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水处理技术基础知识(1)


      水处理分为给水处理和废水处理两大类。给水处理的目的就是将原水(井水、泉水、河水、 湖水、水库水、江水、海水、市政中水、循环冷却排污水、工业废水二级或三级排废水等等)通 过一级或多级工艺净化、处理后分别达到不同的使用标准,从而根据对水质的不同需要,应用于不同的生产环节。

       废水处理的目的是将工业废水、市政废水等各种废水经过一级、二级、三级生化处理及其他相关必要处理后,达到相应的排放标准,减少对受纳水体的污染。

      下面简述一下有关给水处理的基础工艺知识。按照去除杂质粒径从大到小的顺序,给水处理的主要工艺可分为沉降/沉淀池、混凝、沉淀处理、澄清池处理、过滤处理、微滤MF、超滤UF、氧化处理(Cl2、ClO2、KMnO4、O3、185nmUV 等等)、离子交换处理、除碳器、NF/RO 处理、ED处理、EDI处理、脱气膜等等,其他辅助技术包括pH调节、杀菌处理(杀菌剂、254nmUV 照射)、加还原剂脱氧化剂处理、加阻垢剂、TOC降解(185nmUV)等等。其中 NF/RO膜技术可取代一级除盐的阴阳床技术,EDI可取代混床精处理技术。这里重点讨论一下作为RO/NF预处理的相关水处理技术。 


沉降处理-Sedimentation/沉淀池

      利用重力使水中比水重的悬浮颗粒物下沉而析出的过程称为水的沉降处理,使水发生沉降处 理的装置就叫沉淀池。根据水中固体浓度的大小和颗粒物絮凝性的强弱,沉降处理分为离散沉降、絮凝沉降和层状沉降3大类。其中,离散沉降是指离散颗粒在稀悬 浮液中的沉降过程,此时,颗粒物不会互相干扰和粘合。 

       当水中悬浮物完全由泥砂组成时,才会发生离散沉降,这种情况较为少见。层状沉降是在水中悬浮物浓度较大时形成的沉降过程。其特点是在沉降过程中会形成一个 由许多颗粒聚集成的“毯状物”,并且可以观察到水体中有一个清水和浑水的交界面在不断下移。实际情况是天然水体中的悬浮物或多或少具有絮凝性,当采用混凝 /絮凝处理时,颗粒物的絮凝性更强,所以᳔为常见的是絮凝沉降。

       沉淀池分为平流沉淀池和斜板(斜管)沉淀池两种。斜板/斜管沉淀池是在平流沉淀池的基础上,在沉淀区设置一组斜板/斜管,令沉降过程在这些装置中进行,从 而大大提高沉降效率。一般斜板/斜管倾斜角取55-60°为宜,倾斜角不宜太小。根据经验,异向流斜板的长度可取0.8-1.0m,同向流可取2.5m左 右。若采用斜管时,其内径常为25-40mm。 


混凝处理-Coagulation

     混凝处理的物理化学基础包含两方面内容。一方面,胶体具有双电层结构或水合层,能够阻 碍胶体进一步聚合成絮体,这样胶体在水中能保持较长时间不会发生沉降。这种现象不利于胶体 的去除。另一方面,因某些原因,当发生胶体的 Zeta 电位降低时,胶体可能发生脱稳而析出。人 为导致胶体脱稳的因素有:一、投加高价反离子的电解质;二、投加与目标胶体电荷相反的胶体; 三、投加高分子絮凝剂,形成吸附架桥的脱稳过程。
       目前常用的絮凝剂分无机低分子类、无机高分子类、有机高分子类等三大类。无机低分子类絮凝剂包括硫酸铝、三氯化铝、明矾、铁铝混盐、硫酸铁、三氯化铁、氧化镁等;无机高分子类絮凝剂包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化 铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)等等;有机高分子絮凝剂包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸、ST1000、碱性淀粉等等。习惯上,不论分子大小,含铝的常称为铝盐或铝系絮凝剂,含铁的常称为铁盐或铁系絮凝剂。下面以铝盐混凝为例了解一下混凝过程的两个进行步骤:

