悬浮物质和胶体物质去除.ppt

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1、水中杂质分类,污水处理常规工艺,第二节悬浮物质和胶体物质去除,悬浮物质与胶体物质界定常规上，以0.45m(即450nm)孔径滤膜作为其分界尺度胶体和环境纳米污染物，以下的均可以认定为溶解物质。沉淀混凝澄清过滤气浮,20-100m以上 悬浮颗粒 重力沉降10-9-10-6m左右 胶体粒子 混凝等,环境纳米-微米颗粒物(100nm10m）,土壤：胶体、粘土矿物、团粒 水体：悬浮物、沉积物、腐殖质 大气：可吸入微粒、气溶胶、烟尘生物：大分子、细胞、细菌、藻类,环境纳米污染物 ENP(1nm100nm),无机：重金属水合物,聚硫化物,聚磷酸,聚硅酸,碳黑,烟雾,微晶体有机：POPs,PTS(持久性,难

2、降解)农药,染料,卤代烃,多环芳烃,多氯联苯,内分泌干扰物生物：蛋白质,含氧酸,DNA,酶,病毒,藻毒素,MW1000,粒度1nm,微界面特别巨大 结构重复自组装分子量粒度分散 化学官能团多种形态形貌多样化 反应活性区各异 结构组成多变化 电性或极性显著聚合聚集趋势明显 复合组合体系复杂界面反应过程普遍 生态干扰毒性强烈迁移扩散范围广阔 环境效应功能深远,环境纳米污染物的特征,微界面体系 水体颗粒物-溶液 大气颗粒物-空气 土壤颗粒物-地下水 大气颗粒物-水膜 动植生物膜-溶液 植物根系-土壤、固定滤层-水溶液 空气除尘-水溶液 浮选气泡-水溶液 活性炭-废水溶液 高分子膜-水溶液 活性污泥-

3、污水溶液,环境纳米物质构成环境微界面体系的重要组成部分,水体纳米污染物的 界面过程与界面控制技术,水质界面转化过程 溶解,沉淀 络合,螯合 氧化,还原 催化,光解 吸附,解吸 吸收,释放 降解,富集 凝聚,絮凝 聚合,解聚 渗透,过滤 扩散,迁移 沉积,蓄积,界面控制技术 混合,沉 淀 澄清,过 滤 吸附,絮 凝 气浮,超 滤,化学沉淀 生物过滤 生物氧化 离子交换 浓缩脱水,不平衡动力学，环境毒性效应 决定性步骤,混凝过程与混凝机理,胶体结构 稳定性 电位和电位 混凝剂混凝过程 G值、GT值和GT混凝机理 压缩双电层 电中和 架桥粘结 网捕共沉淀混凝过程的影响因素 胶体浓度 混凝剂类型和投加

4、量 水体碱度 pH值 其他离子 有机物 水力条件等混凝目标强化混凝优化混凝,混凝混和凝聚絮凝,吸附,混和,电中和 凝聚,絮凝 絮体、絮团,投药,分离,颗粒物,混凝剂絮凝剂,n,+,+,+,+,+,+,+,+,+,n,n,n,n,n,n,n+,+,+,+,混凝机理及主要影响因素,压缩双电层吸附电中和粘结架桥网捕共沉淀,主要影响因素：混凝剂、混凝剂浓度、水体颗粒物浓度和性质、水力条件、温度、碱度、pH值等混凝过程中的两个关键性的控制因素是混凝剂的混凝结合效力和水力条件。,目前研究混凝技术方法,混凝剂 元素测定、形态表征、形貌、设计、合成混凝过程 混凝机理 激光光散射PDA、形态表征、动态测定、电镜

5、、原子力显微镜、zeta电位、絮体结构特性表征、自动投药系统等混凝目标强化混凝 TOC、GC、LC、GCMs等优化混凝 综合指标（技术指标和经济指标）工艺组合优化 预氧化、过滤、沉淀、气浮、氧化、消毒、吸附、BAC、消毒等工艺组合 涉及动态检测,铝的水解,无机高分子絮凝剂 Inorganic Polymer Flocculants,阳离子型 聚合氯化铝 PAC,PACl 聚合硫酸铝 PAS 聚合硫酸铁 PFS 聚合氯化铁 PFC 聚合磷酸铝 PAP 聚合磷酸铁 PFP阴离子型 聚合硅酸 PSi(活化硅酸)ASi,复合絮凝剂聚合硫酸铝铁 PAFS聚合氯化铝铁 PAFC聚合硅酸铝 PASI聚合硅酸

6、铁 PFSI聚合硅酸铝铁 PAFSI无机+有机复合型聚合铝-聚丙烯酰胺 聚合铝-甲壳素聚合铝-合成有机高分子,AlO4 Al12(OH)24(H2O)127+(Al13)分子量(1039)纳米级 高电荷(+7)电中和能力强 链状枝状聚集 架桥能力强 界面吸附 絮凝能力强 稳定性 抗水解退化强 现有生产产品中只占4050,聚合氯化铝(Al13)晶格 AlO4 Al12(OH)24(H2O)127+,Diameter nm,Al13 2-3nm,Aggregates 40-400 nm,MS NMR Spectrogram of Purified Al13,Electron microscopy

