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1、第4讲 凝聚与絮凝的基本理论,絮凝剂分类,1,铝盐絮凝剂,2,铁盐絮凝剂,3,3,有机絮凝剂,5,微生物絮凝剂,6,水的混凝,4,混凝剂的主要内容,1、混凝去除对象2、混凝的机理与过程3、混凝剂与助凝剂4、混凝动力学5、混凝影响因素6、混凝设备7、混凝的应用,水的混凝,1、混凝去除对象,混凝的作用,废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。混凝所处理的对象，主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。,混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物。尺寸范围：1nm100nm。水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌
2、（0.2m-80m） 病毒 (10nm-300nm) 蛋白质（1nm-50nm） 腐殖酸,2、混凝的机理与过程,混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花，以便在后续沉淀工艺中去除。以地面水为水源的给水处理工艺： 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水,混凝的目的,水的混凝机理,凝聚（Coagulation ）：胶体脱稳、凝聚絮凝（Flocculation ）：脱稳胶体变大混凝：包括两者,双电层压缩机理吸附电中和机理吸附架桥机理沉析物网捕机理,混凝机理,1、双电层压缩机理,DLVO理论,与反离子同电荷离子 压缩双电层 电位 稳定性 凝聚,加人电解质（混凝剂）的影响,理论上电位0，等电状
3、态效果最好,实际只需电位 k Emax 0,该理论不能解释：（1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；（2）与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子混凝效果好。,2、吸附-电性中和作用机理,范德华力、氢键及共价键力,3、吸附架桥机理（链状高分子聚合物）,“胶体保护” 再稳现象,使小胶体变大 （絮凝）,聚合作用力：范德华引力、静电引力、氢键、配位键；再稳现象：絮凝剂过量、长时间剧烈搅拌等。,4、网捕或卷扫机理,金属氢氧化物沉淀物在形成过程中对胶粒的网捕。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚。,在实际水处理过程中，往往是四种机理综合作用。,铝盐可能的混凝机理,H3 简单水合铝离子压缩双电层；pH=45 多核羟基络合
4、物吸附电中和；pH=6.57.5 多核羟基络合物吸附电中和； 氢氧化铝起吸附架桥、网捕。天然水体一般pH=6.5-7.8,混凝过程（1）凝聚,带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和； 胶体电位胶体脱稳脱稳胶体凝聚生长成d=10的小矾花（Floc）在混合设备中完成。 特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散。,混凝过程（2）絮凝,高聚合物的吸附架桥；脱稳胶粒 生长成大矾花（Floc）d=0.6-1.2mm在絮凝设备中完成；特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱。,3 、 混凝剂和助凝剂,一、混凝剂（Coagulant）,混凝剂应符合以下要求： 混凝效果好； 对人体无危害； 使用方便； 货源充
5、足，价格低廉。目前混凝剂的种类有不少于200300种，分为无机与有机两大系列，见下表。,常用的混凝剂,m（聚合度）10；B （碱化度）OH/3Al 100%（50-80%）；特点：事先已水解聚合，有效成份多，投加量少；对pH变化适应性强。机理：吸附电中和与吸附架桥协同作用,聚合氯化铝 PAC：Al2(OH)nCl6-nm,有机混凝剂-通常起絮凝剂作用,人工合成： 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM） 聚氧化乙烯（PEO） 两性型 天然： 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂,非离子型：聚丙烯酰胺（PAM）,CH2CH,CO
6、NH2,n,聚合度：2000090000分子量：150万600万对胶体表面具有强烈吸附作用。,H10条件下水解COO阴离子型（HPAM）水解度：3040,有机高分子单体的毒性问题。有些国家严格规定不得超过0.05%。,发展方向,聚合硫酸铝铁（PFAS）聚合氯化铝铁（PFAC）聚合硫酸氯化铁（PFSC）聚合硫酸氯化铝（PASC）聚合铝硅（PASi）聚合铁硅（PFSi）聚合硅酸铝（PSA）聚合硅酸铁（PSF）,无机复合聚合物混凝剂,传统无机约占20%，无机聚合物占70%，有机约占10%。,无机有机复合： 聚合铝/铁-聚丙烯酰胺聚合铝/铁-甲壳素聚合铝/铁-天然有机高分子聚合铝/铁-其它合成有机高分
7、子,高分子絮凝剂： 阳离子有机化合物天然改性高分子：无毒易降解，如甲壳素等多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻微生物絮凝剂,二、助凝剂,酸碱类：如石灰、硫酸等加大矾花粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等,4、 混凝动力学,1.胶体性质,2.混凝剂在水中溶解与形态,混凝过程,异向混凝：胶体颗粒由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。,颗粒的碰撞速率：单位体积中，单位时间内i与j的碰撞次数。单个j颗粒的碰撞速率：,（1）、异向絮凝,多个j颗粒的碰撞速率：,异向絮凝,扩散系数：,当i，J颗粒粒径相等时：,异向絮凝,i
8、，J的碰撞速率可以表示为：,考虑到实际碰撞为一次：,再考虑有效碰撞系数：,影响异向絮凝因素,例题1：设有A、B两种原水，A原水为高浓度污水，颗粒数量浓度为1018个/L；B原水为低浓度河水，颗粒数量浓度为1010个/L。设两种原水脱稳程度相同，水温相同。求两种原水异向凝聚速度之比。,浓度对异向凝聚速度的影响,例题2：设A、B两种原水数量浓度相等，有效碰撞系数也相等，但混凝时的水温不同，A原水在25下混凝，B原水在5下混凝。求两种原水异向凝聚速度之比。,温度对异向凝聚速度的影响,温度对异向凝聚速度的影响,结论：低温、低浊原水混凝效果差。,凝聚半衰期：颗粒数量浓度减少一半所需时间。,凝聚半衰期,例
9、题3：设原水颗粒浓n0=1012个/m3，水温按25计，有效碰撞系数 ，求颗粒浓度半衰期为多少？,布朗运动对异向凝聚速度的影响,布朗运动对异向凝聚速度的影响,结论：布朗运动所产生的异向凝聚所需时间很长，单靠布朗运动所产生的异向混凝其效果有限，另外颗粒因相碰凝聚逐渐长大后会失去布朗运动，当颗粒较大时，异向混凝将几乎消失。,（2）、同向凝聚,同向凝聚：由水流运动（借助于机械搅拌或水力搅拌）使胶体颗粒在相同的运动方向因速度差异相碰而产生的凝聚。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
