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水處理技術基礎知識(1)


      水處理分為給水處理和廢水處理兩大類。給水處理的目的就是將原水(井水、泉水、河水、 湖水、水庫水、江水、海水、市政中水、循環冷卻排污水、工業廢水二級或三級排廢水等等)通 過一級或多級工藝凈化、處理后分別達到不同的使用標準,從而根據對水質的不同需要,應用于不同的生產環節。

       廢水處理的目的是將工業廢水、市政廢水等各種廢水經過一級、二級、三級生化處理及其他相關必要處理后,達到相應的排放標準,減少對受納水體的污染。

      下面簡述一下有關給水處理的基礎工藝知識。按照去除雜質粒徑從大到小的順序,給水處理的主要工藝可分為沉降/沉淀池、混凝、沉淀處理、澄清池處理、過濾處理、微濾MF、超濾UF、氧化處理(Cl2、ClO2、KMnO4、O3、185nmUV 等等)、離子交換處理、除碳器、NF/RO 處理、ED處理、EDI處理、脫氣膜等等,其他輔助技術包括pH調節、殺菌處理(殺菌劑、254nmUV 照射)、加還原劑脫氧化劑處理、加阻垢劑、TOC降解(185nmUV)等等。其中 NF/RO膜技術可取代一級除鹽的陰陽床技術,EDI可取代混床精處理技術。這里重點討論一下作為RO/NF預處理的相關水處理技術。 


沉降處理-Sedimentation/沉淀池

      利用重力使水中比水重的懸浮顆粒物下沉而析出的過程稱為水的沉降處理,使水發生沉降處 理的裝置就叫沉淀池。根據水中固體濃度的大小和顆粒物絮凝性的強弱,沉降處理分為離散沉降、絮凝沉降和層狀沉降3大類。其中,離散沉降是指離散顆粒在稀懸 浮液中的沉降過程,此時,顆粒物不會互相干擾和粘合。 

       當水中懸浮物完全由泥砂組成時,才會發生離散沉降,這種情況較為少見。層狀沉降是在水中懸浮物濃度較大時形成的沉降過程。其特點是在沉降過程中會形成一個 由許多顆粒聚集成的“毯狀物”,并且可以觀察到水體中有一個清水和渾水的交界面在不斷下移。實際情況是天然水體中的懸浮物或多或少具有絮凝性,當采用混凝 /絮凝處理時,顆粒物的絮凝性更強,所以?為常見的是絮凝沉降。

       沉淀池分為平流沉淀池和斜板(斜管)沉淀池兩種。斜板/斜管沉淀池是在平流沉淀池的基礎上,在沉淀區設置一組斜板/斜管,令沉降過程在這些裝置中進行,從 而大大提高沉降效率。一般斜板/斜管傾斜角取55-60°為宜,傾斜角不宜太小。根據經驗,異向流斜板的長度可取0.8-1.0m,同向流可取2.5m左 右。若采用斜管時,其內徑常為25-40mm。 


混凝處理-Coagulation

     混凝處理的物理化學基礎包含兩方面內容。一方面,膠體具有雙電層結構或水合層,能夠阻 礙膠體進一步聚合成絮體,這樣膠體在水中能保持較長時間不會發生沉降。這種現象不利于膠體 的去除。另一方面,因某些原因,當發生膠體的 Zeta 電位降低時,膠體可能發生脫穩而析出。人 為導致膠體脫穩的因素有:一、投加高價反離子的電解質;二、投加與目標膠體電荷相反的膠體; 三、投加高分子絮凝劑,形成吸附架橋的脫穩過程。
       目前常用的絮凝劑分無機低分子類、無機高分子類、有機高分子類等三大類。無機低分子類絮凝劑包括硫酸鋁、三氯化鋁、明礬、鐵鋁混鹽、硫酸鐵、三氯化鐵、氧化鎂等;無機高分子類絮凝劑包括聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化 鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)等等;有機高分子絮凝劑包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸、ST1000、堿性淀粉等等。習慣上,不論分子大小,含鋁的常稱為鋁鹽或鋁系絮凝劑,含鐵的常稱為鐵鹽或鐵系絮凝劑。下面以鋁鹽混凝為例了解一下混凝過程的兩個進行步驟:

