互吸住，胶体脱稳；

当距离较远时，库仑斥力占优势，合力为斥力，两个颗粒相互排斥，胶体将保持稳定。

当胶体颗粒间距离大于3nm时，颗粒总处于相斥状态

对憎水胶体颗粒而言，其胶核表面间隔着两个滑动面内的离子层厚度，使其总处于相斥的状态，这就是憎水胶体保持稳定的根源；

对亲水胶体颗粒而言，因其吸附大量的水分子而构成水壳，使它们不能靠近而保持稳定。

投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。

这些离子可与吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷减少，降低ξ电位，并使扩散层厚度缩小。

--------压缩双电层

各种电解质压缩能力是不同的。

在浓度相同的条件下，破坏能力随离子价的增高而加大。

Schulze-Hardy法则：

能力与离子价的2-6次方成正比。

对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时，用一价离子的浓度需要25～150mmol/L;

二价离子需要0.5～2mmol/L；

三价离子需要0.01～0.1mmol/L。

在电解质作用下胶团双电层的变化吸附电中和

（2）吸附电中和

胶体表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用。

由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而相互吸附。

（3）吸附架桥作用

若药剂是具有能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能连结、团聚成絮体而被除去。

高分子聚合物的吸附架桥作用

（4）卷扫作用（网捕作用）

若药剂含金属离子，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来。

沉淀物卷扫作用

1-原水中悬浮微粒；

2-絮状沉淀物；

3-残留悬浮微粒

三、影响混凝的因素

1、水温

无机混凝剂溶于水时是放吸反应，水温低时不利于混凝剂的水解。

水温低时，水的黏度大，胶粒的布朗运动强度减弱，彼此间碰撞机会减少，不易凝聚。

水的黏度大时，水流阻力增大，使絮凝体的形成长大受到阻碍，从而影响混凝效果。

2、pH和碱度

无机盐混凝剂对水的pH值都有一定的要求。

如，铝盐：

5.5～8.5；

铁盐：

＞8.5

碱度对pH有缓冲作用。

以保证铝、铁盐在水解时引起pH变化而效果下降。

3、水质

当水的浊度较低，颗粒细小而均一，投加的混凝剂又少，仅靠混凝剂与悬浮微粒之间相互接触，很难达到预期目的，可以加大混凝剂用量。

当水中浊度较高时，用量要控制适当，防止过量而引起胶粒再稳。

对高浊度水，混凝剂主要起吸附架桥作用，用量随捉度的增加而增大。

水中的有机物质会降低混凝效果。

四、混凝剂

1.无机金属盐类混凝剂

如硫酸铝、氯化铝、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等；

•铝盐的水解

（1）当pH≤4，Al3+以六水合铝离子[Al（H2O）6]6+为主要存在形态，pH升高，发生水解：

[Al（H2O）6]6+==[Al（OH）（H2O）5]2++H+

[Al（OH）（H2O）5]2+==[Al（OH）2（H2O）4]++H+

[Al（OH）2（H2O）4]+==Al（OH）3（H2O）3↓+H+

（2）当pH≥4时，羟基合铝离子增加，各离子的羟基之间还可能发生架桥连接（羟基架桥），产生多核羟基配合物，继续水解。

水解与缩聚交错进行，生成聚合度极大的中性氢氧化铝，最终沉淀。

OH

2[Al（OH）（H2O）5]3+==[（H2O）4AlAl（H2O）4]4++2H2O

在铝盐的水溶液中，存在着：

①简单成分：

Al3+、AlOH2+、Al（OH）2+、Al（OH）3、Al（OH）4-等；

②聚合成分：

[Al6（OH）14]4+、[Al7（OH）17]4+、[Al8（OH）20]4+、[Al13（OH）34]5+等。

均发挥作用，其中以高价的聚合正离子作用尤为重要。

下图是水中无其它复杂离子干扰时，浓度为10-4mol/L的铝盐在达到化学平衡时，个种水解产物的浓度与水的pH值间的关系。

不同pH值相对应的三价铝水解产物

（1.1mmol/LAl（ClO4）3，多核态水解产物可能包括杂爱Al（OH）2部分中）

（2.

