云南絮凝沉淀一體化設(shè)備優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)廠家 返回列表頁(yè)

云南絮凝沉淀一體化設(shè)備優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)廠家

云南絮凝沉淀一體化設(shè)備優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)廠家

混凝原理及其在一體化凈水設(shè)備中的應(yīng)用

     水體中存在膠體態(tài)污染物包含黏土、腐殖質(zhì)、細(xì)菌、病毒及其他大分子物質(zhì)，這些雜質(zhì)均勻的分散在水體內(nèi)，對(duì)于膠體粒子，其重力沉降速度已經(jīng)微乎其微，但擴(kuò)散速度非常快，擴(kuò)散力成為膠體粒子在水體運(yùn)動(dòng)中的主要?jiǎng)恿Γ@些膠體粒子難以沉淀分離，要想將水體凈化就必須去除這些膠體粒子，這就要用到混凝，這也是水處理單元重要的技術(shù)。

        我們通常把水中的膠體脫穩(wěn)，以及后續(xù)形成可沉淀分離的絮凝體的整個(gè)過程稱為混凝?；炷龖?yīng)分為凝聚（coagulation）和絮凝（flocculation）兩個(gè)階段，可以分別定義如下：

       （1）凝聚是指膠體粒子的化學(xué)脫穩(wěn)，以及當(dāng)膠體粒子間的作用力（如范德華引力）與外力（如流體攪拌動(dòng)力）相比不能忽略時(shí)的聚集過程，其聚集體可稱為微絮體（microflocs）。當(dāng)微絮體繼續(xù)成長(zhǎng)，與外力相比，膠體粒子間的作用力已可忽略時(shí)，就將進(jìn)入下一階段。在實(shí)際的混凝操作中，混凝劑投加和快速攪拌階段可認(rèn)為屬于凝聚階段。

       （2）絮凝是指微絮體已經(jīng)成長(zhǎng)到足夠大的粒徑，范德華引力的作用已可忽略，且顆粒相互間已不存在排斥勢(shì)能的條件下，通過流體攪拌等外力促使顆粒相互碰撞結(jié)合，成長(zhǎng)為大粒徑（flocs）的過程。在實(shí)際的混凝操作中，慢速攪拌階段屬于絮凝階段。

        通過向水中投加混凝劑（常用化學(xué)藥劑為鋁鹽和鐵鹽），F(xiàn)e³⁺和Al³⁺

 在水體中發(fā)生水解，與OH^- 結(jié)合生成各種水合物，與水體種帶有負(fù)電荷的膠體產(chǎn)生混凝反應(yīng)。目前認(rèn)為混凝劑對(duì)水體中的膠體有三種混凝作用：吸附電中和（adsorption and charge neutralization）、高分子架橋（polymer bridging）和網(wǎng)捕混凝（sweep coagulation）。

         混凝是水體凈化工藝重要的環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于體積較小、處理規(guī)模較小的一體化凈水設(shè)備（Integrated water purification equipment）更加重要，一旦混凝效果不好，將嚴(yán)重影響凈水設(shè)備的處理效果，主要影響混凝效果的因素有以下幾點(diǎn)：

        1、水體內(nèi)膠體的主要組成成分；

        水體內(nèi)的膠體主要有無(wú)機(jī)懸濁質(zhì)、有機(jī)質(zhì)。

        無(wú)機(jī)懸濁質(zhì)是天然水體主要組成部分，主要由礦物和礦物風(fēng)化后的黏土組成，代表性黏土物質(zhì)由高嶺土（kaolin）和蒙拓土（montmorillonite）。

        有機(jī)質(zhì)有天然有機(jī)物（natural organic matters，NOM）和人工合成有機(jī)物（syntactic organic carbons，SOC）。天然有機(jī)物是指動(dòng)植物在自然循環(huán)過程中經(jīng)腐爛分解所產(chǎn)生的物質(zhì)，包括腐殖質(zhì)、微生物分泌物等，是造成水體色度、異臭味的主要物質(zhì)，也是目前常規(guī)消毒副產(chǎn)物（disinfection by-products，DBP）的前體物質(zhì)。人工合成有機(jī)物多與人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)有關(guān)，其中不乏有毒有害的有機(jī)污染物，包括“三致”有機(jī)污染物。

