污泥及污泥水混凝机理的研究.pdf

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1、污泥及污泥水混凝机理的研究Studiesofcoagulationmechanismforsludgeandsludgewater刘振森何捷聂卿崔敬轩萧瑛赵兰珍徐伟伟(中国建筑材料科学研究总院。北京100024)摘要：本文研究了污泥及污泥水的沉降、压缩双电层、吸附架桥和卷扫等混凝机理，并在此基础上，给出污泥混凝工艺的制定建议。关键词：污泥；污泥水；混凝机理Abstract：Thecoagulationmechanismforsludgeandsludgewater，suchasprecipitation

2、，compresseddoublelayer，bfid百ngandenmeshment，werediscussedinourpaper．Onthebaseofmechanismmentionedabove，theformulatingadviceforsludgecoagulationWasprovided．Keywords：sludgewater；coagulationmechanism；Coagulationmechanism中图分类号：TU99文献标识码：B文章编号：1003—8965(2015)

3、06—0023—02污泥混凝，是用化学药剂把水中稳定分散的微细污染物转化为脱稳状态，之后聚集成便于分离的絮凝体的过程。混凝(coagulation)与絮凝(fiocculation)两者之间，虽然在英文文献中分别用于无机和有机混凝剂的提法，但两者在作用机理上难以分开而经常混用⋯。污泥混凝过程，由于机理等不尽相同，致使脱水效果差别较大。本文在研究了不同混凝机理的基础上，给出了污泥混凝工艺的制定建议。1污泥水分F．Colinr21认为，污泥中的水分可分为自由水(Freewater)和结合水(Boundwat

4、er)两大类。自由水占污泥水的最大部分比例，其热动力学行为状态如纯水一般，可通过轻微机械应力去除。结合水占污泥水的比例非常小，但含量却比污泥固相量要大。F．Colin援引Rolf和Halde13]的研究成果，也将结合水进一步区分为机械结合水(Chemicalboundwater)、物理结合水(Chemicalboundwater)、化学结合水(Chemicalboundwater)三种类型。机械结合水存在并固定于结晶、团聚过程形成的微孔和大的毛细孔中；物理结合水通过吸附(adsorption)和吸收(a

5、bsorption)作用固定于固相颗粒表面，可以通过热干化(thermaldrying)脱除；化学结合水通过强的化学键键合于固相中，需通过105℃以上的热干化脱除。P．Aarnel41等认为，污泥水由自由水、空隙水(interstitialwater)、表面水(vicinalwater)和水合水(waterofhydration)组成，而这与F．Colin观点不谋而合。随着对污泥研究的深入，人们逐渐意识到上述污泥水的分类，并没有考虑到两类污泥水：一种为活性淤泥中被聚合物网状结构束缚的水，另一种为淤泥中细

6、胞内的水【5l。因此，淤泥中水可依据不同的结合强度由大到小依次为自由水、毛细水、表面水、结合水(包含化学结合水、聚合物网状结构束缚水和细胞内水)，详见图1。2污泥及污泥水混凝机理2．1沉降污泥水中悬浮的微细颗粒物或絮状物(粒径范围为10～一10-9m)，是以胶体形式存在的，其自然沉降速度很慢。以温度为20℃、粘度为1．319／(ca3·s)的水为例，当污泥颗粒(假设其粒径为10um，颗粒密度为209／cm3)沉降1m时所用的时间为7h，即自然沉降速度为4．2X10-5m，S旧l。因此，加快微细颗粒物或絮

7、状物在水中的沉降速度，便成为亟需解决的问题之一。一制图1污泥中不同水分类型依据斯托克方程式，胶体颗粒在液体中的沉降速度与其影响因素关系如式(1)所示：．，1、，d2V92京ubig(1)其中：Vg为沉降速度，r为固体颗粒密度，ro为液体密度，d为固体颗粒粒径，g为重力加速度，m为液体粘度系数。可以看出，水中颗粒物质的粒径越大，其沉降速度越快，即越容易脱水分离。有鉴于此，使用混凝剂主要目的便是通过凝聚不同的颗粒形成絮体，加快其沉降速度，提高污泥的脱水性能。2．2压缩双电层胶体微粒由于表面吸附了某种离子而带

8、有电荷，该部分电荷进而吸附异号离子，由此形成的表面阴阳离子层称之为双电层。微粒吸附离子及部分紧附并随之移动的反离子组成吸附层，其他部分反离子由于热运动和溶剂化作本研究成果受到国家科技支撑计划项目“农村固体废弃物制备建筑材料关键技术研究(编号：2014BAL03801)”的资助。23用而向外扩散形成扩散层，吸附层和扩散层间脱离的界面称之为滑移面，滑移面与溶液内部的电位差称之为<电位。通常情况下，f电位绝对值增大时，胶体微粒的稳定性增加；<电位