7、image of Al13 precursor,Atomic Force Microscopy image of PAC micro-flocs,絮凝剂的原子力显微镜三维图像,Al13聚集体原子力显微镜(AFM)图象,AlCl3,絮凝体的流动电流特性,流动电流 胶体扩散层中反离子在外力作用下随着流体流动（胶粒固定不动）而产生的电流。与胶体zeta电位有正相关,聚合铝凝聚形态的流动电流特性,PAC,AlCl3,PAC,絮凝体粒度成长絮凝指数图谱,SO4/Al,聚合铝在颗粒物的吸附,聚合铝的除浊效果,混凝目标及强化混凝,混凝技术与强化混凝研究前沿混凝重要性混凝研究概况消毒剂/消毒副产物的发现及法规

8、制定强化混凝的提出强化混凝与优化混凝研究进展和发展前景我国强化混凝与优化混凝国家目标,强化混凝与其他工艺,强化混凝处理的目标体系-混凝过程对几乎所有的水体杂质都有一定的去除作用广义颗粒物有机物DOM（Dissolved Organic Matter）部分无机离子衔接与匹配预氧化沉淀与气浮过滤与吸附深度处理消毒,气浮的基本原理,1、基本概念 利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。悬浮颗粒与气泡粘附的原理：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。

9、颗粒表面易被水湿润，颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来表示。在气、液、固三相接触时，气、液界面张力线和气固张力线之间的夹角(对着水的一侧)称为湿润接触角以表示。,亲水性和疏水性物质的接触水、气、固体颗粒三相分别用1，2，3表示。,在气、液、固相接触时，三个界面张力总是平衡的。以表示界面张力，有：1.3=1.2cos(180)+2.3(1-1)式中：1.3水、固界面张力；1.2液、气界面张力；2.3气、固界面张力；接触角。水中气泡与颗粒粘附之前单位界面面积上的界面能为W1=1.3+1.2，而粘附后则减为W2=2.3界面能减少的数值为：

10、WW1W21.3+1.2-2.3（12)将式(11)代入式(12)得；W1.2(1-cos)90为疏水性颗粒，易于与气泡粘附。0，即颗粒完全被水湿润cosl，W0，颗粒不与气泡粘附，就不宜用气浮法处理。180，颗粒完全不被水湿润，cos-1，W21.2，颗粒易于与气泡粘附，宜于气浮法处理。此外如1.2很小，W亦小，也不利于气泡与颗粒的粘附。,2投加化学药剂对气浮效果的促进作用(1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性(2)利用混凝剂脱稳以油的颗粒为例，表面活性物质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸向水中，极性端在水中电离，使油粒被包围了一层负电荷，产生了双电层现象，增大了-电位，不仅阻碍油粒兼并，也

11、影响抽粒与气泡粘附。(3)投加浮选剂改变颗粒表面性质,气浮的分类与特点,根据气泡产生的方式气浮法分为：电解气浮法；散气气浮法：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。溶气气浮法：溶气真空气浮加压溶气气浮：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。,澄清池,澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应和絮体沉降三种功能的设备。它利用的是接触凝聚原理，即为了强化混凝过程，在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层(接触凝聚区)，当投加混凝剂的水通过它时，废水中新生成的微絮粒被迅速吸附在悬浮泥渣上，从而能够达到良好的去除效果。所以澄清池的关键部分是接触凝聚区。保持泥渣处于悬浮、浓度均匀稳定的工作条件已成为

12、所有澄清池共同特点。,根据泥渣与废水接触方式的不同，澄清池可分为两大类：悬浮泥渣型，它的泥渣悬浮状态通过上升水流的能量在池内形成的，当水流从下往上通过泥渣层时，截留水中夹带的小絮体，主要形式有悬浮澄清池、脉冲澄清池等；泥渣循环型，即让泥渣在竖直方向上不断循环，通过该循环运动捕集水中的微小絮粒,并在分离区加以分离，主要形式有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。在废水处理中，应用最广泛的机械加速澄清池。,废水从进水管进入环形配水三角槽,混凝剂通过投药管加在配水三角槽中，再一起流入混合室，进行水与药剂和回流污泥的混合。由于涡轮的提升作用，混合后的泥不被提升到反应室，继续进行混凝反应,并溢流到导流室。

13、导流室中有导流板，使废水平稳地沿伞形罩进入分离室，分离,室中设有排气管，将废水中带入的空气排出，减少对泥水分离的干扰，泥渣便靠重力自然下沉，清液由集水槽和出水管流出池外。,过滤,过滤 混凝沉淀、生物处理后续处理，活性炭吸附或离子交换等前处理过滤机理 阻力截留重力沉降接触絮凝表面过滤和深层过滤（深床过滤）滤池和滤池结构滤料 要求：机械强度、化学稳定性、级配和孔隙率有效直径d10，不均匀系数k80d80/d10（1.651.80）滤料纳污能力,过滤,滤料孔隙率和比表面积垫层结构 承托滤料 均匀布水水头损失滤池总水头H滤料层Ht+垫层集水系统h1+控制阀ht+出水管流速水头v2/2g+剩余水头h2滤