其铝、铁盐的作用有三种：

A.Al3+、Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用；

B.高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用

C.以氢氧化物沉淀形式存在时的网捕絮凝作用。

不同pH、杂质浓度下的作用：

A.在pH偏低、胶体及悬浮微粒浓度高、投药量尚不足的反应初期，以脱稳凝聚为主；

B.在pH较高、污染物浓度较低、投药量充分时，网捕絮凝作用为主；

C.在pH和投药量适中时，桥连絮凝则成为主要的作用形式。

在一定pH下用铝铁盐混凝剂处理天然水的凝聚曲线。

图中a列出四条曲线分别表示原水中胶体的平均浓度为S1、S2、S3、S4，且S1＜S2＜S3＜S4时出水剩余浊度随混凝剂投加量而变化的规律。

每条曲线分四个区域：

（1）混凝剂投量不足以起脱稳作用；

（2）快速凝聚；

（3）胶体复稳；

（4）混凝剂大到足以生成氢氧化物沉淀而对胶体产生网捕作用。

图中b是不同胶体浓度下发生凝聚的混凝剂投加量范围。

（1）处理低浓度胶体水时，凝聚方式以网捕作用最为有效，此时投加量必须超过其氢氧化物在水中的极限溶解度，且最佳用量G1随胶体浓度的增大而降低；

（2）胶体浓度较高时，宜用电性中和和压缩双电层来脱稳，此时最佳用量G2低于网捕絮凝用量，且与胶体浓度之间存在先行的化学计量关系；

（3）胶体浓度很高时，用量低于

（1）而高于

（2）。

此时用高分子絮凝剂比用无机金属盐更经济有效，其最佳用量与胶体浓度之间存在线性的化学计量关系；

（4）不论使用何种絮凝剂，投加量都必须适当，量不足，达不到应有的混凝效果，量大则会造成胶体复稳。

2、无机高分子絮凝剂

常见的有聚合铝、聚合铁等。

（1）聚合氯化铝

（a）结构

又称碱式氯化铝，并不是单一分子的化合物，而是同一类有不同形态的化合物，其通式为[Al2（OH）nCl6-n]m，其中n为1-5，m为≤10的整数。

如Al2（OH）5Cl、Al6（OH）16Cl2、Al13（OH）34Cl5,以及[Al2（OH）5Cl]n等，在水溶液中电离：

Al13（OH）34Cl5－→Al13（OH）345++5Cl-

（b）聚合氯化铝两个重要指标：

A.碱化度：

B=[OH]/3[Al]。

碱化度愈高，其分子量就愈高，黏结架桥能力愈好，但稳定性差。

一般在50-80%。

B.聚合度：

即分子中的n值，表明其分子量，一般只有数千左右。

（c）聚合氯化铝的优点

①应用范围广，对各种废水都可以达到好的混凝效果。

②易快速形成大的矾花，沉淀性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。

③适应的PH值范围较宽（在5-9间），且处理后水的pH值和碱度下降较小。

④水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。

⑤其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。

（2）聚合硫酸铁

简称聚铁，[Fe（OH）n（SO4）3-n/2]m。

是一种多羟基、多核络合物，与聚合铝盐都是具有—·

定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。

适宜水温10～50℃，pH5.0～8.5，但在pH4.0～11范围内仍可使用。

与普通铁铝盐相比，它具有投加剂量少，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等一系列优点。

3、有机高分子絮凝剂

是能够发挥絮凝作用的天然或人工合成的有机高分子物质。

天然产物多属蛋白质或多糖类化合物，如动物胶、淀粉、藻朊酸钠等；

人工合成产品多是聚丙烯、聚乙烯类物质，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺等。

水溶性的线性高分子聚合物。

按可离解基团的特性，可分：

a）阴离子型：

-COOH、-SO3H、-OSO3H等；

b）阳离子型：

-NH3OH、-NH2OH、-CONH3OH；

c）两性型：

同时含两种基团；

d）非离子型：

不能电离的非电解质。

分子呈链状，并由很多链节组成，每一链节为一化学单体，各单体以共价键结合。

聚合物的分子量是单体的分子量的总和，单体的总数称为聚合度。

作用-----吸附架桥作用：

阴离子型絮凝剂只发挥絮凝作用，往往不单独使用，而与铝铁盐配合使用。

阳离子型絮凝剂发挥凝聚和絮凝作用，可单独使用。

4、活化硅酸

活化硅酸是在30年代后期开始在水处理中应用的。

活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产物，其组分特征，如电荷、大小、结构，取决于水解反应起始的硅浓度、反应时间（从酸化到稀释）和反应时的PH值。

其组分为Na2O.3SiO2.xH2O，有效成分为硅酸钠。

其水解过程中游离出来的硅酸单体在溶液中产生缩聚，产生羟基桥连和氧基桥连，从而形成各种高分子的阴离子，发展成为线状、分支链或球状颗粒等。

由于呈真溶液状态的活化硅酸在通常PH条件下组分带有负电荷，对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的，只起絮凝作用，而不能起凝聚作用，因而常被称为絮凝剂或助凝剂。

