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1、给 水 处 理,天津大学环境工程系,常规给水处理工艺澄清、消毒,浊度：悬浮物 较大悬浮物去除 ：上浮或下沉 微小悬浮物沉速小 例：d=1um颗粒沉速：20h/10cm 胶体粒子因胶体稳定性而长期悬浮水中。,？,第十五章 混凝,工艺：投药、凝聚、絮凝 （混合、反应）研究内容（三个方面）： 1)水中胶体粒子的性质 2)混凝剂在水中的水解物种 3)胶体粒子与混凝剂之间的相互作用,混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的 聚集过程。（投药大絮凝体）,第一节 混凝机理,一、胶体的稳定性胶体的稳定性：胶体颗粒在水中长期保持分散 悬浮状态的特性。,胶体稳定性,指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；,胶体颗粒之间不能相
2、互 聚集的特性。 静电斥力和水化膜是其发生的主要因素。,沉降稳定性：聚集稳定性：,一、水中胶体稳定性,1.微粒的布朗运动,G,。,。,布朗运动是胶体稳定的一个因素布朗运动又是胶体不稳定的因素,。,H2SiO3 2H+ SiO32-,2. 静电斥力,胶体的带电性,反离子,双电层特点： 1）反离子浓度不均 2）反离子吸附强度 不同,一.水中胶体稳定性,1.微粒布朗运动,胶粒 -,总电位-电位,电泳：电泳,1）总电位胶核表面带电2）电位电动电位,胶粒间的静电斥力,结论：1）胶核带电愈多，总电位愈大。 2）电位表示颗粒间静电斥力的大小。 d愈大, 愈大，F愈大。,F的大小与电位有关， 电位愈大，F愈大
3、； 电位的大小与扩散层 厚度有关，d愈大, 愈大。,2.DLVO理论,斥力：F 1 / X2,ERK1 e-K2x,德加根（Derjaguin)、兰道（Landon)、伏维（Verwey)和奥贝克（Overbeek)各自从胶粒之间相互作用能的角度阐明胶粒相互作用理论，简称DLVO理论。,引力：EA 1/ X2,布朗：Eb=1.5KT,假若: Eb Emax 凝聚实际：Eb Emax 分散,能峰,K: 波尔兹曼常数T : 绝对温标,DLVO理论,布朗运动范德华力,颗粒,接近,扩散层重叠,分散稳定,Eb+EAER,静电斥力,分离,浑浊,3.水化膜,憎水胶体,亲水胶体,稳定,亲合性,愈大，水化膜作用
4、越大,水化膜 稳定,极性基团,胶体的稳定性结论,胶体状态取决于静电斥力、布朗运动、范德华引力的相对大小；, 静电斥力 稳定, 颗粒凝聚,减小,水化膜,布朗：Eb=1.5KT,二、硫酸铝在水中的化学反应,AL2(SO4) 18H2O,水合铝离子,羟基铝离子,AL(H2O)6 3+,二、硫酸铝在水中的化学反应,聚合反应：,2AL(OH)( H2O)5 2+,( H2O)4AL AL( H2O)4 4+ 2H2O,OH OH,nAL(OH)( H2O)5 2+, AL( H2O)4AL 2n+ nH2O,OH OH,OH OH,AL(OH)3 (H2O)3 n,水解,羟基架桥,铝离子水解产物及含量,
5、pH8.5 AL (OH)4 -,H 、投药量、水温影响水解生成物,铝水解产物ALX(OH) y(3x-y)+相对含量,铝总浓度 0.1mol/L, 水温 25OC,铝总浓度 10-5mol/L, 水温 25OC,三、混凝机理,1、电性中和 压缩双电层,投电解质,临界电位：k= Emax =0,等电状态：=0,脱稳,浓度扩散异性相吸,CO,临界电位,临界电位：k= Emax =0,三、混凝机理,1、电性中和 压缩双电层,投电解质 CO,临界电位：k: Emax =0,等电状态：=0,胶体脱稳,浓度扩散异性相吸,压缩双电层示意图,叔采-哈代法则,反离子价数越高，混凝剂投量越小M+: M2+: M
