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1、水中颗粒物的聚集,陈悦,胶体颗粒的聚集亦可成为凝聚或絮凝。把由电介质促成的聚集成为凝聚，而由聚合物促成的聚集称为絮凝。,水中颗粒物的聚集,胶体颗粒凝聚的基本原理和方式,DLVO理论：典型胶体的相互作用是以胶体稳定性理 论（DLVO理论）为定量基础。,DLVO理论把范得华吸引力和扩散层排斥力考虑为仅有的作用因素，它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，而且假设颗粒的粒度均等、球体形状的理想状态。,水中颗粒物的聚集,胶体颗粒凝聚的基本原理和方式,水中颗粒物的聚集,DLVO理论：典型胶体的相互作用是以胶体稳定性理 论（DLVO理论）为定量基础。,这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均功能为3kT/2
2、，两颗粒在相互作用接近时产生几种作用力，即多分子范德华力、静电排斥力和水化膜阻力。,总的综合作用位能为：VT=VR+VAVA由范德华力所产生的位能 VR由静电排斥力所产生的位能,DLVO理论双电层,溶液离子强度较小，,出现较大的位能峰（Vmax），,排斥作用占较大优势，,体系保持分散稳定状态。,总的综合作用位能为：VT=VR+VAVA由范德华力所产生的位能 VR由静电排斥力所产生的位能,DLVO理论双电层,溶液离子强度增大，,Vmax下降甚至完全消失，,颗粒超过位能峰后，吸引力占优势，颗粒继续接近，,达到综合位能曲线上近距离的极小值时，两颗颗粒结合在一起。,DLVO理论双电层,电解质浓度升高压
3、缩扩散层造成颗粒凝聚的典型情况，即一种理想化的最简单的体系，不适用与天然水或其他实际体系。,异体凝聚理论,1.使用体系：,适用于处理物质本性不同、粒径不同、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。,2.主要论点：,如果两颗电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势。如果两颗电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是取决于荷电较弱而点位较低的一方。,异体凝聚理论,天然水环境和水处理过程中的颗粒聚集方式：,1.压缩双电层凝聚,2.专属吸附凝聚,3.专属吸附凝聚,4.专属吸附凝聚,5.第二极小值絮凝,6.聚合物粘结架桥絮凝,7.无机高分子絮凝,8.絮团卷扫絮凝,9.颗粒层吸附絮凝,
4、10.生物絮凝,混凝混和凝聚絮凝,吸附,混和,电中和 凝聚,絮凝 絮体、絮团,投药,分离,颗粒物,混凝剂絮凝剂,n,+,+,+,+,+,+,+,+,+,n,n,n,n,n,n,n+,+,+,+,纳米-分子污染物,+,+,+,+,无机高分子絮凝剂 Inorganic Polymer Flocculants,阳离子型 聚合氯化铝 PAC,PACl 聚合硫酸铝 PAS 聚合硫酸铁 PFS 聚合氯化铁 PFC 聚合磷酸铝 PAP 聚合磷酸铁 PFP阴离子型 聚合硅酸 PSi(活化硅酸)ASi,复合絮凝剂聚合硫酸铝铁 PAFS聚合氯化铝铁 PAFC聚合硅酸铝 PASI聚合硅酸铁 PFSI聚合硅酸铝铁 P
5、AFSI无机+有机复合型聚合铝-聚丙烯酰胺 聚合铝-甲壳素聚合铝-合成有机高分子,Al(III)的羟基聚合形态,水解络合聚合溶胶沉淀,中间产物：多核羟基络合物 无机高分子,单核物 Al3+Al(OH)2+Al(OH)2+Al(OH)4-,初聚物 Al2(OH)42+Al3(OH)45+,低聚物 Al6(OH)126+Al8(OH)204+,高聚物 Al15(OH)369+,沉淀物 Al(OH)3 n,中聚物 Al13(OH)327+Al13O4(OH)247+,Alx(OH)y(3x-y)+,Al(III)聚合态的六元环连续模型,聚合过程：聚合度升高，电荷升高 2Al(OH)(H2O)52+(
6、H2O)4AlAl(H2O)4 4+2H2O 水解过程：羟化度升高，电荷降低 Al3(OH)4(H2O)105+Al3(OH)6(H2O)83+2H+,Al(III)羟基聚合物的双水解模式,自发水解,强制水解,微区加强碱,铝盐溶解,稀释 单核物,初聚物 H2O H2O H2O Al(OH)2+低聚物 高聚物 沉淀物 H2O Al3+H2O Al(OH)2+Al6(OH)126+Al13(OH)327+Al(OH)3 H2O H2O H2O Al(OH)4(am)Al 2(OH)24+OH-OH-OH-OH-Al3+OH-Al(OH)4+12 Al toc Al12AlO4(OH)247+n A
7、l13 OH-OH-OH-四面体 八面体(Al13)聚集体 聚十三铝,高纯聚十三铝(HPAC)的生产,Al(OH)3 凝胶 Ca(AlO2)2,HCl To,P,喷雾干燥,粉状产品,Al13 4050%,电解化学工艺,超滤组件工艺,Al13 80%,Al13 80%,纳膜分离工艺,纳米技术 Nano-Tech 纳米材料 Nano-material,精细提纯工艺,Al13 80%,改进化学工艺,Al13 70%,现有工艺,Al13 90%,胶体颗粒聚集,胶体颗粒聚集,热力学因素：,扩散层压缩、表面电位降低、排斥力减小；,产生具有远距离吸引力以及存在粘结架桥物质。,动力学因素：,颗粒之间必须发生碰
8、撞,颗粒絮凝动力学,根据碰撞过程的不同有三种情况：,（1）异向絮凝：由颗粒的热运动即布朗运动推动 下发生碰撞引起；,（2）同向絮凝：在水流速率梯度（G）的剪切作用下，颗粒产生不同的速率而发生碰撞和絮凝；,（3）差速沉降絮凝：在重力作用下，沉降速率不同 颗粒发生碰撞而絮凝。,颗粒絮凝动力学,（1）异向絮凝速率,d N,d t,=p,4kTN2,3,絮凝速率与颗粒数目的平方成比例,颗粒絮凝动力学,（2）同向絮凝速率,d N,d t,=,4,0GN,当水中同时存在两种絮凝过程时，絮凝速率为两者之和：,当颗粒直径d1m时，异向絮凝可忽略不计；当颗粒直径d1m时，异向絮凝占重要地位；若d=1m而G=10s-1，则两种速率相等。,颗粒絮凝动力学,（3）差速沉降絮凝速率,在絮凝动力学中，颗粒的粒度起着很重要的作用。,颗粒絮凝动力学,异向絮凝,同向絮凝,差速沉降絮凝,影响絮凝过程的主要参数是有效碰撞系数（）、速率梯度（G）、颗粒体积分数（）,颗粒絮凝动力学,颗粒絮凝动力学,