一、膠體脫穩。

      當我們將鋁絮凝劑加入水中后,鋁并不是以單純的離子Al3+形態存在,而是在很短的時間內在強烈攪拌下迅速水解成水合絡離子[Al(H2O)6]3+、[Al(H2O)5(OH) ]2+ 、[Al(H2O)4(OH)2]+ 等等,并進一步發生羥基橋聯反應,生成羥基多核絡離子,?終鋁鹽在水中 由于水解和聚合的交替進行而形成不同形態的羥基絡合物。正是在這些水解產物的吸附架橋和電中和作用使水中膠體脫穩。一般在低pH值下,電中和作用占主導地 位,吸附架橋為次,此時主要形成高正電荷低聚合度的多核羥基絡離子。在天然水混凝處理時,其pH值一般在6.5-7.5范圍內,這時偏重于吸附架橋作用, 電中和作用為次,而且這種架橋作用是由低正電荷高聚合度的多核羥基絡離子來完成的。


    二、絮體凝聚。

      凝聚過程是混凝過程中一個重要階段,這個階段主要是使脫穩的膠體在布朗運動作用下聚集成微小絮凝體的過程。為了盡可能多的形成微絮體,我們需要加強攪拌、升溫或 者調解pH值。因為攪拌和升溫都能增加有效碰撞,調pH值能夠幫助膠體脫穩。一旦微絮體形成的量足夠,可以將攪拌減速,促使大絮體的形成。這樣整個混凝過程就進行得比較理想。 

       影響混凝效果的因素較多,主要是水的pH值、混凝劑劑量、水溫、原水濁度、原水陰離子 組成、流體攪拌條件、接觸介質等等。一般鋁鹽或鐵鹽加入水中后,會導致pH下降,而且劑量越大pH下降越多;堿度越小,緩沖 性越小,pH下降越大;pH 值越低越有利于去除腐殖酸。混凝劑?佳劑量可通過混凝曲線確定。經驗表明,天然水的?佳混凝劑量(Al2(SO4)3)為10-60mg/L,而且濁度越高,絮凝劑劑量越低。低濁水的絮凝較難,有時往往需要人為加泥增濁,才能達到預期的效果。
       水溫對鋁鹽的混凝效果影響較大,而對鐵鹽則較小。鋁鹽對天然水混凝的?佳水溫為 25-30℃。水溫對混凝的作用反映在兩個方面:一是溫度變化影響膠體微 粒的布朗運動;二是水溫影響混凝劑水解和聚合反應的速度。當水溫低5℃時,形成的絮體細而松,含水多,絮體沉降速度 低,混凝效果差。
      混凝處理的一般水力條件是,混凝劑加入水中后,開始需要強烈的攪動紊流。在紊流中小旋渦不斷形成和消失,由此促使混凝劑均勻擴散以利于混凝劑快速水解、聚合和膠體脫穩。一旦絮體形成,就應減弱攪動強度以免打碎絮凝體。
      一般認為,水中陰離子組成對混凝劑水解形成的?終產物(金屬氫氧化物)的凝聚產生明顯 的影響。此外,人們注意到如果水中含有一定數量活性泥渣也可使混凝過程進行的更完全更快。 這里的泥渣起接觸介質的作用,即利用泥渣表面活性,吸附水中懸浮雜質和微絮凝體。這也是為 什么很多混凝設備都設有泥渣層。

      就混凝處理與RO/NF 膜回用技術之間的關系,這里有必要作進一步的論述。就在7-8年前,除鹽技術主要是以離子交換樹脂為 主,在當時的情況下,人們對絮凝處理重點追求出水低濁度。 并認為濁度越低,出水水質越好。在混凝處理與膜技術大量結合的今天,有大量的經驗證明,追求最低的出水濁度往往意味著混凝出水中含有過多的絮凝劑 (PAC、PFS 等等)及助凝劑(PAM)。 

      雖然形成濁度的懸浮物去掉了,但過多的殘余絮凝劑也對膜系統會形成致命的負面作用---污堵。雖然鋁、鐵的單純膠體易為酸洗去除,但是一旦水中含有活性 硅、PAM 等等,污堵有時會變得十分致命而不可逆。因此,減少一些絮凝劑/助凝劑的劑量,使其降到合適而又不過量的水平,顯得十分關鍵。 --,東莞水處理公司



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