        水體內(nèi)污染物主要組成不同時(shí)，需要不同的藥劑、投加量、反應(yīng)環(huán)境，例如，水體內(nèi)的無(wú)機(jī)質(zhì)高嶺土為主要膠體組成時(shí)，投加藥劑硫酸鋁，pH在7-8時(shí)，可對(duì)水體濁度去除率達(dá)90%左右，而以有機(jī)質(zhì)腐殖酸為主要膠體時(shí)，投加藥劑硫酸鋁，pH在5-6時(shí)有去除效果，同時(shí)有機(jī)質(zhì)污染高時(shí)需要采用強(qiáng)化絮凝，提高有機(jī)質(zhì)去除率，以減少DBP。

       2、水體的pH值

       我們采用的混凝劑常用為鋁鹽、鐵鹽，在水體pH值不同時(shí)，水解產(chǎn)生的陽(yáng)離子水合物不同，而不同的陽(yáng)離子水合物有著不同特性和混凝效果，例在PH5-7時(shí)，鋁鹽水解生產(chǎn)Al₁₃O₄（OH）₂₄⁷⁺等聚合度高、電荷高的陽(yáng)離子水解物，這時(shí)陽(yáng)離子聚合物對(duì)膠體粒子的主要作用已經(jīng)不是雙電層壓縮，而是通過靜電作用力吸附于膠體粒子表面，以其高正電荷實(shí)現(xiàn)膠體電中和。在PH7-8，鋁鹽濃度較低時(shí)，膠體溶液混凝則是吸附電中和與網(wǎng)捕混凝的共同作用。在pH大于9時(shí)，AL（OH）₄^-會(huì)成為主要的鋁鹽水解產(chǎn)物，帶走正電荷，此時(shí)溶液中的膠體粒子難以脫穩(wěn)，甚至?xí)l(fā)生脫穩(wěn)膠體的再穩(wěn)定。

       3、水體內(nèi)其他共存離子

      天然水體中常見的離子包括K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-等，此外鋁硅酸鹽的風(fēng)化和結(jié)構(gòu)受到破壞，在釋放出大量陽(yáng)離子的同時(shí)，也釋放出硅酸。這些離子本身難以通過混凝去除，但對(duì)混凝過程有著不同程度的影響，尤其高價(jià)金屬陽(yáng)離子本身就是參與膠粒表面雙電層研所的重要離子，向水體中加入Ca²⁺時(shí)也可顯著提高混凝指數(shù)?；炷齽┰谒膺^程中會(huì)造成水體H^-增加，需要水中有一定HCO₃ ^- 等陰離子中和，這樣水體pH值就不會(huì)降低影響絮凝效果。

        4、水力攪拌條件

       在眾多影響混凝效果的因素中，水力攪拌條件（攪拌強(qiáng)度和時(shí)間）時(shí)重要因素之一，適宜的水力攪拌條件對(duì)于強(qiáng)化混凝效果，縮短工藝運(yùn)行時(shí)間，降低能耗和處理成本有著重要意義。在混凝工程中，混凝劑的水解效率以及顆粒與顆?；蝾w粒與絮凝體之間的有效碰撞和相互滲透是決定混凝效果的兩個(gè)關(guān)鍵因素，向水體中投加混凝劑后，藥劑需要快速混合與擴(kuò)散，快速攪拌的強(qiáng)度直接決定絮凝體的形成速率，直至絮凝體形成后，快速攪拌必須轉(zhuǎn)為慢速攪拌階段。如果快速攪拌的時(shí)間過長(zhǎng)、強(qiáng)度過大，會(huì)導(dǎo)致已形成的絮凝體發(fā)生破碎。適宜的攪拌強(qiáng)度可以促進(jìn)顆粒與顆?；蝾w粒與絮凝體之間的有效碰撞和相互滲透，提高絮凝體的粒徑、強(qiáng)度和密實(shí)度。