6、3+=1: (1/2)6: (1/3)6,压缩双电层作用机理解释港湾沉积现象。,压缩双电层作用机理不能解释下列混凝现象： 混凝剂投量多，发生胶体变号、再稳； 投非反离子，也有好的混凝效果； 实际 0 比 = 0 混凝效果更好。,（2）吸附-电性中和,异号物质：离子、带正电小胶粒、高分子带正电部位,吸附作用：静电引力、范德华引力、氢键、共价键,中和,吸附-电性中和与压缩双电层对比,例：钠离子、十二烷基铵离子做脱稳实验,吸附-电性中和解释胶粒变号、再稳现象,高价电解质的吸附脱稳作用,吸附强度：羟基铝离子分子量越大, 吸附能力越强.,吸附位多,特点：分子量大的羟基铝优先吸附；分子量大的羟基铝置换分子
7、量小者。,例 硫酸铝 4pH5 AL2(OH)2 4+ AL3(OH)45+ AL13(OH)32 7+,吸附中和,无机盐类混凝剂最佳投量,混凝剂最佳投量：, 脱稳 = 再稳：效果不变 脱稳 再稳：效果下降,2.吸附架桥,高分子特点： 链状，线性结构； 具有吸附性 (共价键、氢键、范德华力）。,与电性中和不同点： 胶粒不必脱稳； 高分子链长 颗粒之间距离。,注意: 投量,胶体保护,高分子混凝剂的混凝作用,阳离子型，R-A+ （带正电基团） 吸附架桥、吸附-电性中和 阴离子型, R-A- （带负电基团） 吸附架桥,解释投非反离子,压缩双电层作用机理不能解释下列混凝现象： 混凝剂投量多，发生胶体变
8、号、再稳； 投非反离子，也有好的混凝效果； 实际 0 比 = 0 混凝效果更好。,3.沉淀物的卷扫（网捕作用）,当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用基本上是一种机械作用。混凝剂量与原水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,电性中和与吸附架桥作用比较,Al13O4(OH)247+长度不能架桥,硫酸铝混凝特点,控制pH：6.5-7.5，假如pH 6.5-7.5，加碱,校核:原水pH 碱度,压缩双电层吸附-电性中和吸附架桥，效果好,硫酸铝混凝特点,微絮粒,絮凝体,再稳,网捕,混凝形态学,混凝形态学,胶
9、体形状：球形、薄片、 线状、棒状等混凝剂形态：链长,黑箱,第二节 混凝剂与助凝剂,一 混凝剂(一)无机类,硫酸铝： 一般处理效果好，不适于低温明矾： 钾矾、铵矾聚铝：,1.铝系,聚合氯化铝羟基氯化铝碱式氯化铝,碱化度B = 一般 50%80%,混凝机理： 电性中和 吸附架桥,聚合硫酸铝,制备过程中完成水解、聚合反应,铝毒性: 0.20.5 mg/l，使某种鱼类死亡。,PFC 聚合氯化铁PFS Fe2(OH) n (SO4 ) 3-n/2m,2.铁系,形成简单络合物，混凝效果差不利于除色,单体:碱式硫酸铁,绿矾,处理效果好, 适于低温低浊,优点:1.已水解,聚合度大,效果好； 2.腐蚀性小.,混
10、凝机理： 电性中和 吸附架桥,铝铁比较,矾花比重 pH 经济性 腐蚀性,铁 铝,铁铝,铁铝,铁铝,铝盐与铁盐特点比较,特点: 巨大线性分子, 常有带电基团.,用的较多,(二)有机物,分类:,阳离子型，R-A+ 阴离子型, R-A- 非离子型 两性型,使用:,阴离子型,特点: 吸附性强,聚合度高,分子量大。,充分发挥架桥作用,聚丙烯酰胺,人工合成、非离子型,水解度:羧基置换酰胺基的百分数，一般为：30%40%,非离子型,优点：选用不同单体和制造工艺-形成 分子量、分子构型、电荷(阳、阴)、 电荷密度不同的絮凝剂 适应各种水质。,缺点：价格昂贵，工艺复杂，毒性。,有机絮凝剂的优缺点,聚丙烯酰胺：单体丙烯酰胺毒性 限制水中剩余量,二、助凝剂,1. 改善絮凝体结构 机理：吸附架桥 种类：活化硅酸、骨胶、粘土、聚丙烯酰胺,2. 调节或改善混凝条件,调pH值 加CaO 氧化有机物 加Cl2 Fe2+ Fe3+,
