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1、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。,1、胶体的特性 尺寸很小：1100nm； 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
2、） 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
3、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，原水的PH值当在6.57.5之间，此时水解产物以氢氧化
4、铝沉淀物为主。当PH值大于8.5时，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
5、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
6、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1030分钟完成。 设备为反应池、絮凝池或絮凝反应池。,(六)、混凝动力学 对混凝过程的主要控制条件是搅拌强度与反应时间，其主要参数为速度梯度和水力停留时间。 (1)参数: G值:反映搅拌强度的参数,它间接反映了单位体积中单位时间内颗粒的碰撞次数。 GT值：间接反映了在整个反应时间内颗粒碰撞的总次数。 混凝动力学控制参数： 混合池
7、：G=5001000s-1 T=1030s(至多不超过2分钟）,絮凝反应池： G=2070s-1（随着絮凝过程，G值从大到小，逐渐降低），GT值=104105 分段数不宜少于三段,各段的流速可分为: 第一段：0.250.35m/s；第二段：0.150.25m/s；第三段：0.100.15m/s 絮凝池宜布置成2组或多组并联形式。 综上理论，在水厂管理上，混凝要做到： 1、混合反应应做到快速搅拌，在1030秒内完成，至多2分钟。保证一定的G值。 2、絮凝过程，一般G值从大到小分为三级，水量太大或太小都将影响矾花的形成。 3、在混凝过程中存在沉淀现象，需适时排污。,（七）混凝剂与助凝剂 1、混凝剂
8、 水处理中常用的混凝剂为铝盐、铁盐及其聚合物。 （1）、硫酸铝：适宜PH值为5.58，最佳PH范围6.57.5。因低温条件下水解速度慢，对低温低浊水处理效果较差。 （2）、聚合氯化铝：适宜PH值范围59，产生的矾花颗粒大，密实，沉淀性好，药剂的用量少，适应范围广，可适用低温低浊水的处理，混凝效果优于硫酸铝。 （3）、三氯化铁：适宜PH值范围511，混凝效果比硫酸铝好，生成的矾花颗粒大而密实，沉淀性好，在低温低浊条件下效果较好。缺点是溶液的腐蚀性很强，出水色度比铝盐高。 （4）、聚合硫酸铁：PH值适用范围为511，最佳PH值范围69，形成的矾花大而密实，沉淀性好，可适应低温低浊水处理，药剂用量少
9、，腐蚀性比三氯化铁小。 2、助凝剂：活化硅酸、聚丙烯酰胺、石灰、氢氧化钠等,（1）活化硅酸：硅酸钠加酸活化后生成带有负电的聚硅酸，可与带正电的铝盐铁盐絮凝体相吸附，起到颗粒间的架桥作用。活化硅酸对低温低浊水的助凝效果显著。但因活化后要及时使用（通常数小时，最长一天），一般采用现场配制使用的方法。 （2）聚丙烯酰胺：为高分子絮凝体。作为饮用水处理的助凝剂，能够减少混凝剂用量，提高矾花的粒径和沉速。但合成聚丙烯酰胺的单体丙烯酰胺对人体有毒害作用，因此规定生活饮用水处理中聚丙烯酰胺的最大允许投加量：经常使用（每年使用时间超过一个月）时小于1.0mg/L，非经常使用时小于2. 0mg/L。,（3）石灰
10、、氢氧化钠：因铝盐铁盐的水解反应消耗水中的碱度，在原水碱度不足的地方，混凝处理中需要投加石灰或氢氧化钠，以补充水中碱度。从广义上讲，能够提高或改善混凝效果的石灰、氢氧化钠也可以算一种助凝剂。另高锰酸盐复合剂有较好的氧化、助凝效果。,(八)混凝剂的投加： 计量设备转子流量计；电磁电流计；苗嘴；计量泵等。 投加方法重力投加（如泵前投加；高位溶液池重力投加）；压力投加（如泵投加）；吸入投加法（如水射器投加）。重力投加的主要设备有溶药池、溶液池、恒位箱、浮球阀、流量计。 混合设备水泵混合；管式混合；机械混合。采用水泵混合一定要在泵房与絮凝池的距离较近时，一般不超过100米。管道混合，管道内流速为1.2