一、胶体脱稳。

      当我们将铝絮凝剂加入水中后,铝并不是以单纯的离子Al3+形态存在,而是在很短的时间内在强烈搅拌下迅速水解成水合络离子[Al(H2O)6]3+、[Al(H2O)5(OH) ]2+ 、[Al(H2O)4(OH)2]+ 等等,并进一步发生羟基桥联反应,生成羟基多核络离子,᳔终铝盐在水中 由于水解和聚合的交替进行而形成不同形态的羟基络合物。正是在这些水解产物的吸附架桥和电中和作用使水中胶体脱稳。一般在低pH值下,电中和作用占主导地 位,吸附架桥为次,此时主要形成高正电荷低聚合度的多核羟基络离子。在天然水混凝处理时,其pH值一般在6.5-7.5范围内,这时偏重于吸附架桥作用, 电中和作用为次,而且这种架桥作用是由低正电荷高聚合度的多核羟基络离子来完成的。


    二、絮体凝聚。

      凝聚过程是混凝过程中一个重要阶段,这个阶段主要是使脱稳的胶体在布朗运动作用下聚集成微小絮凝体的过程。为了尽可能多的形成微絮体,我们需要加强搅拌、升温或 者调解pH值。因为搅拌和升温都能增加有效碰撞,调pH值能够帮助胶体脱稳。一旦微絮体形成的量足够,可以将搅拌减速,促使大絮体的形成。这样整个混凝过程就进行得比较理想。 

       影响混凝效果的因素较多,主要是水的pH值、混凝剂剂量、水温、原水浊度、原水阴离子 组成、流体搅拌条件、接触介质等等。一般铝盐或铁盐加入水中后,会导致pH下降,而且剂量越大pH下降越多;碱度越小,缓冲 性越小,pH下降越大;pH 值越低越有利于去除腐殖酸。混凝剂᳔佳剂量可通过混凝曲线确定。经验表明,天然水的᳔佳混凝剂量(Al2(SO4)3)为10-60mg/L,而且浊度越高,絮凝剂剂量越低。低浊水的絮凝较难,有时往往需要人为加泥增浊,才能达到预期的效果。
       水温对铝盐的混凝效果影响较大,而对铁盐则较小。铝盐对天然水混凝的᳔佳水温为 25-30℃。水温对混凝的作用反映在两个方面:一是温度变化影响胶体微 粒的布朗运动;二是水温影响混凝剂水解和聚合反应的速度。当水温低5℃时,形成的絮体细而松,含水多,絮体沉降速度 低,混凝效果差。
      混凝处理的一般水力条件是,混凝剂加入水中后,开始需要强烈的搅动紊流。在紊流中小旋涡不断形成和消失,由此促使混凝剂均匀扩散以利于混凝剂快速水解、聚合和胶体脱稳。一旦絮体形成,就应减弱搅动强度以免打碎絮凝体。
      一般认为,水中阴离子组成对混凝剂水解形成的᳔终产物(金属氢氧化物)的凝聚产生明显 的影响。此外,人们注意到如果水中含有一定数量活性泥渣也可使混凝过程进行的更完全更快。 这里的泥渣起接触介质的作用,即利用泥渣表面活性,吸附水中悬浮杂质和微絮凝体。这也是为 什么很多混凝设备都设有泥渣层。

      就混凝处理与RO/NF 膜回用技术之间的关系,这里有必要作进一步的论述。就在7-8年前,除盐技术主要是以离子交换树脂为 主,在当时的情况下,人们对絮凝处理重点追求出水低浊度。 并认为浊度越低,出水水质越好。在混凝处理与膜技术大量结合的今天,有大量的经验证明,追求最低的出水浊度往往意味着混凝出水中含有过多的絮凝剂 (PAC、PFS 等等)及助凝剂(PAM)。 

      虽然形成浊度的悬浮物去掉了,但过多的残余絮凝剂也对膜系统会形成致命的负面作用---污堵。虽然铝、铁的单纯胶体易为酸洗去除,但是一旦水中含有活性 硅、PAM 等等,污堵有时会变得十分致命而不可逆。因此,减少一些絮凝剂/助凝剂的剂量,使其降到合适而又不过量的水平,显得十分关键。 --,东莞水处理公司



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