活化硅酸一般无商品出售，需在水处理现场制备，其原因是活化硅酸在储存时局析出硅胶而失去絮凝功能。

5、其它混凝剂

无机类

低分子（现场投加）

三价金属盐

铝盐

硫酸铝、氯化铝、铝酸钠

铁盐

硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁

二价金属盐

镁盐

硫酸镁、碳酸氢镁

锌盐

氯化锌、硫酸锌

有机类

高分子（预制）

阳离子型

聚合氯化铝、聚合硫酸铝

阴离子型

活化硅酸

表面活性物质

十八烷胺醋酸盐、十八烷三甲基氨基氯化物

硬脂酸钠、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠

低聚合高分子

（M=1000-数万）

水溶性苯胺树脂、聚硫脲、聚乙烯亚胺

藻朊酸钠、羧四基纤维素钠

非离子型

淀粉、水溶性尿素树脂

两性型

动物胶、蛋白质

（M=数十万至数百万

）

聚乙烯吡啶类、乙烯吡啶共聚物

聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺、马来酸共聚物

聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯

pH调整剂

石灰、碳酸钠、苛性钠、盐酸、硫酸

其它辅助剂

高龄土、膨润土

第三章沉淀与澄清

一、沉淀理论基础

悬浮颗粒在水中的沉降,根据其浓度及特性,可分为四种基本类型：

自由沉降、絮凝沉降、拥挤沉降、压缩沉降。

1、自由沉降

颗粒在沉降过程中呈离散状态,其形状、尺寸和质量均不改变，下沉速度不受干扰。

如沉砂池。

对于低浓度的离散颗粒，如沙砾、铁屑等。

2、絮凝沉降

在沉降过程中各颗粒之间能相互黏结，其尺寸、质量会随深度的增加而逐渐变大，沉速也增大。

例如混凝沉淀池、初沉池的后期、二沉池中初期的沉降。

悬浮物的去除率与沉淀速度、深度有关。

3、拥挤沉降

颗粒在水中的浓度较大时，其间相互靠得很近，在下沉过程中彼此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间的相对位置不变，作为一个整体而成层沉降。

在清水和浑水之间形成明显的界面，沉降过程实际上就是这个界面的下沉过程。

例如高浊度水的沉淀、二次沉淀池后期的沉降。

当悬浮物质的数量占液体体积的1%左右时就会出现此现象。

4、压缩沉降

也称作污泥浓缩。

颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。

上层颗粒的重力作用可将下层颗粒间的水挤压出界面，使颗粒群被压缩。

----沉淀池底部的污泥斗中或污泥浓缩池中。

浓缩的过程是不断排除孔隙水的过程。

二、沉淀池

按池内水流方向的不同，可分为：

1、平流式沉淀池

最早和最常用的型式。

多用于较大流量的水处理厂。

图2-7平流式沉淀池

2、竖流式沉淀池

单池容量小，用的较少。

图2-8竖流式沉淀池

3、辐射式沉淀池

直径较大、水深相对较浅的圆形池子。

适用于大型水厂。

图2-9辐射式沉淀池

4、斜板斜管沉淀池

为了克服普通沉淀池的去除效率低、占地面积大的缺点，可改善悬浮物的沉降性能（如投加混凝剂等）和改进沉淀池的结构（主要采用斜板和斜管式沉淀池）。

a、浅池沉淀原理：

理想沉淀池的水平流速u0为水的流量与沉淀池的面积的比值（Q/A），如果Q不变，则增大A，就可减小u0，即有更多的悬浮物可以沉下，提高了沉淀效率。

又因为t=H/u0，则在保持u0不变的条件下，随着有效深度H的减小，沉淀时间t就可按比例缩短，从而减小了沉淀池的体积。

若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的1/n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果，即池子越浅，越缩短时间。

这就是浅池沉淀原理。

为了让沉到底部的污泥便于去除，将这些浅的沉淀区倾斜60°

，以使污泥顺利滑下，则称之为斜板沉淀池；

若将沉淀区内进一步分隔成波纹形管或蜂窝形板，则称之为斜管沉淀池。

b、斜板和斜管式沉淀池的构造

根据水流和泥流的方向，可将斜板斜管沉淀池分为异向流、同向流和横向流三种类型，图

2-10是斜板（管）沉淀池的示意图。

图2-10斜板（管）及斜板（管）

1-配水槽；

2-穿孔墙；

3-斜板或斜管；

4-淹没孔口；

5-水槽；

6-排泥管；

7-支架

四澄清和澄清池

1、澄清

澄清池是完成水和药剂的混合、反应以及絮凝体的分离三个阶段。

水中起接触絮凝作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。

当水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成微小絮凝体后，一旦在运动中与相对巨大的泥渣接触碰撞，就被吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去。