      5、混凝劑的投加種類、投加量

      混凝劑的投加種類和投加量也關(guān)系到水體內(nèi)的膠體去除效果，以及絮凝體顆粒的形成情況。

      6、水體的溫度

      水體的溫度也會(huì)影響混凝效果，尤其低溫低濁情況，低溫時(shí)混凝劑水解緩慢，水解效果差，藥劑聯(lián)結(jié)能力低。水溫低時(shí)，膠體的布朗運(yùn)動(dòng)減弱，溶劑化作用增強(qiáng)，顆粒周邊水化膜加厚，粘附強(qiáng)度降低，妨礙顆粒凝聚。   

       一體化凈水設(shè)備在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)影響混凝效果的因素進(jìn)行工藝結(jié)構(gòu)、反應(yīng)時(shí)間、藥劑及助凝劑的投加、輔助混凝反應(yīng)材料的設(shè)計(jì)，具體結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和工程案例總結(jié)要點(diǎn)如下：

       1、投加藥劑后，采用管道混合器進(jìn)行劇烈攪拌混合；

       2、混凝反應(yīng)時(shí)間，建議20-30min；

       3、工藝結(jié)構(gòu)，一體化凈水設(shè)備常用的工藝結(jié)構(gòu)為折板絮凝池、網(wǎng)格絮凝池；為提高一體化凈水設(shè)備利用率以及混凝效果，一般可在原有工藝進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，例如可采用小孔眼網(wǎng)格絮凝池、微渦旋網(wǎng)格絮凝池、渦流折板反應(yīng)池等新型池體結(jié)構(gòu)；

       4、藥劑及輔助藥劑的投加必須選擇有計(jì)量設(shè)施的儀器或者設(shè)備，以方便調(diào)整藥劑投加量；

       5、輔助混凝反應(yīng)材料包含小孔眼隔板、渦旋隔板、空心球等盡量采用不銹鋼、PP、PVC等耐腐蝕、易加工的材料。

       凈水設(shè)備一般采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，在項(xiàng)目實(shí)施前設(shè)備已經(jīng)定型定產(chǎn)，但建議在項(xiàng)目實(shí)施前進(jìn)行混凝沉淀燒杯實(shí)驗(yàn)。雖然混凝劑投加已進(jìn)入自動(dòng)控制時(shí)代，但燒杯實(shí)驗(yàn)仍是質(zhì)量預(yù)控的手段，可以通過混凝沉淀燒杯實(shí)驗(yàn)確定原水實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下絮凝劑種類、助凝劑種類、投加量、反應(yīng)時(shí)間等一系列的參數(shù)，對(duì)凈水設(shè)備的調(diào)試和運(yùn)行也具有一定的指導(dǎo)意義。

       凈水設(shè)備一般采用碳鋼或者不銹鋼進(jìn)行加工制作，尤其碳鋼加工的設(shè)備后期需要防腐維護(hù)，因此反應(yīng)池建議采用敞口式，方便維修和觀察混凝情況和絮凝體顆粒形成情況，以便確認(rèn)混凝效果。部分安裝了填料、隔板、穿孔板的反應(yīng)池都要預(yù)留檢修孔或者檢修通道，方便檢修和更換。

       凈水設(shè)備目前單臺(tái)日處理量為40-5000方，適合村鎮(zhèn)供水安全項(xiàng)目選用，是目前國(guó)家農(nóng)村飲水安全工程或鞏固提升工程的凈化核心設(shè)備，而混凝工藝又是凈水設(shè)備的核心工藝，希望筆者整理的資料以及結(jié)合工程實(shí)踐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)一體化凈水設(shè)備理論體系的建立以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范編輯及更新所有幫助。

參考資料：

[1]王曉昌、金鵬康，水中膠體物的混凝原理和應(yīng)用；科學(xué)出版社，2015；

[2]王淼、艾恒雨，渦旋絮凝低脈動(dòng)沉淀理論及應(yīng)用；中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018；

[3]郄燕秋、張金松，凈水廠改擴(kuò)建設(shè)計(jì)；中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017；

[4]洪覺民，現(xiàn)代化凈水廠技術(shù)手冊(cè)；中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017；