第三章 混凝.

《第三章 混凝.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 混凝.（71页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、 Water and Wastewater Treatment Engineering水质工程学水质工程学第三章第三章 混凝混凝第3章 混凝（凝聚和絮凝）3.1混凝的去除对象3.2胶体的性质3.3混凝机理3.4混凝剂和助凝剂3.5混凝影响因素3.6混凝动力学3.7混凝设施3.8混凝过程3.1混凝的去除对象胶体混凝目的混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。范围在：1nm0.1m（有时认为在1m） 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸 通过某种方法（如投加混凝剂）使水中胶体粒子

2、脱稳并生成微小聚集体（称为凝聚）,然后脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体（称为絮凝)。3.2胶体的性质 胶体的稳定性 胶体的双电层结构 胶体之间的相互作用定义：指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。动力学稳定性：布朗运动对抗重力。聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体）聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。为什么带电？胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷。胶体颗粒表面某些化学基团水中电离使胶体带电。胶体颗粒表面与水作用溶解并电离使胶体带电。胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。胶体颗粒表面阴阳离子的排列双电层的内部离子排列模式胶体距离xoa， 稳定（二

3、次凝聚除外） (AgI)m 胶核胶核胶团示意图胶胶团团NO3-NO3-NO3-NO3-胶胶粒粒Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-胶体之间的相互作用胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。分别由静电斥力与范德华引力产生。 排斥势能：排斥势能：ER1/d2 吸引势能：吸引势能：EA1/d6（有些认为是（有些认为是1/d2或或1/d3） 由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间由此可画出胶体颗粒

4、的相互作用势能与距离之间的关系，见图。当胶体距离的关系，见图。当胶体距离xoc时，吸引势时，吸引势能占优势；当能占优势；当oa x oc时，排斥势能占优势；当时，排斥势能占优势；当x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰。时，排斥势能最大，称为排斥能峰。 胶体的布朗运动能量胶体的布朗运动能量Eb1.5kT，当其大于排斥，当其大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。 以上称为以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体，由德理论，只适用于憎水性胶体，由德加根（加根（derjaguin）、兰道（）、兰道（Landon）(苏联，苏联，1938年独立提出，伏维（年独立提出，伏维（Ve

5、rwey）、奥贝克）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，）（荷兰，1941年独立提出）。年独立提出）。 3.3混凝机理v凝聚机理压缩双电层吸附电中和作用吸附架桥作用网捕卷扫作用v絮凝机理异向絮凝同向絮凝Company L一、凝聚机理压缩双电层 根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。 电解质加入与反离子同电荷离子压缩双电层电位稳定性凝聚 电位0，等电状态，实际上混凝不需要电位0，只要使Emax=0即可，此时的电位称为临界电位 凝聚机理压缩双电层但该理论不能解释但该理论不能解释1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；2）与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。 这些都与胶粒的吸附力有关，绝

6、非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时)。凝聚机理压缩双电层 1.各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的。在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的能力随离子价的增高而加大(舒采哈代规则)。 这种能力大致与离子价数的26方成比例。 2实验表明,对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时: 用一价离子,浓度需25150mmolL; 用二价离子浓度只要0.52mmolL; 而用三价离子则浓度可小到0.010.1mmolL。二.凝聚机理吸附-电中和作用定义胶粒表面对异号离子，异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中

7、和了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。 凝聚机理吸附-电中和作用 吸附电中和示意图l左图表示高分子物质的带电部位与胶粒表面所带异号电荷的中和作用;l右图则表示小的带正号胶粒被带异号电荷的大胶粒表面所吸附。 三、凝聚机理吸附架桥作用 如果投加的化学药剂是具有能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能连结，团聚成絮凝体而被除去，这就是吸附架桥作用。 三、凝聚机理网捕作用定义向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为胶核形成胶体状沉淀物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共

8、同沉降下来，这称为网捕作用。 环境与市政工程系给水排水工程教研室凝聚机理网捕作用 絮凝机理异向絮凝定义胶体颗粒的布朗运动是无规则的，每一个脱稳的胶体颗粒可能不规则地向各个方向运动，可能同时受到来自各个方向的颗粒的碰撞，两个胶体颗粒向不同方向运动而发生碰撞聚集的情况为异向絮凝。 絮凝机理同向絮凝相对于异向絮凝而言在机械搅拌、水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体颗粒，使所有胶体颗粒向某一方向运动。 3.4混凝剂和助凝剂混凝剂 混凝剂应符合以下要求： 混凝效果好(直接目的） 无毒害作用 货源充足 成本低，使用方便 新型药剂要有卫生许可 借鉴已有经验（查阅和参考类似水质水厂的药剂） 混凝剂的种

9、类有不少于200-300种，分为无机与有机两大系列 3.4混凝剂和助凝剂混凝剂无机无机铝系铝系硫酸铝（在我国使用方便）硫酸铝（在我国使用方便）明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PAS）适宜适宜pH：5.58铁系铁系三氯化铁三氯化铁硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁适宜适宜pH：511，但腐蚀性强，但腐蚀性强有机有机人工人工合成合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物物国外开始增多，国内尚少国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）浊度较

10、低时使用浊度较低时使用非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），），聚氧化乙烯（聚氧化乙烯（PEO）PAM使用最普遍使用最普遍两性型：两性型：使用极少，变化废水中使用使用极少，变化废水中使用天然天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等实际应用不多，但有利于环实际应用不多，但有利于环保备受关注保备受关注微生物絮凝剂微生物絮凝剂 聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基铝，性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比，通常称之为与铝的摩尔数之比，通常称之为碱化度碱化度( 盐基度）盐基度） B，按

11、下式计算：，按下式计算： 聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的是聚合硫酸铁，它的前常用的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优混凝效果优于三氯化铁于三氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。，它的腐蚀性远比三氯化铁小。 3.4混凝剂和助凝剂混凝剂高分子混凝剂凝聚示意图 3.4混凝剂和助凝剂助凝剂 凡是不能在凡是不能在某一特定的水处理工艺中单独用作混某一特定的水处理工艺中单独用作混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善混凝凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善混凝效果的化学药剂效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。