14、速反冲 滤池种类和运行,过滤基本概念,一、过滤过程混合物的分离：液体和气体混合物 什么现象属于过滤？混合物中的流体在推动力（重力、压力、离心力）的作用下通过过滤介质，固体粒子被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。液固分离，气固分离如砂滤池、袋式除尘器、口罩 过滤分离的对象？粗大颗粒、细微离子、细菌、病毒和高分子物质等,二、过滤介质粒状颗粒：具有一定形状的固体颗粒，包括天然的和人工合成的。天然：石英砂、无烟煤、磁铁矿粒等人工：聚苯乙烯发泡塑料球等。粒状颗粒过滤介质在水处理中的各类滤池中应用广泛，通常称为滤料。,织物介质：又称滤布，如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编制成的滤布

15、。多孔固体介质：如素烧陶瓷板或管、烧结金属板或管等。多孔膜：由高分子有机材料或无机材料制成的薄膜，根据分离孔径的大小，可分为微滤、超滤等。,三、过滤分类 1.按过滤机理分：有表面过滤和深层过滤2.按促使流体流动的推动力分：重力过滤：在水位差的作用下被过滤的混合液通过过滤介质进行过滤，如水处理中的快滤池。真空过滤：在真空下进行过滤，如水处理中的真空过滤机。压力差过滤：在加压条件下进行过滤，如水处理中的压滤滤池。离心过滤：使被分离的混合液旋转，在所产生的惯性离心力的作用下，使流体通过周边的滤饼和过滤介质，从而实现与颗粒物的分离。,表面过滤的基本理论,一、表面过滤过程,表面过滤通常发生在过滤流体中颗

16、粒物浓度较高的情况。给水处理：慢滤池污泥脱水：使用的各类脱水机（如真空过滤机、板框式压滤机等）,多孔性介质,慢滤池,水,表面过滤主要特征：随着过滤过程的进行，悬浮液中的固体颗粒被截留在过滤介质表面并逐渐积累成滤饼层。滤饼层厚度：随过滤时间的增长而增厚，其增加速率与过滤所得的滤液的量成正比。过滤速度：由于滤饼层厚度的增加，因此在过滤过程中是变化的。,过滤速度是描述过滤过程的关键！,过滤过程的主要参数：处理量：处理的悬浮液流量或 分离得到的纯净滤液量V(m3).过滤推动力：由流体位差、压差或离心力场 造成的过滤压差p。过滤面积：表示过滤设备的大小A(m2)。过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液量,

17、某一过滤时间t时的过滤状态,相应的过滤滤液为V,过滤速度u定义为：,dt微分过滤时间,s dVdt时间内通过过滤面的滤液量,m3 A过滤面积,m2,（表观）,深层过滤过程中颗粒的运动 颗粒进入滤料内部后，主要包括以下几个行为：,(1)迁移行为：颗粒偏离流线运动到滤料内部孔隙表面推动力主要包括：a.扩散作用力（布朗运动），主要对非常小的颗粒（1m）起作用；b.重力沉降，当颗粒较大时，重力沉降起主要作用；c.流体运动作用力（惯性力），如惯性离心力，使颗粒偏离流线而运动到滤料孔隙内表面。,(2)附着行为：影响附着的作用力有：静电作用力（静电斥力或静电引力）范德华引力,(3)脱落行为：影响附着颗粒脱落

18、的主要因素有：流体对附着颗粒的剪切作用运动颗粒对附着颗粒的碰撞作用。,（二）运行过程中滤料床层,随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减少。如果孔隙率减少，则在阻力损失不变条件下，滤速将降低。反之，如果滤速保持不变，阻力损失将增加。等速过滤，任意过滤时间t时的滤料层的总阻力损失,了解悬浮物在滤料床层中的分布及累积过程。,如何测定阻力损失？测压管,过滤工艺主要参数,滤料选择原则有效粒径：不均匀系数纳污能力孔隙率和比表面积水头损失定义来源与构成反冲洗滤层膨胀反冲洗强度过滤在水处理过程中的地位和设计保守工艺环节,水流阻力和水头损失是两个不同而又相关联的重要概念，在工程实践是

19、有十分重要的意义。（1）水流阻力是由于液体的粘滞性作用和固体边界的影响，使液体与固体之间、液体内部有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流的运动方向相反。（2）水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。其中边界对水流的阻力是产生水头损失的外因，液体的粘滞性是产生水头损失的内因，也是主要原因。（3）根据边界条件的不同，可以把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比，称之为沿程水头损失，用hf表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速分布调整并产生旋涡区，引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示。（4）对于在某个流程上运动的液体，它的总水头损失hw遵循叠加原理即 hw=hf+hj,