因此保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣区就成为决定澄清处理效果的关键。

2、澄清池

1）特点：

利用活性泥渣与原水进行接触絮凝,将反应池和沉淀池统一在一个设备

2）分类

a）

a）机械加速澄清池

是利用机械搅拌作用来完成混合、泥渣循环和接触絮凝过程的。

整个池体由一次混合反应区、二次混合反应区、导流筒、分离室和泥渣浓缩区等五个主要部分组成。

图2-11机械搅拌加速澄清池

泥渣浓缩斗：

排去多余的污泥；

机械刮泥机：

清除池底污泥。

优点：

效率较高，运行比较稳定，对原水水质和处理水量的变化适应性较强，操作方便。

b）水力循环澄清池

原水加混凝剂混合后，由池子底部中心进入池内，经喷嘴喷出，进入上面的混合室、喉管和第一反应室。

图2-12水力循环澄清池

喷嘴和混合室组成一个射流器，喷嘴高速水流把池子锥形底部含有大量矾花的泥水吸进混合室内，并和加药后的原水混合，经第一反应室喇叭口溢流出来，进入第二反应室中。

第一反应室和第二反应室构成了一个悬浮区，其中矾花发挥了接触絮凝的作用，去除了进水中的细小悬浮物。

第二反应室出水进入分离室，澄清后的水经环形集水槽流出池外，沉淀泥渣则向下流动，经喷嘴吸入与进水混合，在重复上述水流过程。

c）悬浮澄清池

经过混合反应后的原水由池底进入，在矾花悬浮层发生接触絮凝作用，使进水中的悬浮物得到去除。

悬浮物中的矾花在吸附了水中悬浮颗粒后会不断增加，使悬浮层逐渐膨胀，当超过一定高度时，则通过排泥窗口自动排入泥渣浓缩室，压实后定期排除池外。

由于在进水量或水温发生变化时，悬浮层工作不稳定，因此这种池型现在已很少采用。

d）冲澄清池

进水通过配水竖井在脉冲水流发生器的控制下向池内脉冲式间歇进水，使池内泥渣一直处于周期性的膨胀悬浮和下沉压缩状态。

水流在穿过泥渣层时，其中已形成的絮凝体便被泥渣截留而去除，使水得到澄清。

脉冲作用可使悬浮层的工作稳定，断面上的浓度分布均匀，加强了颗粒的接触碰撞，从而改善混合絮凝的条件，提高了净水效果。

四、预沉方式和系统选择

1.预沉方式可选用自然沉淀或混凝沉淀工艺。

混凝沉淀的经济性优于自然沉淀。

斜板斜管技术用于自然沉淀或混凝沉淀后，能大大提高经济性。

2.采用混凝工艺预沉时，应注意絮凝剂的使用范围。

3.工业水处理澄清器对原水悬浮物有一定的适应范围，如机械搅拌或水力加速澄清池为3000mg/L、悬浮澄清池为500mg/L；

当原水悬浮物大于上述数值时，就要考虑预沉。

第四章过滤

水通过滤料床层时，其中的悬浮颗粒和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶物的方法称为粒状介质过滤。

可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理过程之前作为预处理，也可用于化学混凝和生化处理之后作为后处理过程。

一、原理

过滤的机理通常认为有如下几种：

1．阻力截留

当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。

筛选作用的强度主要取决于表层滤料的最小粒径和水中悬浮物的粒径，并与过滤速度有关。

悬浮物粒径愈大，表层滤料和滤速愈小，就容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也愈高。

2．重力沉降

原水通过滤料层时，众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。

形成无数的小沉淀池，悬浮物极易在此沉降下来。

重力沉降的强度主要与滤料直径和过滤速度有关。

滤料愈小，沉降面积愈大；

滤速愈小，则水流愈平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。

3．接触絮凝

由于滤料具有巨大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。

砂粒在水中常带有表面负电荷，能吸附带正电荷的铁、铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的黏土和多种有机物等胶体，在砂粒上发生接触絮凝。

在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还祈祷接触碰撞的媒介作用，促进其凝聚过程。

二、滤料

有石英砂、无烟煤屑、大理石粒等。

除应考虑价廉易得外，还需考虑：

（1）化学性质稳定；

（2）机械强度足够；

（3）粒度合适

三、影响过滤的因素

在过滤过程中的主要参数是滤速、过滤周期和滤池的截污能力。

1、滤速

滤速v的计算：

V=Q/F,m/h

式中：

Q—滤池的出力，m3/h;

F—滤池的过滤截面积，m2。

滤速不是水通过滤料间孔隙时的实际速度，而是假定滤料不占有空间时水通过滤池的假想速度，故也称为空池滤速。

过滤过程是过滤层逐渐被悬浮物所饱和的过程，滤速的大小对截留悬浮物有影响。

滤速太快，会促使已吸附的悬浮物剥落，导致水质恶化和水头损失增大，从而缩短过滤周期；

滤速太慢，会影响滤池单位过滤面积的出力，也影响水流中悬浮物颗粒向滤层颗粒表面输送。

应在具体条件下通过试验选定一个最佳的滤速。

对于过滤经过混凝和澄清处理的水来