11、1.5m/s，投药点距絮凝池50100米较宜。 絮凝设备隔板絮凝池（往复式、回转式）46段；折板絮凝池（单通，多通）3段，絮凝时间在10min至15min为宜；机械絮凝池（34档搅拌机）。,（九）投加量的确定 应根据原水和混凝沉淀试验结果或参照相似条件下的水厂运行经验等经综合比较确定。试验方法：烧杯搅拌混凝试验，通过试验得到最佳混凝剂和最佳投药量。药剂贮存宜按最大投药量的715天计算。 （十）混凝剂投加量的自动控制 方法有：1）、水质参数模型法：根据水质参数（流量、浊度、水温等），按照数学模型计算并控制投药量，通常为前馈模型，或前馈与反馈结合的模型。 2）、混凝特性参数控制法：通过混凝特性参数
12、，对加药量进行控制。具体方法有：流动电流法、透光率脉动法等。 3）、现场模拟试验法：通过与水厂主流程平行的小模型模拟试验系统对水厂加药量进行调控。,（十）影响混凝效果的主要因素 （1）水温影响：无机盐混凝剂是吸热反应，低温下水解慢；低温水粘度大，碰撞次数减少；水温低时，水化作用增强；水温低时，分子热运动速度降低，使布朗运动减弱；剪切力增大，难以形成较大的絮凝体。为提高低温水混凝效果，常用方法增加混凝剂投量和投加高分子助凝剂，或改用铁盐混凝剂。 （2）水的PH值和碱度影响：将影响铝盐的水解产物，影响程度与混凝剂品种有关。硫酸铝，用以去除浊度时，最佳PH值在6.57.5之间;三价铁盐,用以去除浊度
13、时，PH值在6.08.4之间。混凝剂在水解过程不断产生H+，导致水的PH值下降，要保持PH值在最佳混凝范围内，水中必须有足够的碱性物质与之中和，所以水体中需一定的碱度。 （3）水中浊度与悬浮物浓度的影响：水中悬浮物浓度低时，颗粒碰撞机率大大减小，混凝效果差。通常采用投加高分子助凝剂或投矿物颗粒（如粘土）解决。如果悬浮物含量过高时，为达到电中和脱稳作用，混凝剂量在量增加，通常采用投加高分子助凝剂解决。,二、低温低浊水处理,（一）低温低浊水的水质特点 水温在010，原水浊度一般在10NTU以下。 1、低温低浊水中的杂质，是以细小的胶体分散体溶于水中，而且胶体颗粒比较均匀，胶体微粒具有很强的动力稳定
14、性和凝聚稳定性，而且带负电的胶体微粒数量很小，所以达到电中和的所需的混凝剂量也少，因此形成的絮体细、少、轻，难以沉淀，且易于穿透滤层。由于浊度较低，胶体颗粒数目较少，颗粒碰撞而凝聚的机会减小。水温低，胶体颗粒的zeta电位较高，胶体颗粒间的排斥势能较大，而且此时微粒布朗运动动能较小，粘滞系数增大，更不利于颗粒碰撞，而使得颗粒脱稳困难。,2、水温低，水的粘度变大而使沉速减少，加之低温时气体溶解度大，使形成的絮体密度降低，溶解气体大量吸附在絮体周围。 3、水温低，胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围水化作用突出，妨碍其凝聚。 4、低温下混凝剂水解产物的形态不佳会影响得理效果，因为胶体颗粒具有稳定性，且颗
15、粒碰撞次数减少，所以，更需要混凝剂水解产物有一定链长，充分发挥吸附架桥作用。但水温低，聚合反应速度降低，水解产物的主要形态偏重于高电荷低聚合度络合物，因此，不利于在胶体颗粒间进行吸附架桥。,总之，原水水温低，水的动力粘度系数提高，减弱了水中胶体颗粒运动，降低了它们之间相互碰撞的机率；水中胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围的水化膜加厚，妨碍颗粒凝聚；同时，通过混凝所形成的絮体较轻，不易下沉，难以通过沉淀从水中分离出去。,（二）低温低浊水难处理的原因,1、无机盐混凝剂水解是一个吸热反应，低温水混凝剂水解困难，特别是硫酸铝，水温降低10度，水解速度常数约降低24倍，当水温在5度左右时，硫酸铝水解速度已极
16、其缓慢。另外，低温条件下，气体溶解度增加，混凝剂水解过程中产生的二氧化碳难以及时散出，水解反应就进行的不彻底，影响混凝效果。,2、低温水的黏度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于颗粒脱稳絮凝。同时，水的黏度大时，水流剪力增大，影响絮凝体的成型。 3、温度低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体絮凝。而且水化膜内的水由于黏度和重度增大，影响颗粒之间黏附强度。 4、混凝动力学方程可知，水中悬浮浓度很低时，颗粒碰撞速率大大减少，混凝效果差。,（三）低温低浊水处理方法探讨,1、根据低温低浊水特点，采用易水解的混凝剂较好，如江苏太仓市新星轻工助剂厂生产的聚硫氯化铝（联系人：张越峰13862376306）。但要注意当气温超过20时，聚硫氯化铝易水解结晶，导致管路堵塞，不宜使用。 2、针对PH值、碱度较低的原水，建议增加石灰投加系统，用石灰浊液来调整PH值及碱度，形成吸附性较好的矾花。 3、采用投加助凝剂（如活化硅酸、聚丙烯酰胺
